Brevet FR3117671A1 — publié le 20220617

Composant électronique (15) de détection d’une défaillance d’au moins un interrupteur (5, 6) d’un redresseur (3) pour véhicule, le redresseur (3) comprenant plusieurs bras (4) de commutation montés en parallèle pour redresser une tension alternative polyphasée reçue en entrée en une tension continue en sortie du redresseur (3), le composant (15) étant configuré pour : - mesurer, pour au moins une phase (8) de la tension alternative reçue en entrée du redresseur (3), l’amplitude de la tension entre le conducteur (7) d’entrée de cette phase dans le redresseur (3) et la masse, - comparer cette amplitude à la valeur de la tension continue en sortie du redresseur (3), et - détecter une défaillance sur l’un au moins des interrupteurs (5, 6) du bras (4) de commutation associé à cette phase (8) lorsque le résultat de cette comparaison est supérieur à un seuil de tension prédéfini (23). Figure d’abrégé: Fig 1 Composant électronique de détection d’une défaillance d’au moins un interrupteur d’un redresseur pour véhicule La présente invention concerne un composant électronique de détection d’une défaillance d’au moins un interrupteur d’un redresseur pour véhicule. Le composant est par exemple intégré à un régulateur de tension d’un alternateur de véhicule automobile ou de poids-lourd. Il est connu d’utiliser un tel régulateur pour contrôler le courant d’excitation de l’enroulement électrique du rotor d’une machine électrique tournante afin de maintenir la tension continue dans un réseau de bord de véhicule dans une plage de valeurs acceptable. La demande WO2016/170262 divulgue un exemple de régulateur de tension. Ce régulateur est associé à un redresseur recevant en entrée une tension alternative polyphasée de l’enroulement électrique de stator d’alternateur et fournissant en sortie une tension continue alimentant le réseau de bord du véhicule et ses différents consommateurs tels qu’un système d’éclairage, de direction assistée électrique, de freinage, de climatisation ou d’autoradio par exemple. Le redresseur comprend plusieurs bras, par exemple trois bras dans le cas où l’enroulement électrique de stator est triphasé, et chacun de ces bras comprend deux interrupteurs dont un est relié à la borne positive de la tension continue et l’autre est relié à la masse. Ces interrupteurs sont par exemple des diodes. Si une défaillance se produit dans un des interrupteurs, ce dernier peut ne pas avoir le comportement attendu, et présenter un état passant ou bloqué non attendu compte-tenu de la caractéristique courant-tension de cet interrupteur. Du fait de cette défaillance, l’interrupteur peut se comporter comme un court-circuit ou comme un circuit ouvert. Par exemple, dans le cas de diodes, la défaillance d’une diode d’un bras peut modifier la répartition du courant induit dans les autres bras du redresseur, et augmenter en conséquence le risque de défaillance d’un interrupteur d’un autre bras. Il existe ainsi le risque que la tension fournie par l’alternateur au réseau de bord soit insuffisante. Compte-tenu de la présence sur ce réseau de bord de consommateurs répondant à des impératifs de sécurité, la sûreté du véhicule peut s’en trouver affectée. Pour remédier à ce problème, la demande DE10 2018 215 901 enseigne de mesurer la tension entre un conducteur de phase d’une phase de l’alternateur et la masse et, lorsque le rapport cyclique de cette tension est différent de 50%, de générer un message traduisant une défaillance dans le redresseur. Cette solution nécessite la mesure de la période de la tension entre le conducteur de phase et la masse et nécessite et la réalisation de divisions pour les calculs de rapport cyclique. L’invention a pour objet d’améliorer encore la solution mentionnée ci-dessus et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, à l’aide d’un composant électronique de détection d’une défaillance d’au moins un interrupteur d’un redresseur pour véhicule, le redresseur comprenant plusieurs bras de commutation montés en parallèle pour redresser une tension alternative polyphasée reçue en entrée en une tension continue en sortie du redresseur, le