EP2988968A2 - Architecture electronique pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif - Google Patents

Architecture electronique pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif

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Publication number
EP2988968A2
EP2988968A2 EP14729390.6A EP14729390A EP2988968A2 EP 2988968 A2 EP2988968 A2 EP 2988968A2 EP 14729390 A EP14729390 A EP 14729390A EP 2988968 A2 EP2988968 A2 EP 2988968A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control unit
bridge
main control
architecture
switching cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14729390.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Guillaume Caubert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes de Controle Moteur SAS filed Critical Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Publication of EP2988968A2 publication Critical patent/EP2988968A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to an electronic architecture for controlling a DC / AC voltage converter.
  • a DC / AC voltage converter is called an "inverter” when it is controlled to transform a DC voltage into an AC voltage and “rectifier” when it is controlled to transform an AC voltage into a DC voltage.
  • This architecture can be embedded in an electric or hybrid vehicle, and be used to control the conversion of the supply voltage supplied by an electrical network into a DC voltage supplying an electrical energy storage unit in order to charge the latter.
  • the architecture can be used to control the conversion of the DC voltage supplied by this electrical energy storage unit into an alternating voltage supplying the stator of an electric machine for propelling the vehicle or an alternating voltage transferred to the vehicle. electrical network.
  • the invention meets this need according to one of its aspects, using an electronic architecture for controlling a DC / AC voltage converter, said
  • each arm comprising two controllable switching cells, in series and separated by a midpoint, the arms being paired according to H-bridges,
  • the architecture comprising:
  • a main control unit configured to communicate through a potential barrier with a remote control unit
  • each secondary control unit being dedicated to the control of a respective H-bridge, and comprising: a unit for processing the information received from the main control unit, and
  • control unit for controllable switching cells of said H bridge, said control unit being configured to modify the state of all or part of said switching cells of said H bridge at least on the basis of information received from the corresponding processing unit.
  • an anomaly affecting the main control unit does not prevent the control of the switching cells of the H bridges since secondary control units are provided for each bridge in H.
  • an anomaly affecting a secondary control unit does not prevent the control of at least the H-bridge switching cells to which the other secondary control units are dedicated. The latter can thus control their H-bridge, for example on the basis of information transmitted from the main control unit.
  • Each of the above units forms a separate physical component, i.e., all the secondary control units can be physically separate from each other and also separate from the main control unit.
  • control units are commonly called "drivers”.
  • the main control unit may be configured to transmit to each secondary control unit information from the remote control unit.
  • the main control unit is then interposed between the secondary control units and the remote control unit.
  • the remote control unit, the main control unit and the processing units of the secondary control units comprise integrated circuits.
  • These integrated circuits may be digital or analog integrated circuits.
  • the remote control unit comprises at least one microcontroller
  • the main control unit is a first programmable logic circuit (FPGA) and each processing unit of a secondary control unit is a second programmable logic circuit.
  • FPGA programmable logic circuit
  • Each secondary control unit may include a dedicated power source and a dedicated clock.
  • Each secondary control unit may moreover comprise a management module for the reset of the power supply ("power on reset"). This module can guarantee the end of the reset when the secondary control unit is properly powered. In this way, each secondary control unit can operate independently, without being affected by any anomaly intervening on another clock or on another source of electrical power from another secondary control unit or the main control unit, for example.
  • the architecture may further include a power source and a clock dedicated to the main control unit.
  • the power supply can also be dedicated to the main control unit. In this way, the main control unit can operate autonomously, similar to what has been indicated above.
  • Each processing unit of a secondary control unit and the main control unit can be connected by a link configured to allow:
  • the data passing through this link can be directly cyclic report values generated by the main control unit.
  • these data passing through said link enable the processing unit to generate the duty cycle values which will then be applied by the control unit to the controllable switching cells of the respective H bridge.
  • the processing by the data processing unit transiting through this link can detect an anomaly affecting the main control unit, for example an anomaly affecting the power supply of this main control unit or an anomaly affecting the unit master control itself.
  • Each secondary control unit may comprise a link configured to allow communication between the processing unit and the control unit of said secondary control unit.
  • the set values to be applied to control the switching cells of each H bridge can thus be conveyed by this link from the processing unit to the control unit in order to modify the state of all or part of the switching cells. of the respective H-bridge.
  • a switching signal of the power supply of the control unit can also be routed to the control unit by this link.
  • Each control unit and the main control unit can be connected by a link configured to allow each control unit to send to the main control unit values representative of the command applied by said control unit to all or part of the switching cells of the respective H-bridge. Thanks to this connection, the control unit The principal can monitor the command applied by each secondary control unit and detect an anomaly affecting one or more secondary control units.
  • These representative values may or may not be the duty cycle values applied by the control unit to the switching cells of the respective H-bridge.
  • the architecture may include a device for acquiring at least one electrical or thermal quantity in the DC / AC voltage converter. This is for example the voltage on the continuous interface of the DC / AC voltage converter or each current flowing in an arm of the DC / AC voltage converter. It may be an alternative or a combination of the temperature measured in the middle of each bridge in H.
  • the device When the DC / AC voltage converter is electrically connected to a stator or rotor electric winding of an electric machine, the device
  • the acquisition method can also perform measurements of at least one mechanical quantity associated with the electrical machine, for example the speed of the rotor of the machine or the torque applied to the rotor.
  • the architecture may then include a link enabling the measurement acquisition device to send the one or more quantities to the main control unit.
  • the main control unit can process these measurements and use them to develop the command that will be applied by the secondary control units to all or part of the switching cells of their respective H-bridge. Alternatively, the main control unit may transmit these measurements to the remote control unit which will develop said control and transmit it to the main control unit.
  • low voltage means voltages less than or equal to 12 V and “high voltage” means voltages greater than or equal to 60 V.
  • the architecture may include the remote control unit.
  • the remote control unit is preferably in a low-voltage environment while the main control unit and the secondary control units are preferably in a high-voltage environment, these two environments being separated by the potential barrier.
  • the latter is for example made using a galvanic isolation, for example via a transformer or one or more opto-couplers.
  • an anomaly in the high-voltage environment that would affect the main control unit or any of the secondary control units does not preclude an auxiliary control from being applied to all or some of the H. bridges.
  • the main control unit In its communication with the remote control unit, the main control unit is preferably master, the remote control unit then being slave.
  • Master control unit is master means that it initiates the initiation of communication with the remote control unit via the link crossing the potential barrier.
  • the main control unit and the secondary control units may continue to operate and control the voltage converter switch cells
  • the link allowing communication between the remote control unit and the main control unit may be a synchronous full duplex serial link. It can be a Serial Peripheral Interface (SPI) type link.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • Each switching cell can be realized using a bidirectional current switch, for example a field effect transistor or an IGBT type transistor with an antiparallel mounted diode. It may alternatively be bipolar transistors.
  • the architecture can be configured to allow only the control of the DC / AC voltage converter.
  • the latter can be part of an electrical circuit comprising an electrical energy storage unit and a stator or rotor electric winding of an electric machine.
  • This electrical circuit may be devoid of a DC / DC voltage converter interposed between the electrical energy storage unit and the DC / AC voltage converter, the DC interface of the DC / AC voltage converter can then be connected to the terminals. of the electrical energy storage unit.
  • the architecture may be configured to further control a DC / DC voltage converter electrically connected to the DC / AC voltage converter.
  • a DC / DC voltage converter can make it possible to adapt the value of the voltage on the DC interface of the DC / AC voltage converter to the value of the voltage at the terminals of the electrical energy storage unit.
  • the DC / DC voltage converter may comprise a plurality of interleaved branches, each branch comprising: an arm extending between two terminals defining the low-voltage interface and comprising two controllable switching cells, in series and separated by a mid-point,
  • the number of branches being even and the branches being matched, the coil of one branch of a pair being in magnetic coupling with the coil of the other branch of said pair,
  • the architecture comprising for each pair of branches a control unit configured to modify the state of all or part of said controllable switching cells of said pair of branches.
  • This embodiment in several branches interleaved DC / DC voltage converter can better distribute the power between the different branches, and thus extend the life of the switching cells of this converter.
  • the switching cells of the DC / DC voltage converter can be obtained or not by means of bidirectional current switches. These switching cells are for example structurally identical to those of the DC / AC voltage converter.
  • the main control unit may be configured for, in addition to communicating with the secondary control units to control the H bridges of the DC / AC voltage converter, communicating with each driving unit associated with a respective pair of branches for control the DC / DC voltage converter.
  • a second main control unit for example similarly to the other main control unit, may be provided and dedicated to the control of the DC / DC voltage converter.
