FR2795251A1 - Dispositif d'alimentation de microprocesseur de vehicule automobile a resistance accrue aux chutes d'alimentation - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif d'alimentation d'un microprocesseur (100) de véhicule automobile, comprenant une batterie (B) et des moyens (130, 140,, 145, 160, 170) pour préserver, au cours d'une défaillance momentanée de la batterie, un niveau d'alimentation du microprocesseur (100) suffisant pour empêcher sa ré-initialisation, caractérisé en ce que ces moyens comprennent des moyens de surveillance (160) d'une tension en un point situé en amont du microprocesseur (100), prévus pour commander, lors d'une chute de la tension surveillée, une activation de moyens de préservation (135, 112) normalement non sollicités.
Description
La présente invention concerne les dispositifs d'alimentation de microcontrôleur ou microprocesseur de véhicule automobile.
On a représenté à la figure 1 un tel montage d'alimentation de microprocesseur, de type connu. Dans ce montage, un microprocesseur 100 reçoit sur son entrée d'alimentation 110 une tension délivrée par un régulateur de tension 120 qui est alimenté par une batterie B. Entre la batterie B et le régulateur 120 est connectée une borne positive d'un condensateur 130 dont la seconde borne est reliée à la masse. Une diode 140 est en outre montée passante entre la batterie B et le condensateur 130. En fonctionnement normal, la batterie B délivre une tension suffisante pour permettre le fonctionnement du régulateur 120, et pour maintenir chargé le condensateur 130.
Plus précisément, le régulateur 120 présentant en permanence une chute de tension de fonctionnement Vp entre ses bornes (Vo est la tension de déchet du régulateur 120), la diode 140 présentant entre ses bornes une chute de tension Vpt, et le microprocesseur 100 devant être alimenté avec une tension minimale Vo,t, , la batterie B doit délivrer une tension de sortie Vbat supérieure à Vout + Vp + Vpt. Cette condition est nécessaire pour que le microprocesseur reçoive en entrée une tension d'alimentation suffisante à son fonctionnement.
De plus, un module de surveillance 150 dont une entrée de mesure est connectée entre le régulateur 120 et le microprocesseur 100 est prévu pour détecter une éventuelle chute de la tension d'alimentation du microprocesseur 100, et commander alors une ré-initialisation de celui-ci. Le module de surveillance 150 reçoit pour cela, sur une seconde entrée, une tension constante Vreset à laquelle il compare la tension Vo,,t et il est prévu pour délivrer au microprocesseur 100 une tension de ré-initialisation selon le résultat de cette comparaison. La batterie B doit donc délivrer une tension supérieure à une tension Vbat supérieure à Vout + Vp + Vol pour qu'aucun signal de réinitialisation n'apparaisse en sortie du module de surveillance 150.
Les batteries courantes sont sujettes à des chutes de tension fréquentes lors de la phase de démarrage du véhicule. On a ainsi représenté à la figure 2 une chute de tension de batterie de type connu sous la dénomination 4a . Lors d'une telle chute, la tension de batterie, initialement à 12V, descend brusquement à 5V, reste quelques instants à 5V, puis remonte progressivement à 12V en passant notamment par un pallier intermédiaire à 6,5V.
Le condensateur 130 joue, au moment de cette chute, et notamment lors du creux de tension initial à 5V, un rôle de réserve d'énergie en entrée du régulateur 120.
Telle que représentée en pointillé sur cette figure, la tension en entrée du régulateur 120 présente ainsi une chute qui est amortie par la décharge du condensateur 130.
Le condensateur 130 est dimensionné pour qu'il arrive en fin de déchargement au moment où la batterie B délivre à nouveau une tension de sortie de 6,5V, cette valeur étant ici sensiblement égale à la tension minimale de fonctionnement Vo"t + Vp + Vp1 (dans un cas classique, Vout = 5V, Vo = 0,5V et Vp1 = 0,7 V).