composant étant configuré pour : - mesurer, pour au moins une phase de la tension alternative reçue en entrée du redresseur, l’amplitude de la tension entre le conducteur d’entrée de cette phase dans le redresseur et la masse, - comparer cette amplitude à la valeur de la tension continue en sortie du redresseur, et - détecter une défaillance sur l’un au moins des interrupteurs du bras de commutation associé à cette phase lorsque le résultat de cette comparaison est supérieur à un seuil de tension prédéfini. L’invention permet ainsi, par de simples comparaisons, de déterminer une défaillance sur un interrupteur du redresseur. En effet, Lorsqu’un interrupteur d’un bras subit une défaillance l’amenant dans un état de circuit ouvert, la tension aux bornes de cet interrupteur prend une valeur telle que la valeur de la tension entre le conducteur d’entrée de cette phase dans le redresseur et la masse augmente pour devenir largement supérieure à la tension continue en sortie du redresseur. Dans le cas où le réseau de bord du véhicule a une tension nominale de 12V, cette tension entre le conducteur d’entrée de cette phase dans le redresseur et la masse peut dépasser 18V. Les interrupteurs du redresseur sont par exemple tous du même type. Il s’agit par exemple exclusivement de diodes, ou de diodes zener ou de transistors. La détermination de l’amplitude de la tension entre le conducteur d’entrée de la phase dans le redresseur et la masse peut être effectuée pour chaque période de la tension alternative considérée, à un intervalle de périodes fixe ou variable, ou sur plusieurs périodes consécutives. Le seuil de tension prédéfini peut être compris entre 1V et 5V, étant notamment égal à 2V. La comparaison entre l’amplitude de la tension pour la phase et la valeur de la tension continue en sortie du redresseur peut s’effectuer : - en additionnant le seuil de tension prédéfini à la valeur de la tension continue en sortie du redresseur et en étudiant si le résultat de cette addition est supérieur à la valeur de l’amplitude de la tension pour la phase ou, - en étudiant si la différence entre la valeur de l’amplitude de la tension pour la phase et la valeur de la tension continue en sortie du redresseur est supérieure au seuil de tension prédéfini. Le composant peut être configuré pour, pour une première phase de la tension alternative reçue en entrée du redresseur, mesurer l’amplitude de la tension entre le conducteur d’entrée de cette première phase dans le redresseur et la masse, pour une deuxième phase de cette tension alternative, mesurer l’amplitude de la tension entre le conducteur d’entrée de cette deuxième phase dans le redresseur et la masse et, pour détecter une défaillance sur l’un au moins des interrupteurs du bras de commutation associé à cette première phase ou sur l’un au moins des interrupteurs du bras de commutation associé à cette deuxième phase après comparaison de chacune de ces amplitudes avec la valeur de tension continue en sortie du redresseur. Le cas échéant, chaque phase de l’enroulement électrique de stator est traitée par le composant électronique. Le même seuil de tension prédéfini est par exemple utilisé pour toutes les phases de l’enroulement électrique de stator. Le seuil de tension est par exemple enregistré dans une mémoire du composant électronique. Ce seuil de tension prédéfini peut rester constant. Selon le choix de valeur que l’on fait pour ce seuil de tension, on peut régler la sensibilité de la détection mise en œuvre. En variante, le seuil de tension prédéfini peut varier, par exemple d’une période à l’autre ou en fonction d’une consigne reçue. Cette variation peut rester dans une plage de valeurs prédéfinie. Dans tout ce qui précède, la valeur de la tension continue mesurée en sortie du redresseur peut être la valeur moyenne de cette tension en sortie du redresseur. Le composant électronique peut être un circuit de traitement numérique, mettant en œuvre des portes logiques, des compteurs et une mémoire. Le composant électronique est par exemple un circuit intégré de type ASIC (« Application-specific integrated circuit » en anglais). L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un