CA3046902A1 - Dispositif de commande pour charges capacitives de type actionneurs piezoelectriques - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de commande d'actionneurs piézoélectriques comprenant un premier convertisseur de tension (20) fournissant une tension continue sur un bus continu d'alimentation (40) auquel est relié un deuxième convertisseur de tension (10) apte à générer une tension d'excitation variable sous la commande d'un calculateur de contrôle (50), ledit deuxième convertisseur de tension comportant deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12) montés en parallèle aux bornes d'un condensateur de bus (Cdc), ledit calculateur de contrôle étant adapté pour commander les deux demi-ponts d'interrupteurs selon une première configuration de commande,dans laquelle ils sont commandés de manière indépendante pour fournir chacun une tension sur une plage entre zéro et une valeur maximale positive (Umax) et selon une deuxième configuration de commande, dans laquelle ils sont commandés conjointement en pont complet pour fournir une tension entre une valeur minimale négative et ladite valeur maximale positive.
Description
Dispositif de commande pour charges capacitives de type actionneurs piézoélectriques La présente invention se rapporte à un dispositif de commande d'au moins un actionneur piézoélectrique piloté électroniquement à partir d'un calculateur de contrôle.
On connaît un certain nombre d'applications qui nécessitent des moyens d'actionnement basés sur des actionneurs piézoélectriques.
Par exemple, dans des applications de contrôle des mouvements actifs .. des actionneurs piézo-électriques, placés à des endroits judicieusement choisis, peuvent être commandés de manière à contrer l'action de perturbations extérieures, réduisant ainsi le niveau d'amplitude vibratoire, de bruit, etc.
Dans d'autres types d'applications, par exemple dans le domaine du perçage vibratoire, ces actionneurs peuvent être utilisés pour générer, au contraire, une vibration destinée à présenter des caractéristiques spécifiques en termes d'amplitude, de fréquence, de forme.
Les avantages des actionneurs piézoélectriques résident dans leur raideur extrême, leur précision intrinsèque et leur puissance massique très élevée par rapport à d'autres principes d'actionnement.
Cependant, les phénomènes non linéaires qui caractérisent leur fonctionnement mettent un frein à leur utilisation et à leur développement.
L'alimentation et le contrôle de ces actionnements soulèvent en effet des problèmes liés à la nature capacitive de leur impédance. Leur course limitée peut également s'avérer problématique, de même que leur fragilité lorsqu'ils sont sollicités autrement qu'en compression.
Aussi, pour éviter les défaillances, un actionneur piézoélectrique doit être préchargé avec un effort qui doit dépasser l'effort maximal en traction auquel il pourrait être soumis (effort d'inertie compris). On évite ainsi les sollicitations en traction. On utilise généralement un dispositif de précontrainte élastique comportant un ressort pour la précontrainte de l'actionneur piézoélectrique.
Les précontraintes optimales à assurer, fournies par les fabricants, nécessitent des ressorts capables de développer des forces très importantes. En même
On connaît un certain nombre d'applications qui nécessitent des moyens d'actionnement basés sur des actionneurs piézoélectriques.
Par exemple, dans des applications de contrôle des mouvements actifs .. des actionneurs piézo-électriques, placés à des endroits judicieusement choisis, peuvent être commandés de manière à contrer l'action de perturbations extérieures, réduisant ainsi le niveau d'amplitude vibratoire, de bruit, etc.
Dans d'autres types d'applications, par exemple dans le domaine du perçage vibratoire, ces actionneurs peuvent être utilisés pour générer, au contraire, une vibration destinée à présenter des caractéristiques spécifiques en termes d'amplitude, de fréquence, de forme.
Les avantages des actionneurs piézoélectriques résident dans leur raideur extrême, leur précision intrinsèque et leur puissance massique très élevée par rapport à d'autres principes d'actionnement.
Cependant, les phénomènes non linéaires qui caractérisent leur fonctionnement mettent un frein à leur utilisation et à leur développement.
L'alimentation et le contrôle de ces actionnements soulèvent en effet des problèmes liés à la nature capacitive de leur impédance. Leur course limitée peut également s'avérer problématique, de même que leur fragilité lorsqu'ils sont sollicités autrement qu'en compression.
Aussi, pour éviter les défaillances, un actionneur piézoélectrique doit être préchargé avec un effort qui doit dépasser l'effort maximal en traction auquel il pourrait être soumis (effort d'inertie compris). On évite ainsi les sollicitations en traction. On utilise généralement un dispositif de précontrainte élastique comportant un ressort pour la précontrainte de l'actionneur piézoélectrique.
Les précontraintes optimales à assurer, fournies par les fabricants, nécessitent des ressorts capables de développer des forces très importantes. En même
2 temps, il est important que ces ressorts aient des raideurs les plus faibles possibles, afin d'éviter les pertes d'amplitudes. Ces deux contraintes, s'ajoutant à une exigence d'encombrement réduit, sont par nature antagonistes, donnant lieu souvent à des limitations de performances, des augmentations d'encombrement et/ou des coûts importants.
Afin de pallier ces inconvénients, on connaît une solution qui consiste à
mettre deux actionneurs identiques montés face à face et à les faire travailler en opposition, après l'application d'une précharge réalisée par des moyens rigides. Autrement dit, on utilise un second actionneur conformé et disposé
pour engendrer des efforts qui sont en phase et de direction opposée aux efforts générateurs de vibrations du premier actionneur. Autrement dit encore, ce contre-effort est engendré par un second actionneur qui est identique au premier et qui est disposé à la fois en vis-à-vis et en opposition à ce dernier.
Ce type de montage présente l'avantage d'une raideur indépendante des ressorts de précharge, ainsi qu'une perte d'amplitude quasi nulle, la force vue par chaque actionneur étant très peu variable.
L'inconvénient de ce type de montage réside dans le fait qu'avec les onduleurs actuels en pont complet, il est nécessaire d'utiliser une électronique de puissance dédiée par actionneur, ce qui augmente considérablement les coûts. Une solution plus simple et moins coûteuse consiste à piloter le montage des deux actionneurs en face-à-face par un seul onduleur en demi-pont. Ce mode de pilotage nécessite néanmoins beaucoup de précautions afin d'éviter des défaillances de nature électrique, au branchement des actionneurs ou encore au démarrage du système d'actionnement déjà couplé. En effet, l'utilisation de ce montage suppose la connexion d'un des actionneurs entre une ligne d'alimentation de l'onduleur au potentiel bas, par exemple OV, et la sortie du bras d'onduleur (point milieu), et la connexion de l'autre actionneur entre la sortie du bras d'onduleur et une ligne d'alimentation de l'onduleur au potentiel haut, de valeur Umax. Le bras de l'onduleur peut ainsi osciller autour du niveau de Umax/2, avec une amplitude de Umax/2. Un des problèmes majeurs provient du fait qu'a la mise sous tension du système, sans précaution préalable, l'actionneur connecté à la ligne au potentiel haut de valeur Umax peut être sollicité avec des tensions de variation violente, dépendantes de la
Afin de pallier ces inconvénients, on connaît une solution qui consiste à
mettre deux actionneurs identiques montés face à face et à les faire travailler en opposition, après l'application d'une précharge réalisée par des moyens rigides. Autrement dit, on utilise un second actionneur conformé et disposé
pour engendrer des efforts qui sont en phase et de direction opposée aux efforts générateurs de vibrations du premier actionneur. Autrement dit encore, ce contre-effort est engendré par un second actionneur qui est identique au premier et qui est disposé à la fois en vis-à-vis et en opposition à ce dernier.
