INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Le circuit de commutation nominale peut comporter au moins : - un premier circuit push-pull comprenant une première sortie configurée pour être couplée à la grille du transistor de puissance à travers une première résistance, et une deuxième sortie configurée pour être couplée à la grille du transistor de puissance à travers au moins une deuxième résistance ; - un premier circuit de conversion de niveau de tension comprenant au moins une première entrée de commande sur laquelle un signal de commande de commutation nominale est destiné à être appliqué depuis le circuit de mesure et de commande, une deuxième entrée de commande sur laquelle un signal de mise à l’état haute impédance des première et deuxième sorties du premier circuit push-pull est destiné à être appliqué depuis le circuit de mesure et de commande, et configuré pour délivrer, sur des sorties couplées à des entrées de commande du premier circuit push-pull, des signaux de commande du premier circuit push-pull.
Le premier circuit push-pull peut comporter au moins un transistor n-MOSFET et un transistor p-MOFET tels que : - les grilles des transistors n-MOSFET et p-MOSFET forment les entrées de commande du premier circuit push-pull ; - une électrode de source du transistor n-MOSFET est configurée pour recevoir un premier potentiel électrique de référence ; - une électrode de drain du transistor n-MOSFET forme la première sortie du premier circuit push-pull ; - une électrode de source du transistor p-MOSFET est configurée pour recevoir un premier potentiel électrique d’alimentation ; - une électrode de drain du transistor p-MOSFET forme la deuxième sortie du premier circuit push-pull.
Le circuit de détection de court-circuit du transistor de puissance peut comporter au moins : - un premier interrupteur comprenant une sortie configurée pour être couplée à la grille du transistor de puissance à travers une troisième résistance ; - un deuxième circuit de conversion de niveau de tension comprenant au moins une entrée de commande sur laquelle un signal de commande de détection de court-circuit est destiné à être appliqué depuis le circuit de mesure et de commande, et configuré pour délivrer, sur une sortie couplée à une entrée de commande du premier interrupteur, un signal de commande du premier interrupteur ; - un premier circuit comparateur configuré pour délivrer, sur une entrée du circuit de mesure et de commande, un signal représentatif d’une différence entre la valeur de la tension V GS du transistor de puissance et la valeur de la tension de référence haute ; - un deuxième circuit comparateur configuré pour délivrer, sur une entrée du circuit de mesure et de commande, un signal représentatif d’une différence entre la valeur de la tension V GS du transistor de puissance et la valeur de la tension de référence basse.
Le premier interrupteur peut correspondre à un transistor p-MOSFET dont la grille forme l’entrée de commande du premier interrupteur, dont une électrode de source est configurée pour recevoir un deuxième potentiel électrique d’alimentation, et dont une électrode de drain forme la sortie du premier interrupteur.
La valeur de la troisième résistance peut être supérieure à celles des première et deuxième résistances d’un facteur de multiplication supérieur ou égal à 100.
Le circuit de protection peut comporter un deuxième interrupteur comprenant une entrée configurée pour être couplée à la grille du transistor de puissance à travers une quatrième résistance, et une sortie configurée pour être couplée à un potentiel électrique de référence.
Le deuxième interrupteur peut correspondre à un transistor n-MOSFET dont une électrode de source forme la sortie du deuxième interrupteur, dont une électrode de drain forme l’entrée du deuxième interrupteur, et dont la grille est couplée à un élément de commande configuré pour recevoir un signal de commande depuis le circuit de mesure et de commande et pour mettre à l’état passant le transistor n-MOSFET après une détection d’un court-circuit du transistor de puissance.
Le dispositif de commande et de protection peut comporter en outre un circuit de surveillance d’un état de santé d’un oxyde de grille du transistor de puissance configuré pour : - commander une commutation lente du transistor de puissance dans laquelle les durées de commutation sont supérieures à celles de la commutation nominale, et - mesurer l’évolution de la tension V GS du transistor de puissance lors d’une commutation lente du transistor de puissance, et - calculer une durée d’un palier dit de Miller au cours de l’évolution de la tension V GS mesurée,
et le circuit de mesure et de commande peut être configuré pour délivrer des signaux de commande tels que : - lorsque le transistor de puissance est commandé par le circuit de commutation nominale ou par le circuit de détection de court-circuit, des sorties du circuit de surveillance configurées pour être couplées à la grille du transistor de puissance sont mises chacune dans un état haute impédance ; - lors d’une commutation lente du transistor de puissance, les sorties du circuit de commutation nominale et du circuit de détection de court-circuit et l’entrée du circuit de protection sont mises chacune dans un état haute impédance.