  • This second main control unit can be configured to communicate with the remote control unit through another potential barrier, for example via another synchronous full duplex serial link such as a SPI® type link.
  • This second main control unit can then communicate with each control unit associated with a pair of branches to control the DC / DC voltage converter.
  • the subject of the invention is also a set comprising: the architecture defined above, and
  • the DC / AC voltage converter may be part of an electrical circuit comprising an electrical energy storage unit and an electric machine stator electric winding.
  • the electrical machine is for example a synchronous machine, in particular with permanent magnets.
  • the electric winding of the stator can be polyphase, in particular three-phase. Each phase of the stator electrical winding can extend between the two midpoints of an H bridge of the DC / AC voltage converter, as disclosed, for example, in the application WO 2010/057893, the content of which is incorporated in the present invention. this request.
  • the DC / AC voltage converter can be used to convert the voltage across the power storage unit into an AC voltage supplying the stator electrical winding.
  • an anomaly affecting the control of a phase of the electric stator winding of the electrical machine that is to say an anomaly affecting the H bridge dedicated to said phase or the secondary control unit dedicated to said respective H-bridge does not prevent the continuation of the propulsion by the engine of the vehicle or the continuation of the charge of the electrical energy storage unit, when this charging operation reuses the electric stator winding of the electric machine.
  • a DC / DC voltage converter can be interposed between the power storage unit and the DC / AC voltage converter.
  • the electrical circuit may comprise a power supply line capable of being connected via a connector to an external electrical network, the supply line comprising a number of conductors equal to the number of phases of the stator electrical winding and each conductor having a end connected to an intermediate point of a phase of the electric stator winding.
  • the intermediate point of said phase may be a midpoint.
  • the electricity grid can be an industrial grid managed by an operator. This is for example an electrical network providing a voltage at a frequency of 50 Hz or 60 Hz.
  • It may be a single-phase network providing a voltage of between 120 V and 240 V or a polyphase network, for example three-phase, especially a three-phase network providing a voltage between 208 V and 416 V.
  • the invention further relates, in another of its aspects, to a method for controlling a DC / AC voltage converter using an architecture as defined above, in which:
  • each secondary control unit applies, via its control unit, reference values to all or some of the switching cells of the respective H-bridge, these setpoint values being developed on the basis of routed information. to the processing unit from the remote control unit and / or from the main control unit, and
  • all or part of the secondary control units apply via their control unit set values to all or part of the control cells. switching their respective H-bridge so as to short-circuit the two mid-points of said H-bridge.
  • the architecture interacts, for example, with the above electrical circuit comprising an electric stator winding, each phase of which extends between the two middle points of an H-bridge.
  • the auxiliary control can then make it possible to short-circuit each phase of the stator electrical winding or at least the majority of said phases. In the case where the electric winding of the stator is three-phase, at least two phases of this winding can then be short-circuited when the auxiliary control is applied.
  • This auxiliary command can be applied in case of anomaly affecting the architecture or in the circuit and avoid a motor packaging or inadvertent braking of the electric machine and a too high elevation of the electromotive forces induced in the phases of the electric stator winding.
  • the transition from the normal operating mode to the auxiliary operating mode can be carried out when an anomaly is detected affecting the main control unit and / or the remote control unit, each secondary control unit then imposing on all or part of the switching cells of the H-bridge respective setpoints for shorting the two midpoints of said bridge H.
  • each phase of the electric winding of the stator can be put in short. circuit to avoid the dangers mentioned above.
  • the transition from the normal operating mode to the auxiliary operating mode can take place when an anomaly affecting at least one secondary control unit is detected, the main control unit then imposing at least on the other control units secondary to apply, via their control unit, set values to all or part of the switching cells of their respective H bridge, so as to short-circuit the two midpoints of said bridge in H.
  • the secondary control unit affected by the anomaly may also apply the auxiliary command.
  • each phase of the stator winding associated with a secondary control unit unaffected by the anomaly is short-circuited.
  • each phase of the stator winding is short-circuited.
  • auxiliary control mode can be generic, same instructions being applied whenever an anomaly is detected in the architecture or the circuit, regardless of the nature of this anomaly.
  • the auxiliary control mode can be adapted to the detected anomaly, that is to say that the instructions applied may differ depending on the nature of the anomaly detected and / or according to their number.
  • FIG. 1 schematically represents an assembly according to a first exemplary implementation of the invention comprising a DC / AC voltage converter and the electronic architecture for controlling the latter,
  • FIG. 2 schematically represents an assembly according to a second exemplary implementation of the invention comprising a DC / AC voltage converter, a DC / DC voltage converter and the electronic architecture for controlling these, and
  • FIG. 3 represents in detail the electronic architecture of the assembly of FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a 1 according to a first exemplary implementation of the invention.
  • This set 1 comprises a DC / AC voltage converter 2 and an electronic architecture 3 for controlling the converter 2.
  • the DC / AC voltage converter 2 belongs to an electric circuit 4 further comprising:
  • the DC / AC voltage converter 2 is in this example disposed between the electrical energy storage unit 5 and the electric winding 6 so as to allow an exchange of electrical energy between the latter.
  • the electric machine is in the example considered used to drive a hybrid or electric vehicle. This is for example a synchronous motor with permanent magnets.
  • the electric machine has for example a nominal power between 10W and 10 MW, being in particular between 100W and 200kW.
  • the stator electrical winding 6 is three-phase.
  • the electrical energy storage unit 5 may be a battery, a super-capacitor or any assembly of batteries or supercapacitors. This is for example several parallel branches of batteries in series.
  • the electrical energy storage unit 5 may have a nominal voltage of between 60 V and 800 V, in particular between 200 V and 450 V or between 600 V and 800 V.
  • a capacitor 7 can be connected in parallel with the electrical energy storage unit 5.
  • the electrical circuit 4 may comprise a connector 8 capable of being connected to an industrial electrical network delivering a voltage at 50 Hz or 60 Hz.
  • This connector 8 is for example connected, via a filter 10 configured to eliminate electromagnetic interference, at an intermediate point 11 of each phase 12 of the electric winding 6 of the stator. This is for example a midpoint 11 for the phases, as taught in the application WO 2010/057893.
  • the converter 2 converts the DC voltage across the electrical energy storage unit 5 into a three-phase alternating voltage supplying the stator electrical winding 6 to allow the vehicle to be propelled.
  • the converter 2 can convert the AC voltage supplied by the network and passing through the stator electrical winding 6 into a DC voltage supplying the electrical energy storage unit 5, to allow charging thereof.
  • the connector 8 is then connected to a terminal of the electrical network.
  • the converter 2 here comprises three H-bridges 20, each H-bridge being formed by two arms connected in parallel between the terminals of the electrical energy storage unit 5. Each arm has in this example two controllable switching cells 21 reversible and mounted in series.
  • a switching cell 21 is for example formed by the antiparallel assembly of a transistor and a diode, the latter being optionally the intrinsic diode of the transistor.
  • the transistor can be field effect, IGBT or bipolar type.
  • the circuit 4 is devoid of a voltage converter
  • the switching cells 21 are controlled by the architecture 3, as will be described later.
  • FIG. 2 represents an assembly 1 according to a second exemplary implementation of the invention.
  • This set 1 differs from that which has just been described with reference to FIG. 1 in that the electric circuit 4 further comprises a DC / DC voltage converter 25 interposed between the capacitor 7 and the storage unit of FIG. electrical energy 5, that is to say that the converter 25 is also disposed between said unit 5 and the DC / AC voltage converter 2.
  • the DC / DC voltage converter 25 makes it possible to adapt the value of the voltage at the terminals of the electrical energy storage unit 5 to the value of the voltage able to supply the stator electrical winding 6, and vice versa.
  • This converter 25 is here interlaced, comprising several branches. Each branch includes in this example:
  • a coil 29 having one end connected to the midpoint 28 of the arm and the other end connected to the positive high voltage terminal of the electrical energy storage unit 5.
  • the number of branches of the converter 25 is equal to the number of arms of the converter 2, that is to say six, and the branches are matched, the coil 29 of a branch of a pair 30 being in magnetic coupling with the coil 29 of the other branch of said pair 30.
  • the switching cells 21 of the voltage converter are identical to the switching cells 21 of the voltage converter.
  • this architecture 3 aims to control the DC / AC voltage converter 2 as well as the DC / DC voltage converter 25.
  • the control of the DC / AC voltage converter 2 implements a remote control unit 35, a main control unit 36 and a plurality of secondary control units 37.