Lorsque la chute obtenue à la sortie de la batterie B est plus sévère que celle représentée à la figure 2, et notamment lorsque le condensateur 130 ne peut maintenir la tension d'entrée du régulateur 120 au-dessus de 6,5V, la tension en entrée du microprocesseur 100 passe en dessous de Vout.
Le module 150 déclenche alors une ré-initialisation du microprocesseur 100 qui est particulièrement gênante lors de l'utilisation du véhicule.
On a proposé, pour améliorer la robustesse du dispositif vis à vis de telles chutes de tension, d'adopter un condensateur 130 de grande capacité, du type condensateur chimique. De tels condensateurs sont encombrants, onéreux et peu fiables en termes de tolérances de fabrication. L'invention vise à résoudre ces inconvénients en proposant un dispositif d'alimentation d'un microprocesseur ou microcontrôleur de véhicule, qui résiste à des chutes extrêmes de tension de batterie, et qui soit à la fois de faible volume et facile à réaliser.
Ce but est atteint selon l'invention grâce à un dispositif d'alimentation d'un microprocesseur de véhicule automobile, comprenant une batterie et des moyens pour préserver, au cours d'une défaillance momentanée de la batterie, un niveau d'alimentation du microprocesseur suffisant pour empêcher sa ré-initialisation, caractérisé en ce que ces moyens comprennent des moyens de surveillance d'une tension en un point situé en amont du microprocesseur, prévus pour commander, lors d'une chute de la tension surveillée, une activation de moyens de préservation normalement non sollicités.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles - la figure 1 représente un montage d'un circuit d'alimentation de microprocesseur, conforme à l'état de la technique ; - la figure 2 est un tracé représentatif d'une impulsion de batterie de type 4a et de tension d'alimentation obtenues avec un dispositif de type connu ; - la figure 3 est un tracé représentatif d'une impulsion de batterie de type 4b ; - la figure 4 représente un montage d'un circuit d'alimentation de microprocesseur, selon l'invention ; - la figure 5 est un tracé représentatif de l'évolution de tensions d'alimentation lors d'une impulsion de batterie avec un dispositif selon l'invention.
Le montage selon l'invention reprend la batterie B, le régulateur 120, le microprocesseur 100, le condensateur 130, et un dispositif de surveillance et de reset 150, similaires à ceux du dispositif de la figure 1. II comporte en outre deux parties essentielles supplémentaires, que sont un module comparateur 160, et un module 170 formant réserve d'énergie électrique.
Le microprocesseur 100 est ici un microprocesseur intégrant une fonction de mise en veille, c'est à dire présentant, en plus de son mode de fonctionnement normal, un mode de fonctionnement à basse consommation.
Le mode basse consommation et le mode normal sont adoptés en fonction de la valeur d'une tension de commande que reçoit le microprocesseur sur une seconde entrée 112 de ce dernier.
Le comparateur 160 a pour rôle de comparer la tension en entrée du régulateur 120 à une tension fixe de déclenchement du passage en basse consommation .
Plus précisément, le comparateur 160 présente une entrée 162 connectée entre la borne positive du condensateur 130 et l'entrée du régulateur 120. Le comparateur 160 surveille donc la tension aux bornes du condensateur 130. Entre cette entrée 162 du comparateur 160 et le régulateur 120 est en outre placée une diode 145, montée passante en direction du régulateur 120.
Une seconde entrée 164 du comparateur 160 est reliée à une source de tension constante 165. Ce comparateur 160 délivre sur sa sortie 166 une tension V,o,p qui est fonction du résultat de la comparaison entre la tension mesurée sur son entrée 162 et la tension de référence délivrée sur son entrée 164. La sortie 166 de ce comparateur 160 injecte donc une tension de commande sur l'entrée 112 du microprocesseur. Le microprocesseur 100 passe donc en mode basse consommation ou en mode normal selon le résultat de la comparaison effectuée par le module 160.
Le module 170 formant réserve d'énergie supplémentaire est constituée par une branche 170 qui s'étend parallèlement à la branche portant la borne positive du condensateur 130.
