Brevet FR3161516A1 — publié le 20251024

La présente invention concerne une nouvelle méthode de charge à contact électrique pour des objets électroniques portatifs, notamment des montres intelligentes. La méthode de l'invention permet de prolonger la durée de vie des connecteurs électriques d’un objet électronique portatif, et la vie de l’objet en lui-même en utilisant du courant alternatif de forme d’onde carrée pour le transfert électrique au niveau du port de charge de l'objet. Fig. 1 Méthode de charge à courant alternatif pour prolonger la durée de vie des connecteurs électriques d’une montre intelligente, chargeur et objet. DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne une nouvelle méthode de charge d'un objet électronique portatif permettant de prolonger la durée de vie des connecteurs électriques dudit objet, notamment d’une montre intelligente. En particulier, la présente invention propose d'alimenter un signal de courant alternatif « CA » avec une forme d'onde carrée, afin d'atténuer la corrosion des connecteurs électriques lors d’une charge en présence d’humidité et/ou des électrolytes. L'invention concerne également un chargeur et un objet intelligent configurés pour mettre en œuvre la méthode de l’invention. ETAT DE LA TECHNIQUE Les méthodes de charge traditionnelles pour les montres intelligentes utilisent principalement une tension en courant continu (CC) pour le transfert d'énergie vers le dispositif. Cependant, une exposition prolongée à l'humidité, à la transpiration et à d'autres facteurs environnementaux peut entraîner une dégradation du connecteur de charge induite par l'électromigration, ce qui se traduit par une efficacité de chargement réduite et un dysfonctionnement potentiel du dispositif. Le phénomène d'électromigration se produit lorsque le flux de courant continu provoque la migration des atomes métalliques à l'intérieur du conducteur, entraînant une dégradation et corrosion du matériau au fil du temps. Cette corrosion des connecteurs est notamment problématique avec les contacts électriques à broches male femelle, nommés POGO, intégrés couramment dans les montres intelligentes et étant en contact ou proches de la peau de l’utilisateur. Afin de pallier cette problématique les constructeurs de montres recommandent de nettoyer et sécher le port de charge de la montre avant de connecter le chargeur. Cette solution est bien évidemment insatisfaisante et peu pratique. Une autre solution peut consister à utiliser une méthode de charge par induction dite « sans-fil ». La demande de brevet EP1 739 817 A1 suggère par exemple une méthode de charge d'un objet portable au moyen d'un chargeur générant un courant alternatif de charge pour transférer de l'énergie électrique à une montre-bracelet sans contact électrique direct, et charger la montre par couplage inductif. Les méthodes de charge sans-fil sont toutefois moins fiables que les méthodes de charge avec contact électrique. La présente invention vise à proposer une nouvelle méthode de charge à courant alternatif permettant de prolonger la durée de vie des objets électroniques portatifs. Plus particulièrement, l'invention propose une méthode de charge d’un objet portatif électronique au moyen d’un chargeur comportant une station de charge à contact électrique avec un port de charge dudit objet, ledit objet portatif opérant avec une batterie rechargeable à courant continu, caractérisé en ce que le chargeur est configuré pour mettre en œuvre : - une étape de génération d’un signal de charge de courant alternatif « CA », ledit signal de charge CA comportant une forme d’onde carrée, ainsi qu’une fréquence prédéfinie, et -une étape de transfert dudit signal de charge CA au niveau des connecteurs électriques de la station de charge. Cette méthode de charge est très avantageuse en ce que l’utilisation d’un signal de charge CA de forme d’onde carrée permet de limiter les effets d’électromigration au niveau des connecteurs, et les protéger ainsi de la corrosion lors d’une charge en milieu humide. De manière particulière ce signal de charge CA est uniquement utilisé pour le transfert au niveau des connecteurs électriques du chargeur et de l’objet, et le signal de charge CA est destiné à être converti en signal de charge CC au niveau de l’objet. Selon des modes de réalisation de l’invention, la méthode de charge de l’invention comporte au moins une des caractéristiques ci-après ou toute combinaison techniquement opérable : ledit signal