FR2960722A1 - Coupleur puissance/donnees a annulation de flux basse frequence - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne selon un premier aspect un coupleur puissance/données destiné à être relié à une ligne électrique mutualisée (1) pour la transmission de puissance en basse fréquence et la transmission d'un signal numérique de données en haute fréquence, comprenant un premier circuit magnétique (CM1) présentant des enroulements de puissance (EP1, EP2) et au moins un enroulement (ETx, ERx) destiné à être relié à des moyens d'émission-réception de données numériques et dans lequel en utilisation la puissance génère un flux magnétique dans la partie basse du spectre et le signal numérique génère un flux magnétique dans la partie haute du spectre, caractérisé en ce qu'il comporte un second circuit magnétique (CM2) couplé au premier circuit magnétique (CM1) par l'intermédiaire d'un enroulement de couplage (EC), le second circuit magnétique (CM2) présentant des enroulements de puissance (EP3, EP4) bobinés en sens inverse des enroulements de puissance (EP1, EP2) du premier circuit magnétique (CM1)
Description
DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine de l'invention est celui des équipements avioniques. L'invention concerne plus précisément les systèmes avioniques comprenant un contrôleur central et un ou plusieurs équipements périphériques distants reliés au contrôleur central par l'intermédiaire d'une ligne électrique mutualisée pour la transmission de puissance du contrôleur central vers le ou les équipements périphériques et l'échange bidirectionnel simultané (« full duplex ») de données numériques entre le contrôleur central et le ou les équipements périphériques. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Les systèmes avioniques comprennent aujourd'hui des périphériques distants de type capteurs ou actionneurs de plus en plus intelligents. II s'agit notamment d'équipements critiques de commande de vol, par exemple des vérins électriques, qui sont non seulement commandés par le contrôleur central mais également aptes à élaborer des rapports destinés au contrôleur central.
Un canal de communication full duplex (communication bidirectionnelle simultanée) entre le contrôleur central et un périphérique distant s'avère alors nécessaire d'une part pour que le contrôleur central puisse transmettre ses ordres et consignes au périphérique distant et d'autre part pour que le périphérique puisse faire remonter ses rapports au contrôleur central.
Les échanges de données sont typiquement de l'ordre de 10 000 échantillons par seconde, de sorte qu'une bande passante d'au moins 1 Mbits s'avère nécessaire. On relèvera que les besoins en termes de bande passante sont plus particulièrement élevés lorsque le périphérique forme avec le contrôleur central une boucle d'asservissement.
On souhaite ainsi d'une part alimenter en puissance électrique un périphérique distant (plusieurs kW, typiquement 5 à 10kW, sous des tensions élevées, typiquement 230 Vac par actionneur) et d'autre part assurer un canal de communication bidirectionnel simultané avec un périphérique distant (jusqu'à 50m typiquement) avec un débit d'informations utiles d'au moins 1 Mbits/s.
Dans l'objectif de réduire l'encombrement pour répondre aux contraintes d'intégration au sein d'un avion, il a été proposé par la Demanderesse dans la demande de brevet WO 2010/043613, de regrouper sur un même support physique (ligne bifilaire de puissance) un signal numérique de débit 1 Mbps et une alimentation de puissance de quelques dizaines de kiloWatts. La mise en oeuvre de filtrages passe-bas (pour la partie puissance) et passe-haut (pour la partie données) permet dans ce cadre de séparer les signaux d'alimentation des signaux de données transitant sur la même ligne. Afin de réduire l'encombrement et le volume de la partie de filtrage passe-bas qui doit être configurée de manière à ne pas saturer, la Demanderesse a par ailleurs proposé dans la demande de brevet FR 0859033 déposée le 23 décembre 2008 de : réaliser le couplage entre puissance et données à l'aide d'un circuit magnétique dans lequel en utilisation, lorsque la ligne mutualisée véhicule puissance et données, la puissance génère un flux magnétique dans la partie basse du spectre (0 à 100 kHz typiquement) et le signal numérique génère un flux magnétique dans la partie haute du spectre (1 à 10 MHz typiquement) ; et de générer dans le circuit magnétique, à l'aide d'une électronique particulière (générateur de courant, etc..), un flux magnétique de basse fréquence, dit flux démagnétisant, de sens opposé au flux magnétique généré par la puissance. On vient de la sorte réduire le flux de basse fréquence, et dans la mesure où les puissances mises en jeux par la transmission