La branche 170 reliant la batterie B au régulateur 120 porte elle aussi une diode 171 passante en éloignement de la batterie B et une borne positive d'un condensateur 135 formant réserve d'énergie. Elle porte en outre un interrupteur 137 constitué par un transistor dont une entrée de commande est alimentée par la sortie 166 du comparateur 160.
Ainsi, lorsque le comparateur 160 détecte une chute de tension en amont du régulateur 120, il délivre sur sa sortie 166 une tension nulle, représentative de cette chute. Cette tension nulle, appliquée au transistor 137, le fait passer à l'état passant et le maintient dans cet état, de sorte que la réserve d'énergie supplémentaire formée par le condensateur 135 se voit alors connectée à l'entrée du régulateur 120, en plus de la réserve classique formée par le condensateur 130.
Le régulateur 120 se voit donc, en cas de déficience de la batterie, relié à deux condensateurs 130 et 135, de sorte que le régulateur est alimenté avec une tension lui permettant de maintenir le microprocesseur 100 opérationnel pendant une durée plus longue.
En outre, dans le cas d'une telle déficience, la tension nulle s'applique également sur l'entrée 112 du microprocesseur 100 et le fait passer en mode veille de sorte que le microprocesseur 100 ne consomme qu'une énergie faible.
Les deux condensateurs 130 et 135 se voient donc sollicités en déchargement selon un débit réduit. Leur effet compensateur est ainsi actif pendant une durée plus élevée, suffisante pour permettre au microprocesseur 100 de franchir une impulsion d'alimentation particulièrement sévère de la batterie.
A titre d'exemple, on a représenté à la figure 3 une impulsion de type 4b , plus sévère que l'impulsion 4a . Cette impulsion classique est constituée par une chute brutale de la tension de batterie de 12V à 3V, suivie par un palier à 3V, et un retour progressif à 12V par l'intermédiaire d'un second palier à 5V.
Telle que représentée en tirets, la tension en entrée du régulateur 120 décroît progressivement pendant l'intervalle de temps comprenant la chute, le palier à 3V et le palier à 5V, de sorte qu'elle ne rejoint la tension de batterie qu'à la fin du palier à 5V. Elle rejoint alors la tension de batterie en cours de croissance. Lorsque Vt,at baisse anormalement, le condensateur 130 commence à se décharger et maintient la tension V;, en entrée du régulateur au-dessus d'une limite de reset, de manière classique.
Le régulateur 120 présentant une tension de déchet VD, la diode 145 (montée passante entre le condensateur 130 et le régulateur 120) présentant une chute de tension à ses bornes VD3, et la diode 140 présentant une chute de tension à ses bornes VD,, lorsque la tension en sortie du condensateur 130 approche du seuil d'alimentation égal à Vout +VD3 + VD, limite de fonctionnement du microprocesseur, le comparateur 160 mesure à son entrée 162 le franchissement de la valeur Vout + VD + VD3 + o, où o est l'écart restant par rapport à la limite de fonctionnement du microprocesseur. Il commande alors le passage en mode basse consommation du microprocesseur 100 et la connexion du condensateur 135 en entrée du régulateur 120.
Le condensateur 135 est dimensionné en fonction du courant consommé par le microprocesseur 100 en mode basse consommation, et également en fonction de la tension minimale Vo,,t + VD + VD3 qu'il doit fournir pendant le creux de tension de batterie.
La valeur minimale lors de la chute de tension de batterie n'est pas la valeur la plus représentative pour le dimensionnement du condensateur 135. La durée de la chute de tension est, elle, la plus déterminante pour le dimensionnement du condensateur 135.
On prévoit avantageusement un histérésis dans le changement d'état du comparateur 160, notamment lors d'un changement vers son état de coupure de la connexion au condensateur 135. Ainsi, le comparateur 160 repasse ici dans l'état où le condensateur 135 est isolé du régulateur 120, seulement lorsque la tension en entrée du régulateur 120 est supérieure de 5 V à la tension qui avait fait passer le comparateur 160 en mode de sollicitation du condensateur 135. On assure ainsi que la batterie B ne soit pas mise à nouveau sous pleine sollicitation avant d'avoir retrouvé une faculté d'alimentation suffisante.