de charge CA de forme d’onde carrée et fréquence prédéfinie est généré au moyen d’un convertisseur CC/CA piloté en fréquence par un oscillateur dudit chargeur. De préférence, le convertisseur CC/CA est un pilote et pont en H. l’étape de génération du signal de charge comporte l’étalement du spectre de de la fréquence préconfigurée de ± 10 %. le chargeur comporte un circuit de gigue dédiée pour étaler un spectre de ladite fréquence préconfigurée. ledit signal de charge a une fréquence préconfigurée comprise entre 50kHz et 150 kHz, de préférence comprise entre 75 kHz à 125 kHz et/ou une tension +V/ -V préconfigurée d’une valeur ≤ 10, de préférence ≤ 6, et tel qu’environ +5 V/-5V. l’étape de génération mets en œuvre un élévateur de tension en amont dudit convertisseur CC/CA, ledit élévateur de tension étant configuré pour augmenter la tension du signal de charge de sorte à compenser une perte de tension lors d’une conversion ultérieure CA/CC au niveau de l’objet. le signal de charge CA a une forme d’onde carrée de +6 V et -6 V. l’objet est configuré pour recevoir ledit signal de charge CA au niveau des connecteurs électriques du port de charge dudit objet et pour mettre en œuvre une étape de conversion CA/CC dudit signal de charge et une étape d’alimentation d’un courant continu à la batterie dudit objet. L’invention concerne également un chargeur pour objet électronique portatif à batterie « CC » et étant configuré pour mettre en œuvre la méthode de charge selon une ou toute combinaison de caractéristiques décrites ci-avant, ledit chargeur comportant une station de charge à connecteurs électriques, et comportant un convertisseur CC/CA piloté en fréquence par un oscillateur pour fournir un signal de charge CA de forme d’onde carrée et de fréquence préconfigurée. Enfin, l’invention concerne également un objet électronique portatif tel qu’une montre intelligente, ledit objet opérant avec une batterie CC rechargeable et comportant un circuit de charge configuré pour recevoir un signal de charge CA fourni au moyen d’une méthode de charge selon l’invention, ledit circuit comportant un convertisseur CA/CC étant configuré pour fournir un signal de charge CC de polarité et tension constantes à ladite batterie. Dans un mode de réalisation, ledit convertisseur CA/CC comporte un ensemble de diodes redresseurs configurés en pont redresseur, et étant accompagnés en sortie d’un circuit de protection de décharges électroniques et d’un condensateur. D’autres caractéristiques et avantages de l'’invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention en référence aux dessins annexés. LISTE DE FIGURES La FIG. 1 représente de manière schématique la méthode de charge AC selon un mode de réalisation préféré de l'invention destiné à la charge d’un objet électronique portatif à batterie CC. La FIG. 2 montre les résultats d’un essai comparatif d’usure accélérée de connecteurs électriques lors d’une charge CC ou CA en milieu humide. Méthode : la zone de contact de la broche de charge est immergée dans une boule d'ouate mouillée de sueur artificielle, et l'électricité DC 5V/100mA ou CA signal carré +5V/-5V 100mA, duty cycle 50%, fréquence 100 kHz est transmise en continu pendant 60 minutes, la distance positive et négative de la broche du produit est de 4,0mm (norme ISO IS 3160-2). Conditions : température 25±3 degrés, pH 4,7. La FIG. 3 représente l'étape de génération S1 par le chargeur d'un signal de charge CA de forme d'onde carrée selon le mode de réalisation de la méthode de charge de la FIG. 1 . La FIG. 4 représente un schéma bloc d'une configuration du chargeur pour générer le signal de CA selon le mode de réalisation de la méthode de charge de la FIG. 1 . La FIG. 5 représente l'étape de conversion CA/CC côté objet selon le mode de réalisation de la méthode de charge de la FIG. 1 . La [ FIG. 6 représente un schéma bloc d'une configuration de l’objet pour effectuer la conversion CA/CC du signal de charge selon le mode de réalisation de la méthode de charge de la FIG. 1 . DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION La présente invention concerne une nouvelle méthode de charge à contact électrique pour des objets électroniques portatifs. La méthode de l'invention permet de prolonger la durée de vie des connecteurs électriques d’un objet électronique portatif, et la vie de l’objet en lui-même en utilisant du courant alternatif pour le transfert électrique au niveau du port de charge de l'objet. La méthode est