Brevet FR3158156A1 — publié le 20250711

La présente invention a pour objet un procédé de calibration d’un dispositif de conversion de tension (1) comportant un circuit de puissance (2) comprenant un circuit résonnant déterminant une fréquence de résonnance nominale et un contrôleur apte à délimiter, dans un premier état de calibration, un intervalle de fréquence de fonctionnement du dispositif de conversion (1) par une fréquence de limite basse (FLB) et une fréquence de limite haute (FLH) autour d’une valeur théorique de la fréquence de résonnance, le procédé comportant les étapes suivantes de mesure de la valeur réelle (FRR) de la fréquence de résonnance, de calibration d’un deuxième état de calibration de manière à configurer la fréquence de limite basse (FLB) et la fréquence de limite haute (FLH) de l’intervalle de fréquence de fonctionnement autour de la valeur réelle (FRR) de la fréquence de résonnance selon au moins un écart de fréquence prédéterminé. L’invention trouve une application pour les véhicules électrifiés. Figure 1. PROCEDE DE CALIBRATION D’UN DISPOSITIF DE CONVERSION DE TENSION Le domaine de l’invention concerne un procédé de calibration d’un dispositif de conversion de tension comportant un circuit résonnant. Les véhicules électrifiés comportent des systèmes électroniques de puissances assurant la fonction de conversion de tension AC/DC et/ou DC/DC, c’est le cas par exemple des véhicules automobiles comportant un chargeur embarqué dont la fonction est de convertir la tension alternative d’un réseau électrique externe au véhicule en une tension continue de charge adaptée pour le système de batterie. Par exemple, des chargeurs embarqués pour véhicule électrifié sont prévus pour convertir une tension alternative de type 220 volts en une tension continue comprise entre 350 volts et 450 volts. Généralement, les chargeurs embarqués sont équipés de plus d’un dispositif de conversion permettant la conversion d’une tension de bus, par exemple autour de 400 volts, vers une tension du réseau de bord fonctionnant en 12 volts. Classiquement, un dispositif de conversion de tension comporte un circuit résonnant comprenant des inductances et condensateur déterminant la fréquence de résonnance du dispositif de conversion. En outre, un tel dispositif coopère généralement avec un contrôleur dont la fonction est, notamment, de délimiter une plage de fonctionnement nominal autour d’une fréquence nominale déterminée théoriquement par les caractéristiques électriques des composants du circuit de résonnance. Dans la réalité, les composants réels fournis par les fabricants présentent jusqu’à 10% d’écart par rapport à la valeur nominale, ce qui induit un écart de la fréquence de résonnance réelle par rapport à la fréquence nominale d’environ 11%. Or, cette fréquence est extrêmement importante car en fonction des lois de commandes, par exemple de type ZVS pour « Zero Voltage Switching » en anglais, le pilotage à une fréquence sensiblement décalée de la fréquence de résonnance nominale est susceptible d’endommager les circuits, notamment pour les fréquences inférieures à la fréquence de résonnances où les tolérances peuvent être infimes de l’ordre de quelques kilohertz. Une problématique pour ces circuits est donc de garantir un niveau de fiabilité suffisant de la fréquence de fonctionnement d’un convertisseur de puissance à circuit résonnant. On connait de l’état de la technique le document US-A1-20140268904 décrivant un procédé de calibration d’un convertisseur de puissance comprenant un circuit résonnant. Il prévoit en particulier un contrôleur mettant en œuvre un procédé de commande comportant le calcul de la tension d'entrée optimale en utilisant la tension de sortie, le courant de charge et les tolérances des composants du dispositif de conversion à savoir l'inductance résonante et le condensateur résonant. Ensuite, le dispositif de conversion est mis en marche en mode boucle ouverte à une fréquence de résonance nominale. En parallèle, la tension de sortie du dispositif de conversion est mesurée et comparée à la tension d'entrée calculée. La fonction du contrôleur est configurée par un paramètre de calibration de la tension d’entrée dont la valeur dépend de la différence entre la valeur de tension nominale attendue et la valeur de tension mesurée en condition réelle. Ce procédé de commande permet d’optimiser le rendement énergétique du dispositif de conversion grâce à la fonction de contrôle au regard d’une solution utilisant des tables enregistrées en mémoire. Un objectif de l’invention est de proposer une solution de calibration permettant de renforcer la fiabilité d’un dispositif de conversion de tension du fait des dispersions en fabrication des caractéristiques électriques réelles des composants