Le dispositif de commande et de protection propose dans ce cas d’étendre la fonctionnalité initiale de « gate-driver » pour y ajouter une fonction nouvelle relative au suivi de l'état de « santé » du transistor de puissance, en particulier par la détection d'une dérive anormalement élevée de sa tension de seuil.
Le circuit de surveillance peut comporter au moins : - un deuxième circuit push-pull comprenant une première sortie configurée pour être couplée à la grille du transistor de puissance à travers une cinquième résistance, une deuxième sortie configurée pour être couplée à la grille du transistor de puissance à travers au moins une sixième résistance ; - un troisième circuit de conversion de niveau de tension comprenant au moins une première entrée de commande sur laquelle un signal de commande de surveillance est destiné à être appliqué depuis le circuit de mesure et de commande, une deuxième entrée de commande sur laquelle un signal de mise à l’état haute impédance des première et deuxième sorties du deuxième circuit push-pull est destiné à être appliqué depuis le circuit de mesure et de commande, et configuré pour délivrer, sur des sorties couplées à des entrées de commande du deuxième circuit push-pull, des signaux de commande du deuxième circuit push-pull ; - un circuit de mesure de tension incluant au moins un échantillonneur – bloqueur dont une entrée est configurée pour être couplée à la grille du transistor de puissance.
Le dispositif peut comporter en outre une première diode d’anti-recirculation de courant couplée en série avec la deuxième résistance entre la deuxième sortie du premier circuit push-pull et la grille du transistor de puissance, et une deuxième diode d’anti-recirculation de courant couplée en série avec la sixième résistance entre la deuxième sortie du deuxième circuit push-pull et la grille du transistor de puissance.
Le deuxième circuit push-pull peut comporter au moins un transistor n-MOSFET et un transistor p-MOFET tels que : - les grilles des transistors n-MOSFET et p-MOSFET forment les entrées de commande du deuxième circuit push-pull ; - une électrode de source du transistor n-MOSFET est configurée pour recevoir un troisième potentiel électrique de référence ; - une électrode de drain du transistor n-MOSFET forme la première sortie du deuxième circuit push-pull ; - une électrode de source du transistor p-MOSFET est configurée pour recevoir un troisième potentiel électrique d’alimentation ; - une électrode de drain du transistor p-MOSFET forme la deuxième sortie du deuxième circuit push-pull.
Les valeurs des cinquième et sixième résistances peuvent être supérieures à celles des première et deuxième résistances d’un facteur de multiplication supérieur ou égal à 10.
Le dispositif de commande et de protection peut comporter en outre un circuit de détection d’un courant de fuite permanent par la grille du transistor de puissance configuré pour : - mettre à l’état passant ou bloqué le transistor de puissance, et - mesurer l’évolution du courant sur la grille du transistor de puissance, et le circuit de mesure et de commande peut être configuré pour délivrer des signaux de commande tels que : - lorsque le transistor de puissance est commandé par le circuit de commutation nominale ou par le circuit de détection de court-circuit, ou par le circuit de surveillance lorsque le dispositif de commande et de protection comporte un tel circuit, des sorties du circuit de détection d’un courant de fuite permanent sont mises chacune dans un état haute impédance ; - lors d’une détection d’un courant de fuite permanent, les sorties du circuit de commutation nominale, du circuit de détection de court-circuit, et du circuit de surveillance lorsque le dispositif de commande et de protection comporte un tel circuit de surveillance, et l’entrée du circuit de protection sont mises chacune dans un état haute impédance.
Le dispositif de commande et de protection propose dans ce cas d’étendre la fonctionnalité initiale de circuit de commande de grilles pour y ajouter une fonction nouvelle relative au suivi de l'état de « santé » du transistor de puissance, en particulier par la détection de signes "avant-coureurs" ou signes précurseurs d’un vieillissement de l’oxyde de grille (courant résiduel de fuite permanent anormalement élevé).
L’ensemble des capteurs de températures 40a-c sont reliés au niveau de la prise 33 du dispositif 30 au moyen des câbles 43a-c.