particulièrement avantageuse pour la recharge de montres intelligentes, souvent exposées à l'humidité et à la transpiration, et donc propices à la corrosion de leur port de charge. La FIG. 1 illustre de manière schématique une application préférée de la méthode de charge de l’invention proposant l’utilisation d’un signal de charge de courant alternatif CA pour un transfert électrique entre le chargeur 1 et l’objet 2 électronique portatif, correspondant ici à une montre intelligente 2 à batterie CC. Le chargeur comporte une station de charge comportant un connecteur électrique avec deux broches males à ressort dites « POGO », et la montre 2 comporte un port de charge compatible comportant un connecteur électrique à deux broches femelles POGO. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce type connecteur ni aux montres intelligentes, et peut être mise en œuvre pour améliorer la durée de vie de tout type de connecteur électrique d’un objet 1 électronique portable. La FIG. 2 illustre de manière simplifiée les étapes proposées par la méthode de charge de l’invention, selon laquelle le chargeur 1 est configuré pour mettre en œuvre une première étape S1 de génération du signal de charge CA, et une deuxième étape S2 de transfert dudit signal de charge CA à l’objet intelligente 2. Ce mode de réalisation vise la charge des objets opérant avec une batterie CC et propose d'utiliser le courant alternatif uniquement pour le transfert électrique entre le chargeur et l’objet, au niveau des connecteurs électriques. L’objet 2 est donc configuré pour mettre en œuvre une étape S3 de conversion de ce courant alternatif en courant continu « CA/CC », et alimenter ensuite la batterie CC dans une étape S4 d’alimentation. En effet, les inventeurs ont mis en évidence que l’utilisation du courant alternatif permet de prévenir la corrosion des connecteurs électriques lors d’une charge en milieu humide. Cet effet a été constaté dans des essais d’usure accélérée des broches électriques immergées dans une solution de transpiration artificielle, et auxquelles on applique un courant alternatif ou un courant continu. De manière surprenante, il a été constaté que le courant alternatif ne généré aucune corrosion visible des broches électriques après 24 h de test, alors qu’une corrosion importante est obtenue lors de l’utilisation d’un courant continu après 1h de charge dans des conditions équivalentes ( FIG. 2 ). Il semblerait donc que l’utilisation du courant alternatif a comme effet de réduire l’effet d’électromigration causé par le mouvement des ions métalliques dû à la direction du flux. Cet effet pourrait être due au changement constant de direction du courant alternatif, répartissant plus uniformément le stress sur les matériaux conducteurs, et réduisant ainsi la migration des ions dans une seule direction. Plus particulièrement, l’invention propose de générer un signal de charge de courant alternatif de forme d’onde carrée, et de fréquence et de tension préconfigurée. Cette forme de signal permet une commutation nette entre deux niveaux de tension de manière instantanée, réduisant d’avantage l’effet d’électromigration. Cette forme d’onde carrée est également plus adaptée pour la transmission d’énergie et sa modulation en fréquence. Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le chargeur génère ledit courant alternatif de forme d’onde carrée à partir d’un courant continu ( FIG. 3 ). Le chargeur 1 comporte donc un convertisseur CC/CA 13 piloté en fréquence par un oscillateur 11 local afin de générer ledit signal de charge ( FIG. 4 ). Dans un mode de réalisation, ledit oscillateur comporte un circuit intégré de type 74AHC1G14, qui est une porte logique avec un trigger de Schmitt permettant de produire une forme d'onde carrée. La sortie de cette porte est alimentée en retour à l'entrée à travers un réseau de temporalisation comportant un condensateur et des résistances déterminant la fréquence du signal oscillant. De préférence, le chargeur utilise un pilote et pont en H en tant que convertisseur CC/CA. Ce dernier permet d’avoir un encombrement minimum dans le chargeur et contrôler finement les variations de tension à la fréquence souhaitée. La fréquence du signal de charge est préconfigurée à une valeur comprise entre 50 kHz et 150 kHz, de préférence entre 70 kHz et 120 kHz permettant une charge efficace de la batterie CC de l’objet, et une émission limitée de rayonnements parasites. Le signal de charge présente une tension