Le seuil de déclenchement de la stratégie dépend du microprocesseur 100, du régulateur 120 et des diodes 145 et 171 utilisés. II doit toujours être supérieur à V#set + VD + VD3. La valeur de la capacité du condensateur 130 n'est pas prépondérante quant à la robustesse du dispositif. En revanche celle du condensateur 135 l'est. Le condensateur 135 doit être dimensionné en tenant compte du courant consommé par le microprocesseur 100 en mode de veille et de la tension minimale admissible en entrée du régulateur 120.
On a représenté plus précisément un tel fonctionnement à la figure 5. Sur cette figure, la courbe 600 représente l'évolution de la tension de batterie Vbat, et la courbe 700 l'évolution de la tension en entrée du régulateur 120, lors d'une chute de tension de type 4b .
Sur la figure 5, on a en outre représenté par la courbe 800 l'évolution de la tension en sortie du comparateur 160.
Lorsque la tension Vbat chute à 3V, puis remonte à son palier à 5V, la tension en entrée du régulateur 120 chute, elle, de manière quasi linéaire jusqu'à atteindre environ 6,5V. Cette décroissance progressive est permise par la décharge du condensateur 130.
Lorsque la tension d'entrée du régulateur atteint 6,5V, la branche 170 est connectée au régulateur 120 et le microprocesseur 100 passe en mode veille . La connexion de la branche 170 fait alors brusquement passer la tension d'entrée du régulateur 120 à une valeur sensiblement égale à celle obtenue en fonctionnement normal de la batterie B.
La tension en entrée du régulateur 120 décroît ensuite progressivement tandis que la tension de batterie reste à son palier à 5V.
La diode 145 a pour effet de ne pas transmettre la tension de secours apportée par le condensateur 135 sur l'entrée de mesure 162 du comparateur et ainsi elle permet que la mesure faite par le comparateur 160 soit bien la tension fournie par la batterie B et le condensateur 130, et non par le condensateur de secours 135 lui-même.
Lorsque la tension fournie par la branche 170 repasse en-dessous de la tension Vbat - VDI - VD3, les diodes 140 et 145 redeviennent passantes de sorte que la tension d'entrée du régulateur 120 retrouve la tension Vbat - VDi - VD3 et que la tension en entrée du régulateur 120 suit la croissance de la tension Vbat à un décalage VD, + VD3 près. Lorsque la tension mesurée à l'entrée 162, passe au-delà d'une valeur de 8V, la branche 170 est alors coupée par le comparateur 160 et le microprocesseur 100 repasse alors à son fonctionnement normal.
Le fait que le comparateur 160 ne commande la coupure de la branche de secours 170 que pour une tension au point 162 de 8 V, et non pour une tension de 6,5 V, permet d'obtenir l'hystérésis précédemment mentionné.
On décrira maintenant en détail la constitution exacte du circuit proposé dans ce mode de réalisation de l'invention.
Le comparateur 160 est bâti à partir d'un amplificateur opérationnel 167 dont la sortie forme la borne de sortie 166 du comparateur, dont l'entrée positive est reliée à l'entrée de mesure 162 par l'intermédiaire d'une résistance 161 a, et dont l'entrée négative est reliée à la borne positive d'une source de tension 165.
La borne positive de l'amplificateur 167 est également reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 161b de sorte que le couple de résistances 161 a et 161 b forme un pont diviseur de tension entre le point de connexion 162 et la masse. La sortie de l'amplificateur opérationnel 167 est reliée à son entrée par une branche de retour portant successivement une diode 163a et une résistance 163b, la diode 163a étant montée passante de l'entrée vers la sortie de l'amplificateur 167.
La sortie 166 de l'amplificateur 167 est en outre reliée à l'entrée 112 du microprocesseur 100 par l'intermédiaire d'une diode 168 montée passante du microprocesseur 100 vers le comparateur 160.
