Brevet FR3150926A1 — publié le 20250110

L’invention est relative aux systèmes lumineux pour véhicules automobiles. L’invention propose un dispositif et un procédé qui permettent d’augmenter l’efficacité d’un convertisseur en fonction des variations de sa charge. Ceci est rendu possible grâce à l’utilisation d’un circuit convertisseur synchrone au détriment d’un convertisseur asynchrone tel qu’il est couramment utilisé pour des applications d’éclairage automobile. (Fig. 1) DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE PILOTAGE DE L’ALIMENTATION ÉLECTRIQUE DE SOURCES LUMINEUSES POUR UN VÉHICULE AUTOMOBILE Cette invention est liée au domaine de l’éclairage de véhicules automobiles, et en particulier elle concerne de tels systèmes utilisant des sources lumineuses à éléments semi-conducteurs électroluminescents alimentées moyennant un circuit convertisseur. Une diode électroluminescente, LED, est un composant électronique semi-conducteur capable d’émettre de la lumière d’une longueur d’onde prédéterminée lorsqu’une tension électrique au moins égale à une valeur seuil est appliquée à ses terminaux. Au-delà de cette valeur seuil appelée tension directe, l’intensité du flux lumineux émis par une LED augmente en général de manière proportionnelle avec l’intensité moyenne du courant électrique d’alimentation. Leur petite taille et leur faible consommation en électricité rendent les composants LED intéressants dans le domaine des modules lumineux pour véhicules automobiles. Des sources lumineuses de type LED peuvent par exemple être utilisées pour réaliser des signatures optiques distinctives en plaçant les composants le long de contours prédéterminés. L’espace restreint disponible pour l’utilisation de telles sources lumineuses, leur nombre potentiellement élevé pour réaliser des effets intéressants, ainsi que l’énergie électrique limitée disponible dans le cadre d’un système fermé tel qu’un véhicule automobile, accentue davantage les pertes de puissance, qui se traduisent par des réchauffements localisés indésirables. Il est connu d’alimenter des diodes électroluminescentes qui réalisent une pluralité de fonctions lumineuses d’un véhicule automobile moyennant des circuits convertisseurs de types abaisseurs et/ou élévateurs de tension. Ainsi, une tension d’entrée, fournie généralement par une batterie interne du véhicule automobile, est convertie en une tension de charge adaptée à alimenter les sources lumineuses requises. Il a été proposé dans le document de brevet EP 3503684 B1 d’augmenter l’efficacité d’un convertisseur en fonction des variations de la tension d’entrée fournie au convertisseur. Alors qu’il est désirable de limiter les pertes dans un tel système, il s’avère en pratique que la tension d’entrée fournie par une batterie du véhicule automobile reste généralement constante et ne présente que des fluctuations minimes. L’impact de cette solution sur l’efficacité du système reste donc limité. L’invention a pour objectif de pallier à au moins un des problèmes posés par l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour but de proposer un dispositif et un procédé qui permettent d’augmenter l’efficacité d’un convertisseur en fonction des variations de sa charge. Selon un premier aspect de l’invention, un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique d’une pluralité de sources lumineuses est proposé. Des sous-ensembles de sources lumineuses sont configurés pour réaliser sélectivement différentes fonctions lumineuses d’un véhicule automobile. Le dispositif de pilotage comprend un circuit convertisseur commandé par une unité de commande. Le dispositif de pilotage est remarquable en ce que le circuit convertisseur est un circuit convertisseur synchrone à découpage comprenant deux transistors, en ce que l’unité de commande est configurée pour fournir un signal de découpage au circuit convertisseur, et en ce que la fréquence dudit signal de découpage est dépendante d’une intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses, dont une indication est fournie par un signal d’entrée et qui dépend des fonctions lumineuses à réaliser. De préférence, l’indication d’une intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses peut comprendre une indication d’un sous-ensemble de sources lumineuses à alimenter. L’indication peut notamment comprendre une indication d’une fonction lumineuse à réaliser ou à alimenter en électricité. Le dispositif de pilotage peut préférentiellement comprendre un élément de mémoire dans lequel une fréquence de découpage prédéterminée est enregistrée pour chaque intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses. L’unité de commande est configurée pour lire la fréquence de découpage qui correspond à l’intensité moyenne de courant électrique de charge indiquée par le signal d’entrée dans l’élément de mémoire, afin de produire un signal de découpage ayant une fréquence correspondante. Le circuit convertisseur peut de préférence être opéré en mode de conduction continue forcée. De préférence, le circuit convertisseur est un circuit de type élévateur de puissance ou « boost ». Alternativement, le circuit convertisseur est un circuit de type abaisseur de puissance ou « buck ». Le circuit convertisseur synchrone peut de préférence comprendre des transistors de type MOS. De préférence, le circuit convertisseur synchrone peut comprendre des transistors de type GaN. L’unité de commande peut préférentiellement être configurée pour adapter la fréquence de découpage en fonction d’une indication de la température d’au moins une source lumineuse à alimenter. De préférence, l’indication de la température d’au moins une source lumineuse à alimenter peut comprendre une indication de la tension de charge de l’au moins une source lumineuse. De préférence, le dispositif de pilotage peut comprendre un élément de mémoire qui comprend, pour des indications de températures prédéterminées, une fréquence de découpage prédéterminée pour chaque intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses. L’unité de commande peut de préférence être configurée pour lire la fréquence de découpage qui correspond à la température indiquée et à l’intensité moyenne de courant électrique de charge indiquée par le signal d’entrée dans l’élément de mémoire, afin de produire un signal de découpage ayant une fréquence correspondante. De préférence, les sources lumineuses peuvent comprendre des éléments lumineux électroluminescents. De manière préférée, les sources lumineuses peuvent comprendre des diodes électroluminescentes, LED. En accord avec un autre aspect de l’invention, un procédé pour limiter des pertes dans un dispositif de pilotage d’alimentation électrique d’une pluralité de fonctions lumineuses d’un véhicule automobile selon des aspects de l’invention est proposé. Le procédé est en ce que le procédé comprend les étapes : - réception, par l’unité de commande, d’un signal d’entrée comprenant une indication d’une intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses ; - génération, par l’unité de commande, d’un signal de découpage ayant une fréquence qui dépend de l’intensité moyenne de courant électrique de charge indiquée par le signal d’entrée ; - commande, par l’unité de commande, du circuit convertisseur synchrone dudit dispositif de pilotage, moyennant ledit signal de découpage. En utilisant les mesures proposées par la présente invention, il devient possible de proposer un dispositif et un procédé qui permettent d’augmenter l’efficacité d’un convertisseur en fonction des variations de sa charge. Ceci est rendu possible grâce à l’utilisation d’un circuit convertisseur synchrone au détriment d’un convertisseur asynchrone tel qu’il est couramment utilisé pour des applications d’éclairage automobile. Selon des modes de réalisation préférés de l’invention, le circuit convertisseur synchrone est opéré dans un mode de conduction continue forcée, pour lequel on a observé qu’une augmentation de la fréquence de découpage du signal qui pilote l’état des transistors du circuit convertisseur augmente le rendement du circuit à charge relativement basse. L’effet d’augmentation de l’efficacité est davantage prononcé en utilisant des transistors de type nitrure de Gallium, GaN, au détriment de transistors de type effet de champ à structure métal-oxyde-semi-conducteur, MOS, pour réaliser le circuit convertisseur. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description des exemples et des dessins parmi lesquels : - la montre de manière schématisée un dispositif en accord avec un mode de réalisation préféré de l’invention ; - la montre un circuit convertisseur synchrone de type « boost », tel qu’il intervient dans un mode de réalisation préféré de l’invention ; - la montre de manière schématisée un dispositif en accord avec un mode de réalisation préféré de l’invention ; - la montre de manière schématisée un dispositif en accord avec un mode de réalisation préféré de l’invention ; - la montre les étapes principales d’un procédé en accord avec un mode de réalisation préféré de l’invention. Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détail pour un mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d’autres modes de réalisation décrits à titre d’exemples et de manière non limitative. Des numéros de référence similaires seront utilisés pour décrire des concepts semblables à travers différents modes de réalisation de l’invention. Par exemple, les références 100, 200 et 300 désignent trois modes de réalisation d’un dispositif de pilotage selon l’invention. L’illustration de la montre un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique 100 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le dispositif permet de piloter l’alimentation électrique d’une pluralité de sources lumineuses. Les sources lumineuses sont par exemple regroupées dans des modules lumineux 10, 20, 30 qui permettent chacun de réaliser une ou plusieurs fonctions lumineuses d’un véhicule automobile, tel que des feux de croisement, feux diurnes, ou autres. Les sources lumineuses comprennent de préférence des éléments électroluminescents à semi-conducteurs tels que des diodes électroluminescentes. Dépendant des fonctions lumineuses à allumer à un instant donné, la