électroniques. En particulier, un objectif de l’invention est de garantir le fonctionnement du contrôleur de l’électronique de puissance dans les plages de fréquences nominales des composants électroniques. Un objectif de l’invention vise à répondre aux exigences les plus élevées des niveaux d’intégrité de sécurité attendus pour les équipements vitaux des véhicules électrifiés, notamment les systèmes de puissance pour la conversion de tension des systèmes électriques. Plus précisément, l’invention concerne un procédé de calibration d’un dispositif de conversion de tension comportant un circuit de puissance comprenant un circuit résonnant déterminant une fréquence de résonnance nominale et un contrôleur apte à délimiter, dans un premier état de calibration, un intervalle de fréquence de fonctionnement du dispositif de conversion par une fréquence de limite basse et une fréquence de limite haute autour d’une valeur théorique de la fréquence de résonnance. Selon l’invention, le procédé comporte les étapes suivantes de mesure de la valeur réelle de la fréquence de résonnance, et de calibration d’un deuxième état de calibration de manière à configurer la fréquence de limite basse et la fréquence de limite haute de l’intervalle de fréquence de fonctionnement autour de la valeur réelle de la fréquence de résonnance selon au moins un écart de fréquence prédéterminé. Le procédé selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison : - La fréquence de limite basse est calibrée selon un premier écart de fréquence par rapport à la fréquence de résonnance réelle et la fréquence de limite haute est calibrée selon un deuxième écart de fréquence par rapport à la valeur réelle de la fréquence de résonnance. - La mesure de la valeur réelle de la fréquence de résonnance et la calibration sont exécutées périodiquement pendant un cycle de vie prévu du dispositif de conversion de tension. - Les étapes de mesure et de calibration sont exécutées lors d’une phase de recharge d’un système de batterie alimenté par le dispositif de conversion. L’invention prévoit en outre un dispositif de conversion de tension comportant un circuit de puissance comprenant un circuit résonnant déterminant une fréquence de résonnance nominale et un contrôleur apte à délimiter, dans un premier état de calibration, un intervalle de fréquence de fonctionnement du dispositif de conversion par une fréquence de limite basse et une fréquence de limite haute autour d’une valeur théorique de la fréquence de résonnance selon au moins un écart de fréquence prédéterminé, dans lequel le contrôleur est configuré pour mesurer la valeur réelle de la fréquence de résonnance, et pour calibrer un deuxième état de calibration de manière à configurer la fréquence de limite basse et la fréquence de limite haute de l’intervalle de fréquence de fonctionnement autour de la valeur réelle de la fréquence de résonnance selon au moins ledit écart de fréquence prédéterminé. Selon une variante, le contrôleur est configuré pour exécuter périodiquement la mesure et la calibration pendant un cycle de vie prévu du dispositif de conversion de tension. L’invention prévoit en outre un véhicule électrifié comportant un dispositif de conversion de tension et une unité de commande configurée pour mettre en œuvre le procédé de calibration selon l’une quelconque des modes de réalisation précédents. Il est prévu en outre un programme-ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par une unité de commande d’un dispositif de conversion de tension, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé de calibration selon l’une quelconque des modes de réalisation précédents. Il est prévu en outre un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé de calibration selon l’une quelconque des modes de réalisation précédents. L’invention permet une meilleure gestion de la durée de vie des composants électroniques d’un dispositif de conversion de tension afin d’en augmenter la durée de vie ainsi que le fonctionnement optimal du convertisseur D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : FIG. 1 représente schématiquement par un bloc diagramme fonctionnel un dispositif de conversion de tension prévu pour la mise en œuvre du procédé de calibration selon l’invention. FIG. 2 représente schématiquement par un bloc diagramme fonctionnel le procédé de calibration selon l’invention. FIG. 3 représente schématiquement un exemple d’application du procédé de calibration pour un véhicule électrifié. L’invention s’applique aux systèmes électroniques de puissance comportant un circuit résonnant, par exemple un dispositif de conversion de tension de puissance de type AC/DC ou DC/DC. L’invention s’applique aux domaines des véhicules électrifiés, c’est-à-dire comprenant une machine électrique motrice et