Ce type de montage présente l'avantage d'une raideur indépendante des ressorts de précharge, ainsi qu'une perte d'amplitude quasi nulle, la force vue par chaque actionneur étant très peu variable.
L'inconvénient de ce type de montage réside dans le fait qu'avec les onduleurs actuels en pont complet, il est nécessaire d'utiliser une électronique de puissance dédiée par actionneur, ce qui augmente considérablement les coûts. Une solution plus simple et moins coûteuse consiste à piloter le montage des deux actionneurs en face-à-face par un seul onduleur en demi-pont. Ce mode de pilotage nécessite néanmoins beaucoup de précautions afin d'éviter des défaillances de nature électrique, au branchement des actionneurs ou encore au démarrage du système d'actionnement déjà couplé. En effet, l'utilisation de ce montage suppose la connexion d'un des actionneurs entre une ligne d'alimentation de l'onduleur au potentiel bas, par exemple OV, et la sortie du bras d'onduleur (point milieu), et la connexion de l'autre actionneur entre la sortie du bras d'onduleur et une ligne d'alimentation de l'onduleur au potentiel haut, de valeur Umax. Le bras de l'onduleur peut ainsi osciller autour du niveau de Umax/2, avec une amplitude de Umax/2. Un des problèmes majeurs provient du fait qu'a la mise sous tension du système, sans précaution préalable, l'actionneur connecté à la ligne au potentiel haut de valeur Umax peut être sollicité avec des tensions de variation violente, dépendantes de la
3 source de tension continue (étage d'alimentation continue DC), ce qui peut conduire à des défaillances.
Ces précautions sont rendues d'autant plus nécessaires en raison d'une autre problématique importante pour ces actionneurs, liée à la relative fragilité
mécanique en traction. En effet, ces actionneurs étant classiquement constitués d'un empilement de fines couches de céramiques piézoélectriques qui se fléchissent sous l'action d'un champ électrique, on doit éviter des variations trop rapides de la tension d'alimentation, car les ondes de choc qui sont ainsi provoquées, se propagent dans les couches de l'actionneur et fragilisent sa structure.
Il est donc nécessaire de pouvoir assurer une certaine limitation de la variation de la tension d'alimentation aux bornes des actionneurs, lors du pilotage des actionneurs en montage face-à-face.
Par ailleurs, l'électronique de puissance pour la commande des actionneurs est généralement conçue pour générer, à partir d'une source de tension continue, une tension périodique, sur une plage d'excursion de tension O-Umax (avec Umax variant d'environ 150-200V pour les actionneurs dits basse tension à environ 1000V pour les actionneurs dits haute tension ), de fréquence élevée, pouvant aller jusqu'à une dizaine de kilohertz (en fonction de l'actionneur et son environnement), pour exciter les cellules piézoélectriques. On connaît toutefois certaines technologies de céramiques piézoélectriques pour la réalisation des actionneurs, qui peuvent être utilisées avec des tensions d'excitation négative, correspondant par exemple à environ -20% de la tension Umax, ce qui fournit une augmentation d'environ 20% de l'amplitude disponible. Cependant, les onduleurs basés sur la topologie en demi-pont, qui sont largement préférés en raison de leur simplicité de réalisation et d'implémentation, ne permettent pas, avec des étages de tension continue mono-niveau, de générer des tensions négatives. Autrement dit, les onduleurs en demi-pont ne permettent pas d'exploiter la possibilité
d'excitation de ces actionneurs par des tensions négatives. Aussi, actuellement, parmi les électroniques de puissance existantes, une topologie d'onduleur en pont complet est nécessaire pour pouvoir piloter un actionneur dans toute sa plage
Ces précautions sont rendues d'autant plus nécessaires en raison d'une autre problématique importante pour ces actionneurs, liée à la relative fragilité
mécanique en traction. En effet, ces actionneurs étant classiquement constitués d'un empilement de fines couches de céramiques piézoélectriques qui se fléchissent sous l'action d'un champ électrique, on doit éviter des variations trop rapides de la tension d'alimentation, car les ondes de choc qui sont ainsi provoquées, se propagent dans les couches de l'actionneur et fragilisent sa structure.
Il est donc nécessaire de pouvoir assurer une certaine limitation de la variation de la tension d'alimentation aux bornes des actionneurs, lors du pilotage des actionneurs en montage face-à-face.
Par ailleurs, l'électronique de puissance pour la commande des actionneurs est généralement conçue pour générer, à partir d'une source de tension continue, une tension périodique, sur une plage d'excursion de tension O-Umax (avec Umax variant d'environ 150-200V pour les actionneurs dits basse tension à environ 1000V pour les actionneurs dits haute tension ), de fréquence élevée, pouvant aller jusqu'à une dizaine de kilohertz (en fonction de l'actionneur et son environnement), pour exciter les cellules piézoélectriques. On connaît toutefois certaines technologies de céramiques piézoélectriques pour la réalisation des actionneurs, qui peuvent être utilisées avec des tensions d'excitation négative, correspondant par exemple à environ -20% de la tension Umax, ce qui fournit une augmentation d'environ 20% de l'amplitude disponible. Cependant, les onduleurs basés sur la topologie en demi-pont, qui sont largement préférés en raison de leur simplicité de réalisation et d'implémentation, ne permettent pas, avec des étages de tension continue mono-niveau, de générer des tensions négatives. Autrement dit, les onduleurs en demi-pont ne permettent pas d'exploiter la possibilité
d'excitation de ces actionneurs par des tensions négatives. Aussi, actuellement, parmi les électroniques de puissance existantes, une topologie d'onduleur en pont complet est nécessaire pour pouvoir piloter un actionneur dans toute sa plage
4 d'excursion, allant d'une tension négative à une tension positive, par exemple allant de -20% d'Umax à 100% d'Umax.
Il résulte de ce qui précède que certains modes de fonctionnement imposent d'utiliser une topologie d'onduleur de type demi-pont pour la commande des actionneurs, c'est le cas notamment pour la commande d'un montage en face-à-face de deux actionneurs identiques, tandis que d'autres modes de fonctionnement peuvent nécessiter d'utiliser une topologie de type pont complet, c'est le cas en particulier lorsqu'il est utile d'exploiter la possibilité d'excitation des actionneurs par des tensions négatives. Aussi, il apparaît difficile de prévoir une électronique de puissance commune, qui soit capable de s'adapter aux différents modes de fonctionnement évoqués.
Un but de l'invention est de pallier cette limitation.
