EQUIPEMENT ELECTRONIQUE APTE A GENERER UNE TENSION D'ALIMENTATION DESTINEE A ALIMENTER UN APPAREIL NOMADE
L'invention concerne des équipements électroniques disposant d'un connecteur apte à fournir une tension destinée à alimenter un appareil mobile.
La plupart des appareils nomades (téléphones, baladeurs numériques, ...) comporte un connecteur permettant de les connecter via un câble à un équipement électronique (par exemple un ordinateur ou un calculateur multimédia de véhicule). Une telle connexion permet, d'une part, d'échanger des données entre l'appareil nomade et l'équipement électronique et, d'autre part, d'alimenter en électricité l'appareil nomade. Par exemple, une connexion respectant la norme USB 2.0 permet d'alimenter un appareil avec une tension d'alimentation comprise entre 4,75V et 5,25V.
L'augmentation de la longueur des câbles, en particulier dans le contexte automobile où les connexions USB sont distantes des calculateurs de gestion de la connectivité, ainsi que l'augmentation des demandes en courant des appareils nomades entraînent des chutes de tensions susceptibles de provoquer des disfonctionnements des appareils nomades.
En effet, l'augmentation de la consommation en courant de l'appareil ainsi que l'augmentation de la longueur des câbles impliquent que la tenue de la tension de sortie conforme à la norme USB 2.0 devient plus difficile.
Le document US201 1/0121801 divulgue un système prenant en compte des pertes ohmiques en amont d'un régulateur de tension en ajustant le courant délivré en fonction d'une mesure de tension.
Un des inconvénients d'un tel système est qu'il ne tient pas compte des pertes ohmiques en aval du régulateur de tension, autrement dit, les pertes liées au câble reliant le système à l'appareil rechargé.
L'invention a donc pour but notamment de remédier à cet inconvénient en proposant équipement électronique comportant des moyens pour générer une tension d'alimentation régulée comprise dans une plage de
valeurs prédéterminée.
Elle propose plus précisément à cet effet un équipement électronique comportant des moyens pour générer une tension d'alimentation destinée à alimenter un appareil nomade au travers d'un câble blindé, le blindage du câble étant relié à une masse d'alimentation de l'appareil nomade, l'équipement électronique étant caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens de mesure de la tension dans le blindage du câble et,
des moyens de génération d'une tension régulée à partir de la tension d'alimentation et de la tension dans le blindage du câble.
La solution selon l'invention tire parti de la structure du câble entre l'équipement électronique et l'appareil nomade, pour permettre de garantir la tension de sortie sur le connecteur situé à l'extrémité du câble et connecté à l'appareil nomade.
La solution utilise le blindage du câble, qui n'est parcouru par aucun courant et qui est relié à la masse d'alimentation de l'appareil nomade. La tension mesurée dans le blindage permet de déterminer la chute de tension dans le câble d'alimentation.
Avantageusement, les moyens de mesure de la tension dans le blindage du câble comportent une capacité reliée à une masse de l'équipement électronique, le blindage du câble étant connecté à la masse (Gnd) de l'équipement électronique par couplage capacitif.
Avantageusement, les moyens de mesure de la tension dans le blindage du câble comportent en outre une résistance placée en parallèle de la capacité ou tout autre composant permettant la protection contre les parasites (décharges électrostatiques).
Avantageusement, les moyens de génération d'une tension régulée à partir de la tension d'alimentation et de la tension mesurée dans le blindage du câble comportent un amplificateur délivrant une tension amplifié à partir de la tension mesurée dans le blindage du câble.
Avantageusement, les moyens de génération d'une tension régulée à partir de la tension d'alimentation et de tension mesurée dans le blindage du câble comportent un régulateur de tension délivrant une tension régulée égale à la somme de la tension d'alimentation et de la tension amplifiée.
Avantageusement, l'ensemble comprenant l'amplificateur et le régulateur de tension est réalisé par un unique composant intégré.
Avantageusement, l'équipement électronique selon l'invention, comporte un premier connecteur Cr1 conforme à la norme USB.
L'invention concerne aussi un système d'alimentation en électricité comportant un équipement électronique selon l'invention et un câble blindé apte à être branché sur ledit équipement électronique.
L'invention concerne aussi un véhicule comportant un équipement électronique selon l'invention ou un système d'alimentation selon l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 illustre un équipement électronique selon l'invention relié à un appareil nomade par un câble blindé.
Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
La figure 1 montre un équipement électronique 10 selon l'invention relié à un appareil nomade 1 1 par un câble blindé 12. On suppose par exemple que l'équipement électronique 10 est un calculateur multimédia, que l'appareil nomade 1 1 est un téléphone mobile et qu'ils sont reliés par une connexion de type USB (pour Universal Sériai Bus).