charge du dispositif de pilotage peut varier de manière significative. Il est clair que, à titre d’exemple, l’allumage de deux ou d’une pluralité plus importante de modules lumineux demandera une intensité moyenne de courant électrique plus importante que l’allumage d’une fonction unique à intensité lumineuse réduite. Le dispositif de pilotage 100 comprend un circuit convertisseur synchrone 110 à découpage, qui permet de transformer une tension d’entrée Vin fournie par une batterie interne du véhicule automobile, en une tension de charge. Le circuit convertisseur synchrone 110 est commandé par une unité de commande 120, qui est réalisée à titre d’exemple non-limitatif par un élément microcontrôleur programmé à cet effet. L’unité de commande 120 génère et fournit un signal de commande sous forme d’un un signal de découpage 122 au circuit convertisseur, dont le fonctionnement sera décrit en relation avec la . La fréquence dudit signal de découpage est dépendante d’une intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses, dont une indication est fournie par un signal d’entrée 102 et qui dépend des fonctions lumineuses à réaliser. L’indication d’une intensité moyenne de courant électrique peut par exemple être réalisée par un signal commande 102 provenant d’un module central du véhicule, qui indique les fonctions lumineuses à alimenter. Chaque fonction ou chaque ensemble de fonctions peut être assimilé à une valeur d’intensité moyenne de courant électrique correspondante. L’unité de commande est configurée pour déterminer une fréquence de découpage appropriée, par exemple moyennant une règle de calcul prédéterminée ou moyennant une table de valeurs prédéterminées et pré-calibrées, et pour générer le signal de commande 122 ayant la fréquence requise. La illustre un circuit convertisseur synchrone de type « boost » 110 tel qu’il est utilisé dans des modes de réalisation de l’invention. Alors qu’un circuit convertisseur asynchrone emploie une diode, le circuit 110 utilise un second transistor T2 au lieu de la diode, ce qui résulte dans une efficacité accrue. L’utilisation du second transistor T2 évite les pertes de puissances au niveau de la diode, qui s’accentueraient avec l’élévation de la fréquence de découpage du circuit. Le fonctionnement du circuit de la est en soi connu dans l’art. L’état des transistors T1 et T2 est alterné par le signal de découpage 122 fourni par l’unité de commande 120. Les deux transistors sont de préférence de type GaN plus efficace, mais peuvent alternativement être du type MOS. Lorsque le transistor T1 et passant, le transistor T2 est bloquant et vice-versa. A titre d’illustration, le signal de commande du transistor T2 122’ est donc l’inverse synchrone du signal de commande du transistor T1. Lorsque le circuit convertisseur 110 est opéré en mode de conduction continue normale (CCM, « continuous conduction mode »), l’intensité de courant qui traverse l’inductance L est positive et augmente lorsque le transistor T1 est ouvert. Au point mort, lorsque T1 et T2 sont bloquants, un courant électrique positif passe par la diode intrinsèque du transistor T2. Puis, lorsque T2 devient passant, le courant qui traverse l’inductance L est positif et diminue. Au moment où le cycle du signal de découpage redémarre, les transistors T1 et T2 sont bloquants et un courant positif traverse la diode intrinsèque du transistor T2, qui est donc polarisée dans ce sens. Ceci implique que lorsque T1 est de nouveau passant, la diode de T2 ne bloque pas immédiatement et génère ainsi une perte. Lorsque le circuit convertisseur 110 est opéré en mode de conduction continue forcée (FCCM, « forced continuous conduction mode »), l’intensité de courant qui traverse l’inductance L est positive et augmente lorsque le transistor T1 est ouvert. Au point mort, lorsque T1 et T2 sont bloquants, un courant électrique positif passe par la diode du transistor T2. Puis, lorsque T2 devient passant, le courant qui traverse l’inductance L est positif et diminue. On continue à laisser le transistor T2 ouvert pour permettre au courant électrique qui transverse l’inductance L à diminuer davantage et à devenir négatif. A partir de ce moment, la diode intrinsèque du transistor T2 est polarisée en sens inverse. Au moment du temps mort où le cycle du signal de découpage redémarre, les transistors T1 et T2 sont bloquants et il n’y a pas de courant traversant la diode intrinsèque du transistor T2. Un courant passe pourtant par la diode intrinsèque du transistor T1. Lorsque le transistor T1 redevient passant, le courant électrique qui traverse l’inductance recommence à augmenter sans qu’il n’y ait de pertes au niveau de la diode intrinsèque du transistor T2. Il est donc préférable dans tous les modes de réalisation de l’invention de faire fonctionner le circuit convertisseur synchrone 110 en mode FFCM. Il a été observé que pour des charges basses, une augmentation de fréquence de découpage en mode FFCM permet d’augmenter l’efficacité du circuit convertisseur. L’illustration de la montre un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique 200 