Brevet FR3157722A1 — publié le 20250627

Le circuit électrique (100) comporte : - un convertisseur de tension (104) comportant une borne d’entrée (B HV ) et au moins un commutateur (Q1) ; - un pilote (106) du commutateur (Q1) ; - une capacité d’alimentation (C3) du pilote (106), connectée au convertisseur de tension (104) ; et - un circuit d’amorçage (108). Le circuit d’amorçage (108) comporte : - un diviseur de tension (110) comportant une partie haute (112) et une partie basse (114) connectées l’une à l’autre en un point milieu (M), la partie haute (112) étant en outre connectée à la borne d’entrée (B HV ) du convertisseur de tension (104) et comportant, en série, une résistance dite haute (R1) et une capacité (C) ; et - une diode (D7) connectée entre le point milieu (M) et la capacité d’alimentation (C3), passante en direction de la capacité d’alimentation (C3) pour permettre une charge de la capacité d’alimentation (C3) à une tension d’alimentation (VOUT) continue et inférieure à une tension de sortie (P16V) du convertisseur de tension (104). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 CIRCUIT ELECTRIQUE AVEC CONVERTISSEUR DE TENSION ET CIRCUIT DE DEMARRAGE Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un circuit électrique avec un convertisseur de tension et un circuit de démarrage, ainsi qu’un engin de mobilité comportant un tel circuit électrique. Un engin de mobilité est par exemple un véhicule terrestre à moteur, un train, un aéronef ou bien un drone. Un véhicule terrestre à moteur est par exemple un véhicule automobile, une moto, un vélo motorisé ou bien un fauteuil roulant motorisé. Arrière-plan technologique On connait de l’état de la technique un circuit électrique du type comportant : un convertisseur de tension comportant une borne d’entrée et au moins un commutateur, le convertisseur de tension étant conçu pour fournir une tension de sortie lorsqu’une tension d’entrée est présente sur la borne d’entrée ; un pilote conçu pour piloter le commutateur du convertisseur de tension ; une capacité d’alimentation du pilote, connectée au convertisseur de tension afin d’être chargée par la tension de sortie ; et un circuit d’amorçage. Dans l’état de la technique, le circuit d’amorçage comporte généralement une résistance et un interrupteur entre la source de tension et la capacité d’alimentation. Un circuit électrique alimenté par la source de tension rend l’interrupteur passant au démarrage, et le rend bloquant par la suite pour éviter les pertes résultant d’un courant passant dans la résistance. En cas de défaillance de l’interrupteur, ce dernier peut passer en court-circuit de sorte que le pilote pourrait recevoir directement la tension d’entrée et être détérioré. Pour éviter cela, il est connu de prévoir un circuit de protection sous la forme d’une diode Zener et d’au moins une résistance aux bornes de la capacité d’alimentation. Cette diode Zener doit être suffisamment dimensionnée pour maintenir une tension limitée en cas de court-circuit de l’interrupteur, ce qui la rend coûteuse. Il peut ainsi être souhaité de prévoir un circuit électrique du type précité qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités. Il est donc proposé un circuit électrique du type précité, caractérisé en ce que le circuit de démarrage comporte : un diviseur de tension comportant une partie haute et une partie basse connectées l’une à l’autre en un point milieu, la partie haute étant en outre connectée à la borne d’entrée du convertisseur de tension, la partie haute comportant, en série, une résistance dite haute et une capacité ; et une diode connectée entre le point milieu et la capacité d’alimentation, passante en direction de la capacité d’alimentation pour permettre une charge de la capacité d’alimentation au travers de la partie haute du diviseur de tension à une tension d’alimentation continue et inférieure à la tension de sortie du convertisseur de tension. Ainsi, la capacité d’alimentation est chargée au travers de la partie haute du diviseur de tension à une tension d’alimentation continue et inférieure à la tension de sortie du convertisseur de tension lorsqu’une