Brevet FR3087064A1 — publié le 20200410

Description Titre de l'invention : Source d'alimentation à découpage d'un lecteur du type communication en champ proche [00011 Les modes de réalisation de l'invention concernent les sources d'alimentation à découpage, communément connues des personnes du métier sous le nom de sources d'alimentation à découpage, notamment les sources d'alimentation à découpage applicables aux systèmes à radiofréquence comme les systèmes de communication en champ proche, communément appelés systèmes NFC (Near Field Communication : NEC en anglais), et plus particulièrement la régulation de puissance des sources d'alimentation à découpage adaptée à la modulation utilisée dans les systèmes NEC. [0002] La communication en champ proche (NEC) est un ensemble de normes pour appareils sans fil, en particulier les téléphones intelligents et dispositifs similaires, utilisé pour établir une communication radio entre deux dispositifs en les mettant en contact l'un avec l'autre ou en les rapprochant l'un de Vautre, généralement à une distance de 10 cm ou moins, [0003] La NEC utilise l'induction électromagnétique entre deux antennes cadres situées dans le champ proche mutuel, qui forme de manière concrète un transformateur à noyau d'air. Elle fonctionne par exemple à 13,56 MHz. La NEC implique une unité appelante et une cible. L'unité appelante, ou lecteur, génère de façon active un champ de fréquence radio qui peut alimenter une cible passive, qui est une puce non alimentée appelée transpondeur étiquette ». Ceci permet aux cibles NEC de prendre des facteurs de forme simples, comme des autocollants, des porte-clés ou des cartes qui ne nécessitent pas de batteries. [0004] La communication du lecteur vers l'étiquette est réalisée par modulation d'amplitude d'un signal porteur par le lecteur, en respectant certaines normes. [00051 Le dispositif sans fil ou récepteur qui reçoit le champ électromagnétique produit par le lecteur peut être passif (étiquette) ou actif Dans le premier cas, l'étiquette ne génère pas de champ électromagnétique, tandis que dans le second cas, le récepteur génère aussi un champ électromagnétique, et la communication entre le lecteur et le récepteur utilise une modulation de charge active (ALM). 100061 La technologie NEC est normalisée dans les documents ISOIIEC 18 092, 1SC/n[3C 21 481 et dans les documents du FORUM NEC mais elle reprend de nombreuses normes préexistantes, dont le protocole de type A et le protocole de type B qui sont définis dans la normé ISO/IEC 14 443. [00071 Le protocole de type A, aussi appelé ISO 14443A ou technologie NEC-A, est basé sur une modulation par tout ou rien (00K) qui utilise une position d'impulsion de ffler modifiée. [0008] En général, une source d'alimentalion à découpage milisée dans un lecteur NEC est couplée à l'étage émetteur/récepteur (charge) du lecteur. L'étage émetteur/récepteur est la charge de la source d'alimentation à découpage. [00091 La source d'alimentation à découpage est conçue pour réaliser une conversion d'une tension d'entrée non régulée à une tension de sortie régulée que l'on applique à la charge. La source d'alimentation à découpage comprend généralement une tension de référence pour réguler la tension de sortie. [0O10' Quand une charge de ee type couplée à la source d'alimentation à découpage varie de façon soudaine et rapide pendant l'émission et/ou la réception d'informations, la tension de sortie de la source d'alimentation à découpage ne peut pas être régulée de façon suffisamment rapide, ce qui se traduit généralement par des dépassements ou des sous-dépassements » (« overshoots or undershoots » en anglais), bien connus dans la technique, de la tension de sortie. Les dépassements et sous-dépassements qui se produisent pendant des transitoires de charge extrêmes peuvent entraîner des défauts de la source d'alimentation à découpage en tension. [ 1] Il existe un besoin pour une solution technique à faible complexité et à basse consommation qui permette. d'assurer une régulation de puissance d'une source d'alimentation à découpage adaptée à la variation de la charge. [0012] Selon un aspect, l'invention propose un lecteur qui est adapté à l'échange d'informations sans fil avec un appareil sans fil. [0013] Cet appareil saris fil peut être un transpondeur passif ou un transpondeur actif utilisant une modulation de charge active. [0014] Le lecteur peut être en réalité un lecteur ou un téléphone portable intelligent ému lé en mode lecteur. [0015] Le lecteur comprend : [0016] un moyen de génération configué pour générer un signal de modulation, [0017] un étage émetteur/récepteur configure pour être piloté par ledit signal de modulation, et [0018] une source d'alimentation à découpage configurée pour alimenter ledit étage émetteur/récepteur, ladite source d'alimentation à découpage comprenant un commutateur de puissance commandé en fonction dudit signal de modulation. [0019] Avantageusement, une telle alimentation