FR2958463A1 - Circuit electrique pour vehicule automobile muni d'un redresseur autonome - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un circuit électrique (101, 103) pour véhicule automobile destiné à être relié à une batterie (500) fournissant une alimentation audit circuit électrique et à un moteur thermique dudit véhicule lors de son démarrage, ce circuit (101, 103) étant muni d'un redresseur (100) de tension permettant de maintenir la tension fournie par la batterie (500) à un niveau satisfaisant lorsque ladite batterie (500) alimente le démarrage du moteur thermique, caractérisé en ce que le redresseur (100) comprend un interrupteur (102), muni d'une diode (104) associée à un transistor (106), et un condensateur (108) associé à un oscillateur (110) à hystérésis, une première borne (1081) du condensateur (108) étant reliée à une première borne (1021) de l'interrupteur, et une seconde borne (1083) du condensateur étant reliée à une borne (1063) de commande du transistor (106) de telle sorte que le transistor (106) puisse alterner un état passant avec un état bloqué correspondant , respectivement, à un état de décharge ou à un état de charge dudit condensateur (108).

Description

Circuit électrique pour véhicule automobile muni d'un redresseur autonome

Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un circuit électrique pour véhicule automobile muni d'un redresseur autonome ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel circuit électrique. Il est connu de munir les véhicules automobiles d'un dispositif redresseur de tension visant à fournir une alimentation électrique d'appoint à une batterie lorsque cette dernière fournie l'énergie nécessaire au démarrage d'un moteur thermique du véhicule.

De fait, le démarrage d'une batterie requiert une part importante de l'énergie fournie par une batterie ù un ampérage de l'ordre de 200 à 800 ampères étant requis ù de telle sorte que, dans le circuit électrique du véhicule habituellement alimenté par la batterie, une chute de tension peut se produire.

Typiquement, la tension fournie par une batterie de véhicule automobile diminue ainsi de 12 V ù requis par un circuit de véhicule ù à 7 ou 8 V lors de cette phase de démarrage du moteur thermique. Une telle baisse de tension provoque le dysfonctionnement de nombreux équipements, tant de conforts ù comme par exemple la radio ou la climatisation ù comme de conduite ù comme par exemple le système antiblocage des roues ou le système d'assistance au freinage, ce qui est difficilement acceptable. Pour résoudre ce problème, il est connu d'associer à la batterie un dispositif, dénommé par la suite redresseur, visant à maintenir la tension du réseau électrique d'un véhicule automobile autour d'une valeur souhaitée, typiquement de 12V. Toutefois, un tel redresseur connu présente de nombreux inconvénients. Notamment, un redresseur connu est généralement électromécanique et requiert une place importance qui n'est pas toujours disponible dans l'espace restreint d'un véhicule.

En outre, les redresseurs connus présentent des rendements faibles compte tenu de fuite de tensions importantes dans leur fonctionnement, notamment au niveau des interrupteurs requis pour activer/désactiver un redresseur en fonction de l'alimentation absente/présente d'un moteur ther- mique. De plus, les redresseurs connus sont généralement commandés au moyen de contrôleurs pouvant eux-mêmes présenter des défaillances en cas de tension insuffisante dans le circuit électrique. La présente invention vise à résoudre au moins un de ces problèmes, dont l'importance augmente avec l'utilisation croissante de système « stop&go » qui arrête les moteurs thermiques dès que le véhicule est à l'arrêt pour des raisons environnementales. C'est pourquoi, la présente invention concerne un circuit électrique pour véhicule automobile destiné à être relié à une batterie fournissant une alimentation audit circuit électrique et à un moteur thermique dudit véhicule lors de son démarrage, ce circuit étant muni d'un redresseur de tension permettant de maintenir la tension fournie par la batterie à un niveau satisfaisant lorsque ladite batterie alimente le démarrage du moteur thermique, caractérisé en ce que le redresseur comprend un interrupteur, muni d'une diode associée à un transistor, et un condensateur associé à un oscillateur à hystérésis, une première borne du condensateur étant reliée à une borne de l'interrupteur, et une seconde borne du condensateur étant reliée à une borne de commande du transistor de telle sorte que le transistor puisse alterner un état passant avec un état bloqué correspondant, respectivement, à un état de décharge ou à un état de charge dudit condensateur. Grâce à l'invention, le redresseur du circuit automobile est autonome et fournit une tension d'appoint qui permet de maintenir le circuit électrique à une tension satisfaisante. En outre, la tension fournit par le redresseur autonome alterne entre deux valeurs, grâce au phénomène d'hystérésis, ce qui permet de maintenir la tension du circuit électrique de façon stable et indépendante de faibles variations de tension.