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Le dispositif permet de piloter l’alimentation électrique d’une pluralité de sources lumineuses. Les sources lumineuses sont par exemple regroupées dans des modules lumineux 10, 20, 30 qui permettent chacun de réaliser une ou plusieurs fonctions lumineuses d’un véhicule automobile. Le dispositif de pilotage 200 comprend un circuit convertisseur synchrone 210 à découpage, tel qu’il vient d’être décrit, qui permet de transformer une tension d’entrée Vin fournie par une batterie interne du véhicule automobile, en une tension de charge. Le circuit convertisseur synchrone 210 est de préférence opéré en mode FCCM et il est commandé par une unité de commande 220. L’unité de commande 220 génère et fournit un signal de commande sous forme d’un un signal de découpage 222 au circuit convertisseur. La fréquence dudit signal de découpage est dépendante d’une intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses, dont une indication est fournie par un signal d’entrée 202 et qui dépend des fonctions lumineuses à réaliser. L’indication d’une intensité moyenne de courant électrique peut par exemple être réalisée par un signal commande 202 provenant d’un module central du véhicule, qui indique les fonctions lumineuses à alimenter. L’unité de commande est configurée pour lire une fréquence de découpage appropriée dans un élément de mémoire 230. Pour chaque valeur d’intensité moyenne du courant électrique à fournir, une fréquence correspondante est préenregistrée 232 dans l’élément de mémoire. La détermination des fréquences optimales peut se faire par des tests de laboratoires ou par des simulations, lors desquels pour chaque intensité moyenne de courant électrique à fournir, la fréquence de découpage qui produit la meilleure efficacité au niveau du circuit convertisseur 220 est retenue. Après lecture de la fréquence, l’unité de commande génère le signal de commande 222 ayant la fréquence requise. Si le circuit convertisseur est opéré en mode FCCM, pour des courants électriques moyens faibles, les fréquences de découpage optimales seront plus élevées, alors qu’elles seront moins élevées pour des courant électriques moyens plus élevés. L’illustration de la montre un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique 300 selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Le dispositif permet de piloter l’alimentation électrique d’une pluralité de sources lumineuses. Les sources lumineuses sont par exemple regroupées dans des modules lumineux 10, 20, 30 qui permettent chacun de réaliser une ou plusieurs fonctions lumineuses d’un véhicule automobile. Le dispositif de pilotage 300 comprend un circuit convertisseur synchrone 310 à découpage, tel qu’il vient d’être décrit, qui permet de transformer une tension d’entrée Vin fournie par une batterie interne du véhicule automobile, en une tension de charge. Le circuit convertisseur synchrone 310 est de préférence opéré en mode FCCM et il est commandé par une unité de commande 320. L’unité de commande 320 génère et fournit un signal de commande sous forme d’un un signal de découpage 322 au circuit convertisseur. La fréquence dudit signal de découpage est dépendante d’une intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses, dont une indication est fournie par un premier signal d’entrée 302 et qui dépend des fonctions lumineuses à réaliser. L’indication d’une intensité moyenne de courant électrique peut par exemple être réalisée par un signal commande 302 provenant d’un module central du véhicule, qui indique les fonctions lumineuses à alimenter. L’unité de commande utilise un deuxième signal d’entrée 304 en provenance d’un moyen d’obtention 50 d’une valeur indicative de la température d’au moins une des sources lumineuses. Il peut par exemple s’agir d’une valeur de tension aux bornes d’un thermistor dont la résistance varie en fonction de sa température. Alternativement, le moyen d’obtention 50 peut être une valeur de tension d’entrée d’une source lumineuse ou d’un module lumineux qui est inférieure à une valeur seuil prédéterminée, ce qui indique qu’une source lumineuse à élément semi-conducteur ou le module lumineux en question est en situation de surchauffe. L’unité de commande est configurée pour lire une fréquence de découpage appropriée en fonction de l’indication de température 304 dans un élément de mémoire 330. Pour chaque valeur d’intensité moyenne du courant électrique à fournir, une fréquence correspondante est préenregistrée 332 dans l’élément de mémoire, et ceci pour chaque indication de température ou par plages de températures indiquées T1, T2. La détermination des fréquences optimales par température peut se faire par des tests de laboratoires ou par des simulations, lors desquels pour chaque intensité moyenne de courant électrique à fournir à une température de jonction donnée, la fréquence de découpage qui produit la meilleure efficacité au niveau du circuit convertisseur 320 est retenue. Ce principe permet de prendre en compte un « de-rating » des sources lumineuses à éléments semi-conducteurs. L’unité de commande 320 génère ensuite le