à découpage permet de commander le com- mutateur de puissance de la source d'alimentation à découpage en utilisant simplement le signal de modulation représentatif de la variation de la charge, aifirement dit ledit étage émetteur/récepteur, couplé à la source d'alimentation à découpage. [0020] Ainsi, la tension de sortie régulée de la source d'alimentation à découpage suit les va- riations de ladite charge, et les éventuels dépassements et sous-dépassements pendant les transitoires de charge extrêmes peuvent réduits. [0021] Selon un mode de réalisation, le signal de modulation est un signal de modulation tom ou rien (00K) ayant un premier état et un deuxième état, et le commutateur de puissance est dans l'état ouvert quand le signal de modulation est dans le premier état, [0022] Selon un autre mode de réalisation, la source d'alimentation à découpage comprend une bobine d'induction couplée au commutateur de puissance et un commutateur redresseur couplé à la bobine et commandé en fonction dudit signal de modulation. [0023] Le courant dans la bobine est presque nul quand le commutateur de puissance. est dans l'état ouvert en raison du signal de modulation, ce qui permet avantageusement de réduire non seulement les dépassements et sous-dépassements pendant les transitoires de charge, mais aussi la consommation électrique de la source d'alimentation à découpage. [0024] L'utilisation d'un tel commutateur redresseur peut avantageusement accroître le rendement de la source d'alimentation à découpage. Le commutateur redresseur peut par exemple être dans l'état Moqué quand ledit signal de modulation est dans le premier état. [0026] Comme exemple non limitatif, le premier état peut être un état «0 ». [0027] La source d'alimentation à découpage peut par exemple être un convertisseur c.c.-c.c. [0028] Selon un autre mode de réalisation, le lecteur est un lecteur dc communication en champ proche. [0029] Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif électronique, tel qu'un téléphone cellulaire mobile, comprenant un lecteur tel que défini ci-dessus, [0030] Selon un autre aspect encore,l'invention propose une source d'alimentation à découpage faisant partie (l'un lecteur tel que défini ci-dessus, ayant une entrée de commande configurée pour recevoir ledit signal de modulation. [0031] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de modes de réalisation entièrement non limitatifs, en association avec les dessins annexés, dans lesquels : [0032] [fig..1] [0033] [fig.2] [00341 Rigil [0035] [fig.4] représentent de manière schématique des modes de réalisation de in ention. [0036] La référence 1 de la figure 1 désigne un dispositif électronique, ici par exemple un téléphone cellulaire mobile intelligent, couramment désigné dans le métier sous le nom de « smartphone », ou mobile multifonction, comprenant un lecteur de communication en radiofréquence 2, ici par exemple un lecteur de communication en champ proche, couramment appelé lecteur NEC, configure pour établir une communication avec d'autres dispos' de communication en champ proche, par exemple une étiquette NEC, [0037] Le lecteur NEC 2 comprend une source d'énergie électrique ici par exemple une source de courant continu 3, une source d'alimentation à découpage, ici par exemple un convertisseur cc-ce, 4, couplé à la source d'énergie 3, un étage émetteur/récepteur 5 couplé à la source d'alimentation à découpage 4, et un moyen de génération GM configuré pour délivrer un signai de modulation MS à la source d'alimentation à découpage 4 et àl'étage émetteur/récepteur 5. )038] La source d'alimentation à découpage 4 est configurée pour convertir une tension d'entrée Vin fournie par la source d'énergie électrique 3 en une tension de sortie Vout à délivrer à l'étage émetteur/récepteur 5. [0039' L'étage émetteur/récepteur 5 est alimenté par la tension de sortie. Vont de la source d'alimentation à découpage 4 et est destiné à recevoir le signal de modulation MS du moyen de génération GM. [0040] Par exemple, le signal de modulation MS est un signal modulé en tout ou rien, technique désignée aussi par l'acronyme 00K al en d'autres termes, un signal modulé en déplacement d'amplitude à 100%. technique désignée aussi par l'acronyme ASK. [0041] La figure 2 représente un exemple de mode de réalisation simplifié de la source d'alimentation à découpage 4. et la figure. 3 représente des résultats de simulation correspondants de l'exemple de mode de réalisation illustré sur la figure 2. [0042] La source d'alimentation à découpage 4 représentée dans cet exemple est par exemple un convertisseur c.c.