Avantageusement, la présente invention est entre autres basée sur la mesure de la température de surface du conduit de sortie 13 d’eau chaude, et non sur la mesure de température de l’eau chaude contenue dans le réservoir 12. En effet, lorsque le capteur de température 40c est positionné par exemple sur une soupape de sécurité ( T&P valve ), en comparaison avec des solutions de pilotage de chauffe-eau déjà existantes et non-intrusives, ledit capteur mesure une température qui est celle de l’ECS stockée dans ledit chauffe-eau. Ainsi, la présente invention à l’avantage de pouvoir être utilisée sur tout type d’installation d’ECS à accumulation ne disposant pas de soupape de sécurité ( T&P valve ) ou de conduit de sortie 13 d’eau chaude positionné sur la partie supérieure du chauffe-eau 10. Une conséquence de cette solution est que la température de l’eau stockée dans le chauffe-eau 10 ne peut être calculée que lors des tirages d’ECS, et non en continue comme pour lesdits chauffe-eaux ayant les spécificités de conception décrites auparavant.
Le capteur de puissance 37 est installé dans le dispositif 30 et mesure la puissance électrique (intensité et tension) consommée par le chauffe-eau 10 lorsque celui-ci entre en phase de cycle de chauffe de l’eau stockée dans son réservoir d’eau 12. Avantageusement, la mesure de la puissance et le pilotage du chauffe-eau 10 peuvent être déportés, et réalisés dans un second dispositif dédié (non représenté ici), positionné par exemple au niveau du câble d’alimentation dudit chauffe-eau sur un tableau électrique du bâtiment.
Comme évoqué précédemment, la transmission à distance des données mesurées peut être réalisée au moyen d’une technologie sans fil, via le routeur 700a, la passerelle 700b, l’antenne relais 700c ou en passant par le dispositif 30.
Avantageusement, l’instrumentation décrite précédemment est non-intrusive pour la plomberie reliée au chauffe-eau 10. En effet, son installation ne nécessite pas de lourds travaux tels que ceux pouvant être réalisés sur de la plomberie (découpe et perçage de conduits, etc.). Cette solution s’installe donc rapidement, à moindre coût et sans risque d’altérer le chauffe-eau 10.
La représente l’architecture globale qui s’organise essentiellement en trois parties : la collecte de données, l’exploitation de données et la présentation d’informations.
Comme décrit précédemment, le dispositif 30 recueille les données mesurées et les transmet via le routeur 700a, la passerelle 700b ou l’antenne relais 700c à un système d’information 500, comportant au moins un serveur 510, une base de données 520 ainsi que des moyens de calculs 530. L’envoi des données au système d’information 500 est par exemple réalisé toutes les dix minutes en dehors d’une période de chauffe ou lorsqu’aucun tirage n’a été réalisé récemment. L’envoi des données au système d’information 500 est dans un autre exemple réalisé toutes les minutes si un tirage a eu lieu récemment ou si un cycle de chauffe est en cours. Le flux de données transmis contient au moins la température de l’air ambiant T amb , mesurée sur la période précédant l’envoi. Les températures mesurées sur les surfaces des conduits d’arrivée (15) et de sortie (13) sont elles aussi transmises si des variations ont été mesurées depuis le précédent envoi, avec des pas de temps entre chaque mesure de l’ordre de la seconde. La puissance consommée par le chauffe-eau (10) est également transmise avec un pas de temps entre chaque mesure de l’ordre de la minute si un cycle de chauffe est en cours. Préférablement, le système d’information 500 est structuré dans une architecture en nuage, communément appelée « cloud » ( cloud computing ), offrant audit système une agilité et une capacité de calcul avantageuses.
Une fois les données de températures et de puissance électrique transmises au système d’information 500, celles-ci sont exploitées par ledit système au moyen d’un algorithme 531.
A la fin d’une période d’initialisation et d’apprentissage des habitudes de consommation d’ECS, l’algorithme 531 génère un planning 532 des plages horaires d’autorisation de chauffe pour chaque installation 100, ledit planning étant ensuite sauvegardé dans la base de données 510.
En parallèle, un suivi de la consommation d’ECS et de la quantité d’ECS disponible (en volume ou en quantité de douches par exemple) dans le chauffe-eau 10 sont consultables sur des terminaux tels qu’un ordinateur 600a, via une interface web, une tablette numérique 600b et un smartphone 600c, via des applications mobiles dédiées.
L’interface web et l’application permettent également de donner l’ordre de chauffe en cas de besoin inhabituel en ECS, au même titre que le sélecteur 31 du dispositif 30, et ainsi de passer outre le planning 532. Un exemple d’interface est représenté à la .