signal de commande 322 ayant la fréquence requise. Finalement, la illustre les étapes principales d’un procédé selon un mode de réalisation préféré de l’invention : a) réception, par l’unité de commande 120, 230, 320, d’un signal d’entrée 102, 202, 302 comprenant une indication d’une intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses 10, 20, 30 ; b) génération, par l’unité de commande 120, 220, 320, d’un signal de découpage 122, 222, 322 ayant une fréquence qui dépend de l’intensité moyenne de courant électrique de charge indiquée par le signal d’entrée 102, 202, 302 ; c) commande, par l’unité de commande 120, 220, 320, du circuit convertisseur synchrone 110, 210, 310 dudit dispositif de pilotage, moyennant ledit signal de découpage 122, 222, 322. L’étendue de la protection est déterminée par les revendications. Dispositif de pilotage de l’alimentation électrique (100, 200, 300) d’une pluralité de sources lumineuses dont des sous-ensembles sont configurés pour réaliser sélectivement différentes fonctions lumineuses d’un véhicule automobile, le dispositif de pilotage comprenant un circuit convertisseur (110, 210, 310) commandé par une unité de commande (120, 220, 320), caractérisé en ce que le circuit convertisseur (110, 210, 310) est un circuit convertisseur synchrone à découpage comprenant deux transistors, en ce que l’unité de commande (120, 220, 320) est configurée pour fournir un signal de découpage (122, 222, 322) au circuit convertisseur, et en ce que la fréquence dudit signal de découpage est dépendante d’une intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses, dont une indication est fournie par un signal d’entrée (102, 202, 302) et qui dépend des fonctions lumineuses à réaliser. Dispositif de pilotage (100, 200, 300) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’indication d’une intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses comprend une indication d’un sous-ensemble de sources lumineuses à alimenter. Dispositif de pilotage (200) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un élément de mémoire (230) dans lequel une fréquence de découpage prédéterminée est enregistrée (232) pour chaque intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses, et en ce que l’unité de commande (220) est configurée pour lire la fréquence de découpage qui correspond à l’intensité moyenne de courant électrique de charge indiquée par le signal d’entrée (202) dans l’élément de mémoire (230) , afin de produire un signal de découpage (222) ayant une fréquence correspondante. Dispositif de pilotage (100, 200, 300) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit convertisseur (110, 210, 310) est opéré en mode de conduction continue forcée. Dispositif de pilotage (100, 200, 300) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit convertisseur synchrone (110, 210, 310) comprend des transistors de type métal-oxyde-semi-conducteur, MOS. Dispositif de pilotage (100, 200, 300) selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit convertisseur synchrone (110, 210, 310) comprend des transistors de type nitrure de Gallium, GaN. Dispositif de pilotage (300) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité de commande (320) est configurée pour adapter la fréquence de découpage en fonction d’une indication de la température (304) d’au moins une source lumineuse à alimenter. Dispositif de pilotage (300) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comprend un élément de mémoire (330) dans lequel sont enregistrés (332), pour des indications de températures prédéterminées (T1, T2), une fréquence de découpage prédéterminée pour chaque intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses, et en ce que l’unité de commande (320) est configurée pour lire la fréquence de découpage qui correspond à la température indiquée (304) et à l’intensité moyenne de courant électrique de charge indiquée par le signal d’entrée (302) dans l’élément de mémoire (330), afin de produire un signal de découpage (322) ayant une fréquence correspondante. Dispositif de pilotage (100, 200, 300) selon une des revendication précédentes, caractérisé en ce que le circuit convertisseur synchrone (110, 210, 310) est un circuit élévateur de puissance « boost ». Procédé pour limiter des pertes dans un dispositif de pilotage d’alimentation électrique (100, 200, 300) d’une pluralité de fonctions lumineuses d’un véhicule automobile selon une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes : a) réception, par l’unité de commande (120, 230, 320), d’un signal d’entrée (102, 202, 302) comprenant une indication d’une intensité moyenne de courant électrique de charge à fournir aux sources lumineuses (10, 20, 30) ; b) génération, par l’unité de commande (120, 220, 320), d’un signal de découpage (122, 222, 322) ayant une fréquence qui dépend de l’intensité moyenne de courant électrique de charge indiquée par le signal d’entrée (102, 202, 302) ; c) commande, par l’unité de commande (120, 220, 320), du circuit convertisseur synchrone (110, 210, 310) dudit dispositif de pilotage, moyennant ledit signal de découpage (122, 222, 322).