  • Each secondary control unit 37 is dedicated to an H bridge. 20 of the converter 3 and includes in this example:
  • control unit 41 of the switching cells 21 of the bridge 20 to which it is dedicated This control unit makes it possible to modify the state of all or part of the switching cells 20 on the basis of information received from the processing unit 40.
  • This control unit 41 is commonly called "driver”.
  • each secondary control unit 37 comprises, in this example, a source of clean electric power 42 allowing the power supply of the various components of the secondary control unit 37 and / or switching 21 of the H bridge 20.
  • Each secondary control unit 37 also includes in this example a clean clock 43 and a management module of the reset of the power supply ("power on reset" in English).
  • Each secondary control unit 37 also comprises in this example a link 45 allowing information to be exchanged between the processing unit 40 and the control unit 41. This information makes it possible, for example, to control the switching cells 21 of the bridge in H 20 including control signals and power supply signals for changing the state of all or part of these switching cells 21.
  • each processing unit 40 of a secondary control unit 37 can be connected by a link 48 to the main control unit 36.
  • This link 48 allows:
  • Each control unit 41 can also be directly connected to the main control unit 36 via a link 49, without transit through the processing unit 40.
  • This link 49 can enable each control unit 41 to transmit the values of the control unit 40. cyclic report that it applies to the switching cells 21 of the H bridge 20 to which it is dedicated.
  • this link 49 avoids the processing unit 40 ensures that an anomaly affecting the processing unit 40 associated with a control unit 41 within a secondary control unit 37 will not prevent the sending these duty cycle values to the main control unit.
  • the architecture 3 further comprises a clock 50, an electric power source 51 and a power reset management module, which are dedicated to the main control unit 36.
  • the architecture 3 may also include a device 55 for acquiring measurements in the electrical circuit 4.
  • This acquisition device may, for example, make it possible to acquire at least one of:
  • the link 58 is for example a synchronous series full duplex link, for example SPI.
  • the latter can itself process this information and use it to develop the control of the converter 3, for example in the context of a servo.
  • the main control unit 36 can send this information to the remote control unit 35 to which it is connected by a link 60.
  • the link 60 is for example a full duplex synchronous serial link, for example SPI.
  • the data exchange between the main control unit 36 and the remote control unit 35 is in the example of FIG. 3 through a potential barrier 61 crossed by the link 60.
  • This potential barrier 61 provides for example a galvanic isolation 62, implementing in particular a transformer or opto-coupler. This barrier 61 separates
  • the main control unit 36 can be master in its communication with the remote control unit 35, which is then slave.
  • the remote control unit 35 can comprise one or more processing systems, for example one or more microcontrollers 65.
  • This microcontroller 65 can communicate with a supervisor 67 via a CAN link 66.
  • the supervisor can be the engine control unit (ECU) of the vehicle.
  • ECU engine control unit
  • the remote control unit 35 has a source of clean electrical energy 68.
  • the remote control unit 35 can be in charge of developing the setpoint values for the current in each arm of the DC / AC voltage converter 2 and for the voltage across the arms of the converter 2.
  • the remote control unit 35 may be associated with measuring devices making it possible to measure the temperature in the stator of the electrical machine and with measuring devices making it possible to determine the position of the rotor of the electric machine.
  • the architecture 3 is in the example considered configured to also control the DC / DC voltage converter 25.
  • it may comprise a second main control unit 70, being for example made using a component similar to that forming the main control unit 36, and a plurality of control units 80, each of these control units 80 being dedicated to the control of the switching cells 27 of a pair of branches .
  • the second main control unit 70 can communicate via a link 71 with each control unit 80. Similar to what has been described above, the second main control unit 70 can be associated with a source of clean electrical energy. a clean clock 74, a power reset management module, and an acquisition device 78 for obtaining measurements associated with electrical quantities in the DC / DC voltage converter 25.
  • a link 79 similar to the link 60 allows communication between the second main control unit 70 and the remote control unit 35.
  • the architecture 3 does not include the elements numbered 70 to 79.
  • each secondary control unit 37 applies via its control unit. driving setpoints 41 to all or part of the switching cells 21 of the respective H bridge, these setpoints being developed on the basis of information conveyed to the processing unit 40 from the remote control unit 35 and / or from the main control unit 36.
  • the measurements acquired by the acquisition device 55 are for example transferred to the remote control unit 35 via the main control unit 36. Instructions are then produced by the remote control unit 35 and then converted by the unit. 36.
  • the secondary control units 37 then recover the instructions to be applied to their respective H-bridge 20, process them via the processing unit 40 and apply them via their control unit 41 to all or some of the control cells. switching 21 of said bridge 20.
  • the information sent via the link 49 may enable the main control unit 36 to ensure that the correct instructions are applied by each control unit 41 and that there is therefore no anomaly affecting the control units. secondary control.
  • the information sent via the link 48 may further enable each secondary control unit 37 to ensure the proper functioning of the main control unit 36.
  • a command according to an auxiliary mode of operation can be applied.
  • all or part of the secondary control units 37 apply via their control unit 41 set values to all or part of the switching cells 21 of their respective H bridge, so as to put in short -circuit the two midpoints of said H bridge 20. This avoids inadvertent braking of the vehicle or degradation of the electrical circuit for example.
  • the transition from the normal operating mode to the auxiliary operating mode can be done when at least one of the secondary control units 37 detects an anomaly affecting the main control unit 36.
  • Each secondary control unit 37 can then impose on all or part of the switching cells 21 of the H bridge respective setpoints for shorting the two midpoints of said H bridge 20.
  • This auxiliary control is thus intended to close all the switching cells arranged At the top of each H-bridge or to close all the switching cells arranged at the bottom of each H-bridge. This leads to the short-circuiting of each phase 12 of the stator electric winding.
  • the transition from the normal operating mode to the auxiliary operating mode can be carried out when the main control unit 36 detects, notably by observing the data transmitted via the link 49, an anomaly affecting at least one unit of operation.
  • Secondary control 37 The main control unit 36 can then force all the secondary control units 37 to apply via their control unit 41 setpoints to all or part of the switching cells 21 of their H-bridge. 20, so as to short-circuit the two middle points of said bridge H 20.
  • the invention makes it possible to guarantee that at least two of the phases 12 of this winding 6 will be short-circuited.
  • the invention thus makes it possible to implement the method disclosed in the application filed in France on April 11, 2012 by the Applicant under the number 12 53337.
  • the invention thus makes it possible to switch to an auxiliary operating mode in the case of an anomaly in the low-voltage environment because the main control unit 36 is master in its communication with the remote control unit 35 and in the case of anomaly in the high voltage environment, as just explained.

Landscapes

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Abstract

Architecture électronique (3) pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif (2), ledit convertisseur (2) comprenant une pluralité de bras montés en parallèle, chaque bras comprenant deux cellules de commutation (21) commandables, en série et séparées par un point milieu, les bras étant appariés selon des ponts en H (20), l'architecture (3) comprenant : - une unité de contrôle principale (36), configurée pour communiquer à travers une barrière de potentiel (61) avec une unité de contrôle distante (35), et - une pluralité d'unités de contrôle secondaires (37), chaque unité de contrôle secondaire (37) étant dédiée à la commande d'un pont en H (20) respectif, et comprenant : - une unité de traitement (40) des informations reçues depuis l'unité de contrôle principale (36), et - une unité de pilotage (41) des cellules de commutation commandables (21) dudit pont en H (20), ladite unité de pilotage (41) étant configurée pour modifier l'état de tout ou partie desdites cellules de commutation (21) dudit pont en H (20) au moins sur la base d'informations reçues depuis l'unité de traitement (40) correspondante.

Description

Architecture électronique pour la commande d'un convertisseur de tension
continu/alternatif
La présente invention concerne une architecture électronique pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif. Un tel convertisseur est appelé « onduleur » lorsqu'il est commandé pour transformer une tension continue en une tension alternative et « redresseur » lorsqu'il est commandé pour transformer une tension alternative en une tension continue.
Cette architecture peut être embarquée sur un véhicule électrique ou hybride, et servir à commander la conversion de la tension d'alimentation fournie par un réseau électrique en une tension continue alimentant une unité de stockage d'énergie électrique afin de charger cette dernière. En variante, l'architecture peut servir à commander la conversion de la tension continue fournie par cette unité de stockage d'énergie électrique en une tension alternative alimentant le stator d'une machine électrique servant à propulser le véhicule ou en une tension alternative transférée au réseau électrique.
Pour une telle application à un véhicule, il est nécessaire de s'assurer qu'une ou plusieurs anomalies susceptibles de se produire au sein de tout composant impliqué dans l'alimentation électrique de la machine électrique depuis l'unité de stockage d'énergie électrique lors d'un roulage du véhicule n'affecteront pas la sécurité des utilisateurs du véhicule ou d'autres personnes.
