FR2965657A1 - Coupleur electrique puissance/donnees et reseau comportant un tel coupleur - Google Patents

Abstract

Coupleur (10) électrique puissance/données agencé pour relier un dispositif électronique (A, U) à une ligne de transmission de puissance et de données (2), le coupleur comprenant un circuit magnétique (20) comportant un noyau magnétique (25) entouré par un premier enroulement (21) et un deuxième enroulement (22) reliés à la ligne et au dispositif, et au moins un troisième enroulement (23) relié à des moyens d'émission-réception de données, caractérisé en ce que le premier enroulement et le deuxième enroulement sont de même longueur et de sens opposés, et sont agencés pour être reliés en parallèle à une même polarité (C1) du dispositif. Réseau comportant un tel coupleur.

Description

La présente invention concerne un coupleur électrique puissance/données et un réseau mixte puissance/données reliant des dispositifs électroniques au moyen d'au moins un coupleur de ce type. L'invention se rapporte au domaine de la transmission d'informations par courant porteur en ligne (ou CPL). De tels réseaux équipent des systèmes embarqués par exemple sur des aéronefs et comprennent une unité de commande reliée par une liaison filaire à des actionneurs électriques. Ces réseaux ont une structure en étoile ou en bus et véhiculent un courant alternatif ou continu servant à l'alimentation des actionneurs. Le support de ce réseau est également utilisé pour le transport de données. L'objectif de ce coupleur est d'utiliser le support de transmission de l'alimentation pour le transport des données. Les données sont transportées de l'unité de commande vers les actionneurs pour faire parvenir à ces derniers des instructions mais également des actionneurs vers l'unité de commande qui reçoit des rapports établis par les actionneurs. Le domaine aéronautique impose des contraintes particulières en ce qui concerne le cheminement des courants électriques. Ceci oblige notamment à maîtriser les courants de retour de manière à interdire tout chemin passant par la structure de l'avion en particulier lorsque le fuselage de l'avion est en matériau composite. Le réseau doit pouvoir résister à la foudre et prévoir un isolement électrique vis-à-vis de la masse mécanique. A ces fins, le réseau incorpore des coupleurs électrique puissance/données agencés pour relier chacun un dispositif électronique à une ligne de transmission de puissance et de données. Chaque coupleur comprend un circuit magnétique comportant un noyau magnétique entouré d'une part par un premier enroulement et un deuxième enroulement qui sont reliés à la ligne et chacun à une borne du dispositif et, d'autre part, un troisième enroulement et un quatrième enroulement qui sont reliés à des moyens d'émission-réception de données. Le coupleur comprend en outre des condensateurs de capacités adaptées pour réaliser un filtrage haute fréquence pour séparer les données qui transitent en haute fréquence de la puissance qui transite en basse fréquence. Cet agencement permet la transmission de données en mode différentiel et présente de bonnes performances en matière de compatibilité électromagnétique. Cet agencement nécessite également pour fonctionner correctement un dispositif de démagnétisation tel celui décrit dans le document WO-A-2010072817. Ce dispositif comprend des composants de puissance dont un générateur de courant asservi sur une mesure du courant de puissance transmis. Ceci confère au coupleur un encombrement et une masse importants. En outre, le système de démagnétisation réduit la fiabilité du coupleur et le débit de transmission des données. Enfin, le circuit de démagnétisation a une consommation qui dépend du courant de puissance transmis, aggravant la consommation de l'ensemble du circuit magnétique. Avec ces coupleurs, les surtensions présentes sur le réseau d'alimentation exercent de fortes contraintes en tension sur les enroulements reliés aux moyens d'émission-réception et il existe un risque de court-circuit sur le réseau d'alimentation en cas de défaillance d'un des condensateurs. D'une manière générale, il est en outre souhaitable d'améliorer la robustesse de ces coupleurs et notamment leurs performances en ce qui concerne la capacité hautes fréquences, la consommation électrique, l'échauffement_ Un but d'invention est de remédier au moins en partie aux inconvénients précités.

A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un coupleur électrique puissance/données agencé pour relier un dispositif électronique à une ligne de transmission de puissance et de données, le coupleur comprenant un circuit magnétique comportant un noyau magnétique entouré par un premier enroulement et un deuxième enroulement reliés à la ligne et au dispositif, et au moins un troisième enroulement relié à des moyens d'émission-réception de données. Le premier enroulement et le deuxième enroulement sont de même longueur et de sens opposés, et sont agencés pour être reliés en parallèle à une même polarité du dispositif. Ainsi, pour le coupleur, la puissance est transmise en mode commun et les données sont transmises en mode différentiel. Avec cet agencement, les courants de puissance engendrent des flux opposés dans les enroulements. Il en résulte un flux nul dans le circuit magnétique, produisant naturellement une démagnétisation sans recourir à des composants de puissance et sans risque de saturation des enroulements. Des noyaux de petite taille peuvent dès lors être utilisés. La consommation électrique du coupleur est de plus indépendante du courant le traversant du fait de l'absence de circuit de démagnétisation dédié. En outre, lorsqu'un condensateur de filtrage basse fréquence est monté entre deux branches reliées au premier enroulement et au deuxième enroulement, une défaillance du condensateur ne peut se traduire en une mise en court-circuit car les deux branches sont au même potentiel.