Afin de piloter l’alimentation du chauffe-eau 10, le dispositif 30 interroge toutes les 15 minutes environ le système d’information 500 pour récupérer la valeur logique (0 ou 1) du planning 532 correspondant à l’installation 100. La période entre deux interrogations du système d’information 500 peut varier d’une installation 100 à une autre, et n’est pas un aspect limitatif de l’invention. En cas de perte de connexion avec le système d’information 500, le dispositif 30 reste autonome pour adapter le planning 532 en fonction du dernier planning configuré.
La représente les principales étapes d’un procédé 200 d’optimisation de la production d’ECS, mis en œuvre par le système d’information 500 au moyen de l’algorithme 531, pour un mode de réalisation particulier.
Le procédé 200 comprend principalement : une étape 210 d’initialisation des paramètres de l’installation qui sont une puissance, une température de consigne T consigne , une constante de refroidissement Cr du chauffe-eau 10, des débits caractéristiques ainsi que des usages des occupants ; une étape 220 de calibration continue des paramètres d’initialisation, une fois l’étape 210 réalisée ; une étape 230 de détection et d’horodatage des tirages d’ECS au moyen des données provenant des capteurs de température 40b et 40c mesurant la température des surfaces du conduit de sortie 13 d’eau chaude et du conduit d’arrivée 15 d’eau froide ; une étape 240 de calcul du volume d’ECS consommé et restant après détection des tirages d’ECS, en mesurant leur durée, et en associant à chaque tirage un débit moyen ou un débit caractéristique ; une étape 250 de recommandation à l’utilisateur lui permettant de maîtriser la consommation énergétique du chauffe-eau 10 ou la consommation d’eau chaude sanitaire; une étape 255 de classification des usages en vue de proposer des écogestes à l’utilisateur ; une étape 256 de génération d’un planning 532 des plages horaires d’autorisation de chauffe ; et une étape 270 de sauvegarde du planning 532 dans la base de données 510 du système d’information 500.
Pour rappel, la température de consigne T consigne est la température en dessous de laquelle le chauffe-eau 10 a pour consigne de réaliser un cycle de chauffe afin de garantir une disponibilité d’ECS à l’usager.
De plus, la constante de refroidissement Cr du chauffe-eau 10 est une grandeur normée qui exprime (unité Wh * °C -1 * jour -1 * L -1 ) la perte de chaleur à travers les parois 12 dudit chauffe-eau en fonction de la différence entre la température d’eau stockée et la température de l’air ambiant.
Quel que soit le protocole de détection et correction d’erreur retenu, le principe reste le même : transmettre à l’autre dispositif une information pour accéder aux valeurs de parité sur le canal public en transmettant les index des qubits des ensembles 60_2 et 60_3 (ni les valeurs de ces qubits, ni les valeurs des bits de parité n’étant eux transmis sur le canal public).
Etape 108
Une étape d’amplification du secret met en œuvre des fonctions de hachage pour combiner les bits de la clé obtenue à l’issue de l’étape 107 et ainsi réduire l’information d’Eve sur la clé finale, au prix d’une réduction de la taille de la clé. Les fonctions de hachage sont très difficilement inversibles, avec un comportement chaotique, et peuvent servir pour générer des nombre pseudo-aléatoires. Elles font souvent appel à l’arithmétique modulaire.
Exemple de fonction de hachage :
A l’issue de l’étape 108, Alice et Bob disposent d’une clé secrète partagée, qu’ils utilisent ensuite chacun comme clé de chiffrement symétrique pour coder et décoder des messages échangés entre eux sur le canal public ou un autre canal.
Variante : plusieurs qubits pour coder un bit de parité
Une variante consiste à l’étape 106, à utiliser plusieurs qubits (et non un seul) pour coder la valeur d’un bit de parité. Cela permet d’avantager Alice/Bob dans l’élaboration d’une clé partagée, et de pénaliser Eve dans la recherche de cette clé. Une telle variante permet d’utiliser des codes correcteurs d’erreur à décision souple (plus performants) et de diluer la fiabilité des 50% de bits de parité accessibles à Eve.
Dans une telle variante, dans le bloc de contrôle 11, 21 du dispositif de télécommunication D_ALICE/D_BOB, les valeurs des bits de parité sont déterminées selon une technique de codage connue : codes correcteurs FEC, par exemple de type à décision souple (soft decoding) tels qu’un code FEC LDPC, protocoles itératifs (type Cascade ou Winnow). Pour chaque bit de parité à transmettre, le bloc de contrôle 11, 21 utilise un code pour représenter la valeur binaire avec un groupe de t bits portés par t qubits.