De la même façon, il est nécessaire de s'assurer qu'une ou plusieurs anomalies susceptibles de se produire au sein de tout composant impliqué dans la charge de l'unité de stockage d'énergie électrique depuis le réseau électrique n'affecteront pas non plus la sécurité des personnes se trouvant à proximité du véhicule.
Il existe ainsi un besoin pour bénéficier d'une architecture électronique pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif qui réponde aux exigences de sécurité ci-dessus, tout en étant relativement simple et peu complexe à mettre en œuvre.
L'invention répond à ce besoin selon l'un de ses aspects, à l'aide d'une architecture électronique pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif, ledit
convertisseur comprenant une pluralité de bras montés en parallèle, chaque bras comprenant deux cellules de commutation commandables, en série et séparées par un point milieu, les bras étant appariés selon des ponts en H,
l'architecture comprenant :
- une unité de contrôle principale, configurée pour communiquer à travers une barrière de potentiel avec une unité de contrôle distante, et
- une pluralité d'unités de contrôle secondaires, chaque unité de contrôle secondaire étant dédiée à la commande d'un pont en H respectif, et comprenant : - une unité de traitement des informations reçues depuis l'unité de contrôle principale, et
- une unité de pilotage des cellules de commutation commandables dudit pont en H, ladite unité de pilotage étant configurée pour modifier l'état de tout ou partie desdites cellules de commutation dudit pont en H au moins sur la base d'informations reçues depuis l'unité de traitement correspondante.
Grâce à l'architecture ci-dessus, une anomalie affectant l'unité de contrôle principale n'empêche pas la commande des cellules de commutation des ponts en H puisque des unités de contrôle secondaires sont prévues pour chaque pont en H. De la même façon, une anomalie affectant une unité de contrôle secondaire n'empêche pas la commande au moins des cellules de commutations des ponts en H auxquels sont dédiés les autres unités de contrôle secondaires. Ces dernières peuvent ainsi commander leur pont en H, par exemple sur la base d'informations transmises depuis l'unité de contrôle principale.
L'architecture ci-dessus est ainsi plus sûre.
Chacune des unités ci-dessus forme par exemple un composant physique distinct, c'est-à-dire que toutes les unités de contrôle secondaires peuvent être physiquement distinctes les unes des autres et également distinctes de l'unité de contrôle principale.
Les unités de pilotage sont communément appelées « driver ».
L'unité de contrôle principale peut être configurée pour transmettre à chaque unité de contrôle secondaire des informations en provenance de l'unité de contrôle distante. L'unité de contrôle principale est alors interposée entre les unités de contrôle secondaires et l'unité de contrôle distante.
Selon un exemple de mise en œuvre de l'invention, l'unité de contrôle distante, l'unité de contrôle principale et les unités de traitement des unités de contrôle secondaires comprennent des circuits intégrés.
Ces circuits intégrés peuvent être des circuits intégrés numériques ou analogiques.
Selon un exemple particulier mais non limitatif de mise en œuvre de l'invention, l'unité de contrôle distante comprend au moins un microcontrôleur, l'unité de contrôle principale est un premier circuit logique programmable (FPGA en anglais) et chaque unité de traitement d'une unité de contrôle secondaire est un deuxième circuit logique programmable.
Chaque unité de contrôle secondaire peut comprendre une source d'énergie électrique dédiée et une horloge dédiée. Chaque unité de contrôle secondaire peut par ailleurs comprendre un module de gestion de la réinitialisation de l'alimentation (« power on reset » en anglais). Ce module peut garantir l'arrêt de la réinitialisation lorsque l'unité de contrôle secondaire est correctement alimentée.. De cette manière, chaque unité de contrôle secondaire peut fonctionner de façon autonome, sans être affectée par une quelconque anomalie intervenant sur une autre horloge ou sur une autre source d'énergie électrique d'une autre unité de contrôle secondaire ou de l'unité de contrôle principale, par exemple.
L'architecture peut par ailleurs comprendre une source d'énergie électrique et une horloge dédiées à l'unité de contrôle principale. Un module de gestion de la réinitialisation de
l'alimentation peut également être dédié à l'unité de contrôle principale. De cette manière, l'unité de contrôle principale peut fonctionner de façon autonome, similairement à ce qui a été indiqué ci- dessus.
Chaque unité de traitement d'une unité de contrôle secondaire et l'unité de contrôle principale peuvent être reliées par une liaison configurée pour permettre :
- l'envoi par l'unité de contrôle principale à chaque unité de traitement de données pour commander, selon un mode de fonctionnement normal, les cellules de commutation du pont en H respectif, et
-l'envoi par l'unité de contrôle principale à chaque unité de traitement de données pour commander, selon un mode de fonctionnement auxiliaire, les cellules de commutation du pont en H respectif.
Les données transitant par cette liaison peuvent être directement des valeurs de rapport cyclique générées par l'unité de contrôle principale. En variante, ces données transitant par ladite liaison permettent à l'unité de traitement de générer les valeurs de rapport cyclique qui seront ensuite appliquées par l'unité de pilotage aux cellules de commutation commandables du pont en H respectif.
Le traitement par l'unité de traitement des données transitant par cette liaison peut permettre de détecter une anomalie affectant l'unité de contrôle principale, par exemple une anomalie affectant l'alimentation électrique de cette unité de contrôle principale ou une anomalie affectant l'unité de contrôle principale elle-même.
Chaque unité de contrôle secondaire peut comprendre une liaison configurée pour permettre la communication entre l'unité de traitement et l'unité de pilotage de ladite unité de contrôle secondaire. Les valeurs de consigne à appliquer pour commander les cellules de commutation de chaque pont en H peuvent ainsi être acheminées par cette liaison de l'unité de traitement à l'unité de pilotage afin de modifier l'état de tout ou partie des cellules de commutation du pont en H respectif. Un signal de découpage de l'alimentation électrique de l'unité de pilotage peut également être acheminé vers l'unité de pilotage par cette liaison.
Chaque unité de pilotage et l'unité de contrôle principale peuvent être reliées par une liaison configurée pour permettre l'envoi par chaque unité de pilotage à l'unité de contrôle principale de valeurs représentatives de la commande appliquée par ladite unité de pilotage à tout ou partie des cellules de commutation du pont en H respectif. Grâce à cette liaison, l'unité de contrôle principale peut surveiller la commande appliquée par chaque unité de contrôle secondaire et détecter une anomalie affectant une ou plusieurs unités de contrôle secondaires.
Ces valeurs représentatives peuvent ou non être les valeurs de rapport cyclique appliquées par l'unité de pilotage aux cellules de commutation du pont en H respectif.
L'architecture peut comprendre un dispositif d'acquisition d'au moins une grandeur électrique ou thermique dans le convertisseur de tension continu/alternatif. Il s'agit par exemple de la tension sur l'interface continue du convertisseur de tension continu/alternatif ou de chaque courant circulant dans un bras du convertisseur de tension continu/alternatif. Il peut s'agir en variante ou en combinaison de la température mesurée au milieu de chaque pont en H.
Lorsque le convertisseur de tension continu/alternatif est électriquement connecté à un enroulement électrique statorique ou rotorique d'une machine électrique, le dispositif
d'acquisition peut également effectuer des mesures d'au moins une grandeur mécanique associée à la machine électrique, par exemple la vitesse du rotor de la machine ou le couple appliqué au rotor.
L'architecture peut alors comprendre une liaison permettant l'envoi par le dispositif d'acquisition de mesures de la ou lesdites grandeurs à l'unité de contrôle principale.
L'unité de contrôle principale peut traiter ces mesures et les utiliser pour élaborer la commande qui sera appliquée par les unités de contrôle secondaires à tout ou partie des cellules de commutation de leur pont en H respectif. En variante, l'unité de contrôle principale peut transmettre ces mesures à l'unité de contrôle distante qui élaborera ladite commande et la transmettra à l'unité de contrôle principale.
Dans tout ce qui suit, « basse tension » désigne des tensions inférieures ou égales à 12 V et « haute tension » désigne des tensions supérieures ou égales à 60 V.
L'architecture peut comprendre l'unité de commande distante. Dans ce cas, l'unité de commande distante se trouve de préférence dans un environnement basse tension tandis que l'unité de contrôle principale et les unités de contrôle secondaire se trouvent de préférence dans un environnement haute tension, ces deux environnements étant séparés par la barrière de potentiel. Cette dernière est par exemple réalisée à l'aide d'une isolation galvanique, par exemple via un transformateur ou un ou plusieurs opto-coupleurs.