tension d’entrée est présente sur la borne d’entrée du convertisseur de tension. En outre, grâce à l’invention, le circuit de démarrage n’utilise plus d’interrupteur et ne nécessite donc pas de diode Zener de protection de cet interrupteur, la diode connectée au point milieu se chargeant de déconnecter le circuit de démarrage de la capacité d’alimentation lorsque le convertisseur de tension fournit la tension de sortie. Par ailleurs, la ou les capacités se chargent jusqu’à la tension d’entrée et annulent alors à ce moment un courant passant dans la résistance haute, évitant les pertes dans cette dernière. L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible. De façon optionnelle, la tension d’entrée est référencée à une masse électrique. De façon optionnelle également, la capacité comporte deux composants capacitifs en série. De façon optionnelle également, la capacité comporte deux composants capacitifs sur respectivement deux branches en parallèle. De façon optionnelle également, le circuit électrique comprend également une carte électronique sur laquelle sont montés les deux composants capacitifs des deux branches en parallèle. De façon optionnelle également, chacun des deux composants capacitifs en série de chacune des deux branches en parallèle possèdent deux bornes, pour chaque branche en parallèle, les deux bornes d’un des deux composants capacitifs définit une ligne perpendiculaire à une ligne définie par les deux bornes de l’autre des deux composants capacitifs. De façon optionnelle également, pour chacune des deux branches en parallèle, l’un des deux composants capacitifs est tourné de 90° par rapport à l’autre des deux composants capacitifs. De façon optionnelle également, la partie basse du diviseur de tension comporte une diode Zener. De façon optionnelle également, la diode Zener est connectée par sa cathode au point milieu. De façon optionnelle également, la diode Zener est connectée par son anode à la masse électrique. De façon optionnelle également, la partie basse du diviseur de tension comporte une résistance. De façon optionnelle également, la résistance de la partie basse du diviseur de tension est connectée entre le point milieu et la masse électrique. De façon optionnelle également, la diode Zener et la résistance de la partie basse du diviseur de tension sont respectivement sur deux branches en parallèle. De façon optionnelle également, la tension d’entrée est continue et le convertisseur de tension un convertisseur de tension continu-continu. De façon optionnelle également, la tension de sortie est inférieure à la tension d’entrée. De façon optionnelle également, le convertisseur de tension est un convertisseur à récupération. De façon optionnelle également, le pilote comporte un microcontrôleur (402) conçu pour commander l’interrupteur. De façon optionnelle également, le pilote comporte un circuit RC connecté au microcontrôleur pour mettre en œuvre une auto-commande du microcontrôleur. Il est également proposé un engin de mobilité comportant un circuit électrique selon l’invention. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la FIG. 1 est un schéma électrique d’un exemple de circuit électrique selon l’invention, la FIG. 2 est un chronogramme de tensions du circuit électrique de la FIG. 1 , la FIG. 3 est un schéma électrique d’un exemple de convertisseur de tension pouvant être utilisé dans le circuit électrique de la FIG. 1 , et la FIG. 4 est un schéma électrique d’un exemple de pilote pouvant être utilisé dans le circuit électrique de la FIG. 1 . Description détaillée de l’invention En référence à la FIG. 1 , un circuit électrique 100 selon l’invention va à présent être décrit. Le circuit électrique 100 comporte tout d’abord une source de tension 102 conçue pour fournir une tension d’entrée HV par rapport à une masse électrique GND1. La tension d’entrée HV est par exemple une tension continue, par exemple une haute tension supérieure à 100 V, par exemple de 330 V comme dans l’exemple illustré. Le circuit électrique 100 comporte en outre un convertisseur de tension 104 conçu pour fournir, à partir de la tension d’entrée HV, une tension