-c.c. élévateur comprenant [0043] une broche d'entrée 6 couplée à la source d'énergie 3, [00441 une bobine d'induction? couplée entre la broche d'entrée 6 et un noeud médian 8, [0045] un étage de commutateur d'alimentation 9 couplé entre le noeud médian 8 et la masse G:ND, [0046] un étage de commutateur red esseur 110 couplé entre le noeud médian 8 et une broche de sortie 11, et [0047] un condensateur de sortie 12 couplé entre la broche de sortie 11 et la masse UND. [00481 L'étage de commutateur d'alimentation 9 comprend [0049] une première diode 13 dont l'anode 14 est couplée à la masse et la cathode 15 est couplée au noeud médian 8, [0050] un commutateur d'alimentation 16 monté en parallèle avec la première diode 13 et ayant une entrée de commande de puissance PCI couplée à un bloc de commande de commutateur d'alimentation 1.7. [0051] Le commutateur d'alimentation 16 peut comprendre un transistor MOS FET de type N. [00521 Le bloc de commande de commutateur d'alimentation 17 comprend : [0053] une première entrée IPS1 destinée à recevoir un signal de pilotage d'élévation BDS, qui est généralement un signal modulé en largeur d'impulsions, fréquemment appelé dans la technique signal PWM, [0054] une deuxième entrée 1-P52 destinée à recevoir le signal de modulation MS, et [0055] une sortie ON couplée à l'entrée de commande de puissance PCI de l'interrupteur d'alimentation 16. [0056] Le bloc de cora mande de commutateur d'alimentatio 17 peupar exemple une simple porte ET si le commutateur d'alimentation 16 est un interrupteur NMOS. [0057] Comme montré sur la figure 3, le signal de modulation MS a un état « 1 » et un état « O»- La fréquence du signal de modulation MS peut par exemple être choisie dans un intervalle allant de 106 klils à 848 kbis et un codage Miller modifié, par exemple, peut être applique. [0058] Quand le signal de modulation MS est dans l'état le commutateur d'alimentation 16 est clans son état >, le commutateur d'alimentation 32 est dans son état « ouvert » puisque la sortie du bloc de commande de commutateur d'alimentation 33 est aussi dans l'état « 0 », [0092] Le courant IL de la bobine d'induction 29 du convertisseur cc-cc. dans l'état « 0 » est presque nul et la tension de. sortie Vont du convertisseur c.c-c.c. 4 est presque stable, au moins pendant l'intervalle on le signal de modulation MS est dans l'état « O ». Avantageusement, la consommation d'énergie du convertisseur c.c-c.e. 4 est aussi réduite. [0093] Quand le signal de modulation MS est dans l'état .(. >, la sortie du bloc de. commande de commutateur d'alimentation 33 est égale au signal de pilotage d'élévation BDS. [0094] De plus, de la même manière que sur la figure 2, un commutateur redresseur, commandé par un bloc de commande de commutateur redresseur, peut aussi être monté en parallèle à la première diode 28 afin de former un étage de commutateur redresseur qui augmente le rendement du convertisseur c.c.-c.c. abaisseur. [0095] Ainsi, quel que soit le mode de réalisation décrit, la régulation de iuissarice de la source d'alimentation à découpage 4 est adaptée à la variation de charge du lecteur NEC 2 et les éventuels dépassements et sous-dépassements pendant la transitoire de charge sont aussi réduits, [Revendication I] REVENDICATIONSLecteur adapté à l'échange d'informations sans avec un appareil sans fil, comprenant : un moyen de génération (0M) configure pour générer n signai de modulation (MS), un étage émetteur/récepteur (5) configuré pour être piloté par ledit signal de modulation (MS), et une source d'alimentation à découpage (4) configurée pour alimenter ledit étage émetteur/récepteur (5), ladite source d'alimentation à découpage (4) comprenant un commutateur d'alimentation (16, , commandé en fonction dudit signal de modulation (MS). [Revendication 2] Lecteur selon la revendication 1, dans lequel le signal de modulation (MS) est un signal de modulation tout ou rien ayant un premier état et un deuxième état, et le commutateur d'alimentation (16, 32) est dans l'état ouvert quand le signal de modulation (MS) est dans le premier état. [Revendication 3] Lecteur selon la revendication 1 ou 2, 1. ans lequel la source d'alimentation à découpage (4) comprend une bobine d'induction (7, 2.9) couplé au commutateur d'alimentation (16, 32) et un commutateur redresseur (22) couplé à la bobine (7) et commandé en fonction dudit signal de modulation (MS). [Revendication 4] Lecteur selon les revendications 2 et 3, dans lequel le commutateur re- dresseur (22) est dans l'état bloqué quand ledit signal de modulation (MS) est dans le premier état. [Revendication 5] Lecteur selon la revendication 2 ou 4, clans lequel le premier état est t état, « », [Revendication 6] Lecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source d'alimentation à découpage st un convertisseur c.c.-c.c. [Revendication 7] Lecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le lecteur est un lecteur de communication en champ proche (2). [Re td- 18] Dispositif électronique G), tel qu'un téléphone cellulaire mobile, comprenant un lecteur (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes [Revendication 9] Alimentation à découpage (4) faisant partie d'un lecteur (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, et ayant une entrée de commande (lP82, IRS2) configurée pour recevoir ledit signal de modulation (MS).