Comme déjà expliqué ci-dessus, une anomalie dans l'environnement haute tension qui affecterait l'unité de contrôle principale ou l'une quelconque des unités de contrôle secondaires n'empêche pas qu'une commande auxiliaire puisse être appliquée à tout ou partie des ponts en H.
Dans sa communication avec l'unité de contrôle distante, l'unité de contrôle principale est de préférence maître, l'unité de contrôle distante étant alors esclave. Au sens de la présente demande, « l'unité de contrôle principale est maître » signifie qu'elle a l'initiative du déclenchement de la communication avec l'unité de contrôle distante via la liaison traversant la barrière de potentiel.
Grâce au fait que la communication entre l'unité de contrôle principale et l'unité de contrôle distante s'effectue à l'initiative de l'unité de contrôle principale, en cas de défaillance ou anomalie au niveau de l'unité de contrôle distante ou de tout autre composant dans l'environnement basse tension, l'unité de contrôle principale et les unités de contrôle secondaires peuvent continuer à fonctionner et à commander les cellules de commutation du convertisseur de tension
continu/alternatif en appliquant un mode de fonctionnement auxiliaire ne nécessitant pas d'interaction avec l'unité de contrôle distante.
On peut ainsi disposer d'une architecture permettant la poursuite de la commande des cellules de commutation des ponts en H malgré la survenance d'anomalies dans l'environnement haute tension et basse tension.
La liaison permettant la communication entre l'unité de contrôle distante et l'unité de contrôle principale peut être une liaison série synchrone full duplex. Il peut s'agir d'une liaison de type Sériai Peripheral Interface (SPI).
Chaque cellule de commutation peut être réalisée à l'aide d'un interrupteur bidirectionnel en courant, par exemple un transistor à effet de champ ou un transistor de type IGBT avec une diode montée en antiparallèle. Il peut en variante s'agir de transistors bipolaires.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'architecture peut être configurée pour permettre uniquement la commande du convertisseur de tension continu/alternatif. Ce dernier peut faire partie d'un circuit électrique comprenant une unité de stockage d'énergie électrique et un enroulement électrique statorique ou rotorique d'une machine électrique. Ce circuit électrique peut être dépourvu de convertisseur de tension continu/continu interposé entre l'unité de stockage d'énergie électrique et le convertisseur de tension continu/alternatif, l'interface continue du convertisseur de tension continu/alternatif pouvant alors être branchée aux bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique.
En variante, selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'architecture peut être configurée pour commander en outre un convertisseur de tension continu/ continu électriquement connecté au convertisseur de tension continu/alternatif. Un tel convertisseur de tension continu/continu peut permettre d'adapter la valeur de la tension sur l'interface continue du convertisseur de tension continu/alternatif à la valeur de la tension aux bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique
Le convertisseur de tension continu/continu peut comprendre plusieurs branches entrelacées, chaque branche comprenant : - un bras s'étendant entre deux bornes définissant l'interface basse tension et comprenant deux cellules de commutation commandables, en série et séparées par un point milieu,
- une bobine ayant une extrémité reliée au point milieu de la branche et l'autre extrémité reliée à la borne positive de l'interface haute tension,
le nombre de branches étant pair et les branches étant appariées, la bobine d'une branche d'une paire étant en couplage magnétique avec la bobine de l'autre branche de ladite paire,
l'architecture comprenant pour chaque paire de branches une unité de pilotage configurée pour modifier l'état de tout ou partie desdites cellules de commutation commandables de ladite paire de branches.
Cette réalisation en plusieurs branches entrelacées du convertisseur de tension continu/continu peut permettre de mieux répartir la puissance entre les différentes branches, et ainsi de prolonger la durée de vie des cellules de commutation de ce convertisseur.
Les cellules de commutation du convertisseur de tension continu/continu peuvent être obtenues ou non à l'aide d'interrupteurs bidirectionnels en courant. Ces cellules de commutation sont par exemple structurellement identiques à celles du convertisseur de tension continu/alternatif.
L'unité de contrôle principale peut être configurée pour, en plus de la communication avec les unités de contrôle secondaires pour commander les ponts en H du convertisseur de tension continu/alternatif, communiquer avec chaque unité de pilotage associée à une paire de branches respective pour commander le convertisseur de tension continu/continu.
En variante, une deuxième unité de contrôle principale, par exemple réalisée similairement à l'autre unité de contrôle principale, peut être prévue et dédiée à la commande du convertisseur de tension continu/continu. Cette deuxième unité de contrôle principale peut être configurée pour communiquer avec l'unité de contrôle distante à travers une autre barrière de potentielle, par exemple via une autre liaison série full duplex synchrone telle qu'une liaison de type SPI®.
Cette deuxième unité de contrôle principale peut alors communiquer avec chaque unité de pilotage associée à une paire de branches afin de commander le convertisseur de tension continu/continu.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un ensemble comprenant : -l'architecture définie ci-dessus, et
-le convertisseur de tension continu/alternatif dont la commande est effectuée par
l'architecture.
Le convertisseur de tension continu/alternatif peut faire partie d'un circuit électrique comprenant une unité de stockage d'énergie électrique et un enroulement électrique de stator de machine électrique. La machine électrique est par exemple une machine synchrone, notamment à aimants permanents. L'enroulement électrique de stator peut être polyphasé, notamment triphasé. Chaque phase de l'enroulement électrique de stator peut s'étendre entre les deux points milieux d'un pont en H du convertisseur de tension continu/alternatif, comme divulgué par exemple dans la demande WO 2010/057893 dont le contenu est incorporé à la présente demande.
Le convertisseur de tension continu/alternatif peut permettre de convertir la tension aux bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique en une tension alternative alimentant l'enroulement électrique de stator.
Dans cet ensemble, une anomalie affectant la commande d'une phase de l'enroulement électrique de stator de la machine électrique, c'est-à-dire une anomalie affectant le pont en H dédié à ladite phase ou l'unité de contrôle secondaire dédiée audit pont en H respectif n'empêche pas la poursuite de la propulsion par ce moteur du véhicule ou la poursuite de la charge de l'unité de stockage d'énergie électrique, lorsque cette opération de charge réutilise l'enroulement électrique de stator de la machine électrique.
Le cas échéant, un convertisseur de tension continu/continu peut être interposé entre l'unité de stockage d'énergie électrique et le convertisseur de tension continu/alternatif.
Le circuit électrique peut comprendre une ligne d'alimentation apte à être reliée via un connecteur à un réseau électrique externe, la ligne d'alimentation comprenant un nombre de conducteurs égal au nombre de phases de l'enroulement électrique de stator et chaque conducteur ayant une extrémité reliée à un point intermédiaire d'une phase de l'enroulement électrique de stator. Le point intermédiaire de ladite phase peut être un point milieu.
Le réseau électrique peut être un réseau électrique industriel géré par un opérateur. Il s'agit par exemple d'un réseau électrique fournissant une tension à une fréquence de 50 Hz ou 60 Hz.
Il peut s'agir d'un réseau monophasé fournissant une tension comprise entre 120 V et 240 V ou d'un réseau polyphasé, par exemple triphasé, notamment d'un réseau triphasé fournissant une tension comprise entre 208 V et 416 V.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif à l'aide d'une architecture telle que définie ci-dessus, dans lequel :
- dans un mode de fonctionnement normal, chaque unité de contrôle secondaire applique via son unité de pilotage des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation du pont en H respectif, ces valeurs de consigne étant élaborées sur la base d'informations acheminées à l'unité de traitement depuis l'unité de contrôle distante et/ou depuis l'unité de contrôle principale, et
- dans un mode de fonctionnement auxiliaire, tout ou partie des unités de contrôle secondaires appliquent via leur unité de pilotage des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation de leur pont en H respectif, de manière à mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H.
L'architecture interagit par exemple avec le circuit électrique ci-dessus comprenant un enroulement électrique de stator dont chaque phase s'étend entre les deux points milieux d'un pont en H.
La commande auxiliaire peut alors permettre de mettre en court-circuit chaque phase de l'enroulement électrique de stator ou au moins la majorité desdites phases. Dans le cas où l'enroulement électrique de stator est triphasé, au moins deux phases de cet enroulement peuvent alors être mises en court-circuit lorsque l'on applique la commande auxiliaire.
Cette commande auxiliaire peut être appliquée en cas d'anomalie affectant l'architecture ou dans le circuit et éviter un emballage du moteur ou un freinage intempestif de la machine électrique ainsi qu'une élévation trop importante des forces électromotrices induites dans les phases de l'enroulement électrique de stator.