de sortie P16V qui est continue. Le convertisseur de tension 104 comporte ainsi une borne d’entrée B HV connectée à la source de tension 102 pour présenter la tension d’entrée HV et une borne de sortie B P16V présentant la tension de sortie P16V par rapport à la masse électrique GND1. Lorsque la tension d’entrée HV est continue, le convertisseur de tension 104 est ainsi un convertisseur continu-continu et la tension de sortie P16V est de préférence inférieure à la tension d’entrée HV, par exemple inférieure à 30 V, par exemple de 16 V comme dans l’exemple illustré. Pour réaliser la conversion de tension, le convertisseur de tension 104 comporte au moins un commutateur Q1. Le commutateur Q1 est de préférence un interrupteur commandable à semi-conducteur, comme par exemple un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (de l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme MOSFET) ou bien un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde silicium (de l’anglais « Silicon Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme Si MOSFET) ou bien un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde au carbure de silicium (de l’anglais « Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme SiC MOSFET) ou bien un transistor bipolaire à grille isolée (de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor » également désigné par l’acronyme IGBT) ou bien un transistor à effet de champ au nitrure de gallium (de l’anglais « Gallium Nitride Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme GaN FET). Le commutateur Q1 présente ainsi une borne de commande, par exemple une grille, conçue pour recevoir une tension de commande V_G pour le commander, par exemple par rapport à une source du commutateur Q1. Le convertisseur de tension 104 peut en outre être conçu pour fournir une ou plusieurs autres tensions de sortie à partir de la tension d’entrée HV, en plus de la tension de sortie P16V. Le convertisseur de tension 104 est par exemple conçu, comme dans l’exemple illustré, pour fournir une deuxième tension de sortie P6V qui est continue et par exemple de 6 V. Le convertisseur de tension 104 comporte ainsi une borne de sortie B P6V présentant la tension de sortie P6V par rapport à la masse électrique GND1. Un exemple de convertisseur de tension 104 pouvant être utilisé dans le circuit électrique 100 sera décrit plus loin en référence à la FIG. 3 . Le circuit électrique 100 comporte en outre un pilote 106 conçu pour piloter le commutateur Q1 du convertisseur de tension 104 afin de mettre en œuvre la conversion de tension. Le pilote 106 comporte ainsi une borne de commande B V_G présentant la tension de commande V_G par rapport à la masse électrique GND1. Un exemple de pilote 106 pouvant être utilisé dans le circuit électrique 100 sera décrit plus loin en référence à la FIG. 4 . Le pilote 106 est alimenté électriquement par le convertisseur de tension 104. Pour cela, le circuit électrique 100 comporte une capacité d’alimentation C3 du pilote 106, connectée au convertisseur de tension 104 afin d’être chargée par la tension de sortie P16V. Par exemple, le pilote 106 présente une borne d’alimentation B VDD conçue pour présenter une tension d’alimentation VDD et une borne de masse GND connectée à la masse électrique GND1. La capacité d’alimentation C3 est alors connectée entre la borne d’alimentation B VDD et la masse électrique GND1. En outre, la borne B P16V du convertisseur de tension 104 est connectée à la borne d’alimentation B VDD du pilote 106 pour charger la capacité C3. Pour cela, le circuit électrique 100 comporte par exemple une diode D1, et éventuellement une résistance R14 connectées en série, entre la borne de sortie B P16V du convertisseur de tension 104 et la borne d’alimentation B VDD du pilote 106, la diode D1 étant passante vers la borne d’alimentation B VDD . En d’autres termes, la diode D1 présente une anode connectée à borne de sortie B P16V et une cathode connectée à la borne d’alimentation B VDD . Pour alimenter le pilote 106 au démarrage du circuit électrique 100 lorsque le convertisseur de tension 104 ne fournit pas encore la tension de