de données sont faibles (typiquement de l'ordre d'une centaine de milliWatt), il s'avère alors possible de réduire la taille du circuit magnétique. Cette solution présente toutefois les inconvénients suivants. Elle nécessite d'une part une électronique active pour générer le flux démagnétisant, cette électronique pouvant présenter des difficultés à garantir la fonction de démagnétisation et donc venir impacter la fiabilité de l'équipement. Il a par ailleurs été observé que des capacités parasites de la fonction de démagnétisation sont susceptibles de venir modifier la forme d'onde du signal, entraînant une limitation de la bande passante et donc une dégradation de la fonction de transmission des données.30 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objectif de proposer une technique qui permet de passer outre ces inconvénients, et propose à cet effet un coupleur puissance/données destiné à être relié à une ligne électrique mutualisée pour la transmission de puissance en basse fréquence et la transmission d'un signal numérique de données en haute fréquence, comprenant un premier circuit magnétique présentant des enroulements de puissance et au moins un enroulement destiné à être relié à des moyens d'émission-réception de données numériques et dans lequel en utilisation la puissance génère un flux magnétique dans la partie basse du spectre et le signal numérique génère un flux magnétique dans la partie haute du spectre, caractérisé en ce qu'il comporte un second circuit magnétique couplé au premier circuit magnétique par l'intermédiaire d'un enroulement de couplage, le second circuit magnétique présentant des enroulements de puissance (EP3, EP4) bobinés en sens inverse des enroulements de puissance du premier circuit magnétique.
Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce coupleur sont les suivants : l'enroulement de couplage est associé à un filtre configuré pour assurer un couplage entre le premier et le second circuits magnétiques dans la partie basse du spectre mais pas dans la partie haute du spectre ; le filtre est de type passe-bas, assurant un couplage entre le premier et le second circuits magnétiques uniquement dans la partie basse du spectre ; le filtre de type coupe-bande assurant un couplage entre le premier et le second circuits magnétiques dans la partie basse du spectre et dans la très haute partie du spectre ; le filtre est passif ; il comprend en outre une capacité de rebouclage agencée pour forcer le chemin des composantes hautes fréquences ; il comprend sur le premier circuit magnétique un enroulement dédié à l'émission de données et un enroulement dédié à la réception de données. Selon un second aspect, l'invention concerne un dispositif formant contrôleur 30 central destiné à être relié à un ou plusieurs périphériques distants par l'intermédiaire d'une ligne électrique mutualisée pour la transmission de puissance en basse fréquence du contrôleur central vers le périphérique distant et pour l'échange de données en haute fréquence entre le contrôleur central et le périphérique distant, caractérisé en ce qu'il comporte un coupleur selon le premier aspect de l'invention.
Selon un troisième aspect, l'invention concerne un périphérique distant destiné à être relié à un contrôleur central par l'intermédiaire d'une ligne électrique mutualisée pour la transmission de puissance en basse fréquence du contrôleur central vers le périphérique distant et pour l'échange de données en haute fréquence entre le contrôleur central et le périphérique distant, caractérisé en ce qu'il comporte un coupleur selon le premier aspect de l'invention. Selon encore un autre aspect, l'invention concerne un système comprenant un dispositif formant contrôleur central selon le second aspect de l'invention, un ou plusieurs dispositifs formant périphérique distant selon le troisième aspect de l'invention, et une ligne électrique mutualisée pour la transmission de puissance en basse fréquence du contrôleur central vers le ou les périphériques distants et pour l'échange de données en haute fréquence entre le contrôleur central et le ou les périphériques distants. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence à la figure unique annexée représentant un mode de réalisation possible d'un coupleur selon le premier aspect de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Selon un premier aspect, l'invention concerne un coupleur puissance/données destiné à être relié à une ligne électrique mutualisée pour la transmission de puissance en basse fréquence d'un contrôleur central vers un ou plusieurs périphériques distants et la transmission bidirectionnelle simultanée (full duplex) d'un signal numérique de données en haute fréquence entre le contrôleur et le ou les périphériques.