En outre, l'invention met en oeuvre un redresseur dont la fonction d'interrupteur est mise en oeuvre par un transistor, ce qui présente de nombreux avantages. Par exemple, un interrupteur au silicium présente des fuites et des chutes de tension relativement faibles, inférieures à 100 mV, lors de son fonctionnement, ce qui améliore le rendement du redresseur. Finalement, il convient de noter que l'espace requis par un transistor est très faible par comparaison à un relais électromécanique, ce qui représente un gain de place dans l'installation du circuit à bord d'un véhicule. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mention- nées, le circuit selon l'invention peut avantageusement comporter une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires suivantes, considérées de manière isolée ou selon toute combinaison techniquement réalisable : - la diode est associée au transistor par une mise en dérivation de telle sorte que, d'une part, la première borne de l'interrupteur correspond à une première borne de la diode et à la source du transistor et, d'autre part, qu'une seconde borne de l'interrupteur correspond à une seconde borne de la diode et au drain du transistor. - la borne de commande du transistor est la grille du transistor. - le transistor est du type MOSFET. - l'oscillateur à hystérésis comprend des moyens à induction pour mettre en oeuvre une étape de stockage d'énergie dans un circuit magnétique et une étape de restitution de cette énergie. - l'oscillateur à hystérésis comprend un dispositif du type Flyback. - le circuit électrique comprend un composant survolteur en parallèle au redresseur. - le circuit électrique comprend un relais électromécanique en parallèle. - le circuit électrique comprend des moyens pour fournir une tension comprise entre 4 et 8V, de préférence entre 5 et 7V, entre les bornes de l'interrupteur.

La présente invention se rapporte également à un procédé d'assemblage d'un circuit électrique pour véhicule automobile destiné à être relié à une batterie fournissant une alimentation audit circuit électrique et à un moteur thermique dudit véhicule lors de son démarrage, ce circuit étant muni d'un redresseur de tension permettant de maintenir la tension fournie par la batterie à un niveau satisfaisant lorsque ladite batterie alimente le démarrage du moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape d'assembler un redresseur, comprenant un interrupteur muni d'une diode associée à un transistor, et un condensateur associé à un oscillateur à hystérésis, de telle sorte qu'une première borne du condensateur soit reliée à une borne de l'interrupteur et qu'une seconde borne du condensateur soit reliée à une borne de commande du transistor afin que le transistor puisse alterner un état passant avec un état bloqué correspondant, respectivement, à un état de décharge ou à un état de charge dudit condensateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux différentes figures annexées qui montrent : - à la figure 1, une représentation des composants électriques mis en oeuvre dans un redresseur conforme à l'invention, - aux figures 2, 3 et 4, des mesures de différents paramètres mesurés dans le redresseur décrit à la figure 1, et - aux figures 4 et 5, des réalisations de circuits électriques conformes à l'invention.

Description des formes de réalisation préférées de l'invention Les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références.