sortie P16V, le circuit électrique 100 comporte en outre un circuit d’amorçage 108 conçu pour alimenter électriquement le pilote 106 à partir de la tension d’entrée HV. La capacité d’alimentation C3 est ainsi connectée au circuit d’amorçage 108 qui est conçu pour charger la capacité d’alimentation C3 à partir de la tension d’entrée HV. Par exemple, le circuit d’amorçage 108 présente une borne de sortie B VOUT présentant une tension de sortie VOUT obtenue à partir de la tension d’entrée HV, cette borne de sortie B VOUT étant connectée à la borne d’alimentation B VDD du pilote 106, et donc à la capacité C3. Pour cela, le circuit d’amorçage 108 comporte tout d’abord un diviseur de tension 110 comportant un partie dite haute 112 connectée à la source de tension 102 pour recevoir la tension d’entrée HV et une partie dite basse 114 connectée à la masse électrique GND1. Le diviseur de tension 110 comporte en outre un point milieu M auquel les parties haute 112 et basse 114 sont connectées l’une à l’autre, la borne de sortie B VOUT étant connectée au point milieu M, par exemple par l’intermédiaire d’une diode D7. La partie haute 112 du diviseur de tension 110 comporte une capacité C et une résistance R1 connectés en série. De préférence, la capacité C est réalisée à partir d’au moins deux composants capacitifs en série et/ou d’au moins deux composants capacitifs sur respectivement deux branches en parallèle. Par exemple, sur la FIG. 1 , les composants capacitifs C11 et C12 sont en série, de même que les composants capacitifs C13 et C14. En outre, les composants capacitifs C11 et C12 et les composants capacitifs C13 et C14 sont sur deux branches en parallèle. La partie basse 114 du diviseur de tension 110 comporte par exemple une diode Zener D6 connectée entre le point milieu M et la masse électrique GND1 de manière passante en direction du point milieu M et/ou une résistance R15 connectée entre le point milieu M et la masse électrique GND1. En d’autres termes, la diode Zener D6 présente une anode connectée à masse électrique GND1 et une cathode connectée au point milieu M. Le cas échéant, le circuit d’amorçage 108 comporte en outre la diode D7 connectée entre le point milieu M et la capacité d’alimentation C3, passante en direction de la capacité d’alimentation C3 pour permettre une charge de la capacité d’alimentation C3 au travers de la partie haute 112 du diviseur de tension 110. En d’autres termes, la diode D7 présente une anode connectée au point milieu M et une cathode connectée à la borne de sortie B VOUT . La tension de sortie VOUT est dans ce cas égale à la tension du point milieu M, moins la chute de tension dans la diode D7. Le diviseur de tension 110 est ainsi conçu pour que la tension de sortie VOUT à la borne de sortie B VOUT soit continue et inférieure à la tension de sortie P16V du convertisseur de tension 104. Le circuit d’amorçage 108 peut en outre comporter une diode D2 entre la source de tension et le diviseur de tension 110, passante en direction de ce dernier. En d’autres termes, la diode D2 présente une anode connectée à la borne d’entrée B HV et une cathode connectée à la partie haute 112 du diviseur de tension 110. Le circuit d’amorçage 108 peut en outre comporter une résistance R16 entre la source de tension 102 et la masse électrique GND1. En référence à la FIG. 2 , un exemple de fonctionnement du circuit électrique 100 va à présent être décrit. Initialement, la capacité C et la capacité C3 sont déchargées. À un instant t0, la source de tension 102 est activée pour fournir la tension d’entrée HV. La capacité C et la capacité C3 se chargent à partir de la tension d’entrée HV. À un instant t1, la diode Zener D6 devient passante, à sa tension inverse. Ainsi, la tension d’alimentation VOUT appliquée à la borne d’alimentation VDD devient sensiblement constante, dans l’exemple présenté sensiblement égale à 9,5V, à un niveau permettant au pilote 106 de fonctionner. À un instant t2, le pilote 106, alimenté uniquement par la tension VOUT, commence à commander l’interrupteur Q1, de sorte que la tension P16V et la tension P6V commencent à croître. À un instant t3, la tension