régulateur pour alternateur de véhicule, comprenant le composant électronique ci-dessus. De façon connue, le régulateur peut agir sur le courant d’excitation du rotor de l’alternateur, par exemple en agissant sur le rapport cyclique de ce courant. L’action sur ce courant d’excitation permet alors de réguler la tension du réseau de bord. Le composant électronique peut, en plus de ce qui précède, être également configuré pour réguler le courant d’excitation du rotor de l’alternateur. Dans un tel cas, le composant électronique est intégré dans l’unité de commande du régulateur, cette dernière étant par exemple un circuit intégré tel qu’un ASIC. Un tel cas peut permettre de diminuer le coût du régulateur et d’en augmenter la fiabilité, un seul composant électronique étant alors utilisé au lieu de deux unités distinctes connectées entre elles. En variante, le régulateur peut comprendre une unité de commande distincte du composant électronique, cette unité de commande étant configurée pour réguler le courant d’excitation du rotor de l’alternateur. Le composant électronique et l’unité de commande peuvent ainsi être choisis uniquement en fonction de la tâche qui leur est assignée. Le recours à une unité de commande distincte du composant électronique peut par ailleurs permettre de gérer des valeurs plus importantes de courant d’excitation du rotor de l’alternateur. L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un alternateur, comprenant : - un stator comprenant un enroulement électrique polyphasé, - un rotor comprenant un enroulement électrique parcouru par un courant d’excitation, - un redresseur comprenant plusieurs bras de commutation montés en parallèle pour redresser la tension alternative polyphasée induite dans l’enroulement électrique du stator reçue en entrée de ce redresseur en une tension continue en sortie, et - le régulateur tel que défini ci-dessus. Les phases de l’enroulement électrique de stator peuvent être connectées en étoile ou en triangle. L’enroulement électrique de stator est par exemple triphasé, ou peut définir deux systèmes triphasés. Le rotor de la machine électrique est par exemple un rotor à griffes, ce rotor comprenant deux roues polaires assemblées. Le rotor peut comprendre un noyau, le cas échéant formé par l’assemblage de parties appartenant respectivement à une des roues polaires, et l’enroulement électrique du rotor parcouru par le courant d’excitation peut être disposé autour de ce noyau, avec interposition d’un isolant. Le composant électronique peut être configuré pour que la détection de défaillance de l’un au moins des interrupteurs du redresseur ne soit effectuée que lorsqu’au moins une condition prédéfinie est vérifiée, cette condition prédéfinie étant l’une au moins parmi les suivantes: - la vitesse de rotation du rotor est supérieure à une vitesse prédéfinie, - le rapport cyclique du courant d’excitation du rotor est supérieure à une valeur de rapport cyclique prédéfinie, et - la valeur de la tension en sortie du redresseur est supérieure à une valeur de tension prédéfinie. La vérification de cette ou ces conditions prédéfinies permet de garantir que la détection de défaillance n’est effectuée que lorsque l’alternateur débit du courant. Cette ou ces conditions peuvent permettre de ne pas mettre en œuvre la détection de défaillance au démarrage de l’alternateur ou lorsque le rotor tourne à de faibles vitesses. La vitesse prédéfinie est par exemple comprise entre 800 tr/min et 1200 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 1000 tr/min. La valeur de rapport cyclique prédéfinie est par exemple supérieure ou égale à 10%. La valeur de tension prédéfinie est par exemple la valeur de tension nominale sur le réseau de bord, par exemple 12V ou 48V. L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de détection d’une défaillance d’au moins un interrupteur d’un redresseur pour véhicule, le redresseur comprenant plusieurs bras de commutation montés en parallèle pour redresser une tension alternative polyphasée induite aux bornes d’un enroulement électrique de stator et reçue en entrée en une tension continue en sortie