En référence à la figure 1, un redresseur 100 de tension conforme à l'invention permet de maintenir la tension fournie par une batterie à un niveau satisfaisant lorsque ladite batterie alimente le démarrage du moteur thermique et, de ce fait, présente une baisse de tension. A cet effet, un tel redresseur 100 fournit une tension d'appoint de l'ordre de 5 à 7V afin de combler la chute de tension subie par la transmission au moteur thermique d'une part importante de l'énergie fournie par la batterie. Conformément à l'invention, le redresseur 100 est caractérisé en ce qu'il comprend un interrupteur 102, muni d'une diode 104 associée à un transistor 106, et un condensateur 108 associé à un oscillateur à hystérésis 110 de telle sorte que : - une première borne 1081 du condensateur est reliée à une première borne 1021 de l'interrupteur 102, et - une seconde borne 1083 du condensateur est reliée à une borne 1063de commande du transistor 106. Comme expliqué en détail ci-dessous, la diode 104 alterne alors un état passant avec un état bloqué correspondant, respectivement, à un état de décharge ou à un état de charge dudit condensateur 108. Plus précisément, il convient de noter que, dans cette réalisation, la diode 104 est associée au transistor 106 par une mise en dérivation de telle sorte que, d'une part, la première borne 1021 de l'interrupteur 102 correspond à une première borne 1041 de la diode et à la source 1061 du transistor 106. D'autre part, une seconde borne 1022 de l'interrupteur 102 correspond à une seconde borne 1042 de la diode 104 et au drain 1062 du transistor. En outre, il convient de noter que le transistor 106 est du type MOSFET, pour « metal-oxyde field effect transistor » en anglais.

Finalement, comme déjà indiqué, la borne 1063 de commande du transistor, ou grille, est reliée à la deuxième borne 1083 du condensateur. Dès lors, l'état ouvert ou fermé du transistor 106 est commandé par l'état chargé ou déchargé du condensateur 108 comme décrit ultérieurement.

Ainsi le transistor 106 est fermé (ou passant) lorsque la tension aux bornes dudit condensateur 108 atteint la tension seuil Vth de fermeture du transistor 106. Par ailleurs, l'utilisation de la diode 104 permet de maintenir un cycle de fermeture et d'ouverture du transistor 106 indépendamment de tout signal de commande. En effet, cette diode 104 suit un cycle dans lequel alterne deux états, passant ou fermé, qui commande l'état en charge ou décharge du condensateur 108 et, indirectement, la fermeture puis l'ouverture du transistor 106, comme décrit ci-dessous en référence aux figures 2, 3 et 4 qui représente respectivement, selon un même axe de temps 200, la tension 202 (ou Vd) entre les bornes 1021 et 1022 de l'interrupteur 102, la tension 204 (ou Vg) entre la grille et la source du transistor Mosfet 106 et la tension 206 (ou Vcg) entre les bornes du condensateur 108. En considérant dans un premier temps que la diode 104 est passante, il existe une tension de l'ordre de 0.6V entre ses bornes 1041 et 1042 et, par conséquent, entre les bornes 1021 et 1022 de l'interrupteur 102. Cette tension entraîne une charge du condensateur 108 puisque la borne 1081 du condensateur 108 est reliée à la borne 1021 de l'interrupteur tandis que l'autre borne 1082 du condensateur 108 est reliée à la sortie d'un oscillateur 110 assurant une différence de tension entre les deux bornes du condensateur. Plus précisément, cet oscillateur 110 est du type Flyback mettant en oeuvre une étape de stockage d'énergie dans un circuit magnétique et une étape de restitution de cette énergie. A cet effet, cet oscillateur 110 met en oeuvre un cycle d'hystérésis, par exemple au moyen d'une fonction trigger de Schmidt, permettant de modifier les seuils de basculement d'une tension de l'ordre de 2V de telle sorte que, comme montré sur la figure 4, la charge du condensateur se produit lorsqu'une tension de 5V est atteinte entre ses bornes et atteint une charge de 7V. En référence à la figure 9 le fonctionnement de l'oscillateur Flyback110 peut être décrit de la manière suivante : L'apparition d'une tension positive de 0,6V sur la borne 1081 du condensateur 108 entraîne la conduction de la base d'un transistor 900 (ou T) puis de son collecteur. Un courant ainsi collecté amplifie un courant de base ce qui entraîne l'apparition d'une tension aux bornes de l'inductance 902 (ou Npl) proportionnel au produit de l'inductance de 902 par le courant de collecteur. Cette tension se retrouve sur une seconde bobine 904 (ou Np2) et s'additionne à la tension déjà existante entre les bornes de l'oscillateur, verrouillant le transistor à l'état passant.