de l’électronique de puissance, 100% électriques ou hybrides, de préférence les véhicules automobiles, mais pas seulement tels les aéronefs, tracteur, bicyclettes, navires. Plus généralement, l’invention s’applique à tout système électrique autonome comme les drones, robots ou dispositifs portables, ordinateurs, tablettes, téléphones portables, consoles, appareils photos, scanners, qui sont cités comme liste non exhaustive d’exemples d’applications. La FIG. 1 représente schématiquement un dispositif de conversion de tension 1 comprenant un premier circuit de puissance 2 comportant au moins un circuit résonnant. Typiquement, le premier circuit de puissance 2 d’un dispositif de conversion de tension, par exemple de type AC/DC, comportant un circuit de commutateurs, par exemple de type MOSFET, prévus pour être commandés à une fréquence de commutation pilotée par un deuxième circuit de contrôle 3, désigné par le terme contrôleur. Par ailleurs, le circuit résonnant est constitué d’au moins un condensateur et inductance dont les caractéristiques électriques déterminent une fréquence de résonnance nominale de fonctionnement. Pour ce type d’application, le respect du fonctionnement du circuit de commutateur dans l’intervalle de fréquence de fonctionnement est primordial et est particulièrement critique. Le contrôleur 3 du dispositif de conversion 1 est un circuit intégré comportant au moins un calculateur et des mémoires et des moyens électriques prévus pour mesurer les tensions d’entrée et de sortie du dispositif de conversion 1, ainsi que la fréquence de fonctionnement du premier circuit de commutateur. Par exemple, le contrôleur 3 peut être un circuit de type DSP (Digital Signal Processeur). En outre, le contrôleur 3 met en œuvre au moins une fonction 4 de contrôle de la fréquence de fonctionnement du dispositif de conversion 1. Plus précisément, le contrôleur 3 délimite un intervalle de fréquence de fonctionnement autorisé délimité par une première fréquence de limite basse FLB et une deuxième fréquence de limite haute FLH. Dans un premier état de calibration, en amont du processus de conception et fabrication, la fonction 4 est calibrée de manière que la fréquence de limite basse FLB et la fréquence de limite haute FLH encadrent la valeur théorique FRT de la fréquence de résonnance nominale. Cette valeur théorique est établie en conception à partir des caractéristiques électriques du circuit résonnant, notamment, établies en cahier des charges. Toutefois, la fonction 4 est prévue pour la calibration dynamique des valeurs de la fréquence de limite basse FLB, la fréquence de limite haute FLH, ainsi que la valeur FRR de la fréquence de résonnance de l’intervalle de fonctionnement. Ces valeurs sont enregistrées en mémoire du contrôleur 3 pour la mise en œuvre d’un programme de fonctionnement du dispositif de conversion 1 lors d’une conversion de tension, notamment pour un programme d’ordonnancement d’états d’ouverture et de fermeture des commutateurs du premier circuit de puissance 2. Le contrôle de la fréquence de résonnance s’exécute en définissant les conditions externes, notamment une tension d’entrée et une charge de sortie. Une fréquence de résonnance est mesurée en réalisant plusieurs points de fonctionnement préalablement choisis et correspondant à des points de charges réelles du dispositif de conversion. De cette manière, une calibration est opérable en conditions de fonctionnement réels du dispositif de conversion et est reproductible régulièrement. A cet effet, l’invention prévoit en outre un procédé de calibration permettant de calibrer dynamiquement les valeurs caractéristiques de l’intervalle de la fréquence de fonctionnement des composants électroniques réels obtenus du ou des fournisseurs. La calibration est mise en œuvre par le contrôleur 3. En FIG. 2 , le procédé de calibration est décrit schématiquement par un bloc diagramme fonctionnel. Dans une première étape de calibration 21, le contrôleur du dispositif de conversion est calibré de manière que l’intervalle de la fréquence de fonctionnement autorisée est encadré par une première fréquence de limite basse et une deuxième fréquence de limite haute autour de la valeur théorique FRT de la fréquence de résonnance. Le procédé comporte une deuxième étape 22 de mesure de la fréquence de résonnance réelle. La deuxième étape est mise en œuvre par le contrôleur à partir par exemple d’un programme de diagnostic configurant le dispositif de conversion de manière à détecter la fréquence de résonnance réelle caractéristique du dispositif. Ce type de programme de diagnostic est connu de l’homme du métier. La fréquence de résonnance réelle FRR peut varier sensiblement des caractéristiques attendues du cahier de charge. Le programme de diagnostic est exécuté