Brevet FR3046893A1 — publié le 20170721

-1- Circuit d'excitation pour un résolveur La présente invention concerne un circuit d'excitation pour un résolveur, une utilisation d'un tel circuit d'excitation pour appliquer une tension d'excitation entre les deux extrémités d'un enroulement primaire d'un résolveur et un résolveur comprenant un tel circuit d'excitation. Il est connu que toute machine électrique, telle que les machines synchrones, comporte un rotor constitué d'un ou de plusieurs aimants permanents et d'un capteur de position rotorique monté sur l'arbre du rotor. Ce capteur de position joue un rôle très important dans la boucle d'asservissement car ses indications sont utilisées pour réaliser la commande de vitesse/position mais aussi pour contrôler le couple. L'asservissement comporte en effet deux boucles : l'une pour la vitesse/position, l'autre pour le couple. L'amplitude du courant appliqué au moteur permet de commander le couple tandis que la phase du courant est liée à la position du rotor (commutation du courant). Les capteurs les plus fréquemment utilisés sont des capteurs inductifs ou résolveurs, i.e. des transducteurs électromagnétiques transformant un changement d'angle du rotor en une valeur électrique. Le résolveur fonctionne comme un transformateur dont le couplage varie avec l'angle mécanique du rotor. Les résolveurs sont des capteurs constitués d'une bobine primaire et de deux bobines secondaires. Lorsqu'on excite le bobinage primaire avec une tension alternative, deux tensions alternatives sont induites sur les bobinages secondaires restituant la position angulaire de l'arbre quand le rotor du moteur tourne. Un circuit d'excitation est utilisé pour appliquer à un enroulement d'excitation de résolveur, un signal d'excitation sinusoïdal présentant l'amplitude nécessaire à l'excitation. Deux paramètres doivent être pris en considération pour le signal d'excitation d'un capteur résolveur : l'amplitude du signal d'excitation et le courant à délivrer. Afin de générer l'excitation de la bobine primaire, il est connu d'utiliser un microcontrôleur qui génère un signal généralement sinusoïdal envoyé en entrée d'un montage amplificateur. Il est connu d'envoyer ensuite le signal en sortie du montage amplificateur à une des bornes de l'enroulement primaire, tandis que la seconde 3046893 -2- borne est connectée à la masse. Néanmoins, l'amplitude du signal d'excitation est limitée à la tension d'alimentation continue de l'amplificateur opérationnel. Or, ce genre de capteur résolveur nécessite d'être alimenté par une tension généralement supérieure aux tensions d'alimentation des amplificateurs opérationnels standards. 5 Cela nécessite l'ajout d'une alimentation de tension auxiliaire dédiée et d'un amplificateur à fort courant de sortie, entrainant un surcoût important pour la fonction d'excitation. Une autre solution consiste à utiliser un montage amplificateur intégrant un montage push-pull en sortie d'un amplificateur opérationnel afin d'amplifier la 10 tension et le faible courant généré en sortie de l'amplificateur opérationnel. Cette solution est de moindre coût que la première mais conserve l'inconvénient que l'amplitude du signal d'excitation reste limitée à la tension continue d'alimentation de l'amplificateur opérationnel. Une autre solution consiste à utiliser un microcontrôleur ayant deux sorties, 15 chacune connectée à deux montages amplificateurs comportant chacun un montage push-pull en sortie d'un amplificateur opérationnel. Les sorties des deux montages amplificateurs sont ensuite connectées aux deux bornes de l'enroulement primaire. Dans ce cas, l'amplitude du signal d'excitation peut être théoriquement égale à deux fois la tension continue alimentant les amplificateurs opérationnels. Néanmoins, pour 20 mettre en oeuvre cette solution, il est nécessaire d'obtenir deux signaux complémentaires fournis par deux sorties dédiées d'un microcontrôleur principal contrôlant chaque partie du circuit d'excitation. L'utilisation d'un tel microcontrôleur limite techniquement le choix du microcontrôleur et génère un coût de production nettement plus important. 