Ce courant finit par saturer la bobine qui va présenter une variation de flux magnétique opposée et induire une tension opposée au niveau de la bobine 904, qui va s'opposer à la tension entre les bornes de l'oscillateur et bloquer le transistor 900.

Le blocage du transistor 900 entraîne le transfert de l'énergie stockée dans l'inductance 902 vers la capacité 108 (Cg) à travers une diode D. Par ailleurs, en référence aux figures 7 et 8, le fonctionnement du bloc à hystérésis peut être décrit de la manière suivante: L'entrée en tension Vcg, aux bornes du condensateur 108, représente une réserve d'énergie Cg. Durant la recharge dudit condensateur 108 par l'oscillateur, la tension Vg de contrôle du transistor est à 0V, maintenue par une résistance R27b. Lorsque l'oscillateur accroît suffisamment ladite tension Vg, la tension Vgt entre la grille et la source du transistor M2 finie par dépasser le seuil de conduction dudit transistor M2 - situé à 2V dans cette réalisation û ce qui entraîne la conduction d'un transistor M1 à travers le drain de M 2. Cette conduction de M1 entraîne l'application de la tension Vcg à la sortie du dispositif (Vg). Cette tension Vg de sortie commande alors, d'une part, la fermeture de l'interrupteur commandé S1 et; d'autre part, via une résistance R28, une augmentation de la tension Vgt de commande du transistor M2. Cet accroissement de tension de Vg, passant de OV à Vcg, entraîne le verrouillage de ladite tension Vg sur la valeur Vcg. Par ailleurs, la décharge lente du condensateur 108 (Cg) entraîne une diminution de la tension Vcg à ses bornes, qui devra descendre en dessous du seuil fixé par les résistances R4, R25 et R28 pour entraîner le blocage du transistor M2 et, par conséquence, l'ouverture du transistor M1 et la chute de la tension en sortie (Vg) qui entraîne également une chute de la tension Vgt et le verrouillage de M2, c'est-à-dire le verrouillage de l'interrupteur.

Comme précédemment indiqué, cette charge du condensateur 108 se produit jusqu'à ce qu'une tension Vth, égale à la tension de fermeture du transistor 106, soit présente entres ses bornes 1081 et 1082. Dans ce cas, le transistor 106 devient passant et, par conséquent, ferme l'interrupteur 102 sans induire, de façon pratique, de chute de tension. De fait, la chute de tension induite par un transistor MOSFET lors de son ouverture est de l'ordre de 100 mV, ce qui est très satisfaisant pour l'application considérée.

Par ailleurs, le courant traversant le transistor 106 entraîne une décharge du condensateur 108 dont la tension Vg diminue jusqu'à atteindre la tension de commande de fermeture du transistor Vth comme déjà décrit. En référence à la figure 5 est représentée une réalisation de l'invention mettant en oeuvre un survolteur 502, par exemple du type UCAP caractérisé par une capacité de forte valeur, ici de l'ordre de 600 Farad chargée sous 2,4V, qui est brutalement additionné au réseau batterie +12v. En phase de démarrage le survoltage du réseau +12V par l'Ucap assiste le démarrage ou permet de maintenir le réseau +12v à un niveau de tension compatible des équipements de bord.