Conformément à l'invention, ce but est atteint par un dispositif de commande d'au moins un actionneur piézoélectrique piloté électroniquement à
partir d'un calculateur de contrôle, comportant un premier étage de génération d'une tension continue comportant un premier circuit convertisseur de tension pour fournir ladite tension continue sur un bus continu d'alimentation doté
d'une première ligne d'alimentation et une deuxième ligne d'alimentation sur chacune desquelles est appliqué un potentiel électrique en vue d'obtenir une tension sur le bus continu d'alimentation, et un deuxième étage d'alimentation à découpage, relié audit bus continu d'alimentation, comportant un deuxième circuit convertisseur de tension alimenté par ladite tension continue pour générer au moins une tension d'excitation variable pour ledit au moins un actionneur piézoélectrique sous la commande dudit calculateur de contrôle, ledit dispositif étant caractérisé en ce que ledit deuxième circuit convertisseur de tension comporte deux demi-ponts d'interrupteurs montés en parallèle aux bornes d'un condensateur de bus connecté à la première ligne d'alimentation et à la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation, ledit calculateur de contrôle étant adapté pour commander chacun des deux demi-ponts d'interrupteurs d'une part, de manière indépendante, selon une première configuration de commande dans laquelle les deux demi-ponts d'interrupteurs sont commandés indépendamment pour fournir une tension d'excitation respective variant entre zéro et une valeur maximale positive à au moins un actionneur piézoélectrique apte à être connecté en sortie respectivement de chaque demi-pont d'interrupteurs et, d'autre part, de manière conjointe, selon une deuxième configuration de commande, dans laquelle les deux demi-ponts d'interrupteurs sont commandés conjointement en pont complet pour fournir
Il résulte de ce qui précède que certains modes de fonctionnement imposent d'utiliser une topologie d'onduleur de type demi-pont pour la commande des actionneurs, c'est le cas notamment pour la commande d'un montage en face-à-face de deux actionneurs identiques, tandis que d'autres modes de fonctionnement peuvent nécessiter d'utiliser une topologie de type pont complet, c'est le cas en particulier lorsqu'il est utile d'exploiter la possibilité d'excitation des actionneurs par des tensions négatives. Aussi, il apparaît difficile de prévoir une électronique de puissance commune, qui soit capable de s'adapter aux différents modes de fonctionnement évoqués.
Un but de l'invention est de pallier cette limitation.
Conformément à l'invention, ce but est atteint par un dispositif de commande d'au moins un actionneur piézoélectrique piloté électroniquement à
partir d'un calculateur de contrôle, comportant un premier étage de génération d'une tension continue comportant un premier circuit convertisseur de tension pour fournir ladite tension continue sur un bus continu d'alimentation doté
d'une première ligne d'alimentation et une deuxième ligne d'alimentation sur chacune desquelles est appliqué un potentiel électrique en vue d'obtenir une tension sur le bus continu d'alimentation, et un deuxième étage d'alimentation à découpage, relié audit bus continu d'alimentation, comportant un deuxième circuit convertisseur de tension alimenté par ladite tension continue pour générer au moins une tension d'excitation variable pour ledit au moins un actionneur piézoélectrique sous la commande dudit calculateur de contrôle, ledit dispositif étant caractérisé en ce que ledit deuxième circuit convertisseur de tension comporte deux demi-ponts d'interrupteurs montés en parallèle aux bornes d'un condensateur de bus connecté à la première ligne d'alimentation et à la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation, ledit calculateur de contrôle étant adapté pour commander chacun des deux demi-ponts d'interrupteurs d'une part, de manière indépendante, selon une première configuration de commande dans laquelle les deux demi-ponts d'interrupteurs sont commandés indépendamment pour fournir une tension d'excitation respective variant entre zéro et une valeur maximale positive à au moins un actionneur piézoélectrique apte à être connecté en sortie respectivement de chaque demi-pont d'interrupteurs et, d'autre part, de manière conjointe, selon une deuxième configuration de commande, dans laquelle les deux demi-ponts d'interrupteurs sont commandés conjointement en pont complet pour fournir
5 une tension d'excitation variant entre une valeur minimale négative et ladite valeur maximale positive à un actionneur piézoélectrique apte à être connecté
entre les points milieux respectifs des deux demi-ponts d'interrupteurs.
Selon un premier mode de réalisation, ledit calculateur de contrôle est adapté pour commander, dans ladite première configuration de commande, une paire d'actionneurs piézoélectriques connectée selon un montage face-à-face en sortie de chaque demi-ponts d'interrupteurs commandés indépendamment, chaque actionneur piézoélectrique d'une paire étant connecté entre respectivement le point milieu dudit pont d'interrupteurs correspondant et la première ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation et le point milieu dudit pont d'interrupteurs correspondant et la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation.
Selon un deuxième mode de réalisation, ledit calculateur de contrôle est adapté pour commander, dans ladite première configuration de commande, un seul actionneur piézoélectrique connecté en sortie de chaque demi-pont d'interrupteurs commandé indépendamment, ledit actionneur piézoélectrique étant connecté entre le point milieu dudit pont d'interrupteurs correspondant et la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation.
Avantageusement, dans le premier mode de réalisation, ledit premier circuit convertisseur de tension est adapté à être commandé par un signal de .. commande émis par le calculateur de contrôle de façon à assurer une montée en tension à pente limitée dudit bus continu d'alimentation entre zéro et ladite valeur maximale positive lors de la mise sous tension des actionneurs à
piloter.
Selon un autre mode de réalisation, ledit calculateur de contrôle est adapté pour commander les deux demi-ponts d'interrupteurs dans une .. troisième configuration de commande dans laquelle un actionneur est connecté
entre d'une part, la sortie d'un des deux demi-ponts d'interrupteurs reliée à
la première ou à la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation
entre les points milieux respectifs des deux demi-ponts d'interrupteurs.
Selon un premier mode de réalisation, ledit calculateur de contrôle est adapté pour commander, dans ladite première configuration de commande, une paire d'actionneurs piézoélectriques connectée selon un montage face-à-face en sortie de chaque demi-ponts d'interrupteurs commandés indépendamment, chaque actionneur piézoélectrique d'une paire étant connecté entre respectivement le point milieu dudit pont d'interrupteurs correspondant et la première ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation et le point milieu dudit pont d'interrupteurs correspondant et la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation.
Selon un deuxième mode de réalisation, ledit calculateur de contrôle est adapté pour commander, dans ladite première configuration de commande, un seul actionneur piézoélectrique connecté en sortie de chaque demi-pont d'interrupteurs commandé indépendamment, ledit actionneur piézoélectrique étant connecté entre le point milieu dudit pont d'interrupteurs correspondant et la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation.
Avantageusement, dans le premier mode de réalisation, ledit premier circuit convertisseur de tension est adapté à être commandé par un signal de .. commande émis par le calculateur de contrôle de façon à assurer une montée en tension à pente limitée dudit bus continu d'alimentation entre zéro et ladite valeur maximale positive lors de la mise sous tension des actionneurs à
piloter.
Selon un autre mode de réalisation, ledit calculateur de contrôle est adapté pour commander les deux demi-ponts d'interrupteurs dans une .. troisième configuration de commande dans laquelle un actionneur est connecté
entre d'une part, la sortie d'un des deux demi-ponts d'interrupteurs reliée à
la première ou à la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation
6 et, d'autre part, les deux points milieux, connectés ensemble, des deux demi-ponts d'interrupteurs.