égale ou proche de la tension de la batterie CC à alimenter, par exemple d’une tension en Volts positive/négative d’une valeur ≤ 10. Dans un mode de réalisation la tension positive et la tension négative ont des valeurs différentes. Typiquement, il est souhaité de fournir un signal de charge d’environ 5 V. Toutefois, la mise en œuvre d’un signal de forme d’onde carrée d’environ +5V/-5V à la fréquence souhaitée peut générer des rayonnements parasites et des harmoniques élevées dépassant les seuils établis dans les directives relatives aux équipements radioélectriques « RED » en Europe, tels que les normes RED EN 300220 ou 300328. Afin de pallier cet inconvénient, outre que limiter la fréquence préconfigurée, l’invention propose d’étaler un spectre de fréquence du signal de charge d’environ ±10 % par rapport à la fréquence préconfigurée. Avantageusement, il est ainsi possible de repartir la puissance d’une harmonique à bande étroite sur une plus grand largeur de bande, limiter les rayonnement parasites et satisfaire aux normes évoquées. Dans un mode de réalisation préféré, la fréquence est étalée au moyen d’un système de gigue de l’oscillateur faisant varier la fréquence préconfigurée de ±10 %, l’énergie du signal de charge est ainsi étalée sur une bande de spectre plus large. Ce système de gigue, dit « jitter » en langue anglaise peut être implémenté de plusieurs formes. Dans un mode de réalisation, un oscillateur numérique ou un microcontrôleur est utilisé pour programmer la variation de fréquence souhaitée. Par exemple, si la fréquence centrale est de 100 kHz, la gigue pourrait varier cette fréquence de ±10 %, donnant une plage de fréquence de 90 à 110 kHz. Dans un autre mode de réalisation, le chargeur comporte un circuit de gigue dédié, et ce circuit est basé sur un comparateur trigger de schmitt qui vient moduler la tension d'alimentation d'un deuxième oscillateur du chargeur, la fréquence de ce dernier étant fonction de sa tension d'alimentation. La FIG. 4 représente un diagramme bloc avec les composants principaux du chargeur selon un mode de réalisation préféré de l’invention. Le chargeur 1 comporte ici un élévateur de puissance 10 en amont d’un pilote et pont en H 13 agissant comme convertisseur CC/CA. L’élévateur de puissance 11 permet d’augmenter une tension positive du signal de charge CA généré par ledit pont-H et de compenser une perte de tension lors de la conversion CA/CC au niveau de l’objet. Le chargeur met en œuvre également un détecteur de courant 12 à diode électroluminescent « LED » pourvu d’une résistance RIRI mesurant le courant traversant le chargeur et informant l’utilisateur lorsque le courant est correctement détecté. Dans l’exemple non limitatif, l’oscillateur 11 est alimenté par un courant CC de 5 V en provenance de l’élévateur de puissance 10, et fourni un signal d’horloge nécessaire pour le pilote du pont en H. Le pilote et pont en H 13 permettent de générer un signal de charge CA de forme d’onde carrée de +6V/-6 V piloté en fréquence par l’oscillateur, et étant alimenté au niveau des connecteurs électriques du chargeur et de l’objet. De préférence, des condensateurs et des résistances Pt5, Pt6 sont également mises en œuvre pour filtrer et stabiliser le signal de charge CA de sortie. De manière connue, le chargeur intègre également un redresseur et des régulateurs permettant d’adapter le courant alternative du réseau électrique en courant continu apte à alimenter les différents composants du chargeur, ainsi que des composants de protection contre les surtensions et surintensités. Tel qu’il est représenté schématiquement sur la FIG. 4 , l’objet est configuré pour convertir le signal de charge CA de forme d’onde carrée en courant continu dans une étape S3 de conversion CA/CC. La FIG. 5 illustre un exemple non limitatif d’un circuit de conversion de l’objet pour mettre en œuvre cette conversion CA/CC. Le circuit comprend une paire d'entrées POGO AC1, POGO AC2 configurées pour recevoir le signal de charge CA au niveau du port de charge de l’objet. Un ensemble de diodes redresseurs D2, D3, D4 est configuré en pont redresseur pour assurer que le courant continu produit soit de polarité constante indépendamment des alternances du signal d'entrée. De préférence, ces diodes redresseuses D2, D3, D4 sont choisis parmi les diodes et redresseurs Schottky. Un circuit de protection contre les décharges électrostatiques ESD1 à ultra faible capacitance est connectée à travers les sorties