Un tel survolteur est mis en série avec une batterie 500 destinée à alimenter le circuit électrique du véhicule et un moteur thermique ùnon représenté ù à son démarrage. Dans ce cas, le redresseur 100 est mis en oeuvre pour assurer une continuité dans l'alimentation du circuit électrique et à une tension acceptable en cas de panne ou de dysfonctionnement du survolteur En référence à la figure 6, une réalisation de l'invention met en oeuvre un relais électromécanique 600 permettant, dans une position ouverte, d'assurer une ouverture permanente de l'interrupteur 102 et, dans une position fermée, d'assurer une fermeture permanente de l'interrupteur 102.

Ainsi, ce relais 600 a une fonction de mémoire non volatile qui peut être complémentaire de l'utilisation d'un redresseur 100 conforme à l'invention.30

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Circuit électrique (101, 103) pour véhicule automobile destiné à être relié à une batterie (500) fournissant une alimentation audit circuit électrique et à un moteur thermique dudit véhicule lors de son démarrage, ce circuit (101, 103) étant muni d'un redresseur (100) de tension permettant de maintenir la tension fournie par la batterie (500) à un niveau satisfaisant lorsque ladite batterie (500) alimente le démarrage du moteur thermique, caractérisé en ce que le redresseur (100) comprend un interrupteur (102), muni d'une diode (104) associée à un transistor (106), et un condensateur (108) associé à un oscillateur (110) à hystérésis, une première borne (1081) du condensateur (108) étant reliée à une première borne (1021) de l'interrupteur, et une seconde borne (1083) du condensateur étant reliée à une borne (1063) de commande du transistor (106) de telle sorte que le transistor (106) puisse alterner un état passant avec un état bloqué correspondant, respectivement, à un état de décharge ou à un état de charge dudit condensateur (108).
2. 2. Circuit électrique (101, 103) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la diode (104) est associée au transistor (106) par une mise en dérivation de telle sorte que, d'une part, la première borne (1021) de l'interrupteur (102) correspond à une première borne (1041) de la diode (104) et à la source (1061) du transistor (106) et, d'autre part, qu'une seconde borne (1022) de l'interrupteur (102) correspond à une seconde borne (1042) de la diode (104) et au drain (1062) du transis- tor (106).
3. 3. Circuit électrique (101, 103) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la borne (1063) de commande du transistor est la grille du transistor.
4. 4. Circuit électrique (101, 103) selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que le transistor (106) est du type MOSFET.
5. 5. Circuit électrique (101, 103) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'oscillateur à hystérésis comprend desmoyens à induction pour mettre en oeuvre une étape de stockage d'énergie dans un circuit magnétique et une étape de restitution de cette énergie.
6. 6. Circuit électrique (101, 103) selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'oscillateur à hystérésis (110) comprend un dispositif du type Flyback.
7. 7. Circuit électrique (101) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un composant survolteur en parallèle au redresseur (100).
8. 8. Circuit électrique (103) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un relais électromécanique en parallèle.
9. 9. Circuit électrique (101, 103) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour fournir une tension comprise entre 4 et 8V, de préférence entre 5 et 7V, entre les bornes de l'interrupteur.
10. 10. Procédé d'assemblage d'un circuit électrique (101, 103) pour véhicule automobile destiné à être relié à une batterie fournissant une alimentation audit circuit électrique et à un moteur thermique dudit véhicule lors de son démarrage, ce circuit étant muni d'un redresseur (100) de tension permettant de maintenir la tension fournie par la batterie à un niveau satisfaisant lorsque ladite batterie alimente le démarrage du moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape d'assembler un redresseur (100), comprenant un interrupteur (102) muni d'une diode (104) associée à un transistor (106), et un condensateur (108) associé à un oscillateur à hystérésis (110), de telle sorte qu'une première borne du condensateur soit reliée à une borne de l'interrupteur et qu'une seconde borne du condensateur soit reliée à une borne de commande du transistor afin que le transistor puisse al- terner un état passant avec un état bloqué correspondant, respectivement, à un état de décharge ou à un état de charge dudit condensateur.