par exemple dès la première mise en fonctionnement du dispositif de conversion. La fréquence de résonnance réelle FRR est déterminée conformément au procédé de calibration selon l’invention, de préférence de manière périodique depuis le début du cycle de vie d’un dispositif de conversion jusqu’à la fin de vie. Lors d’une opération de charge complète ou partielle d’un système de batterie par le dispositif de conversion de tension, la fréquence de résonnance va s’adapter au fur et à mesure de l’évolution de la charge du système de batterie. Une opération de charge d’un système de batterie, notamment de véhicule électrifié, est un processus relativement lent, ce qui présente l’avantage de permettre la comparaison de la fréquence réelle par rapport à une courbe théorique déterminant les écarts prédéterminés et d’en faire un recalage. Ensuite, le procédé de calibration comporte une troisième étape 23 de calibration d’un deuxième état de calibration de la fréquence de limite basse FLB et de la fréquence de limite haute FLH de l’intervalle de fréquence de fonctionnement autour de la valeur réelle FRR de la fréquence de résonnance selon au moins un écart de fréquence prédéterminé. La fréquence de limite basse FLB est calibrée selon un premier écart de fréquence ECF1 par rapport à la fréquence de résonnance réelle FRR et la fréquence de limite haute FLH est calibrée selon un deuxième écart de fréquence ECF2 par rapport à la fréquence de résonnance réelle. Le premier écart et le deuxième écart peuvent être de valeur distinctes ou égales et sont déterminées à partir d’une courbe théorique enregistrée en mémoire de l’unité de commande. A titre d’exemple non limitatif, lorsque la valeur théorique de la fréquence de résonnance est égale à 100khz, dans le premier état de calibration l’intervalle de fonctionnement est compris entre 95khz et 300khz. Lors de la mise en œuvre de la deuxième étape de mesure 22, le programme de diagnostic détecte que la valeur réelle de la fréquence de résonnance est égale à 97khz. La troisième étape de calibration 23 configure la fréquence de limite basse FLB à 93khz selon le même premier écart ECF1 et la fréquence de limite haute FLH de l’intervalle de fréquence de fonctionnement à la valeur de 297khz selon le même deuxième écart ECF2, autour de la valeur réelle FRR de la fréquence de résonnance. Les étapes de mesure 22 et de calibration 23 peuvent être répétées périodiquement durant le cycle de vie du dispositif de conversion. En effet, en vieillissement, les caractéristiques électriques des composants, notamment du circuit résonnant, sont susceptibles d’évoluer et de modifier la fréquence de résonnance. Le procédé de calibration permet d’adapter dynamiquement l’intervalle de la fréquence de fonctionnement. Certaines ou toutes les fonctions du dispositif de conversion sont contrôlées par le contrôleur. Le contrôleur peut comprendre au moins un processeur qui exécute des instructions stockées dans un support lisible par ordinateur tel qu'une mémoire non volatile. Le contrôleur peut également être de multiples dispositifs informatiques qui contrôlent des composants individuels ou des sous-systèmes du dispositif de conversion d'une manière distribuée. Le processeur peut être n'importe quel processeur classique, tel qu'une unité centrale de traitement disponible dans le commerce. En variante, le processeur peut être un dispositif dédié tel qu'un circuit intégré spécifique à une application (ASIC) ou un autre processeur matériel tel un DSP. En FIG. 3 , on a décrit une application préférentielle du procédé de calibration selon l’invention pour un véhicule électrifié 30 comportant un dispositif de conversion de tension 31. Le véhicule 30 peut être un véhicule hybride ou à motorisation entièrement électrique. Le véhicule 30 comporte une machine motrice électrique prévue pour déplacer le véhicule et alimentée par un système de batterie de traction 33. Certaines ou toutes les fonctions du véhicule 30 sont contrôlées par une unité de commande 35. Le dispositif de conversion de tension 31 comporte une unité de commande comprenant un calculateur et des mémoires configurés pour la mise en œuvre du procédé de calibration selon l’invention. En particulier, les mémoires ont un programme enregistré comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par l’unité de commande dispositif de conversion de tension, conduisent celui-ci à mettre en œuvre l’un quelconque des modes de réalisation du procédé de calibration. Le dispositif de conversion de tension 31 est prévu pour convertir la tension d’un bus de tension continue, fonctionnant en 400 volts par exemple, délivrée par le système de batterie 33 en une tension 34 du réseau de bord du véhicule, fonctionnant en 12 volts. Le dispositif de conversion 31 est