du redresseur, procédé dans lequel : - on mesure, pour au moins une phase de la tension alternative reçue en entrée du redresseur, l’amplitude de la tension entre le conducteur d’entrée de cette phase dans le redresseur et la masse, - on compare cette amplitude à la valeur de la tension continue en sortie du redresseur, et - on détecte une défaillance sur l’un au moins des interrupteurs du bras de commutation associé à cette phase lorsque le résultat de cette comparaison est supérieur à un seuil de tension prédéfini. Tout ou partie de ce qui a été énoncé précédemment en rapport avec le composant électronique s’applique encore à cet autre aspect de l’invention. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’exemples non limitatifs de celle-ci et à l’examen du dessin annexé sur lequel : - représente de façon schématique un alternateur selon un premier exemple de mise en œuvre de l’invention, - représente, similairement à la , un alternateur selon un deuxième exemple de mise en œuvre de l’invention, - représente sous forme de schémas blocs une première variante de comparaison effectuée par le composant électronique, et - représente, similairement à la , une deuxième variante de comparaison effectuée par le composant électronique. On a représenté à la un alternateur 1 selon un premier exemple de mise en œuvre de l’invention. De façon connue, cet alternateur permet de générer du courant électrique pour alimenter un réseau de bord 2 d’un véhicule, soit pour charger la batterie de ce réseau de bord, soit pour alimenter directement les consommateurs de ce réseau de bord, ces derniers comprenant par exemple système d’éclairage, le système de direction assistée électrique, le système de freinage, le système de climatisation et le système d’autoradio du véhicule. Ce réseau de bord a par exemple une tension nominale de 12V. Ce réseau de bord 2 est ici situé en sortie d’un redresseur 3 qui reçoit en entrée une tension alternative polyphasée, à savoir triphasée dans l’exemple considéré, induite aux bornes de l’enroulement électrique de stator de cet alternateur. Le redresseur 3 est ici constitué de trois bras 4, chaque bras 4 comprenant deux interrupteurs 5 et 6 montés en série. Pour chaque bras 4, l’interrupteur 5 est disposé entre la borne positive du réseau de bord 2 et un nœud raccordé au conducteur 7 d’entrée de phase, et l’interrupteur 6 est disposé entre ce nœud et la masse. Chaque interrupteur 5 est par exemple une diode mais l’invention n’est pas limitée à une telle réalisation. Chaque interrupteur peut en variante être un transistor, le redresseur effectuant alors un redressement synchrone. Par l’intermédiaire de leur conducteur 7 d’entrée de phase, chaque phase 8 de l’enroulement électrique de stator est connectée au redresseur 3. Les phases 8 sont connectées en étoile dans l’exemple considéré. Le rotor de l’alternateur est à griffes, comprenant deux roues polaires assemblées entre elles. Ce rotor présente un noyau autour duquel est bobiné un enroulement électrique d’excitation 12. L’alternateur 1 comprend encore un régulateur 13 assurant de façon connue une régulation du courant d’excitation circulant dans l’enroulement 12 du rotor en agissant sur le rapport cyclique de ce courant. Cette régulation est par exemple assurée par une unité de commande du régulateur qui est par exemple un circuit intégré tel qu’un ASIC. Selon l’invention, une détection d’une défaillance dans un ou plusieurs interrupteurs 5, 6 du redresseur 3 est possible. Dans l’exemple de la , cette détection est permise par un composant électronique 15 distinct de l’unité de commande 18 du régulateur 13. Ce composant électronique 15 est par exemple un circuit intégré tel qu’un ASIC, mettant en œuvre des portes logiques, des compteurs et une mémoire, comme on le verra par la suite. Le fonctionnement de ce composant électronique va maintenant être décrit en référence aux figures 3 et 4. Dans l’exemple de la , le composant électronique 15 est configuré pour : - mesurer pour une première phase 8 de l’enroulement électrique de stator l’amplitude de la tension entre le conducteur 7 d’entrée de cette première phase 8 dans le redresseur 