Le passage du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire peut s'effectuer lorsque l'on détecte une anomalie affectant l'unité de contrôle principale et/ou l'unité de contrôle distante, chaque unité de contrôle secondaire imposant alors à tout ou partie des cellules de commutation du pont en H respectif des valeurs de consigne permettant de mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H. Dans ce cas, chaque phase de l'enroulement électrique de stator peut ainsi être mise en court-circuit pour éviter les dangers mentionnés ci- dessus.
En variante, le passage du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire peut s'effectuer lorsque l'on détecte une anomalie affectant au moins une unité de contrôle secondaire, l'unité de contrôle principale imposant alors au moins aux autres unités de contrôle secondaires d'appliquer, via leur unité de pilotage, des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation de leur pont en H respectif, de manière à mettre en court- circuit les deux points milieux dudit pont en H.
De cette façon, on s'assure que toutes les unités de contrôle secondaires autres que celle affectée par l'anomalie appliqueront la commande auxiliaire, de sorte que chaque phase de l'enroulement électrique associée à l'une de ces autres unités de contrôle secondaires seront en court-circuit. Le cas échéant et selon l'étendue de l'anomalie qu'elle subit, l'unité de contrôle secondaire affectée par l'anomalie peut également appliquer la commande auxiliaire.
On permet ainsi que le plus de phases possible de l'enroulement électrique de stator soient mises en court-circuit pour éviter les dangers ci-dessus. Dans le pire des cas, chaque phase de l'enroulement électrique de stator associée à une unité de contrôle secondaire non affectée par l'anomalie est mise en court-circuit. Dans le meilleur des cas, chaque phase de l'enroulement électrique de stator est mise en court-circuit.
Dans tout ce qui précède, le mode de commande auxiliaire peut être générique, de mêmes consignes étant appliquées dès lors qu'une anomalie est détectée dans l'architecture ou le circuit, indépendamment de la nature de cette anomalie.
En variante, le mode de commande auxiliaire peut être adapté à l'anomalie détectée, c'est-à- dire que les consignes appliquées peuvent différer selon la nature de l'anomalie détectée et/ou selon leur nombre.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel :
la figure 1 représente de façon schématique un ensemble selon un premier exemple de mise en œuvre de l'invention comprenant un convertisseur de tension continu/alternatif et l'architecture électronique pour la commande de ce dernier,
la figure 2 représente de façon schématique un ensemble selon un deuxième exemple de mise en œuvre de l'invention comprenant un convertisseur de tension continu/alternatif, un convertisseur de tension continu/continu et l'architecture électronique pour la commande de ces derniers, et
la figure 3 représente en détail l'architecture électronique de l'ensemble de la figure 2.
On a représenté à la figure 1 un 1 selon un premier exemple de mise en œuvre de l'invention. Cet ensemble 1 comprend un convertisseur de tension continu/alternatif 2 et une architecture électronique 3 pour la commande du convertisseur 2.
Dans l'exemple de la figure 1, le convertisseur de tension continu/alternatif 2 appartient à un circuit électrique 4 comprenant en outre :
- une unité de stockage d'énergie électrique 5, et
- un enroulement électrique 6 de stator d'une machine électrique.
Le convertisseur de tension continu/alternatif 2 est dans cet exemple disposé entre l'unité de stockage d'énergie électrique 5 et l'enroulement électrique 6 de manière à permettre un échange d'énergie électrique entre ces derniers.
La machine électrique est dans l'exemple considéré utilisée pour entraîner un véhicule hybride ou électrique. Il s'agit par exemple d'un moteur synchrone à aimants permanents. La machine électrique présente par exemple une puissance nominale comprise entre 10W et 10 MW, étant notamment comprise entre 100W et 200kW. Dans cet exemple, l'enroulement électrique 6 de stator est triphasé.
L'unité de stockage d'énergie électrique 5 peut être une batterie, un super-condensateur ou tout assemblage de batteries ou de super-condensateurs. Il s'agit par exemple de plusieurs branches en parallèle de batteries en série. L'unité de stockage d'énergie électrique 5 peut avoir une tension nominale comprise entre 60 V et 800 V, notamment entre 200 V et 450 V ou entre 600 V et 800 V.
Un condensateur 7 peut être monté en parallèle de l'unité de stockage d'énergie électrique 5.
Comme représenté sur la figure 1 , le circuit électrique 4 peut comprendre un connecteur 8 apte à être branché à un réseau électrique industriel délivrant une tension à 50 Hz ou 60 Hz.
Ce connecteur 8 est par exemple relié, via un filtre 10 configuré pour éliminer les interférences électromagnétiques, à un point intermédiaire 11 de chaque phase 12 de l'enroulement électrique 6 de stator. Il s'agit par exemple d'un point milieu 11 pour les phases, comme enseigné dans la demande WO 2010/057893.
Le convertisseur 2 convertit dans cet exemple la tension continue aux bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique 5 en une tension alternative triphasée alimentant l'enroulement électrique 6 de stator, pour permettre la propulsion du véhicule.
Inversement, le convertisseur 2 peut convertir la tension alternative fournie par le réseau et transitant par l'enroulement électrique 6 de stator en une tension continue alimentant l'unité de stockage d'énergie électrique 5, pour permettre la charge de celle-ci. Le connecteur 8 est alors connecté à une borne du réseau électrique.
Le convertisseur 2 comprend ici trois ponts en H 20, chaque pont en H étant formé par deux bras montés en parallèle entre les bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique 5. Chaque bras présente dans cet exemple deux cellules de commutation commandables 21 réversibles et montées en série. Une cellule de commutation 21 est par exemple formée par le montage en antiparallèle d'un transistor et d'une diode, cette dernière étant le cas échéant la diode intrinsèque du transistor. Le transistor peut être à effet de champ, de type IGBT ou bipolaire.
Dans l'exemple de la figure 1, le circuit 4 est dépourvu de convertisseur de tension
continu/continu interposé entre l'unité de stockage d'énergie électrique 5 et le convertisseur de tension continu/alternatif 2.
Les cellules de commutation 21 sont commandées par l'architecture 3, comme cela sera décrit par la suite.
La figure 2 représente un ensemble 1 selon un deuxième exemple de mise en œuvre de l'invention. Cet ensemble 1 diffère de celle qui vient d'être décrit en référence à la figure 1 par le fait que le circuit électrique 4 comprend en outre un convertisseur de tension continu/continu 25 interposé entre le condensateur 7 et l'unité de stockage d'énergie électrique 5, c'est-à-dire que le convertisseur 25 est également disposé entre ladite unité 5 et le convertisseur de tension continu/ alternatif 2. Le convertisseur de tension continu/continu 25 permet d'adapter la valeur de la tension aux bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique 5 à la valeur de la tension apte à alimenter l'enroulement électrique 6 de stator, et réciproquement. Ce convertisseur 25 est ici entrelacé, comprenant plusieurs branches. Chaque branche comprend dans cet exemple:
- un bras monté en parallèle du condensateur 7 et comprenant deux cellules de commutation 27 en série commandables et séparées par un point milieu 28,
- une bobine 29 ayant une extrémité reliée au point milieu 28 du bras et l'autre extrémité reliée à la borne positive haute tension de l'unité de stockage d'énergie électrique 5.
Dans l'exemple considéré, le nombre de branches du convertisseur 25 est égal au nombre de bras du convertisseur 2, c'est-à-dire six, et les branches sont appariées, la bobine 29 d'une branche d'une paire 30 étant en couplage magnétique avec la bobine 29 de l'autre branche de ladite paire 30.
Dans cet exemple, les cellules de commutation 21 du convertisseur de tension
continu/alternatif 2 ainsi que les cellules de commutation 27 du convertisseur de tension continu/continu 25 sont commandées par l'architecture 3.
On va maintenant décrire en référence à la figure 3 l'architecture 3 de la figure 2. Dans cet exemple non limitatif, cette architecture 3 vise à commander le convertisseur de tension continu/alternatif 2 ainsi que le convertisseur de tension continu/continu 25.
La commande du convertisseur de tension continu/alternatif 2 met en œuvre une unité de contrôle distante 35, une unité de contrôle principale 36 et une pluralité d'unités de contrôle secondaires 37. Chaque unité de contrôle secondaire 37 est dédiée à un pont en H 20 du convertisseur 3 et elle comprend dans cet exemple :
- une unité de traitement 40 des informations reçues depuis l'unité de contrôle principale 36, et
- une unité de pilotage 41 des cellules de commutation 21 du pont 20 auquel elle est dédiée. Cette unité de pilotage permet de modifier l'état de tout ou partie des cellules de commutation 20 sur la base d'informations reçues depuis l'unité de traitement 40. Cette unité de pilotage 41 est communément appelée « driver ».