du pont redresseur pour protéger contre les surtensions éventuelles. Un condensateur C1 est connecté en parallèle avec la sortie du pont redresseur pour lisser les fluctuations du signal redressé, fournissant ainsi une tension continue finement stabilisée pour la charge de la batterie. Cette configuration assure non seulement la conversion efficace du courant alternatif en courant continu, mais également la protection des composants électroniques délicats contre les conditions électriques instables ou potentiellement dangereuses. Méthode de charge d’un objet (2) portatif électronique au moyen d’un chargeur (1) comportant une station de charge à contact électrique avec un port de charge dudit objet, ledit objet portatif opérant avec une batterie rechargeable à courant continu « CC » et comportant un convertisseur CA/CC, caractérisé en ce que le chargeur est configuré pour mettre en œuvre : - une étape (S1) de génération d’un signal de charge de courant alternatif « CA », ledit signal de charge CA comportant une forme d’onde carrée, ainsi qu’une fréquence prédéfinie, et -une étape (S2) de transfert dudit signal de charge CA au niveau des connecteurs électriques de la station de charge de l’objet. Méthode de charge selon la revendication 1, dans laquelle ledit signal de charge CA de forme d’onde carrée et fréquence prédéfinie est généré au moyen d’un convertisseur CC/CA (13) piloté en fréquence par un oscillateur (11) dudit chargeur (1). Méthode de charge selon la revendication 2, dans laquelle le convertisseur CC/CA (13) est un pilote et pont en H. Méthode de charge selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’étape de génération du signal de charge comporte l’étalement du spectre de la fréquence préconfigurée de ± 10 %. Méthode de charge selon la revendication 4, dans laquelle le chargeur (1) comporte un circuit de gigue dédiée pour étaler un spectre de ladite fréquence préconfigurée. Méthode de charge selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit signal de charge a une fréquence préconfigurée comprise entre 50kHz et 150 kHz, de préférence comprise entre 75 kHz à 125 kHz et/ou une tension +V/ -V préconfigurée d’une valeur ≤ 10, de préférence ≤ 6, et tel qu’environ +5 V/-5V. Méthode de charge selon l’une des revendications 2 à 6, dans laquelle l’étape de génération mets en œuvre un élévateur de tension (10) en amont dudit convertisseur CC/CA (13), ledit élévateur de tension (10) étant configuré pour augmenter la tension du signal de charge de sorte à compenser une perte de tension lors d’une conversion ultérieure CA/CC au niveau de l’objet (2). Méthode de charge selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le signal de charge CA a une forme d’onde carrée de +6 V et -6 V. Méthode de charge selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’objet (2) est configuré pour recevoir ledit signal de charge CA au niveau des connecteurs électriques du port de charge dudit objet et pour mettre en œuvre une étape (S3) de conversion CA/CC dudit signal de charge et une étape (S4) d’alimentation d’un courant continu à la batterie dudit objet. Méthode de charge selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’objet est une montre intelligente, comportant de préférence des connecteurs électriques à broches POGO. Chargeur (1) pour objet (2) électronique portatif à batterie « CC » configuré pour mettre en œuvre la méthode de charge selon l’une de revendications 1 à 8, ledit chargeur comportant une station de charge à connecteurs électriques, caractérisé en ce qu’il comporte un convertisseur CC/CA piloté en fréquence par un oscillateur pour fournir un signal de charge CA de forme d’onde carrée et de fréquence préconfigurée. Objet électronique portatif tel qu’une montre intelligente, ledit objet comportant une batterie rechargeable CC et un circuit de charge configuré pour recevoir un signal de charge CA fourni au moyen d’une méthode de charge selon l’une de revendications 1 à 10 au niveau de connecteurs électriques dudit objet, ledit circuit comportant un convertisseur CA/CC configuré pour fournir un signal de charge de courant continu de polarité et tension constantes à ladite batterie. Objet électronique portatif selon la revendication 12, dans lequel le convertisseur CA/CC comporte un ensemble de diodes redresseurs (D2, D3, D4) configurés en pont redresseur, et étant accompagnés en sortie d’un circuit de protection de décharges électroniques (ESD1) et d’un condensateur (C1).