Avantageusement, une résistance de décharge dudit condensateur de bus est connectée en parallèle dudit condensateur de bus entre lesdites première et deuxième lignes d'alimentation du bus continu d'alimentation et un interrupteur commandable est monté en série avec ladite résistance de décharge entre lesdites première et deuxième lignes d'alimentation du bus continu d'alimentation, ledit interrupteur étant adapté pour être commandé par ledit calculateur de contrôle de façon à ramener la tension du bus continu d'alimentation à zéro après utilisation du ou des actionneurs.
Avantageusement, une inductance est montée en sortie des points milieux respectifs des deux demi-ponts d'interrupteurs, ladite inductance étant dimensionnée de sorte à constituer, ensemble avec les capacités du ou des actionneurs commandés, un filtre dont la fréquence de coupure sera inférieure à une fréquence de résonance à éviter.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence à la figure unique illustrant le dispositif de commande selon l'invention.
Suivant le schéma de la figure unique, le dispositif de commande de l'invention comprend un circuit convertisseur de tension DC/AC 10 adapté à
piloter un ou plusieurs actionneurs en fonction de différents modes de fonctionnement possibles qui vont être détaillés par la suite. Le circuit convertisseur DC/AC 10 est conçu pour générer une haute tension périodique, pouvant aller à plusieurs centaines de volts, par exemple égale à 1000V, et à
haute fréquence, pouvant aller, par exemple, jusqu'à quelques dizaines de kHz, pour exciter le ou les actionneurs piézoélectriques, à partir d'une source de tension continue, en l'occurrence un circuit convertisseur de tension AC/DC
20. Ce circuit convertisseur 20 est par exemple un convertisseur de type flyback , qui est une des topologies possibles pour réaliser cette fonction.
Il comprend un transformateur 21 et un transistor de découpage Tdc en série avec l'enroulement primaire du transformateur 21, tandis qu'une diode 22 et un condensateur de sortie 23 sont disposés en sortie de l'enroulement secondaire
Avantageusement, une résistance de décharge dudit condensateur de bus est connectée en parallèle dudit condensateur de bus entre lesdites première et deuxième lignes d'alimentation du bus continu d'alimentation et un interrupteur commandable est monté en série avec ladite résistance de décharge entre lesdites première et deuxième lignes d'alimentation du bus continu d'alimentation, ledit interrupteur étant adapté pour être commandé par ledit calculateur de contrôle de façon à ramener la tension du bus continu d'alimentation à zéro après utilisation du ou des actionneurs.
Avantageusement, une inductance est montée en sortie des points milieux respectifs des deux demi-ponts d'interrupteurs, ladite inductance étant dimensionnée de sorte à constituer, ensemble avec les capacités du ou des actionneurs commandés, un filtre dont la fréquence de coupure sera inférieure à une fréquence de résonance à éviter.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence à la figure unique illustrant le dispositif de commande selon l'invention.
Suivant le schéma de la figure unique, le dispositif de commande de l'invention comprend un circuit convertisseur de tension DC/AC 10 adapté à
piloter un ou plusieurs actionneurs en fonction de différents modes de fonctionnement possibles qui vont être détaillés par la suite. Le circuit convertisseur DC/AC 10 est conçu pour générer une haute tension périodique, pouvant aller à plusieurs centaines de volts, par exemple égale à 1000V, et à
haute fréquence, pouvant aller, par exemple, jusqu'à quelques dizaines de kHz, pour exciter le ou les actionneurs piézoélectriques, à partir d'une source de tension continue, en l'occurrence un circuit convertisseur de tension AC/DC
20. Ce circuit convertisseur 20 est par exemple un convertisseur de type flyback , qui est une des topologies possibles pour réaliser cette fonction.
Il comprend un transformateur 21 et un transistor de découpage Tdc en série avec l'enroulement primaire du transformateur 21, tandis qu'une diode 22 et un condensateur de sortie 23 sont disposés en sortie de l'enroulement secondaire
7 PCT/FR2017/053554 du transformateur 21. Le transformateur 21 est alimenté par un pont de diodes 24, relié à un réseau d'alimentation alternatif extérieur 30. La sortie du pont de diodes est reliée à un condensateur 25 connecté aux bornes de l'enroulement primaire du transformateur 21 en amont du transistor de découpage Tdc.
Ainsi, à partir de la tension redressée fournie par le pont de diodes 24, le circuit convertisseur de type flyback 20 alimente en aval un bus continu d'alimentation de puissance 40 doté d'une première ligne d'alimentation 41 et d'une deuxième ligne d'alimentation 42, sur chacune desquelles est appliqué
un potentiel électrique, respectivement un potentiel électrique haut H, de valeur Umax et un potentiel électrique bas L. Un condensateur de bus Cdc est connecté entre la ligne d'alimentation 41 au potentiel H et la ligne d'alimentation 42 au potentiel L du bus continu d'alimentation, en amont du circuit convertisseur DC/AC 10 alimenté par le bus continu d'alimentation 40.
Le circuit convertisseur DC/AC 10 est constitué de deux circuits onduleurs en demi-pont (ou demi-pont d'interrupteurs) à modulation de largeur d'impulsions (PWM pour Pulse Wide Modulation ), respectivement 11 et 12, connectés en parallèle aux bornes du condensateur de bus Cdc sur le bus continu d'alimentation 40 et qui sont destinés à fournir, indépendamment ou conjointement, une tension d'excitation aux bornes d'un ou plusieurs actionneurs piézoélectriques connectés en sortie du circuit convertisseur 10 à
partir d'une consigne de commande.
Cette consigne de commande provient d'un calculateur de contrôle 50 du dispositif de commande. Ce calculateur de contrôle 50 est notamment chargé
de la gestion de la commande de pilotage du ou des actionneurs piézoélectriques connectés en sortie du circuit convertisseur 10, ainsi que de la commande du circuit convertisseur AC/DC 20, et est basé sur un microcontrôleur, un microprocesseur, un processeur DSP (Digital Signal Processor) ou équivalent.
Le premier circuit onduleur 11 est constitué d'un demi-pont d'interrupteurs. Il comprend un bras 110 de commutation connecté entre la première ligne d'alimentation 41 et la deuxième ligne d'alimentation 42 du bus continu d'alimentation 40 et comporte deux interrupteurs T11, T12 commandés (par exemple de type MOSFET), connectés en série par l'intermédiaire d'un
Ainsi, à partir de la tension redressée fournie par le pont de diodes 24, le circuit convertisseur de type flyback 20 alimente en aval un bus continu d'alimentation de puissance 40 doté d'une première ligne d'alimentation 41 et d'une deuxième ligne d'alimentation 42, sur chacune desquelles est appliqué
un potentiel électrique, respectivement un potentiel électrique haut H, de valeur Umax et un potentiel électrique bas L. Un condensateur de bus Cdc est connecté entre la ligne d'alimentation 41 au potentiel H et la ligne d'alimentation 42 au potentiel L du bus continu d'alimentation, en amont du circuit convertisseur DC/AC 10 alimenté par le bus continu d'alimentation 40.
Le circuit convertisseur DC/AC 10 est constitué de deux circuits onduleurs en demi-pont (ou demi-pont d'interrupteurs) à modulation de largeur d'impulsions (PWM pour Pulse Wide Modulation ), respectivement 11 et 12, connectés en parallèle aux bornes du condensateur de bus Cdc sur le bus continu d'alimentation 40 et qui sont destinés à fournir, indépendamment ou conjointement, une tension d'excitation aux bornes d'un ou plusieurs actionneurs piézoélectriques connectés en sortie du circuit convertisseur 10 à
partir d'une consigne de commande.