Comme on peut le constater sur la figure 3, chaque unité de contrôle secondaire 37 comprend dans cet exemple une source d'énergie électrique propre 42 permettant l'alimentation électrique des différents composants de l'unité de contrôle secondaire 37 et/ou des cellules de commutation 21 du pont en H 20.
Chaque unité de contrôle secondaire 37 comprend également dans cet exemple une horloge propre 43 ainsi qu'un module de gestion de la réinitialisation de l'alimentation (« power on reset » en anglais). Chaque unité de contrôle secondaire 37 comprend également dans cette exemple une liaison 45 permettant un échange d'informations entre l'unité de traitement 40 et l'unité de pilotage 41. Ces informations permettent par exemple la commande des cellules de commutation 21 du pont en H 20 comprenant notamment des signaux de commande et des signaux d'alimentation électrique permettant de changer l'état de tout ou partie de ces cellules de commutation 21.
Comme représenté sur la figure 3, chaque unité de traitement 40 d'une unité de contrôle secondaire 37 peut être reliée par une liaison 48 à l'unité de contrôle principale 36. Cette liaison 48 permet :
- l'envoi par l'unité de contrôle principale 36 à chaque unité de traitement 40 de données pour commander, selon un mode de fonctionnement normal, les cellules de commutation 21 du pont en H 20 respectif, et
-l'envoi par l'unité de contrôle principale 36 à chaque unité de traitement 40 de données pour commander, selon un mode de fonctionnement auxiliaire, les cellules de commutation 21 du pont en H 20 respectif.
Chaque unité de pilotage 41 peut également être directement reliée à l'unité de contrôle principale 36 par une liaison 49, sans transit par l'unité de traitement 40. Cette liaison 49 peut permettre l'envoi par chaque unité de pilotage 41 des valeurs de rapport cyclique qu'elle applique aux cellules de commutation 21 du pont en H 20 auquel elle est dédiée.
Le fait que cette liaison 49 évite l'unité de traitement 40 permet de garantir qu'une anomalie affectant l'unité de traitement 40 associée à une unité de pilotage 41 au sein d'une unité de contrôle secondaire 37 n'empêchera pas l'envoi de ces valeurs de rapport cyclique à l'unité de contrôle principale.
L'architecture 3 comprend encore une horloge 50, une source d'énergie électrique 51 et un module de gestion de la réinitialisation de l'alimentation, qui sont dédiés à l'unité de contrôle principale 36.
Comme représenté, l'architecture 3 peut également comprendre un dispositif d'acquisition 55 de mesures dans le circuit électrique 4. Ce dispositif d'acquisition peut par exemple permettre d'acquérir l'un au moins parmi :
le courant circulant dans chaque bras du convertisseur de tension continu/alternatif 3, la tension aux bornes du condensateur 7, c'est-à-dire sur l'interface continue du convertisseur 3,
la température au milieu de chaque pont en H 20,
la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique, et
le couple appliqué sur ce rotor. Ces mesures peuvent être effectuées sous forme analogique jusqu'à un convertisseur analogique/numérique puis via une liaison 58 à l'unité de contrôle principale 36. La liaison 58 est par exemple une liaison synchrone série full duplex, par exemple SPI.
Cette dernière peut traiter elle-même ces informations et les utiliser pour élaborer la commande du convertisseur 3, par exemple dans le cadre d'un asservissement.
En variante, l'unité de contrôle principale 36 peut envoyer ces informations à l'unité de contrôle distante 35 à laquelle elle est reliée par une liaison 60. La liaison 60 est par exemple une liaison série synchrone full duplex, par exemple SPI. L'échange de données entre l'unité de contrôle principale 36 et l'unité de contrôle distante 35 se fait dans l'exemple de la figure 3 à travers une barrière de potentiel 61 traversée par la liaison 60.
Cette barrière de potentiel 61 fournit par exemple une isolation galvanique 62, mettant notamment en œuvre un transformateur ou un opto-coupleur. Cette barrière 61 sépare
l'environnement basse tension auquel appartient l'unité de contrôle distante 35 de
l'environnement haute tension auquel appartiennent l'unité de contrôle principale 36, les unités de contrôle secondaires 37 et le circuit électrique 4.
L'unité de contrôle principale 36 peut être maître dans sa communication avec l'unité de contrôle distante 35, celle-ci étant alors esclave.
L'unité de contrôle distante 35 peut comprendre un ou plusieurs systèmes de traitement, par exemple un ou plusieurs microcontrôleurs 65. Ce microcontrôleur 65 peut communiquer avec un superviseur 67 via une liaison CAN 66. Dans une application à un véhicule, le superviseur peut être l'unité de commande moteur (ECU) du véhicule.
L'unité de contrôle distante 35 dispose dans l'exemple décrit d'une source d'énergie électrique 68 propre. L'unité de contrôle distante 35 peut être en charge de l'élaboration des valeurs de consigne pour le courant dans chaque bras du convertisseur de tension continu/alternatif 2 et pour la tension aux bornes des bras du convertisseur 2
Le cas échéant, l'unité de contrôle distante 35 peut être associée à des organes de mesure permettant de mesurer la température dans le stator de la machine électrique et à des organes de mesure permettant de déterminer la position du rotor de la machine électrique.
Comme déjà mentionné, l'architecture 3 est dans l'exemple considéré configurée pour commander également le convertisseur de tension continu/continu 25. Pour ce faire, elle peut comprendre une deuxième unité de contrôle principale 70, étant par exemple réalisée à l'aide d'un composant similaire à celui formant l'unité de contrôle principale 36, et une pluralité d'unités de pilotage 80, chacune de ces unités de pilotage 80 étant dédiée à la commande des cellules de commutation 27 d'une paire 30 de branches. La deuxième unité de contrôle principale 70 peut communiquer via une liaison 71 avec chaque unité de pilotage 80.Similairement à ce qui a été décrit ci-dessus, la deuxième unité de contrôle principale 70 peut être associée à une source d'énergie électrique propre 73, une horloge propre 74, un module de gestion de la réinitialisation de l'alimentation, et un dispositif d'acquisition 78 permettant d'obtenir des mesures associées à des grandeurs électriques dans le convertisseur de tension continu/continu 25.
Une liaison 79 similaire à la liaison 60 permet la communication entre la deuxième unité de contrôle principale 70 et l'unité de contrôle distante 35.
Dans le cas où l'ensemble 1 est dépourvu de convertisseur de tension continu/continu 25, l'architecture 3 ne comprend pas les éléments numérotés de 70 à 79.
On va maintenant décrire un exemple de commande du convertisseur de tension
continu/alternatif 2 à l'aide de l'architecture électronique 3. Dans un mode de fonctionnement normal, aucune anomalie n'est détectée dans l'architecture 3 ou dans le circuit 4 et chaque unité de contrôle secondaire 37 applique via son unité de pilotage 41 des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation 21 du pont en H 20 respectif, ces valeurs de consigne étant élaborées sur la base d'informations acheminées à l'unité de traitement 40 depuis l'unité de contrôle distante 35 et/ou depuis l'unité de contrôle principale 36.
Les mesures acquises par le dispositif d'acquisition 55 sont par exemple transférées à l'unité de contrôle distante 35 via l'unité de contrôle principale 36. Des consignes sont alors élaborées par l'unité de contrôle distante 35 puis converties par l'unité de contrôle principale 36. Les unités de contrôle secondaires 37 récupèrent alors les consignes à appliquer à leur pont en H respectif 20, les traitent via l'unité de traitement 40 et les appliquent via leur unité de pilotage 41 à tout ou partie des cellules de commutation 21 dudit pont 20.
Les informations envoyées via la liaison 49 peuvent permettre à l'unité de contrôle principale 36 de s'assurer que les consignes correctes sont appliquées par chaque unité de pilotage 41 et qu'il n'y a donc pas d'anomalie affectant les unités de contrôle secondaires.
Les informations envoyées via la liaison 48 peuvent en outre permettre à chaque unité de contrôle secondaire 37 de s'assurer du bon fonctionnement de l'unité de contrôle principale 36.