3 et la masse, - mesurer pour une deuxième phase 8 de l’enroulement électrique de stator l’amplitude de la tension entre le conducteur 7 d’entrée de cette deuxième phase 8 dans le redresseur 3 et la masse, et - comparer chacune de ces amplitudes avec la valeur de la tension continue en sortie du redresseur 3. Cette mesure de l’amplitude de la tension entre le conducteur 7 d’entrée et la masse pour une phase 8 est effectuée par un bloc 20 selon la représentation fonctionnelle de la qui concerne la première phase 8, mais qui s’applique de façon similaire pour la deuxième phase 8. Le bloc 21 effectue ici une mesure de la valeur moyenne de la tension continue en sortie du redresseur 3. Dans l’exemple de la , on soustrait de l’amplitude en sortie du bloc 20 la valeur moyenne en sortie du bloc 21 via un opérateur 22 qui est par exemple un amplificateur opérationnel. Le composant électronique est encore configuré pour comparer via un comparateur 24 : - une première entrée étant la sortie du bloc 22, et - une deuxième entrée étant un seuil de tension prédéfini 23 qui est par exemple stocké dans une mémoire du composant électronique 15, ce seuil de tension 23 pouvant être constant ou variable. Dans l’exemple représenté, la valeur de ce seuil de tension prédéfini 23 est égale à 2V. Le composant électronique 15 peut encore générer un message de défaillance après traitement par un bloc 25. Ce bloc 25 peut générer un tel message lorsqu’il ressort de la comparaison effectuée par le bloc 24 que la différence entre l’amplitude de la tension entre le conducteur 7 d’entrée d’une des phases et la masse, et la valeur moyenne de la tension continue en sortie du redresseur 3 est supérieure au seuil de tension prédéfini, ici 2V. Le cas échéant, le bloc 25 ne génère un message de défaillance que lorsque le résultat de la comparaison mentionné ci-dessus est vérifié pendant une durée donnée, par exemple une durée supérieure ou égale à 500 ms. La représente une variante pouvant être mise en œuvre par le composant électronique 15 décrit en référence à la . Contrairement à ce qui a été décrit en référence à la , l’amplitude de la tension entre le conducteur 7 d’entrée d’une des phases et la masse en sortie du bloc 20 n’est pas comparée à la valeur moyenne de la tension continue en sortie du redresseur 3. Le seuil de tension prédéfini 23 est en effet additionné à la valeur moyenne de la tension continue en sortie du redresseur telle que mesurée par le bloc 21 par un opérateur 21. C’est la sortie de cet opérateur 22 qui est reçue comme deuxième entrée du comparateur 24. Le bloc 25 peut générer un tel message lorsqu’il ressort de la comparaison effectuée par le bloc 24 que la différence entre l’amplitude de la tension entre le conducteur 7 d’entrée d’une des phases et la masse, et la sortie du bloc 22 est supérieure à 0V. Le fonctionnement du composant électronique 15 qui vient d’être décrit en référence aux figures 3 et 4 ne s’effectue pas nécessairement en permanence. Ce fonctionnement peut n’avoir lieu que lorsque l’une au moins des conditions prédéfinies suivantes est vérifiée : - la vitesse de rotation du rotor est supérieure à une vitesse prédéfinie, - le rapport cyclique du courant d’excitation du rotor est supérieure à une valeur de rapport cyclique prédéfinie, et - la valeur de la tension en sortie du redresseur est supérieure à une valeur de tension prédéfinie. L’invention n’est pas limitée à l’exemple qui vient d’être décrit. En particulier, le composant électronique 15 peut, contrairement à ce qui est représenté sur la , être confondue avec l’unité de commande 18 du régulateur 13. Un tel exemple est représenté sur la . Le fonctionnement d’un tel composant électronique peut être exactement similaire à ce qui a été décrit en référence aux figures 3 et 4. Dans ce cas, une même puce peut alors assurer la régulation du courant d’excitation du rotor de l’alternateur, et la détection de défaillance d’un interrupteur du redresseur. Composant électronique (15) de détection d’une défaillance d’au moins un interrupteur (5, 6) d’un redresseur (3) pour véhicule, le redresseur (3) comprenant plusieurs bras (4) de