Cette consigne de commande provient d'un calculateur de contrôle 50 du dispositif de commande. Ce calculateur de contrôle 50 est notamment chargé
de la gestion de la commande de pilotage du ou des actionneurs piézoélectriques connectés en sortie du circuit convertisseur 10, ainsi que de la commande du circuit convertisseur AC/DC 20, et est basé sur un microcontrôleur, un microprocesseur, un processeur DSP (Digital Signal Processor) ou équivalent.
Le premier circuit onduleur 11 est constitué d'un demi-pont d'interrupteurs. Il comprend un bras 110 de commutation connecté entre la première ligne d'alimentation 41 et la deuxième ligne d'alimentation 42 du bus continu d'alimentation 40 et comporte deux interrupteurs T11, T12 commandés (par exemple de type MOSFET), connectés en série par l'intermédiaire d'un
8 point dit point milieu PM1 du bras de commutation 110. Le calculateur de contrôle 50 est adapté pour générer des signaux de sortie de commande de type PWM PWM_11 et PWM 12, respectivement appliqués sur la grille du premier interrupteur T11 et sur la grille du premier interrupteur T12. Ces interrupteurs sont commandés de façon que lorsque l'un d'eux est fermé, l'autre soit ouvert et inversement.
De la même façon, le deuxième circuit onduleur 12 est constitué d'un demi-pont d'interrupteurs. Il comprend un bras 120 de commutation connecté
entre la première ligne d'alimentation 41 et la deuxième ligne d'alimentation du bus continu d'alimentation 40 et comporte deux interrupteurs T21, T22 commandés (par exemple de type MOSFET), connectés en série par l'intermédiaire d'un point dit point milieu PM2 du bras de commutation 120. Le calculateur de contrôle 50 est adapté pour générer des signaux de sortie de commande de type PWM, PWM_21 et PWM_22, respectivement appliqués sur la grille du premier interrupteur T21 et sur la grille du premier interrupteur T22.
Ces interrupteurs sont commandés de façon que lorsque l'un d'eux est fermé, l'autre soit ouvert et inversement.
Par ailleurs, une inductance L1, L2 est connectée en sortie du point milieu de chaque circuit onduleur en demi-pont 11, 12, afin d'éliminer le risque de résonance des dispositifs contenant les actionneurs piézoélectriques connectés en sortie des circuits onduleurs 11 et 12, et/ou les chocs qui peuvent être générés. Aussi, l'inductance en sortie de chaque circuit onduleur en demi-pont 11, 12 est dimensionnée de sorte à constituer, ensemble avec les capacités des actionneurs commandés, un filtre dont la fréquence de coupure est inférieure à la fréquence de résonance à éviter. Les valeurs des inductances peuvent donc être adaptées à l'application désirée. D'autres types de circuits pouvant jouer ce rôle de filtre pourraient être utilisés.
Comme il va être maintenant décrit plus en détail, le pilotage simultané
par le calculateur de contrôle 50 du circuit convertisseur DC/AC 10, d'une part et des deux circuits onduleurs en demi-pont 11 et 12 du circuit convertisseur DC/AC 10, d'autre part, va permettre, selon une première configuration de commande dans laquelle les deux circuits onduleurs en demi-pont sont pilotés de manière indépendante, de commander un actionneur seul ou une paire
De la même façon, le deuxième circuit onduleur 12 est constitué d'un demi-pont d'interrupteurs. Il comprend un bras 120 de commutation connecté
entre la première ligne d'alimentation 41 et la deuxième ligne d'alimentation du bus continu d'alimentation 40 et comporte deux interrupteurs T21, T22 commandés (par exemple de type MOSFET), connectés en série par l'intermédiaire d'un point dit point milieu PM2 du bras de commutation 120. Le calculateur de contrôle 50 est adapté pour générer des signaux de sortie de commande de type PWM, PWM_21 et PWM_22, respectivement appliqués sur la grille du premier interrupteur T21 et sur la grille du premier interrupteur T22.
Ces interrupteurs sont commandés de façon que lorsque l'un d'eux est fermé, l'autre soit ouvert et inversement.
Par ailleurs, une inductance L1, L2 est connectée en sortie du point milieu de chaque circuit onduleur en demi-pont 11, 12, afin d'éliminer le risque de résonance des dispositifs contenant les actionneurs piézoélectriques connectés en sortie des circuits onduleurs 11 et 12, et/ou les chocs qui peuvent être générés. Aussi, l'inductance en sortie de chaque circuit onduleur en demi-pont 11, 12 est dimensionnée de sorte à constituer, ensemble avec les capacités des actionneurs commandés, un filtre dont la fréquence de coupure est inférieure à la fréquence de résonance à éviter. Les valeurs des inductances peuvent donc être adaptées à l'application désirée. D'autres types de circuits pouvant jouer ce rôle de filtre pourraient être utilisés.
Comme il va être maintenant décrit plus en détail, le pilotage simultané
par le calculateur de contrôle 50 du circuit convertisseur DC/AC 10, d'une part et des deux circuits onduleurs en demi-pont 11 et 12 du circuit convertisseur DC/AC 10, d'autre part, va permettre, selon une première configuration de commande dans laquelle les deux circuits onduleurs en demi-pont sont pilotés de manière indépendante, de commander un actionneur seul ou une paire
9 d'actionneurs en montage face-à-face par circuit onduleur en demi-pont 11 et 12, opéré(s) sur une plage de tensions de 0 à 100% d'Uni., et selon une deuxième configuration de commande dans laquelle les deux circuits onduleurs en demi pont sont pilotés conjointement pour passer en topologie pont complet, de commander un actionneur opéré sur une plage de tensions allant de -20% à
100% d'Uni..
Ainsi, un premier cas d'utilisation de la première configuration de commande concerne le cas où un actionneur piézoélectrique seul est connecté
en sortie de chaque circuit onduleur en demi-pont 11, 12 commandé de manière indépendante par le calculateur de contrôle 50. Ainsi, comme illustré
sur la figure unique, un actionneur piézoélectrique Al est connecté en sortie du premier circuit onduleur en demi-pont 11 et un actionneur piézoélectrique A2 est connecté en sortie du deuxième circuit onduleur en demi-pont 12. Plus précisément, l'actionneur piézoélectrique Al est connecté entre le point milieu PM1 du circuit d'onduleur en demi-pont 11, en aval de l'inductance Li, et la deuxième ligne d'alimentation 42 au potentiel L du bus continu d'alimentation 40, et l'actionneur piézoélectrique A2 est connecté entre le point milieu PM2 du circuit d'onduleur en demi-pont 12, en aval de l'inductance L2, et la deuxième ligne d'alimentation 42 au potentiel L du bus continu d'alimentation 40.
Les deux circuits onduleurs en demi-pont 11, 12 étant pilotés de manière indépendante par le calculateur de contrôle 50 par l'intermédiaire respectivement des signaux de sortie de commande PWM_11 et PWM_12 et des signaux de sortie de commande PWM_21 et PWM_22, chacun des deux actionneurs piézoélectriques Al et A2 peut être commandé dans toute sa plage d'excursion de tension allant de zéro à 100% d'Umax, Soit 1000V selon l'exemple. Etant donné que ces signaux de commande proviennent de la logique implémentée dans le calculateur 50, on peut ainsi éviter toute variation trop forte de tension appliquée aux bornes des actionneurs.