Lorsqu'une anomalie est détectée dans l'architecture 3 ou dans le circuit électrique 4, une commande selon un mode de fonctionnement auxiliaire peut être appliquée. Selon ce mode de fonctionnement auxiliaire, tout ou partie des unités de contrôle secondaires 37 appliquent via leur unité de pilotage 41 des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation 21 de leur pont en H 20 respectif, de manière à mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H 20. On évite ainsi un freinage intempestif du véhicule ou encore une dégradation du circuit électrique par exemple. Plus précisément, le passage du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire peut se faire lorsque l'une au moins des unités de contrôle secondaire 37 détecte une anomalie affectant l'unité de contrôle principale 36. Chaque unité de contrôle secondaire 37 peut alors imposer à tout ou partie des cellules de commutation 21 du pont en H 20 respectif des valeurs de consigne permettant de mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H 20. Cette commande auxiliaire vise ainsi à fermer toutes les cellules de commutation disposées « en haut » de chaque pont en H ou à fermer toutes les cellules de commutation disposées « en bas de chaque pont en H. On aboutit alors à la mise en court-circuit de chaque phase 12 de l'enroulement électrique 6 de stator.
En variante, le passage du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire peut se faire lorsque l'unité de contrôle principale 36 détecte, notamment grâce à l'observation des données transmises via la liaison 49, une anomalie affectant au moins une unité de contrôle secondaire 37. L'unité de contrôle principale 36 peut alors imposer alors à toutes les unités de contrôle secondaires 37 d'appliquer via leur unité de pilotage 41 des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation 21 de leur pont en H 20 respectif, de manière à mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H 20.
Lorsque l'anomalie affectant l'unité de contrôle secondaire 37 lui permet d'appliquer cette commande, cette dernière ainsi que toutes les autres unités de contrôle secondaire commandent alors leur pont en H dédié de manière à ce que chaque phase 12 de l'enroulement électrique 6 de stator soit en court-circuit.
Lorsque l'anomalie affectant l'unité de contrôle secondaire 37 est telle qu'elle ne peut plus appliquer les commandes transmises par l'unité de contrôle principale 36, seules les unités de contrôle secondaires 37 fonctionnant normalement appliqueront cette commande, permettant que la phase de l'enroulement électrique de stator à laquelle elles sont chacune associées soit en court- circuit.
Dans le cas où l'enroulement électrique 6 de stator est triphasé, l'invention permet de garantir qu'au moins deux des phases 12 de cet enroulement 6 seront en court-circuit.
L'invention permet ainsi de mettre en œuvre le procédé divulgué dans la demande déposée en France le 11 avril 2012 par la Demanderesse sous le numéro 12 53337.
L'invention permet ainsi un passage à un mode de fonctionnement auxiliaire dans le cas d'une anomalie dans l'environnement basse tension du fait que l'unité de contrôle principale 36 est maître dans sa communication avec l'unité de contrôle distante 35 et dans le cas d'anomalie dans l'environnement haute tension, comme cela vient d'être expliqué.
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. L'expression « comprenant un » doit être comprise comme signifiant « comprenant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié.

Claims

Revendications
1. Architecture électronique (3) pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif (2), ledit convertisseur (2) comprenant une pluralité de bras montés en parallèle, chaque bras comprenant deux cellules de commutation (21) commandables, en série et séparées par un point milieu, les bras étant appariés selon des ponts en H (20),
l'architecture (3) comprenant :
- une unité de contrôle principale (36), configurée pour communiquer à travers une barrière de potentiel (61) avec une unité de contrôle distante (35), et
- une pluralité d'unités de contrôle secondaires (37), chaque unité de contrôle secondaire (37) étant dédiée à la commande d'un pont en H (20) respectif, et comprenant :
- une unité de traitement (40) des informations reçues depuis l'unité de contrôle principale (36), et
- une unité de pilotage (41) des cellules de commutation commandables (21) dudit pont en H (20), ladite unité de pilotage (41) étant configurée pour modifier l'état de tout ou partie desdites cellules de commutation (21) dudit pont en H (20) au moins sur la base
d'informations reçues depuis l'unité de traitement (40) correspondante.
2. Architecture selon la revendication 1, l'unité de contrôle principale (36) étant configurée pour transmettre à chaque unité de contrôle secondaire (37) des informations en provenance de l'unité de contrôle distante (35).
3. Architecture selon la revendication 1 ou 2, l'unité de contrôle distante (35), l'unité de contrôle principale (36) et les unités de traitement (40) des unités de contrôle secondaires (37) comprenant des circuits intégrés.
4. Architecture selon la revendication 3, l'unité de contrôle distante (35) comprenant au moins un microcontrôleur, l'unité de contrôle principale (36) étant un premier circuit logique programmable et les unités de traitement (40) des unités de contrôle secondaires (37) étant des deuxièmes circuits logiques programmables.
5. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque unité de contrôle secondaire (37) comprenant en outre une source d'énergie électrique (42) dédiée et une horloge (43) dédiée.
6. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une source d'énergie électrique (50) et une horloge (51) dédiées à l'unité de contrôle principale (36).
7. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque unité de traitement (40) d'une unité de contrôle secondaire (37) et l'unité de contrôle principale (36) étant reliées par une liaison (48) configurée pour permettre : - l'envoi par l'unité de contrôle principale (36) à chaque unité de traitement (40) de données pour commander, selon un mode de fonctionnement normal, les cellules de commutation (21) du pont en H (20) respectif, et
-l'envoi par l'unité de contrôle principale (36) à chaque unité de traitement (40) de données pour commander, selon un mode de fonctionnement auxiliaire, les cellules de commutation (21) du pont en H (20) respectif.
8. Architecture selon la revendication précédente, chaque unité de contrôle secondaire (37) comprenant une liaison (45) configurée pour permettre la communication entre l'unité de traitement (40) et l'unité de pilotage (41) de ladite unité de contrôle secondaire (37).
9. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque unité de pilotage (41) et l'unité de contrôle principale (36) étant reliées par une liaison (49) configurée pour permettre l'envoi par chaque unité de pilotage (41) à l'unité de contrôle principale (36) de valeurs représentatives de la commande appliquée par ladite unité de pilotage (41) à tout ou partie des cellules de commutation (21) du pont en H (20) respectif.
10. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif d'acquisition (55) d'au moins une grandeur électrique ou thermique dans le convertisseur de tension continu/alternatif (2).
11. Architecture selon la revendication 10, comprenant une liaison (58) permettant l'envoi par le dispositif d'acquisition (55) de mesures de la ou lesdites grandeurs à l'unité de contrôle principale (36).
12. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, étant en outre configurée pour commander un convertisseur de tension continu/ continu (25) électriquement connecté au convertisseur de tension continu/alternatif (3).
13. Architecture selon la revendication 12, ledit convertisseur de tension continu/continu (25) comprenant plusieurs branches entrelacées, chaque branche comprenant :
- un bras s'étendant entre deux bornes définissant l'interface basse tension et comprenant deux cellules de commutation commandables (27), en série et séparées par un point milieu (28),
- une bobine (29) ayant une extrémité reliée au point milieu (28) de la branche et l'autre extrémité reliée à la borne positive de l'interface haute tension,
le nombre de branches étant pair et les branches étant appariées, la bobine (29) d'une branche d'une paire (30) étant en couplage magnétique avec la bobine (29) de l'autre branche de ladite paire (30),
l'architecture (3) comprenant pour chaque paire (30) de branches une unité de pilotage (80) configurée pour modifier l'état de tout ou partie desdites cellules de commutation commandables (27) de ladite paire (30) de branches.
14. Procédé de commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif (2) à l'aide d'une architecture (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- dans un mode de fonctionnement normal, chaque unité de contrôle secondaire (37) applique via son unité de pilotage (41) des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation (21) du pont en H (20) respectif, ces valeurs de consigne étant élaborées sur la base
d'informations acheminées à l'unité de traitement (40) depuis l'unité de contrôle distante (35) et/ou depuis l'unité de contrôle principale (36), et
- dans un mode de fonctionnement auxiliaire, tout ou partie des unités de contrôle secondaires (37) appliquent via leur unité de pilotage (41) des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation (21) de leur pont en H (20) respectif, de manière à mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H (20).
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel on passe du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire lorsque l'on détecte une anomalie affectant l'unité de contrôle principale (36), chaque unité de contrôle secondaire (37) imposant alors à tout ou partie des cellules de commutation (21) du pont en H (20) respectif des valeurs de consigne permettant de mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H (20).
16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel on passe du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire lorsque l'on détecte une anomalie affectant au moins une unité de contrôle secondaire (37), l'unité de contrôle principale (36) imposant alors au moins aux autres unités de contrôle secondaires (37) d'appliquer via leur unité de pilotage (41) des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation (21) de leur pont en H (20) respectif, de manière à mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H (20).
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