P16V dépasse la tension d’alimentation VOUT, de sorte que la diode D7 devient bloquée. À cet instant, le pilote 106 est alimenté par la tension P16V et la capacité C3 continue à être chargée par la tension P16V. La capacité C continue alors à se charger, jusqu’à être chargée à une tension proche de la tension d’entrée HV. À ce moment, la capacité C est traversée par un courant nul, de sorte que les résistances R1, R15 ne dissipent plus d’énergie. Comme la chaleur à dissiper est réduite, il est possible d’utiliser un boîtier de taille réduite. Ainsi, la capacité C réalise la même fonction que l’interrupteur du circuit de l’art antérieur. Dans l’exemple décrit ici, la capacité C est connectée électriquement et physiquement à un support, généralement une carte électronique. Si la capacité C était réalisée par un seul composant, ce dernier pourrait, en cas de défaut, se mettre en circuit ouvert. Dans ce cas, le circuit d’amorçage 108 ne pourrait plus fonctionner. Avec la capacité C comportant deux composants capacitifs placés sur deux branches en parallèle, si l’une des deux branches passe en circuit ouvert, le courant peut toujours passer par l’autre branche. De préférence, chacun des deux composants capacitifs en série de chacune des deux branches en parallèle possèdent deux bornes, pour chaque branche en parallèle, les deux bornes d’un des deux composants capacitifs définit une ligne perpendiculaire à une ligne définie par les deux bornes de l’autre des deux composants capacitifs. En d’autres termes, pour chacune des deux branches en parallèle, l’un des deux composants capacitifs est tourné de 90° sur le support par rapport à l’autre des composants capacitifs. Ainsi, si le support est courbé, l’un des deux composants capacitifs en série ne subira pas de détérioration liée à la courbure du support. En variante, les deux branches s’étendent à 90° l’une de l’autre sur leur support En outre, si un seul composant capacitif était prévu sur chaque branche, ce composant capacitif pourrait, en cas de défaut, se mettre en court-circuit. Dans ce cas, la tension d’alimentation VOUT pourrait devenir égale (au chute de tension prêt aux bornes des diodes D2 et D7) à la tension d’entrée HV, ce qui pourrait endommager le pilote 106. Ce problème est évité avec l’utilisation, sur chaque branche, de deux composants capacitifs en série. À un instant t4, la tension P16V et la tension P6V atteignent leurs valeurs respectives de consigne et y sont maintenue par le pilote 106. En référence à la FIG. 3 , le convertisseur 104 est par exemple un convertisseur à découpage tel qu’un convertisseur à récupération (de l’anglais « flyback »). Le convertisseur 104 comporte ainsi un transformateur 302 comportant un primaire P1 et au moins un secondaire, par exemple deux secondaires S1, S2 comme dans l’exemple illustré. Le convertisseur 104 comporte en outre, pour chaque secondaire S1, S2, une capacité C9, respectivement C10, et une résistance R13, respectivement R12, connectées aux bornes du secondaire S1, S2 considéré, ainsi qu’une diode D3, respectivement D5, pour empêcher la capacité C9, respectivement C10, de se décharger dans le secondaire S1, S2 considéré. Les tensions de sorties P6V, P16V sont ainsi présentes respectivement sur les capacités C9, C10. L’interrupteur Q1 est ainsi conçu pour sélectivement connecter et déconnecter le primaire P1 à la source de tension 102, afin que la tension HV soit sélectivement appliquée ou non au primaire P1. En référence à la FIG. 4 , un exemple de réalisation du pilote 106 va à présent être décrit. Le pilote 106 comporte tout d’abord un microcontrôleur 402 présentant la borne d’alimentation B VDD et la borne de masse GND connectée à la masse électrique GND1. Le microcontrôleur 402 présente en outre une borne de commande GDRV connectée à l’interrupteur Q1 pour le commander. Par exemple, le pilote 106 comporte un pont diviseur de tension comportant deux résistance R5, R18 connectées l’une à l’autre en un point milieu et ensemble entre la borne de commande GDRV et la masse électrique, ce point milieu étant conçu pour présenter la tension V_G et étant connecté à la borne de