La branche 170 porte, elle, en série, la diode 171, la borne positive du condensateur 135 dont la borne opposée est reliée à la masse, puis l'interrupteur 137 qui est ici formé par un transistor dont la grille de commande est reliée à la sortie 166 par l'intermédiaire d'une résistance 138 en série avec une diode 139 montée passante du transistor vers la sortie 166 du comparateur.
Une résistance 136 est en outre montée entre la grille du transistor 137 et sa borne adjacente au condensateur 135. La diode 140 et la diode 171 ont pour rôle d'empêcher que le condensateur correspondant ne se décharge vers la batterie lors d'une déficience de celle-ci. Les diodes 140 et 171 sont des diodes Schottky pour réduire au maximum les pertes entre la batterie B et le régulateur 120.
Ce dispositif permet ainsi de résister aux impulsions 4b et même aux impulsions 4c ou à de nombreux autres types de chutes de tension de batterie.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit ici. On pourra notamment prévoir des moyens à mémoire et à processeur pour réaliser la stratégie de maintien de l'alimentation du microprocesseur.
Claims (12)
1. Dispositif d'alimentation d'un microprocesseur (100) de véhicule automobile, comprenant une batterie (B) et des moyens (130, 140, ,145, 160, 170) pour préserver, au cours d'une défaillance momentanée de la batterie, un niveau d'alimentation du microprocesseur (100) suffisant pour empêcher sa ré-initialisation, caractérisé en ce que ces moyens comprennent des moyens de surveillance (160) d'une tension en un point situé en amont du microprocesseur (100), prévus pour commander, lors d'une chute de la tension surveillée, une activation de moyens de préservation (135, 112) normalement non sollicités.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de surveillance (160) comportent une sortie (164) prévue pour être reliée à une entrée de commande (112) d'un microprocesseur (100) à deux modes de fonctionnement, dont un de consommation réduite, et en ce que les moyens de surveillance (160) sont prévus pour délivrer sur cette sortie (166) un signal de mise en consommation réduite lors d'un franchissement à la baisse d'un seuil choisi pour la tension surveillée.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de préservation de l'alimentation du microprocesseur (100) comprennent un accumulateur d'énergie (135), et en ce que les moyens de surveillance sont prévus pour connecter cet accumulateur (135) en amont du microprocesseur (100) en cas de chute de la tension surveillée.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un régulateur de tension (120) disposé entre la batterie (B) et le microprocesseur (100) et en ce que la tension surveillée est la tension en un point situé en amont du régulateur (120).
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un régulateur de tension (120) disposé entre la batterie (B) et le microprocesseur (100) et en ce que les moyens de surveillance sont prévus pour connecter l'accumulateur (135) en amont du régulateur de tension (120) en cas de défaillance de la batterie (B).
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 3 et l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte un second accumulateur d'énergie électrique (130), connecté en permanence entre la batterie (B) et le régulateur de tension (120).
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une branche de secours (170) reliant la batterie (B) au régulateur de tension (120), connectée, entre la batterie (B) et le régulateur (120), à une borne de l'accumulateur d'énergie (135), et portant un interrupteur (137) commandé par le moyen de surveillance (160).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la branche de secours (170) porte, en série entre la batterie (B) et le régulateur (120), successivement une diode (171), une borne de l'accumulateur (135) et l'interrupteur (137).
9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la branche de secours (170) portant l'interrupteur (137) est placée en parallèle d'une branche reliant la batterie (B) au régulateur (120) en passant par une borne d'un deuxième accumulateur (130).
10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la tension surveillée est la tension en un point - situé sur une branche d'alimentation reliant la batterie (B) et le régulateur (120), - ce point étant en amont par rapport à un point de raccord entre cette branche et la branche de secours (170) et, - séparé de ce point de raccord par une diode (145) montée passante en direction du régulateur (120).
11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une diode (171) entre la batterie (B) et l'accumulateur d'énergie (135) qui est sollicité en cas de chute, montée passante de la batterie (B) vers cet accumulateur d'énergie (135).
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'accumulateur d'énergie (135) est un condensateur.
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1999
- 1999-06-17 FR FR9907668A patent/FR2795251B1/fr not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20070228 |