prévu également pour convertir la tension alternative délivrée par une source externe 38 au véhicule 30, par exemple par une borne de recharge 37 en une tension continue 32 prévue pour la recharge du système de batterie 33 à travers une interface de recharge 36. Le procédé de calibration est de préférence prévu pour s’opérer lors d’une opération de charge du système de batterie 33, en particulier lors d’une charge à partir d’une source externe au véhicule. Plus précisément, les étapes de mesure et de calibration du procédé de calibration sont opérées lors d’une phase de recharge du système de batterie de traction 33 lorsqu’il est alimenté par le dispositif de conversion. Cette phase de vie présente l’avantage de permettre la comparaison de la fréquence réelle par rapport à une courbe théorique enregistrée en mémoire de l’unité de commande et de faire un recalage pour délimiter l’intervalle de fréquence de fonctionnement. L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que la personne de l’art est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention en associant par exemple les différentes caractéristiques ci-dessus prises seules ou en combinaison, sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Procédé de calibration d’un dispositif de conversion de tension (1) comportant un circuit de puissance (2) comprenant un circuit résonnant déterminant une fréquence de résonnance nominale et un contrôleur apte à délimiter, dans un premier état de calibration, un intervalle de fréquence de fonctionnement du dispositif de conversion (1) par une fréquence de limite basse (FLB) et une fréquence de limite haute (FLH) autour d’une valeur théorique de la fréquence de résonnance, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : - la mesure (22) de la valeur réelle (FRR) de la fréquence de résonnance, - la calibration (23) d’un deuxième état de calibration de manière à configurer la fréquence de limite basse (FLB) et la fréquence de limite haute (FLH) de l’intervalle de fréquence de fonctionnement autour de la valeur réelle (FRR) de la fréquence de résonnance selon au moins un écart de fréquence prédéterminé. Procédé de calibration selon la revendication 1, dans lequel la fréquence de limite basse (FLB) est calibrée selon un premier écart de fréquence par rapport à la fréquence de résonnance réelle (FRR) et la fréquence de limite haute (FLH) est calibrée selon un deuxième écart de fréquence par rapport à la valeur réelle de la fréquence de résonnance (FRR). Procédé de calibration selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la mesure (21) de la valeur réelle (FRR) de la fréquence de résonnance et la calibration (23) sont exécutées périodiquement pendant un cycle de vie prévu du dispositif de conversion de tension (1). Procédé de calibration selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les étapes de mesure (22) et de calibration (23) sont exécutées lors d’une phase de recharge d’un système de batterie alimenté par le dispositif de conversion (1). Dispositif de conversion de tension (1) comportant un circuit de puissance (2) comprenant un circuit résonnant déterminant une fréquence de résonnance nominale et un contrôleur (3) apte à délimiter, dans un premier état de calibration, un intervalle de fréquence de fonctionnement du dispositif de conversion par une fréquence de limite basse (FLB) et une fréquence de limite haute (FLH) autour d’une valeur théorique de la fréquence de résonnance selon au moins un écart de fréquence prédéterminé, caractérisé en ce que le contrôleur (3) est configuré pour : - mesurer la valeur réelle (FRR) de la fréquence de résonnance, - calibrer un deuxième état de calibration de manière à configurer la fréquence de limite basse (FLB) et la fréquence de limite haute (FLH) de l’intervalle de fréquence de fonctionnement autour de la valeur réelle (FRR) de la fréquence de résonnance selon au moins ledit écart de fréquence prédéterminé. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le contrôleur (3) est configuré pour exécuter périodiquement la mesure et la calibration pendant un cycle de vie prévu du dispositif de conversion de tension (1). Véhicule électrifié (30) comportant un dispositif de conversion de tension (31), un système de batterie de traction (33) et une unité de commande configurée pour mettre en œuvre le procédé de calibration selon l’une quelconque des revendications 1 à 4. Programme-ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par une unité de commande d’un dispositif de conversion de tension, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé de calibration selon l’une quelconque des revendications 1 à 4. Support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé de calibration selon l’une quelconque des revendications 1 à 4.