commutation montés en parallèle pour redresser une tension alternative polyphasée reçue en entrée en une tension continue en sortie du redresseur (3), le composant (15) étant configuré pour : - mesurer, pour au moins une phase (8) de la tension alternative reçue en entrée du redresseur (3), l’amplitude de la tension entre le conducteur (7) d’entrée de cette phase dans le redresseur (3) et la masse, - comparer cette amplitude à la valeur de la tension continue en sortie du redresseur (3), et - détecter une défaillance sur l’un au moins des interrupteurs (5, 6) du bras (4) de commutation associé à cette phase (8) lorsque le résultat de cette comparaison est supérieur à un seuil de tension prédéfini (23). Composant selon la revendication 1, le seuil de tension prédéfini étant compris entre 1V et 5V, étant notamment égal à 2V. Composant selon la revendication 1 ou 2, étant configuré pour, pour une première phase (8) de la tension alternative reçue en entrée du redresseur, mesurer l’amplitude de la tension entre le conducteur (7) d’entrée de cette première phase dans le redresseur (3) et la masse, pour une deuxième phase (8) de cette tension alternative, mesurer l’amplitude de la tension entre le conducteur (7) d’entrée de cette deuxième phase dans le redresseur (3) et la masse et, pour détecter une défaillance sur l’un au moins des interrupteurs (5, 6) du bras (4) de commutation associé à cette première phase ou sur l’un au moins des interrupteurs (5, 6) du bras (4) de commutation associé à cette deuxième phase après comparaison de chacune de ces amplitudes avec la valeur de la tension continue en sortie du redresseur (3). Régulateur (13) pour alternateur de véhicule, comprenant le composant électronique (15) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Régulateur (13) selon la revendication 4, le composant électronique (15) étant également configuré pour réguler le courant d’excitation du rotor de l’alternateur. Régulateur selon la revendication 4, comprenant une unité de commande (18) distincte du composant électronique (15), cette unité de commande (18) étant configurée pour réguler le courant d’excitation du rotor de l’alternateur. Alternateur (1), comprenant : - un stator comprenant un enroulement électrique polyphasé, - un rotor comprenant un enroulement électrique parcouru par un courant d’excitation, - un redresseur (3) comprenant plusieurs bras (4) de commutation montés en parallèle pour redresser la tension alternative polyphasée induite dans l’enroulement électrique du stator reçue en entrée en une tension continue en sortie, et - le régulateur (13) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6. Alternateur selon la revendication 7, le composant électronique (15) étant configuré pour détecter une défaillance sur l’un au moins des interrupteurs (5, 6) du redresseur (3) lorsqu’au moins une condition prédéfinie est vérifiée, cette condition prédéfinie étant l’une au moins parmi les suivantes: - la vitesse de rotation du rotor est supérieure à une vitesse prédéfinie, - le rapport cyclique du courant d’excitation du rotor est supérieure à une valeur de rapport cyclique prédéfinie, et - la valeur de la tension en sortie du redresseur (3) est supérieure à une valeur de tension prédéfinie. Procédé de détection d’une défaillance d’au moins un interrupteur (5, 6) d’un redresseur (3) pour véhicule, le redresseur (3) comprenant plusieurs bras (4) de commutation montés en parallèle pour redresser une tension alternative polyphasée induite aux bornes d’un enroulement électrique de stator et reçue en entrée en une tension continue en sortie du redresseur (3), procédé dans lequel : - on mesure, pour au moins une phase (8) de la tension alternative reçue en entrée du redresseur, l’amplitude de la tension entre le conducteur (7) d’entrée de cette phase dans le redresseur (3) et la masse, - on compare cette amplitude à la valeur de la tension continue en sortie du redresseur (3), et - on détecte une défaillance sur l’un au moins des interrupteurs (5, 6) du bras de commutation associé à cette phase (8) lorsque le résultat de cette comparaison est supérieur à un seuil de tension prédéfini (23).