En référence à la figure 1, le coupleur comprend un premier circuit magnétique CM1 dans lequel en utilisation, lorsque la ligne mutualisée 1 véhicule puissance et données, la puissance génère un flux magnétique dans la partie basse du spectre (0 à 100 kHz typiquement) et le signal numérique génère un flux magnétique dans la partie haute du spectre (1 à 10 MHz typiquement). Sur la figure 1, la référence commune 2 vise à la fois à représenter un générateur de puissance (cas où le coupleur est intégré au sein du contrôleur central) et un récepteur de puissance (charge), par exemple un onduleur (cas où le coupleur est intégré au sein d'un périphérique distant de type actionneur).
Le premier circuit magnétique CM1 comprend deux enroulements de puissance EP1 et EP2 réalisant le couplage entre la partie puissance et la partie numérique et reliés d'une part à la ligne électrique mutualisée 1 et d'autre part au récepteur de puissance 2. Le premier circuit magnétique CM1 comprend en outre au moins un enroulement destiné à être relié à des moyens d'émission-réception de données numériques. De manière préférentielle, et comme cela est représenté sur la figure 1, on prévoit deux enroulements ETx, ERx destinés à être reliés aux moyens d'émission-réception de données numériques, l'un desdits enroulements ETx étant consacré à l'émission de données tandis que l'autre desdits enroulements ERx est consacré à la réception de données. Ceci permet notamment d'éviter que la lecture du signal HF circulant sur la ligne 1 soit entachée d'impulsions parasites apportées par des défauts de bobinage (inductance de fuite) qui peuvent être de forte amplitude et difficiles à supprimer lorsqu'un seul enroulement est utilisé. Toujours en référence à la figure 1, le coupleur selon le premier aspect de l'invention comporte en outre un second circuit magnétique CM2 couplé au premier circuit magnétique CM1 par l'intermédiaire d'un enroulement de couplage EC, le second circuit magnétique CM2 présentant des enroulements de puissance EP3, EP4 bobinés en sens inverse des enroulements de puissance EP1, EP2 du premier circuit magnétique CM1.
L'enroulement de couplage EC est associé à un filtre F configuré pour assurer un couplage entre les circuits magnétiques dans la partie dite basse du spectre, mais ne pas assurer un tel couplage dans la partie dite haute du spectre. L'enroulement de couplage se comporte alors comme une spire fermée en court-circuit pour les basses fréquences, et comme un circuit ouvert pour les hautes fréquences. Les enroulements de puissance étant bobinés en sens inverse, la circulation du courant I1 va créer dans le premier circuit magnétique CM1 un premier flux magnétique 01 et dans le second circuit magnétique CM2 un second flux magnétique (P2 opposé au premier flux magnétique (P1. Du fait du couplage basse fréquence entre les deux circuits magnétiques, les flux 01 et (P2 vont s'additionner et donc s'annuler. On garantit ainsi l'auto-démagnétisation basse fréquence du coupleur. Le filtre F est de préférence un filtre passif. Le filtre F peut être du type passe-bas, en étant ainsi configuré pour assurer un couplage entre les circuits magnétiques uniquement dans la partie basse du spectre. Le filtre passe-bas peut par exemple être configuré pour ne laisser passer que les fréquences inférieures à 300 kHz. L'enroulement de couplage se comportant comme un circuit ouvert pour les hautes fréquences, la transmission et la réception des données sur le premier circuit magnétique CM1 sont alors garanties. Le second circuit magnétique CM2 fonctionne alors comme une « self de choc » pour les hautes fréquences, et un condensateur de liaison CHF peut être prévu afin de venir forcer le chemin des composantes HF. En variante, le filtre F peut être du type coupe bande, en étant configuré pour assurer un couplage entre les circuits magnétiques dans la partie basse du spectre et dans la très haute partie du spectre, tout en évitant un tel couplage dans la partie dite haute du spectre et correspondant à l'échange de données. Le filtre coupe-bande présente par exemple les fréquences 300 kHz et 5 MHz comme fréquences de coupures. Cette variante présente l'avantage de permettre d'éliminer également les très hautes fréquences parasites issues par exemple de perturbations environnementales ou encore générées par des harmoniques issues des périphériques distants. On aura compris de ce qui précède que dans le coupleur selon le premier aspect de l'invention, la basse fréquence (puissance) s'annule sans interventions externes alors qu'un chemin haute fréquence (communication) est forcé afin de transmettre les données vers la ligne mutualisée. Un tel coupleur ne nécessite ainsi aucune électronique active, ce qui en améliore la fiabilité. II permet par ailleurs de s'affranchir des problèmes de bande passant rencontrés avec les techniques antérieures.