L'équipement électronique 10 comporte un premier connecteur Cr1 . L'appareil nomade 1 1 comporte un second connecteur Cr2. Le câble 12 comporte à ces extrémités un troisième Cr3 et un quatrième Cr4 connecteur. Le quatrième connecteur Cr4 est par exemple branché sur le premier connecteur Cr1 . Le troisième connecteur Cr est alors branché sur le deuxième connecteur Cr2.
Le câble comporte un premier 12.1 et un second 12.2 conducteur
dans lesquels circule un courant lusb consommé par l'appareil nomade 1 1 .
Le premier conducteur 12.1 relie l'alimentation fournit par l'équipement embarqué à l'équipement nomade. Le deuxième conducteur 12.2 relie la masse Gnd de l'équipement électronique 1 0 à la masse Gnd' de l'appareil nomade 1 1 .
Les deux fils conducteurs 1 2.1 1 2.2 sont identiques (réalisés dans la même matière, et présentent une résistance linéique identique) et sont soumis à la même température (du fait de leur confinement), et au même stress mécanique. On peut donc considérer qu'ils ont sensiblement la même résistance (à quelques pourcents près). Les résistances de chaque conducteur 12.1 , 12.2 et des connecteurs associés CM , Cr2, Cr3, Cr4 sont représentées par une résistance Rc sur chacun des fils conducteurs.
Le câble 12 comporte en outre un autre conducteur D+/D- destinée à l'échange de données entre l'équipement électronique 10 et l'appareil nomade 1 1 et qui n'est pas utilisé dans le cadre de l'invention.
Le blindage 13 du câble 1 2 est relié à la masse d'alimentation Gnd' de l'appareil nomade 1 1 , lorsque le connecteur du câble Cr3 est relié à celui Cr2 de l'appareil nomade 1 1 .
Les connecteurs et le câble d'alimentation provoquent une chute de tension qui implique que la tension au niveau du connecteur Cr1 de l'équipement électronique 1 0 est différente la tension appliquée à l'appareil nomade 1 1 .
La tension VBuse appliquée à l'équipement nomade 1 1 vaut :
VeilSe = VQ-1 - 2 * Rc * lusb-
Avec VCri la tension délivrée au niveau du premier connecteur Cr1 ,
Rc est la résistance totale du premier conducteur 12.1 et donc du deuxième conducteur 12.2 (qui ont la même résistance comme expliqué plus haut), lusb est le courant consommé par l'équipement nomade 1 1 .
Par exemple, pour un appareil consommant 1 A, si la tension VCri
délivrée au niveau du premier connecteur Cr1 est de 5V, alors la tension Veuse peut facilement tomber en dessous de 4,75V (pour résistance totale Rc supérieure à 0,25 Ohm) qui correspond à la tension minimum de service définie par la norme USB2.0.
L'équipement électronique 10 comporte des moyens (non représentés) pour générer une tension d'alimentation VBus- L'équipement électronique 10 comprend en outre : des moyens de mesure de la tension VGnd' dans le blindage 13 du câble 12 et, des moyens de génération d'une tension régulée VBUs' à partir de la tension d'alimentation VBus et de la tension VGnd' mesurée dans le blindage 13.
Le blindage 13 du câble 12 (relié à la masse du côté de l'appareil nomade 1 1 ) est utilisé comme capteur de la chute de tension due à la résistance du conducteur de masse (autrement dit du deuxième conducteur 12.2). Par extension, la valeur de cette chute de tension peut être utilisée pour déterminer la chute de tension liée au conducteur d'alimentation électrique (autrement dit le premier conducteur 12.1 ) et des connecteurs Cr1 , Cr2, Cr3 et Cr4.
Une fois la chute de tension mesurée, il est alors possible d'effectuer une compensation de la chute de tension due au câble en pilotant la tension d'alimentation qui est délivrée sur le premier connecteur Cr1 . La tension délivrée au niveau du premier connecteur Cr1 est augmentée de façon à obtenir la tension souhaitée (autrement dit la tension d'alimentation VBus) au niveau du troisième connecteur Cr3.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de mesure de la tension VGnd' dans le blindage 13 du câble 12 comportent une capacité C reliée à la masse Gnd de l'équipement électronique 10, le blindage 13 du câble 12 étant connecté à la masse Gnd de l'équipement électronique 10 par couplage capacitif.
La capacité requise est par exemple du type céramique avec une
valeur indicative de 1 à 10μΡ. Ce type de capacité allie forte valeur et excellente caractéristique hautes fréquences.