commande de l’interrupteur Q1. Le microcontrôleur 402 est par exemple auto-commandé par un circuit RC 404 (RC signifiant « capacitif-résistif »), comme dans l’exemple illustré. Le circuit RC 404 comporte par exemple deux résistances R11, R10 connectées l’une à l’autre en un point milieu et ensemble entre la tension P16V et la masse électrique GND1. Le point milieu est connecté à une borne de rétroaction FB (de l’anglais « feedback ») du microcontrôleur 402 conçue pour mesurer la tension du point milieu comme une mesure représentative de la tension P16V afin d’asservir cette dernière. Le circuit RC 404 comporte en outre, entre le point milieu et une borne de compensation COMP du microcontrôleur 402, d’une part, une capacité C8 et, d’autre part, une capacité C7 et une résistance R7 en série. Ces composants ainsi qu’un composant interne du microcontrôleur 402, non représenté, contrôlent la vitesse de réaction de la boucle d’asservissement de la tension P16V et ainsi la stabilité de cette boucle d’asservissement. En conclusion, il apparaît clairement qu’un circuit électrique tel que celui décrit précédemment ne nécessite pas d’interrupteur commandable dans le circuit d’amorçage 108 et donc de circuit de protection de cet interrupteur. On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Circuit électrique (100) comportant : un convertisseur de tension (104) comportant une borne d’entrée (B HV ) et au moins un commutateur (Q1), le convertisseur de tension (104) étant conçu pour fournir une tension de sortie (P16V) lorsqu’une tension d’entrée (HV) est présente sur sa borne d’entrée (B HV ) ; un pilote (106) conçu pour piloter le commutateur (Q1) du convertisseur de tension (104) ; une capacité d’alimentation (C3) du pilote (106), connectée au convertisseur de tension (104) afin d’être chargée par la tension de sortie (P16V) ; et un circuit d’amorçage (108) ; caractérisé en ce que le circuit d’amorçage (108) comporte : un diviseur de tension (110) comportant une partie haute (112) et une partie basse (114) connectées l’une à l’autre en un point milieu (M), la partie haute (112) étant en outre connectée à la borne d’entrée (B HV ) du convertisseur de tension (104), la partie haute (112) comportant, en série, une résistance dite haute (R1) et une capacité (C) ; et une diode (D7) connectée entre le point milieu (M) et la capacité d’alimentation (C3), passante en direction de la capacité d’alimentation (C3) pour permettre une charge de la capacité d’alimentation (C3) au travers de la partie haute (112) du diviseur de tension (110) à une tension d’alimentation (VOUT) continue et inférieure à la tension de sortie (P16V) du convertisseur de tension (104). Circuit électrique (100) selon la revendication 1, dans lequel la capacité (C) comporte deux composants capacitifs en série (C11, C12, C13, C14). Circuit électrique (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la capacité (C) comporte deux composants capacitifs (C11, C12, C13, C14) sur respectivement deux branches en parallèle. Circuit électrique (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la partie basse du diviseur de tension (114) comporte une diode Zener (D6). Circuit électrique (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la partie basse du diviseur de tension (114) comporte une résistance (R15). Circuit électrique (100) selon les revendications 4 et 5, dans lequel la diode Zener (D6) et la résistance (R15) de la partie basse du diviseur de tension (114) sont respectivement sur deux branches en parallèle. Circuit électrique (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la tension d’entrée (HV) est continue et dans lequel le convertisseur de tension (104) est un convertisseur de tension continu-continu. Circuit électrique (100) selon la revendication 7, dans lequel la tension de sortie (P16V) est inférieure à la tension d’entrée (HV). Circuit électrique (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le pilote (106) comporte un microcontrôleur (402) conçu pour commander l’interrupteur (Q1). Engin de mobilité comportant un circuit électrique (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.