Par exemple, un code à répétition sur 3 bits (3 qubits associés à une même valeur binaire, mais pas forcément une même base) peut être utilisé pour représenter un bit de parité. La vraisemblance LLR (Logarithmic Likelihood Ratio) de la valeur du bit ainsi codé est alors la somme des LLR des valeurs binaires des 3 qubits.
Ceci permet de filtrer les cas peu fréquents d’erreur de transmission/détection (si 1 qubit est mal transmis, les 2 autres suffisent pour compenser de sorte que la détection est correcte sur le groupe de 3 qubits). Le bloc de contrôle 11, 21 transmet les index de tous les qubits supports de parités. Pour cet exemple, cela fait trois fois plus de qubits supports de parité. Le bloc 21, 11 destinataire reçoit ces index, puis pour chaque bit de parité, accède en mémoire 14, 24 aux valeurs des t qubits associés à ces index et procède au décodage pour déterminer une probabilité de la valeur binaire. Par exemple avec le code à répétition de trois bits, une somme pondérée des valeurs binaires des trois qubits est utilisée. Ceci permet de quantifier plus finement la vraisemblance de la valeur binaire, et de réduire le taux d’erreur de transmission des qubits (ε). Le bloc de contrôle 21, 11 destinataire met en œuvre ensuite un algorithme de décodage (pour cet exemple : LDPC) à décision souple, exploitant en entrée des probabilités quantifiées.
Avant sifting, les qubits sont transmis avec un taux d’erreur typique de 50%. Après sifting, les qubits retenus sont affectés d’un taux d’erreur ε (typiquement de quelques %). Après sifting, la vraisemblance de la valeur d’un bit de parité est renforcée (statistiquement, en moyenne) lorsque plusieurs (t) qubits sont utilisés pour porter/coder cette valeur. Cela revient à utiliser un code correcteur pour chaque bit de parité, ou à diminuer le taux d’erreur ε. Cette vraisemblance n’est alors plus constante (probabilité de 1- ε avec un seul qubit / bit de parité), elle est variable en fonction des réalisations des p qubits. Il est alors avantageux d’utiliser des techniques de décodage à décision souple (ex : codes LDPC) qui sont plus performants que les solutions de décodage à décision dure (binaire).
D’autre part, sachant que 50% des qubits mesurés par Eve ne sont pas fiables (fiabilité de 50% : assimilable à du bruit aléatoire), la combinaison de plusieurs qubits pour représenter un bit de parité conduit à une dilution de la fiabilité des bits de parité pour Eve.
Selon l’invention, l’émission de l’information pour les parités est réalisée indirectement et successivement par le canal quantique, puis par le canal public : les qubits aléatoires servant de réserve pour coder les parités sont transmis sur le canal quantique, comme support potentiel d’une information indéfinie ; après sifting, les qubits retenus peuvent servir pour porter de l’information et le canal public est alors utilisé pour transmettre des index de qubits portant l’information des parités. Le destinataire détermine l’information des parités à partir de la réception de ces index, dont il se sert comme adresse pour les valeurs de qubits (préalablement reçus sur le canal quantique) stockées en mémoire 14, 24. Les valeurs de parité sont donc transmises indirectement par adresse sur le canal public.
Eve peut accéder à l’information d’index des qubits correspondant aux bits de parité, mais elle ne peut pas accéder aux valeurs respectives de tous ces qubits transmis sur le canal quantique. Eve peut connaître typiquement 50% des valeurs des qubits. Les valeurs de parité s’obtiennent, pour Alice et Bob, en accédant aux qubits portant l’information de parité via leurs index. Alice et Bob ayant réalisé préalablement un sifting, ils peuvent accéder aux valeurs correctes avec une probabilité de 1-ε. En revanche, Eve peut accéder à 50% des valeurs correctes des parités avec une probabilité de 1-ε, les valeurs restantes (la moitié) étant totalement indéfinies (0 ou 1 avec une vraisemblance de 50%).
Comme décrit, plusieurs qubits peuvent être utilisés pour porter l’information d’un bit de parité, pour renforcer la probabilité de détection de valeur correcte par Alice et Bob, et dégrader la fiabilité d’estimation des bits de parité par Eve (les 50% de qubits correctement reçus seront combinés avec des qubits incertains).
De façon générale, tous les protocoles QKD ont en commun le fait de mettre en œuvre des traitements de réconciliation et de correction d’erreurs pour générer deux clés identiques à partir de clés brutes (qubits transmis sur le canal quantique). L’invention proposée ici est applicable à tous les protocoles QKD, et ce indépendamment du mode de codage (ex : par polarisation / phase / … ) et des variantes de ces protocoles.