25 La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un circuit d'excitation pour résolveur permettant d'obtenir une amplitude importante pour le signal d'excitation tout en limitant les coûts de production. À cet effet, la présente invention a pour objet un circuit d'excitation pour un résolveur, comprenant deux amplificateurs inverseurs montés en série, chacun des 30 deux amplificateurs inverseurs comprenant une sortie destinée chacune à être reliée à une des deux extrémités d'un enroulement primaire du résolveur. 3046893 -3- Grâce aux deux amplificateurs montés en série ou cascade, i.e. dont la sortie du premier est connectée à l'entrée du second, le circuit d'excitation permet d'utiliser un microcontrôleur dit « classique », c'est-à-dire avec une seule sortie, tout en garantissant une tension d'excitation de forte amplitude, par exemple d'environ 12- 5 13 V sans nécessiter l'utilisation d'alimentations continues chères car fournissant une tension stable d'une telle amplitude. Le circuit d'excitation selon l'invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon 10 toutes les combinaisons techniquement possibles : - un premier amplificateur inverseur comprend une entrée inverseuse destinée à être alimentée par un signal généré par un microcontrôleur et un second amplificateur inverseur comprend une entrée inverseuse connectée à la sortie du premier amplificateur inverseur ; 15 - pour chaque amplificateur inverseur, ledit amplificateur inverseur comprend un amplificateur opérationnel ayant une sortie connectée à un amplificateur de puissance de type push-pull, la sortie de l'amplificateur de puissance de type push-pull définissant la sortie de l'amplificateur inverseur destinée à être connectée à une extrémité de l'enroulement ; 20 - chaque amplificateur inverseur comprend une résistance dite inverseuse connectée entre l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel et la sortie de l'amplificateur de puissance de type push-pull ; - chaque amplificateur de puissance de type push-pull comprend deux transistors bipolaires ; 25 - chaque amplificateur inverseur comprend deux diodes montées en série entre les bases des deux transistors bipolaires, la sortie de l'amplificateur opérationnel étant connecté entre les deux diodes ; - le gain du premier amplificateur inverseur est strictement supérieur à 1 et le gain du second amplificateur inverseur est égal à 1 ; 30 - un premier amplificateur inverseur est destiné à être alimenté par une tension dont l'amplitude est inférieure à l'amplitude de tension générée aux bornes de l'enroulement primaire ; 3046893 -4- - les deux amplificateurs inverseurs (30-A, 30-B) sont destinés à être alimentés par une même tension ;le résolveur est destiné à mesurer la position angulaire d'un moteur électrique pour véhicule automobile et de préférence pour direction assistée. 5 L'invention se rapporte également à l'utilisation d'un circuit d'excitation tel que décrit précédemment pour appliquer une tension d'excitation entre les deux extrémités d'un enroulement primaire d'un résolveur. Un autre objet de l'invention concerne un résolveur comprenant un circuit 10 d'excitation tel que décrit précédemment. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de limiter ladite invention, accompagnée des figures ci-dessous : 15 - la figure 1 est une représentation schématique d'un système comprenant un résolveur et un circuit d'excitation pour celui-ci selon l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un circuit résolveur selon l'invention ; - la figure 3 est un schéma électrique d'un mode de réalisation d'un circuit 20 résolveur selon l'invention ; et - la figure 4 est un schéma électrique d'un autre mode de réalisation d'un circuit résolveur selon l'invention. Sur les différentes figures, les éléments analogues sont désignés par des références identiques. En outre, les différents éléments ne sont pas nécessairement 25 représentés à l'échelle afin de présenter une vue permettant de faciliter la compréhension de l'invention. La figure 1 représente un système 10 comprenant un résolveur 12 et un circuit d'excitation 14 de celui-ci selon l'invention. 