Un deuxième cas d'utilisation de la première configuration de commande concerne le cas où une paire d'actionneurs piézoélectriques, est connectée selon un montage face-à-face en sortie de chaque circuit onduleur en demi-pont 11, 12 commandés de manière indépendante par le calculateur de contrôle 50. Ainsi, comme illustré sur la figure unique, une première paire d'actionneur piézoélectrique A3/A4 est connectée selon un montage face-à-face en sortie du premier circuit onduleur en demi-pont 11 et une deuxième paire d'actionneur piézoélectrique A5/A6 est connectée selon un montage face-à-face en sortie du deuxième circuit onduleur en demi-pont 12. Plus 5 précisément, pour chaque paire d'actionneurs en montage face-à-face connectée en sortie d'un des deux circuits onduleurs en demi-pont, un des actionneurs de la paire est connecté entre le point milieu du circuit onduleur en demi-pont et la première ligne d'alimentation 41 au potentiel H du bus continu d'alimentation 40 et l'autre actionneur de la paire est connecté entre le point
100% d'Uni..
Ainsi, un premier cas d'utilisation de la première configuration de commande concerne le cas où un actionneur piézoélectrique seul est connecté
en sortie de chaque circuit onduleur en demi-pont 11, 12 commandé de manière indépendante par le calculateur de contrôle 50. Ainsi, comme illustré
sur la figure unique, un actionneur piézoélectrique Al est connecté en sortie du premier circuit onduleur en demi-pont 11 et un actionneur piézoélectrique A2 est connecté en sortie du deuxième circuit onduleur en demi-pont 12. Plus précisément, l'actionneur piézoélectrique Al est connecté entre le point milieu PM1 du circuit d'onduleur en demi-pont 11, en aval de l'inductance Li, et la deuxième ligne d'alimentation 42 au potentiel L du bus continu d'alimentation 40, et l'actionneur piézoélectrique A2 est connecté entre le point milieu PM2 du circuit d'onduleur en demi-pont 12, en aval de l'inductance L2, et la deuxième ligne d'alimentation 42 au potentiel L du bus continu d'alimentation 40.
Les deux circuits onduleurs en demi-pont 11, 12 étant pilotés de manière indépendante par le calculateur de contrôle 50 par l'intermédiaire respectivement des signaux de sortie de commande PWM_11 et PWM_12 et des signaux de sortie de commande PWM_21 et PWM_22, chacun des deux actionneurs piézoélectriques Al et A2 peut être commandé dans toute sa plage d'excursion de tension allant de zéro à 100% d'Umax, Soit 1000V selon l'exemple. Etant donné que ces signaux de commande proviennent de la logique implémentée dans le calculateur 50, on peut ainsi éviter toute variation trop forte de tension appliquée aux bornes des actionneurs.
Un deuxième cas d'utilisation de la première configuration de commande concerne le cas où une paire d'actionneurs piézoélectriques, est connectée selon un montage face-à-face en sortie de chaque circuit onduleur en demi-pont 11, 12 commandés de manière indépendante par le calculateur de contrôle 50. Ainsi, comme illustré sur la figure unique, une première paire d'actionneur piézoélectrique A3/A4 est connectée selon un montage face-à-face en sortie du premier circuit onduleur en demi-pont 11 et une deuxième paire d'actionneur piézoélectrique A5/A6 est connectée selon un montage face-à-face en sortie du deuxième circuit onduleur en demi-pont 12. Plus 5 précisément, pour chaque paire d'actionneurs en montage face-à-face connectée en sortie d'un des deux circuits onduleurs en demi-pont, un des actionneurs de la paire est connecté entre le point milieu du circuit onduleur en demi-pont et la première ligne d'alimentation 41 au potentiel H du bus continu d'alimentation 40 et l'autre actionneur de la paire est connecté entre le point
10 milieu du circuit onduleur en demi-pont et la deuxième ligne d'alimentation 42 au potentiel L du bus continu d'alimentation 40. Les actionneurs de chaque paire d'actionneurs peuvent ainsi être commandés sur une plage de tensions allant de zéro à 1000V grâce au fait que les deux circuits onduleurs en demi-pont 11, 12 peuvent être pilotés de manière indépendante. Pour ce cas d'utilisation particulier, les actionneurs peuvent être protégés par rapport à
des variations brusques de tension (au démarrage du système, ou au moment du branchement des actionneurs), en utilisant la possibilité que le calculateur contrôle la tension de sortie du circuit convertisseur AC/DC 20, à l'aide du signal de commande PWM_DC, comme il sera décrit par la suite.
En outre, les deux circuits onduleurs en demi-pont 11 et 12 peuvent également être pilotés de manière conjointe par le calculateur de contrôle 50 selon une deuxième configuration de commande, de façon à passer le circuit convertisseur 10 en topologie pont complet , permettant de générer des tensions négatives. Ainsi, un cas d'utilisation de cette deuxième configuration de commande concerne le cas où un actionneur piézoélectrique pouvant être commandé avec des tensions négatives, par exemple de l'ordre de 20% d'Umax, soit -200V selon l'exemple, permettant ainsi un gain d'amplitude, est connecté
en sortie du convertisseur 10. Ainsi, comme illustré sur la figure unique, un tel actionneur piézoélectrique A7 est connecté entre les points milieux respectifs PM1 et PM2 des deux circuits onduleurs en demi-pont 11 et 12, commandés de manière coordonnée par le calculateur de contrôle pour passer le circuit convertisseur 10 en topologie pont complet , pour un mode d'opération allant de -20% d'Un. à 100% d'Umax, soit de -200V à 1000V selon l'exemple.
des variations brusques de tension (au démarrage du système, ou au moment du branchement des actionneurs), en utilisant la possibilité que le calculateur contrôle la tension de sortie du circuit convertisseur AC/DC 20, à l'aide du signal de commande PWM_DC, comme il sera décrit par la suite.
En outre, les deux circuits onduleurs en demi-pont 11 et 12 peuvent également être pilotés de manière conjointe par le calculateur de contrôle 50 selon une deuxième configuration de commande, de façon à passer le circuit convertisseur 10 en topologie pont complet , permettant de générer des tensions négatives. Ainsi, un cas d'utilisation de cette deuxième configuration de commande concerne le cas où un actionneur piézoélectrique pouvant être commandé avec des tensions négatives, par exemple de l'ordre de 20% d'Umax, soit -200V selon l'exemple, permettant ainsi un gain d'amplitude, est connecté
en sortie du convertisseur 10. Ainsi, comme illustré sur la figure unique, un tel actionneur piézoélectrique A7 est connecté entre les points milieux respectifs PM1 et PM2 des deux circuits onduleurs en demi-pont 11 et 12, commandés de manière coordonnée par le calculateur de contrôle pour passer le circuit convertisseur 10 en topologie pont complet , pour un mode d'opération allant de -20% d'Un. à 100% d'Umax, soit de -200V à 1000V selon l'exemple.
