Brevet FR3075494A1 — publié le 20190621

La presente invention concerne un procede de suppression au moins partielle des oscillations survenant a la fin d'une decharge en courant a travers les diodes de structure pour une structure de commutation alimentant une charge inductive 1 sous forme d'un pont en H. L'enseignement de ('invention peut aussi etre destine a une application pour une structure simplifiee de pont en H, comme un demi-pont en H. L'alimentation d'une charge inductive, comme par exemple un moteur electrique, utilise en general une structure de commutation telle qu'un pont d'interrupteurs en H, ce qui n'est pas limitatif pour la presente invention. Dans ce qui va suivre, it va etre detaille la structure d'un pont en H. La structure d'un demi-pont en H est extrapolable d'une structure en pont en H en ne comportant qu'un interrupteur de puissance pour un circuit haut ou un circuit bas. Comme montre a la figure 1, un pont en H en tant que structure de commutation d'une charge inductive 1 comprend quatre interrupteurs de puissance HS1, HS2, LS1 et LS2, a savoir deux interrupteurs « hauts » HS1, HS2 du cote d'une alimentation positive Vps, par exemple une batterie produisant une tension d'alimentation positive, et deux interrupteurs « bas » LS1 et LS2 du cote d'une alimentation negative ou de la masse Mas. Chaque interrupteur comprend en general un transistor MOS de puissance. La charge inductive 1 est raccordee au pont en H par les sorties s1 et s2. La quantite de courant injectee dans la charge inductive delivree par le circuit de commutation est en general commandee par une sequence de signaux analogiques de commande des quatre interrupteurs produits a partir d'un signal de commande de consigne. Le signal de commande de consigne et les signaux analogiques de commande sont en general des signaux modules en largeur d'impulsion, aussi connus sous l'acronyme anglo-saxon de PWM pour «Pulse Width Modulation». Grace a une telle structure de commutation, la charge inductive peut etre pilotee dans les deux sens. La structure de commutation presente une sortie s1, s2, soit a un potentiel legerement inferieur a celui de la masse Mas, et l'autre sortie a un potentiel legerement superieur a celui de la source d'alimentation Vps pendant la decharge en courant a travers les diodes de structure, aucun interrupteur de puissance haut HS1, HS2 ou bas LS1, LS2 n'etant alors en conduction, un courant de decharge partant de la sortie s1 vers la sortie s2 ou inversement. Des oscillations en tension se produisent sur les sorties s1 et s2 en fin de decharge en courant a travers les diodes de structure. Dans un pont en H, la mise en 35 circuit ouvert donne lieu a la decroissance de courant rapide. En effet, une roue libre, qui 2 met les deux sorties du pont en H au meme potentiel, soit la masse Mas pour une roue libre basse, et la tension d'alimentation positive Vps pour une roue libre haute, it est obtenu une exponentielle decroissante dont la tangente est 0. La figure 2 montre un exemple de decharge inductive par recirculation dans 5 les diodes de structure pour une inductance de 1mH, une resistance serie de 10, et une tension de 14V, a partir d'une intensite de courant de 5A. Le courant est a zero au bout d'environ 300ps. Or, dans la recirculation du courant vers la tension de la source d'alimentation, la tangente virtuelle serait negative si les diodes de structure etaient court-circuitees. 10 Cependant, les diodes de structure ne permettant pas ('inversion de courant, le courant ne franchit pas la valeur 0 et reste a cette valeur. Le dispositif parait avantageux lorsqu'on veut un temps de decharge rapide. Cependant, it existe un inconvenient qui est une oscillation en tension des sorties. Cette oscillation, debutant en fin de decharge en courant, est due a 15 l'inductance de la charge et aux condensateurs de sortie C1 et C2, places pres du connecteur, et qui sont necessaires pour une protection contre des decharges electrostatiques. Typiquement, une valeur de condensateur de 10nF est utilisee. Dans un modele simple, la charge est representee par une resistance R en serie avec une inductance L. La figure 3 illustre le circuit en fin de decharge en courant, lorsque les 20 diodes ne conduisent plus. En considerant les diodes dans un modele simplifie 00 elles introduisent un decalage de tension Vf fixe, lorsqu'elles sont en conduction, requation differentielle qui regit revolution du courant i pendant la decharge est la suivante: L.