De préférence, le coupleur comprend deux circuits magnétiques agencés pour être reliés chacun sur une polarité du dispositif, chaque circuit comprenant un premier enroulement et un deuxième enroulement agencés de sorte que le point commun des deux enroulements corresponde à ladite polarité.

Deux bus de communication sont ainsi réalisés, à savoir un bus sur chaque polarité. Cette redondance de la transmission est utile en cas de défaillance d'un des bus de communication.

Avantageusement, le troisième enroulement est relié à un moyen d'émission des données et le circuit magnétique comprend un quatrième enroulement relié à un moyen de réception des données. Le troisième enroulement et le quatrième enroulement permettent une transmission des données en full duplex. L'invention a également pour objet un réseau comportant des dispositifs reliés l'un à l'autre via une ligne de transmission de puissance et de données et des coupleurs du type ci-dessus, dans lequel la ligne de transmission comprend des paires de conducteurs torsadées et croisées entre elles. Si le câble par paires de conducteurs torsadées et croisées entre elles est soumis à un champ électromagnétique, ce dernier n'engendre pas de différence de potentiel dans les conducteurs. Ainsi, ce type de câble ne répercute pas de surtension sur le troisième enroulement. L'utilisation du même type de câble avec des dimensions identiques pour relier le dispositif permet d'équilibrer les courants vus par les enroulements. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est un schéma électrique partiel d'un réseau équipé de coupleurs unipolaires ; - la figure 2 est un schéma électrique d'un réseau équipé de coupleurs unipolaires assurant un réseau de communication redondé. - la figure 3 est un schéma électrique d'un réseau équipé de coupleurs bipolaires.

En référence aux figures, l'invention est ici décrite en application à l'alimentation et à la commande d'actionneurs A par une unité de commande U. Les actionneurs A et l'unité de commande U sont par exemple embarqués dans un aéronef tel qu'un avion. Les actionneurs A et l'unité de commande U comprennent des moyens d'émission de données et des moyens de réception des données, et sont connus en eux-mêmes. Les actionneurs A et l'unité de commande U ne sont donc pas plus détaillés ici.

Les actionneurs A et l'unité de commande U appartiennent à un réseau 1 comportant une ligne de transmission de puissance et de données, symbolisée en 2, à laquelle les actionneurs A et l'unité de commande U sont reliés par l'intermédiaire de coupleurs 10. Le réseau peut être un réseau à courant continu, par exemple de tension 28 V, 60 V ou 270 V, ou un réseau à courant alternatif, par exemple de tension 115 V, 200 V ou 230 V à fréquence variable jusqu'à 800 Hz. Le débit des données est défini, par exemple, jusqu'à 10 Mb par seconde.

La ligne de transmission 2 comprend des paires de conducteurs torsadées et croisées entre elles. La ligne de transmission peut être définie par un ensemble de paires torsadées (une paire par polarité) ou par un câble de type Quadrax®.

Chacun des dispositifs (actionneur A ou unité de commande U) comportent deux bornes de raccordement Cl, C2 à deux bornes de raccordement 11, 12 du coupleur 10 correspondant. En référence à la figure 1 et conformément au premier mode de réalisation, les coupleurs 10 sont unipolaires et du type full duplex. Chaque coupleur 10 comprend un circuit magnétique généralement désigné en 20 comportant un noyau magnétique 25 entouré par un premier enroulement 21 et un deuxième enroulement 22 reliés à la ligne 2 et à la borne 11. Le premier enroulement 21 et le deuxième enroulement 22 sont reliés à la borne 11 par une liaison directe. Le premier enroulement 21 et le deuxième enroulement 22 sont de même longueur et de sens opposés, et sont reliés en parallèle à une même polarité du dispositif. Avec un courant de mode commun (même intensité en valeur et en signe circulant dans les enroulements 21, 22), les enroulements 21, 22 engendrent ainsi dans le noyau des flux magnétiques dont la somme est nulle. Le premier enroulement 21 et le deuxième enroulement 22 sont destinés à la transmission de puissance. Le circuit magnétique 20 comprend également un troisième enroulement 23 relié aux moyens d'émission des données et un quatrième enroulement 24 relié aux moyens de réception des données. Comme on l'aura compris, le troisième enroulement 23 et le quatrième enroulement 24 sont destinés à l'émission-réception de données. Les enroulements 23, 24 sont de même sens. Le coupleur 10 comprend un condensateur de filtrage 30 qui est monté en parallèle de la liaison directe des enroulements 21, 22 à la borne 11 et qui est dimensionné pour former un chemin de basse impédance autorisant un passage de courant à haute fréquence. Le condensateur de filtrage 30 permet le passage des données en mode différentiel sur ce chemin. On notera que les deux bornes du condensateur de filtrage 30 sont ainsi reliées à des fils de même polarité se sorte qu'en cas de claquage du condensateur il n'y a aucun risque de court-circuit comme c'était le cas dans les coupleurs de l'art antérieur.