11 Une autre configuration de commande de la topologie proposée, qui va être décrite ci-après, est plus particulièrement adaptée au pilotage d'actionneurs piézoélectriques dont la puissance nécessaire dépasse celle d'un seul circuit onduleur de type demi-pont, précédemment exposé. Cette autre configuration de commande consiste dans la mise en parallèle des deux circuits onduleurs en demi-pont 11 et 12, afin d'augmenter la puissance totale délivrée à un actionneur de forte capacité connecté en sortie. Dans cette configuration, l'actionneur en question peut être connecté entre la sortie reliée à l'une des deux lignes d'alimentation au potentiel haut ou bas d'un des deux circuits onduleurs et les deux points milieux, connectés ensemble, des deux circuits onduleurs de type demi-pont. Ainsi, selon l'exemple de la figure unique, un actionneur piézoélectrique A8 est connecté entre la sortie du circuit onduleur en demi-pont 12 reliée au potentiel L du bus continu d'alimentation et les deux points milieux PM1 et PM2 reliés ensemble des deux circuits onduleur en demi-pont 11 et 12, en aval respectivement des inductances L1 et L2. Cette configuration permet de doubler l'intensité du courant maximum et peut avoir également un impact bénéfique sur les tensions résiduelles aux bornes de l'actionneur en sortie. Cette autre configuration de commande pourrait également s'appliquer à la commande d'une paire d'actionneurs piézoélectriques connectée en sortie selon un montage face-à-face.
Une interface utilisateur 60 coopère avec le calculateur de contrôle 50 de façon à permettre de sélectionner un mode de pilotage par le calculateur de contrôle 50 selon l'une ou l'autre desdites première et deuxième configurations de commande, permettant ainsi de s'adapter aux différents cas d'utilisation évoqués.
Par ailleurs, dans le cas d'utilisation avec deux paires d'actionneurs travaillant en montage face-à-face connectées en sortie respectivement de chaque circuit onduleur en demi-pont 11 et 12 commandé de manière indépendante suivant la première configuration de commande, il est nécessaire, comme expliqué plus haut, d'assurer une certaine limitation de la tension d'alimentation aux bornes des actionneurs, en particulier pendant le démarrage du système, son fonctionnement et à l'arrêt. Aussi, le calculateur de contrôle 50 est adapté pour commander le circuit convertisseur AC/DC 20 de
Une interface utilisateur 60 coopère avec le calculateur de contrôle 50 de façon à permettre de sélectionner un mode de pilotage par le calculateur de contrôle 50 selon l'une ou l'autre desdites première et deuxième configurations de commande, permettant ainsi de s'adapter aux différents cas d'utilisation évoqués.
Par ailleurs, dans le cas d'utilisation avec deux paires d'actionneurs travaillant en montage face-à-face connectées en sortie respectivement de chaque circuit onduleur en demi-pont 11 et 12 commandé de manière indépendante suivant la première configuration de commande, il est nécessaire, comme expliqué plus haut, d'assurer une certaine limitation de la tension d'alimentation aux bornes des actionneurs, en particulier pendant le démarrage du système, son fonctionnement et à l'arrêt. Aussi, le calculateur de contrôle 50 est adapté pour commander le circuit convertisseur AC/DC 20 de
12 manière à assurer une montée en tension à pente limitée jusqu'à Umax du bus continu d'alimentation 40 lors de la mise sous tension des actionneurs connectés en sortie du circuit convertisseur 10. Pour assurer cette montée en tension à pente limitée, le calculateur de contrôle 50 est adapté à fournir un signal de commande de type PWM PWM_DC à rapport cyclique variable pour piloter le transistor de découpage Tdc connecté en série avec l'enroulement primaire du transformateur 21 du circuit convertisseur AC/DC 20. Plus précisément, le calculateur de contrôle 50 est adapté pour augmenter progressivement le rapport cyclique variable du signal de commande PWM _DC du transistor de découpage Tdc, jusqu'à atteindre la valeur maximale positive Umax sur le bus continu d'alimentation 40 suivant ladite pente limitée, et pour maintenir ce rapport cyclique variable à une valeur stationnaire lorsque la valeur Umax est atteinte sur le bus continu d'alimentation.
Comme illustré sur la figure unique, le condensateur de bus Cdc est associé à un circuit de décharge pilotée 70. Le condensateur de bus permet d'assurer une réduction et un lissage suffisants des appels de courant effectués par les circuits onduleurs 11 et 12 du circuit convertisseur de tension 10 au circuit convertisseur AC/DC 20.
Le circuit de décharge 70 du condensateur de bus Cdc permet quant à lui de gérer de manière contrôlée la descente en tension sur le bus lors de l'arrêt des actionneurs piézoélectriques après utilisation, pour permettre une mise en sécurité rapide à l'arrêt. Le circuit de décharge 70 comprend une résistance de décharge 71 connecté en parallèle du condensateur de bus Cdc sur le bus continu d'alimentation, en amont du condensateur de bus Cdc. Un interrupteur 72 est monté en série avec la résistance de décharge 71 entre les lignes d'alimentation du bus continu d'alimentation. Le circuit de décharge 70 peut être commandé entre deux états par le calculateur de contrôle, par l'intermédiaire d'un signal de commande Décharge_DC de l'interrupteur 72 généré par le calculateur de contrôle, adapté à commander un premier état dans lequel le courant de charge du condensateur de bus Cdc traverse la résistance de décharge 71 connectée en parallèle du bus continu d'alimentation, et un deuxième état dans lequel la résistance de décharge 71 est court-circuitée et le circuit de décharge déconnecté du bus continu
Comme illustré sur la figure unique, le condensateur de bus Cdc est associé à un circuit de décharge pilotée 70. Le condensateur de bus permet d'assurer une réduction et un lissage suffisants des appels de courant effectués par les circuits onduleurs 11 et 12 du circuit convertisseur de tension 10 au circuit convertisseur AC/DC 20.
Le circuit de décharge 70 du condensateur de bus Cdc permet quant à lui de gérer de manière contrôlée la descente en tension sur le bus lors de l'arrêt des actionneurs piézoélectriques après utilisation, pour permettre une mise en sécurité rapide à l'arrêt. Le circuit de décharge 70 comprend une résistance de décharge 71 connecté en parallèle du condensateur de bus Cdc sur le bus continu d'alimentation, en amont du condensateur de bus Cdc. Un interrupteur 72 est monté en série avec la résistance de décharge 71 entre les lignes d'alimentation du bus continu d'alimentation. Le circuit de décharge 70 peut être commandé entre deux états par le calculateur de contrôle, par l'intermédiaire d'un signal de commande Décharge_DC de l'interrupteur 72 généré par le calculateur de contrôle, adapté à commander un premier état dans lequel le courant de charge du condensateur de bus Cdc traverse la résistance de décharge 71 connectée en parallèle du bus continu d'alimentation, et un deuxième état dans lequel la résistance de décharge 71 est court-circuitée et le circuit de décharge déconnecté du bus continu
13 d'alimentation. Avantageusement, la résistance de décharge 71 se trouve connectée au bus continu d'alimentation lorsque l'interrupteur 72 est piloté à
la fermeture par le calculateur de contrôle 50, en même temps qu'une phase d'arrêt des actionneurs connectés en sortie du circuit convertisseur de tension 10. Ainsi, cette résistance de décharge 71 permet de décharger de manière contrôlée le condensateur de bus Cdc lors de l'extinction du circuit convertisseur de tension 10.
la fermeture par le calculateur de contrôle 50, en même temps qu'une phase d'arrêt des actionneurs connectés en sortie du circuit convertisseur de tension 10. Ainsi, cette résistance de décharge 71 permet de décharger de manière contrôlée le condensateur de bus Cdc lors de l'extinction du circuit convertisseur de tension 10.