(di/dt) + R.i +Vps -2Vf = 0 25 00 L est la valeur de l'inductance, R celle de la resistance et i celle du courant traversant la charge, laquelle varie en fonction du temps. En notant io la valeur initiale du courant, lors de la mise en circuit ouvert des transistors, le courant i en fonction du temps t est, tant que les diodes conduisent: i(t) = (io + (Vps -2Vf)/R).exp(-t*R/L) - (Vps -2Vf)/R 30 Le temps necessaire pour que le courant arrive a la valeur zero est : t1 = (L/R).(Ln(R.i0 + Vps -2Vf) - Ln(Vps -2Vf)) Par exemple, si R=10, L=1mH, Vf=0.7V, i0=5A, et Vps =14V, le temps necessaire t1 est de 334ns. Ceci ne correle pas exactement la simulation parce que la tension Vf depend aussi du courant qui traverse les diodes. Au moment 00 le courant s'annule, la tension aux bornes de la charge est encore Vps-2Vf, mais au-dela, nous avons affaire au circuit oscillant illustre a la figure 3, avec une inductance L, une resistance R et deux condensateurs C1 et C2. 3 Puisque les diodes ne conduisent plus, la tension aux bornes de la charge est V(t). En prenant C1=C et C2=0 dans Ceq=01.02/(01+C2), on obtient Ceq=C/2 Les equations differentielles sont : dV/dt = 2.i/C 5 L.(d2i/dt2) + R.(di/dt) + 2i/C = 0 Pour une solution en sinusdide amortie, it faut que R2 soit inferieure a 8L/C. En prenant L=1mH et 0= 10nF, la condition est remplie si R est inferieure a 8940, ce qui est toujours le cas dans la pratique car les actuateurs pilotes ont une resistance inferieure a 100. 10 De meme, une inductance L=100mH aboutirait a R REVENDICATIONS1. Procede de suppression au moins partielle des oscillations survenant a la fin d'une decharge en courant a travers des diodes de structure pour une structure de commutation alimentant une charge inductive (1, L1, R1) sous forme d'un pont en H formant un circuit haut et bas, Ia structure de commutation comprenant deux interrupteurs de puissance hauts (HS1, HS2) ou bas (LS1, LS2) commandos faisant partie respectivement d'un circuit haut ou d'un circuit bas entre une sortie (s1, s2) respective et une source d'alimentation (Vps) ou une masse (mas), Ia structure de commutation etant adaptee pour piloter un courant dans la charge en etant reliee a Ia source d'alimentation (Vps) electrique ou a Ia masse (mas) pour une commande de Ia charge inductive (1, L1, R1), au moins deux condensateurs (C1, C2) etant nnontes en derivation de la charge inductive (1, L1, R1) entre les sorties (s1, s2), Ia structure de commutation presentant rune de ses sorties (s1, s2) au-dessous du potentiel de la masse (mas) et I'autre au-dessus du potentiel de Ia source d'alimentation (Vps) pendant Ia decharge en courant a travers les diodes de structure, aucun interrupteur de puissance haut (HS1, HS2) ou bas (LS1, LS2) n'etant alors en conduction, un courant de decharge partant d'une sortie (s1, s2) vers I'autre (s2, s1), des oscillations en tension se produisant sur les sorties (s1, s2) en fin de decharge en courant a travers les diodes de structure, caracterise en ce qu'il est procede a une detection ou anticipation de fin de &charge et a un maintien force d'une roue libre apres la detection de fin de decharge, le maintien force de la roue libre apres Ia detection de fin de decharge s'effectuant pendant une duree predeterminee de maintien. 2. Procede selon Ia revendication 1, dans lequel Ia detection de fin de decharge se fait, soit en fonction d'une tension de decharge de la sortie (s1, s2) correspondant a l'annulation du courant de decharge a travers les diodes, soit en fonction de Ia pente en tension de decharge ou soit en fonction a Ia fois de la tension de decharge et de Ia pente en tension de decharge, la duree predeterminee de maintien de Ia roue libre debutant des que Ia tension de decharge repasse au-dessus d'un seuil de tension predetermine et calibrable et/ou des que Ia pente en tension est sup6rieure a un seuil de pente predetermine et calibrable, les seuils de tension et de pente de tension etant predetermines pour etre representatifs d'une ou de premieres oscillations survenant et la duree predeterminee et calibrable de maintien de Ia roue libre etant une duree calculee ou estimee par experience pour que les oscillations soient au moins attenuees en etant en dessous d'un seuil d'oscillation de moins de 5%. 