30 Le résolveur 12 comporte une bobine primaire 16 et de deux bobines secondaires 18. Par la suite, la bobine primaire 16 et les bobines secondaires 18 sont également appelées enroulements primaire 16 et secondaires 18. Chaque 3046893 -5- enroulement secondaire 18 est connecté à un circuit de mesure 19 permettant de déterminer la position angulaire du rotor. Le système 10 comporte un microcontrôleur 20 configure pour générer un signal d'excitation y, de préférence alternatif, notamment sinusoïdal, pour 5 commander le circuit d'excitation 14. De plus, le système 10 comporte une alimentation 22 capable de générer une tension U continue stable de préférence inférieure à 7 V. Par exemple, l'alimentation 22 est un composant d'un bon rapport qualité/prix du type SBC pour System Basis Chip en anglais, qui délivre des tensions nominales assez basses, par 10 exemple d'environ 6,5 V, 5V, 3,3V, et qui de plus optimise la consommation d'énergie et assure une certaine sureté de fonctionnement. L'alimentation 22 est connectée d'une part au microcontrôleur 20 et d'autre part au circuit d'excitation 14. Comme illustré sur les figures 2 et 3, le circuit d'excitation 14 comporte deux 15 amplificateurs inverseurs 30-A, 30-B montés en série ou en cascade, c'est-à-dire que la sortie 32-A du premier amplificateur inverseur 30-A est connectée électriquement à l'entrée 34-B du second amplificateur inverseur 30-B. Le premier amplificateur inverseur 30-A comprend une entrée inverseuse 34-A destinée à être connectée et alimentée par le signal d'excitation y généré par le 20 microcontrôleur 20. Chacun des deux amplificateurs inverseurs 30-A, 30-B comprend une sortie 32-A, 32B destinée chacune à être reliée à une des deux extrémités 16-A, 16-B de l'enroulement primaire 16 du résolveur. Chaque amplificateur inverseur 30-A, 30-B comporte un amplificateur 25 opérationnel 36-A, 36-B alimenté par tension nominale délivrée par l'alimentation 22 et dont l'entrée non-inverseuse 38-A, 38-B est également connectée a l'alimentation 22. De préférence, chaque amplificateur inverseur 30-A, 30-B est destiné à être alimenté par une tension dont l'amplitude est inférieure à l'amplitude de tension générée aux bornes de l'enroulement primaire. Par exemple, en utilisant 30 des amplificateurs alimentés en 6,5 V, une tension crête à crête de 12V peut être obtenue aux bornes de l'enroulement primaire du résolveur. 3046893 -6- De préférence, les sorties 39-A, 39-B des amplificateurs opérationnels 36-A, 36-B sont chacune directement connectées à un amplificateur de puissance de type push-pull 40-A, 40-B. Chaque sortie 42-A, 42-B des amplificateurs de puissance de type push-pull 40-A, 40-B définit la sortie 32-A, 32-B des amplificateurs inverseurs 5 30-A, 30-B chacune destinée à être connectée à une extrémité 16-A, 16-B de l'enroulement primaire 16 du résolveur. De plus, chaque amplificateur inverseur 30-A, 30-B comprend une résistance dite inverseuse 46-A, 46-B connectée entre l'entrée inverseuse 34-A, 34-B de l'amplificateur opérationnel et la sortie 42-A, 42-B de l'amplificateur de puissance 10 de type push-pull 40-A, 40-B. Chaque amplificateur de puissance de type push-pull 40-A, 40-B comprend deux transistors bipolaires, l'un est un transistor NPN et l'autre un transistor PNP dont les caractéristiques sont identiques (même (3). Avantageusement, le gain du premier amplificateur inverseur 30-A est 15 strictement supérieur à 1 et le gain du second amplificateur inverseur 30-B est égal à 1. Selon le mode de réalisation illustré en figure 4, le circuit d'excitation selon l'invention est tel que chaque amplificateur inverseur 30-A, 30-B comprend deux diodes 50-A, 50-B montées en série entre les bases des deux transistors bipolaires. La 20 sortie de l'amplificateur opérationnel 36-A, 36-B est alors connectée entre les deux diodes. Cette configuration permet avantageusement de réduire les distorsions grâce à une prépolarisation des transistors à la limite de conduction par les diodes. 25 En fonctionnement, un circuit d'excitation selon l'invention tel que décrit précédemment permet ainsi d'appliquer une tension d'excitation entre les deux extrémités d'un enroulement primaire d'un résolveur destiné à mesurer la position angulaire d'un moteur électrique pour véhicule automobile et de préférence pour une direction assistée de celui-ci. 30 En effet, grâce aux deux amplificateurs opérationnels inverseurs couplés avec les deux montages amplificateurs de type push-pull pilotés en sens opposés, le circuit d'excitation selon l'invention peut être commandé par un signal unique délivré par le 3046893 -7- microcontrôleur. L'invention permet ainsi d'obtenir une amplitude plus grande en sortie du circuit d'excitation sans nécessiter l'utilisation d'un microcontrôleur spécifique ayant deux sorties complémentaires dédiés. En outre, l'agencement des deux amplificateurs inverseurs en cascade permet 5 de doubler la tension appliquée entre les bornes de l'enroulement primaire par rapport à la tension délivrée par l'alimentation et ne nécessite donc pas l'utilisation d'une alimentation délivrant une tension élevée et stable. En outre, cet agencement permet de fournir des courants élevés au résolveur. 