Claims (7)
1. Dispositif de commande d'au moins un actionneur piézoélectrique piloté électroniquement à partir d'un calculateur de contrôle (50), comprenant un premier étage de génération d'une tension continue comportant un premier circuit convertisseur de tension (20) pour fournir ladite tension continue sur un bus continu d'alimentation (40) doté d'une première ligne d'alimentation (41) et d'une deuxième ligne d'alimentation (42) sur chacune desquelles est appliqué
un potentiel électrique en vue d'obtenir une tension sur le bus continu d'alimentation, et un deuxième étage d'alimentation à découpage, relié audit bus continu d'alimentation (40), comportant un deuxième circuit convertisseur de tension (10) alimenté par ladite tension continue pour générer au moins une tension d'excitation variable pour ledit au moins un actionneur piézoélectrique sous la commande dudit calculateur de contrôle (50), ledit dispositif étant caractérisé en ce que ledit deuxième circuit convertisseur de tension (10) comporte deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12) montés en parallèle aux bornes d'un condensateur de bus (Cdc) connecté à la première ligne d'alimentation et à la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation (40), ledit calculateur de contrôle (50) étant adapté pour commander chacun des deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12) d'une part, de manière indépendante, selon une première configuration de commande dans laquelle les deux demi-ponts d'interrupteurs sont commandés indépendamment pour fournir une tension d'excitation respective variant entre zéro et une valeur maximale positive (U max) à au moins un actionneur piézoélectrique apte à être connecté en sortie respectivement de chaque demi-pont d'interrupteurs (11, 12) et, d'autre part, de manière conjointe, selon une deuxième configuration de commande, dans laquelle les deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12) sont commandés conjointement en pont complet pour fournir une tension d'excitation variant entre une valeur minimale négative et ladite valeur maximale positive à un actionneur piézoélectrique apte à être connecté entre les points milieux respectifs des deux demi-ponts d'interrupteurs.
un potentiel électrique en vue d'obtenir une tension sur le bus continu d'alimentation, et un deuxième étage d'alimentation à découpage, relié audit bus continu d'alimentation (40), comportant un deuxième circuit convertisseur de tension (10) alimenté par ladite tension continue pour générer au moins une tension d'excitation variable pour ledit au moins un actionneur piézoélectrique sous la commande dudit calculateur de contrôle (50), ledit dispositif étant caractérisé en ce que ledit deuxième circuit convertisseur de tension (10) comporte deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12) montés en parallèle aux bornes d'un condensateur de bus (Cdc) connecté à la première ligne d'alimentation et à la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation (40), ledit calculateur de contrôle (50) étant adapté pour commander chacun des deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12) d'une part, de manière indépendante, selon une première configuration de commande dans laquelle les deux demi-ponts d'interrupteurs sont commandés indépendamment pour fournir une tension d'excitation respective variant entre zéro et une valeur maximale positive (U max) à au moins un actionneur piézoélectrique apte à être connecté en sortie respectivement de chaque demi-pont d'interrupteurs (11, 12) et, d'autre part, de manière conjointe, selon une deuxième configuration de commande, dans laquelle les deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12) sont commandés conjointement en pont complet pour fournir une tension d'excitation variant entre une valeur minimale négative et ladite valeur maximale positive à un actionneur piézoélectrique apte à être connecté entre les points milieux respectifs des deux demi-ponts d'interrupteurs.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit calculateur de contrôle (50) est adapté pour commander, dans ladite première configuration de commande, une paire d'actionneurs piézoélectriques (A3/A4, A5/A6) connectée selon un montage face-à-face en sortie de chaque demi-ponts d'interrupteurs (11, 12) commandés indépendamment, chaque actionneur piézoélectrique d'une paire étant connecté entre respectivement le point milieu dudit pont d'interrupteurs correspondant et la première ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation et le point milieu dudit pont d'interrupteurs correspondant et la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit calculateur de contrôle (50) est adapté pour commander, dans ladite première configuration de commande, un seul actionneur piézoélectrique (A1, A2) connecté en sortie de chaque demi-pont d'interrupteurs (11, 12) commandé
indépendamment, ledit actionneur piézoélectrique étant connecté entre le point milieu dudit pont d'interrupteurs correspondant et la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation.
indépendamment, ledit actionneur piézoélectrique étant connecté entre le point milieu dudit pont d'interrupteurs correspondant et la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation.
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit premier circuit convertisseur de tension (20) est adapté à être commandé par un signal de commande émis par le calculateur de contrôle (50) de façon à
assurer une montée en tension à pente limitée dudit bus continu d'alimentation (40) entre zéro et ladite valeur maximale positive (U max) lors de la mise sous tension des actionneurs à piloter.
assurer une montée en tension à pente limitée dudit bus continu d'alimentation (40) entre zéro et ladite valeur maximale positive (U max) lors de la mise sous tension des actionneurs à piloter.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit calculateur de contrôle (50) est adapté pour commander les deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12) dans une troisième configuration de commande dans laquelle un actionneur (A8) est connecté
entre d'une part, la sortie d'un des deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12) reliée à la première ou à la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation et, d'autre part, les deux points milieux (PM1, PM2), connectés ensemble, des deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12).
entre d'une part, la sortie d'un des deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12) reliée à la première ou à la deuxième ligne d'alimentation dudit bus continu d'alimentation et, d'autre part, les deux points milieux (PM1, PM2), connectés ensemble, des deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance de décharge (71) dudit condensateur de bus (Cdc) connectée en parallèle dudit condensateur de bus entre lesdites première et deuxième lignes d'alimentation du bus continu d'alimentation (40) et un interrupteur commandable (72) monté en série avec ladite résistance de décharge (71) entre lesdites première et deuxième lignes d'alimentation du bus continu d'alimentation, ledit interrupteur (72) étant adapté
pour être commandé par ledit calculateur de contrôle de façon à ramener la tension du bus continu d'alimentation à zéro après utilisation du ou des actionneurs.
pour être commandé par ledit calculateur de contrôle de façon à ramener la tension du bus continu d'alimentation à zéro après utilisation du ou des actionneurs.
7.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que qu'il comprend une inductance (L1, L2) montée en sortie des points milieux respectifs des deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12), ladite inductance (L1, L2) étant dimensionnée de sorte à constituer, ensemble avec les capacités du ou des actionneurs commandés, un filtre dont la fréquence de coupure sera inférieure à une fréquence de résonance à éviter.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que qu'il comprend une inductance (L1, L2) montée en sortie des points milieux respectifs des deux demi-ponts d'interrupteurs (11, 12), ladite inductance (L1, L2) étant dimensionnée de sorte à constituer, ensemble avec les capacités du ou des actionneurs commandés, un filtre dont la fréquence de coupure sera inférieure à une fréquence de résonance à éviter.
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