3. Procede selon Ia revendication 1, dans lequel la detection de fin de decharge se fait en fonction d'une detection d'un courant de decharge proche de zero et/ou d'une 22 detection de pente de courant, Ia dur6e predeternninee de maintien de Ia roue libre debutant des ladite detection de courant et/ou de pente de courant et la duree predeterminee de maintien de Ia roue libre etant une duree calculee ou estim6e par exp6rience pour que les oscillations soient au moins attenuees en etant en dessous d'un 5 seuil d'oscillation de moins de 5%. 4. Procede selon la revendication precedente, dans lequel la detection de fin de decharge se fait en fonction d'une detection d'un courant de decharge n'ayant pas encore atteint zero et il est pris en consideration un double seuil de courant ainsi qu'un intervalle de temps pour passer d'un seuil a l'autre, avec calcul, en fonction des deux seuils et de 10 l'intervalle de temps, d'un instant futur avec une mange d'incertitude, auquel instant futur le courant devient nul et d'un temps de dur6e de la roue libre. 5. Procede selon Ia revendication 1, dans lequel Ia detection de fin de d6charge se fait potentiellement en fonction d'une tension de decharge de la sortie active (s1, s2) et/ou en fonction de la pente en tension de decharge posterieurement a une detection 15 d'un courant de decharge proche de zero, le seuil de courant etant augment6 chaque fois que le seuil de tension predetermine et/ou le seuil de pente predetermine sont detectes et le seuil de courant etant diminue chaque fois que le seuil de tension predetermine et/ou le seuil de pente predetermine ne sont pas detectes. 6. Proc6d6 selon la revendication 1, dans lequel Ia detection de fin de d6charge 20 se fait potentiellement en fonction d'une tension de decharge de Ia sortie active et/ou en fonction de la pente en tension de decharge posterieurement a une fin d'une constante de temps estimant la duree de decharge, la constante de temps etant augmentee chaque fois que le seuil de tension predetermine et/ou le seuil de pente predetermine sont detectes et la constante de temps etant diminu6e chaque fois que le seuil de tension 25 predetermine et/ou le seuil de pente predetermine ne sont pas detectes. 7. Procede selon la revendication 6, dans lequel Ia constante de temps estime la duree de d6charge apres franchissement d'un seuil de courant. 8. Procede selon I'une quelconque des revendications precedentes, dans lequel la duree de roue libre est programmee et determinee soit par calcul, soit par experience, 30 le cas echeant apres detection d'un seuil de courant non nul. 9. Ensemble d'une charge inductive (1, L1, R1) et de son dispositif d'alimentation electrique, le dispositif d'alimentation comprenant une structure de commutation d'un pont en H formant respectivement des circuits hauts et bas, Ia structure de commutation comprenant une paire d'interrupteurs de puissance hauts (HS1, HS2) ou bas (LS1, LS2) 35 commandos par une unite de commande entre une sortie (s1, s2) et respectivement une 23 source d'alimentation (Vps) electrique ou une masse (mas) pour une commande de la charge inductive (1, L1, R1), au moins deux condensateurs (C1, C2) etant montes en derivation de Ia charge inductive (1, L1, R1) entre les sorties (s1, s2), ('unite de commande pilotant une roue libre par action selective sur Ia paire d'interrupteurs de 5 puissance hauts (HS1, HS2) ou bas (LS1, LS2), caracterise en ce que ('ensemble met en oeuvre un procede de suppression au moins partielle des oscillations survenant a Ia fin d'une d6charge en courant a travers les diodes de structure selon l'une quelconque des revendications n° 1 a 8, ('unite de commande comprend des moyens d'au moins une detection d'une fin de decharge en courant a travers les diodes de structure, des moyens 10 de memorisation d'un seuil de declenchement specifique a la detection ou a chaque detection, et des moyens de maintien force de la roue libre quand le seuil de declenchement est franchi pendant une duree predeterminee de maintien memorisee.