10 L'invention a été décrite ci-dessus avec l'aide de modes de réalisation présentés sur des figures, sans limitation du concept inventif général. Bien d'autres modifications et variations se suggèrent d'elles même à l'homme du métier, après réflexion sur les différents modes de réalisation illustré dans cette demande. Ces modes de réalisation sont donnés à titre d'exemple et ne 15 sont pas destinés à limiter la portée de l'invention, qui est déterminée exclusivement par les revendications ci-dessous. 20 REVENDICATIONS1. Circuit d'excitation (14) pour un résolveur (12), comprenant deux amplificateurs inverseurs (30-A, 30-B) montés en série, chacun des deux amplificateurs inverseurs comprenant une sortie (32-A, 32-B) destinée chacune à être reliée à une des deux extrémités (16-A, 16-B) d'un enroulement primaire (16) du résolveur (12). 2. Circuit d'excitation selon la revendication 1, dans lequel un premier amplificateur inverseur (30-A) comprend une entrée inverseuse (34-A) destinée à être alimentée par un signal généré par un microcontrôleur (20) et un second amplificateur inverseur (30-B) comprend une entrée inverseuse (34-B) connectée à la sortie (32-A) du premier amplificateur inverseur (30-A). 3. Circuit d'excitation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel pour chaque amplificateur inverseur (30-A, 30-B), ledit amplificateur inverseur comprend un amplificateur opérationnel (36-A, 36-B) ayant une sortie (39-A, 39-B) connectée à un amplificateur de puissance de type push-pull (40-A, 40-B), la sortie (42-A, 42-B) de l'amplificateur de puissance de type push-pull définissant la sortie (32-A, 32-B) de l'amplificateur inverseur (30-A, 30-B) destinée à être connectée à une extrémité (16-A, 16-B) de l'enroulement primaire (16). 4. Circuit d'excitation selon la revendication 3, dans lequel chaque amplificateur inverseur (30-A, 30-B) comprend une résistance dite inverseuse (46-A, 46-B) connectée entre l'entrée inverseuse (34-A, 34-B) de l'amplificateur opérationnel et la sortie (42-A, 42-B) de l'amplificateur de puissance de type push-pull. 5. Circuit d'excitation selon la revendication 3 ou 4, dans lequel chaque amplificateur de puissance de type push-pull (40-A, 40-B) comprend deux transistors bipolaires. 6. Circuit d'excitation selon la revendication 5, dans lequel chaque amplificateur inverseur (30-A, 30-B) comprend deux diodes (50-A, 50-B) montées en série entre 3046893 -9- les bases des deux transistors bipolaires, la sortie de l'amplificateur opérationnel étant connecté entre les deux diodes. 7. Circuit d'excitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le 5 gain du premier amplificateur inverseur (30-A) est strictement supérieur à 1 et le gain du second amplificateur inverseur (30-B) est égal à 1. 8. Circuit d'excitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel un premier amplificateur inverseur (30-A) est destiné à être alimenté par une tension 10 dont l'amplitude est inférieure à l'amplitude de tension générée aux bornes de l'enroulement primaire. 9. Circuit d'excitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les deux amplificateurs inverseurs (30-A, 30-B) sont destinés à être alimentés par une 15 même tension. 10. Circuit d'excitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le résolveur (12) est destiné à mesurer la position angulaire d'un moteur électrique pour véhicule automobile et de préférence pour direction assistée. 20 11. Utilisation d'un circuit d'excitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour appliquer une tension d'excitation entre les deux extrémités d'un enroulement primaire d'un résolveur. 25 12. Système résolveur comprenant un circuit d'excitation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.