On relèvera que l'invention n'est pas limitée à un coupleur selon son premier aspect, mais s'étend également à un contrôleur central ou à un périphérique distant incorporant un tel coupleur, ainsi qu'à un système formé d'un contrôleur central incorporant un tel coupleur, d'un ou plusieurs périphériques distants incorporant chacun un tel coupleur et d'une ligne électrique mutualisée pour la transmission de puissance et l'échange bidirectionnel simultané de données numériques.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Coupleur puissance/données destiné à être relié à une ligne électrique mutualisée (1) pour la transmission de puissance en basse fréquence et la transmission d'un signal numérique de données en haute fréquence, comprenant un premier circuit magnétique (CM1) présentant des enroulements de puissance (EP1, EP2) et au moins un enroulement (ETx, ERx) destiné à être relié à des moyens d'émission-réception de données numériques et dans lequel en utilisation la puissance génère un flux magnétique dans la partie basse du spectre et le signal numérique génère un flux magnétique dans la partie haute du spectre, caractérisé en ce qu'il comporte un second circuit magnétique (CM2) couplé au premier circuit magnétique (CM1) par l'intermédiaire d'un enroulement de couplage (EC), le second circuit magnétique (CM2) présentant des enroulements de puissance (EP3, EP4) bobinés en sens inverse des enroulements de puissance (EP1, EP2) du premier circuit magnétique (CM1).
- 2. Coupleur selon la revendication 1, dans lequel l'enroulement de couplage (EC) est associé à un filtre (F) configuré pour assurer un couplage entre le premier et le second circuits magnétiques dans la partie basse du spectre mais pas dans la partie haute du spectre.
- 3. Coupleur selon la revendication 2, dans lequel le filtre (F) est de type passe-bas, assurant un couplage entre le premier et le second circuits magnétiques uniquement dans la partie basse du spectre.
- 4. Coupleur selon la revendication 2, dans lequel le filtre (F) de type coupe-bande assurant un couplage entre le premier et le second circuits magnétiques dans la partie basse du spectre et dans la très haute partie du spectre. 30
- 5. Coupleur selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le filtre (F) est passif.
- 6. Coupleur selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant en outre une capacité de rebouclage (CHF) agencée pour forcer le chemin des composantes hautes fréquences.
- 7. Coupleur selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant sur le premier circuit magnétique un enroulement (ETx) dédié à l'émission de données et un enroulement (ERx) dédié à la réception de données.
- 8. Dispositif formant contrôleur central destiné à être relié à un ou plusieurs périphériques distants par l'intermédiaire d'une ligne électrique mutualisée (1) pour la transmission de puissance en basse fréquence du contrôleur central vers le périphérique distant et pour l'échange de données en haute fréquence entre le contrôleur central et le périphérique distant, caractérisé en ce qu'il comporte un coupleur selon l'une des revendications 1 à 7.
- 9. Dispositif formant périphérique distant destiné à être relié à un contrôleur central par l'intermédiaire d'une ligne électrique mutualisée (1) pour la transmission de puissance en basse fréquence du contrôleur central vers le périphérique distant et pour l'échange de données en haute fréquence entre le contrôleur central et le périphérique distant, caractérisé en ce qu'il comporte un coupleur selon l'une des revendications 1 à 7.
- 10. Système comprenant un dispositif formant contrôleur central selon la revendication 8, un ou plusieurs dispositifs formant périphérique distant selon la revendication 9, et une ligne électrique mutualisée (1) pour la transmission de puissance en basse fréquence du contrôleur central vers le ou les périphériques distants et pour l'échange de données en haute fréquence entre le contrôleur central et le ou les périphériques distants.30
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