Le circuit magnétique 20 assure un isolement galvanique entre la partie puissance et la partie données. Le coupleur 10 comprend un conducteur de raccordement direct de la borne 12 à la ligne de transmission 2. Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits portent la même référence sur la figure 2 relative au deuxième mode de réalisation.

En référence à la figure 2, chaque coupleur 10 comprend deux circuits magnétiques 20.1, 20.2 raccordés respectivement aux bornes 11, 12 du dispositif auquel le coupleur est relié. Les circuits magnétiques 20.1 et 20.2 sont identiques au circuit magnétique 20 du premier mode de réalisation. La présence de deux circuits magnétiques permet une redondance du réseau de transmission de données. Ainsi, à chaque borne 11, 12 de l'équipement est relié un bus de communication de données. Sur la figure 3, chaque coupleur 10 comprend un noyau (schématisé en trait fin) doté de six enroulements, à savoir une paire d'enroulements 21, 22 reliés à la borne Cl, une paire d'enroulements 21, 22 reliés à la borne C2, un enroulement émetteur et un enroulement récepteur (non représentés ici mais analogues aux enroulements 23, 24 décrits précédemment). Cette structure autorise un mode de communication full duplex (en mode hall' duplex, il suffirait d'utiliser un seul enroulement pour l'émission et la réception). Le fonctionnement est analogue à celui des modes de réalisation précédemment décrits. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, bien que les coupleurs décrits ici soient des coupleurs de type « full duplex », c'est-à-dire autorisant simultanément la réception et l'émission de données, les coupleurs peuvent être du type « hall' duplex », c'est-à-dire autorisant alternativement la réception et l'émission de données. Le coupleur peut alors ne comprendre qu'un unique enroulement pour la transmission de données, ledit enroulement étant relié aux moyens d'émission et de réception des données. Le coupleur peut ainsi comprendre un circuit magnétique 20 agencé pour être reliés à chacune des polarités Cl, C2 du dispositif, chaque circuit comprenant un premier enroulement 21 et un deuxième enroulement 22 reliés en parallèle à chaque polarité. En outre, le réseau peut n'assurer une transmission de données en sens unique de l'unité de commande U aux actionneurs A ou d'un actionneur A vers l'unité de commande U. Dans ce cas, dans le coupleur 10 relié à l'unité de commande U, il n'y a qu'un seul enroulement relié à des moyens d'émission de l'unité de commande U et respectivement dans le cas ou l'unité de commande est récepteur, l'enroulement est relié au moyen de réception, dans chaque coupleur 10 relié à un actionneur A, il n'y a qu'un seul enroulement relié à des moyens de réception de l'actionneur A et respectivement dans le cas ou l'actionneur est émetteur de message, l'enroulement est relié au moyen de transmission. Le circuit magnétique du coupleur de l'invention peut être adapté en fonction de contraintes particulières notamment en ce qui concerne les caractéristiques des courants transportés, le nombre de phases_ Les circuits magnétiques 20.1 et 20.2 peuvent être constitués d'un unique noyau.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Coupleur (10) électrique puissance/données agencé pour relier un dispositif électronique (A, U) à une ligne de transmission de puissance et de données (2), le coupleur comprenant un circuit magnétique (20) comportant un noyau magnétique (25) entouré par un premier enroulement (21) et un deuxième enroulement (22) reliés à la ligne et au dispositif, et au moins un troisième enroulement (23) relié à des moyens d'émission-réception de données, caractérisé en ce que le premier enroulement et le deuxième enroulement sont de même longueur et de sens opposés, et sont agencés pour être reliés en parallèle à une même polarité (Cl) du dispositif.
2. 2. Coupleur (10) selon la revendication 1, comprenant deux circuits magnétiques (20.1, 20.2) agencés pour être reliés chacun à une polarité (Cl, C2) du dispositif, chaque circuit comprenant un premier enroulement (21) et un deuxième enroulement (22) agencés pour que le point commun des deux enroulements corresponde.
3. 3. Coupleur (10) selon la revendication 1, dans lequel le troisième enroulement (23) est relié à un moyen d'émission des données et le circuit magnétique (20) comprend un quatrième enroulement (24) relié à un moyen de réception.
4. 4. Coupleur (10) selon la revendication 1, comprenant un circuit magnétique (20) agencé pour être reliés à chacune des polarités (Cl, C2) du dispositif, chaque circuit comprenant un premier enroulement (21) et un deuxième enroulement (22) reliés en parallèle à chaque polarité.
5. 5. Coupleur (10) selon la revendication 1, comportant une liaison directe du premier enroulement(21) et du deuxième enroulement (22) à ladite polarité (Cl) et au moins un condensateur de filtrage (30) monté en parallèle de cette liaison directe.
6. 6. Réseau (1) comportant au moins deux dispositifs (A, U) reliés l'un à l'autre via une ligne de transmission de puissance et de données (2) et des coupleurs (10) conformes à l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la ligne de transmission comprend des paires de conducteurs torsadées et croisées entre elles.