Avantageusement, les moyens de mesure de la tension VGr,d' dans le blindage 13 du câble 12 comportent en outre une résistance R placée en parallèle de la capacité C ou tout autre composant permettant la protection contre les parasites (décharges électrostatiques). La résistance R est aussi connectée à la masse Gnd de l'équipement électronique 10.
La résistance R présente une forte impédance 10 à 100 K Ohms dont la valeur est très grande devant la résistance du câble. Ceci permet de fixer un potentiel continu de ce point de connexion et éviter un potentiel flottant variable (par charge électrostatique). La capacité C assure la connexion à la masse de l'équipement en radio-fréquence et permet donc de maintenir l'effet d'écran du blindage du câble USB.
Les moyens de génération d'une tension régulée VBus' à partir de la tension d'alimentation VBus et de la tension VGnd' mesurée dans le blindage 13 comporte un amplificateur A délivrant une tension amplifié VA à partir de la tension VGr,d' mesurée dans le blindage 13.
Les moyens de génération d'une tension régulée VBus' à partir de la tension d'alimentation VBus et de la tension VGnd> mesurée dans le blindage 13 comporte en outre un régulateur de tension 20 délivrant une tension régulée Bus' égale à la somme de la tension d'alimentation VBUs et de la tension amplifiée VA.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble comprenant l'amplificateur A et régulateur de tension 20 est réalisé par un unique composant intégré.
La tension mesurée Vgr,d' à l'entrée de l'équipement électronique 10 au point S est égale à lusb * Rc (avec lusb le courant consommé par l'appareil nomade 1 1 et Rc la résistance du second conducteur 12.2 et des connecteurs associés).
Comme expliqué précédemment, on considère que le premier conducteur 12.1 et le second conducteur 12.2 ont sensiblement la même
résistance.
La tension mesurée Vgnd' est multipliée par deux par l'amplificateur A. La tension de sortie VA de l'amplificateur A représente donc la chute de tension totale générée par le courant lusb sur les deux conducteurs 12.1 , 1 2.2 d'alimentation du câble 12.
La tension de sortie VA de l'amplificateur A est sommée à la tension d'alimentation VBus (qui est comprise entre 4,75V et 5,25V, conformément à la norme USB 2.0, par exemple 5V) au niveau de régulateur de tension 20.
La tension sortie du régulateur VBus' vaut :
VBUS' est donc la tension de sortie de l'équipement au niveau du connecteur USB automobile.
La tension d'alimentation de l'équipement nomade connecté au câble est : VeilSe = VBUS' - 2 * Rc * lusb
Comme VBus' = VBus + 2 x Vgnd' et Vgnd' = Rc * lusb
Alors VBuse = VBus (la tension nominale de la norme USB).
La tension d'alimentation VBUse de l'appareil nomade est donc maintenue à une valeur conforme quel que soit sa consommation de courant (dans la limite de capacité du régulateur en courant et en tension de sortie) et quelques soient les variations, en température et/ou en vieillissement, de la résistance du câble et de la résistance de contact des connecteurs.
Ce montage permet par exemple d'alimenter un périphérique de type USB avec une tension nominale conforme à la norme USB 2.0 pour des courants supérieurs à la norme USB 2.0 (500mA) soit de 1 à 2A par exemple. Il est malgré tout nécessaire de respecter les spécifications maximales du câble.
Il est à noter que la régulation de la tension de sortie n'est nécessaire qu'en basses fréquences. Les hautes fréquences sont filtrées par les
capacités incluses dans l'équipement nomade.
Afin de limiter les influences haute fréquence de la tension de bruit du blindage, le signal peut être filtré avec un filtre passe bas d'ordre 2 ou 3. L'ampli A1 peut inclure cette cellule de filtrage (fonction passe bas) et de gain (x2) sous forme d'une cellule active de butterworth de 2eme ordre avec une fréquence de coupure basse (<5Hz) (structure Salen-Key). On peut aussi choisir une cellule de filtrage passive. Le régulateur de tension devra être compensé si nécessaire pour éviter toute instabilité lié à la rotation de phase du filtre. La capacité C participe aussi au filtrage haute fréquence en drainant le courant du blindage vers la masse. On pourra choisir une capacité céramique de 1 μΡ par exemple qui allie qualité de filtrage H F et forte capacité (pour réduire la bande de bruit).
L'invention a pour avantage d'être compatible avec d'autre norme que l'USB 2.0, par exemple la norme USB 3.0 prévoyant une augmentation du courant de sortie minimum (900mA au lieu de 500mA pour l'USB 2.0).
L'invention concerne aussi un système d'alimentation en électricité comportant un équipement selon l'une des revendications précédentes et un câble blindé branché sur ledit équipement.
L'invention concerne aussi un véhicule comportant un équipement électronique selon l'invention ou un système d'alimentation selon l'invention.