FR2966642A1 - Electromechanical relay e.g. monostable electromechanical relay, for use in engine servo unit for automobile, has control circuit with current adjusting unit for adjusting current passing through electromagnet - Google Patents
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Abstract
Description
-B-18621-FR DISPOSITIF DE REGULATION D'UNE BOBINE DE RELAIS DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne de manière générale un relais électromécanique permettant la commutation de liaisons électriques et plus particulièrement le dispositif de commande de l'électroaimant ou bobine d'un tel relais. Ces relais sont utilisés notamment dans les systèmes de commutation des véhicules. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE 10 Les architectures électriques des véhicules intègrent de plus en plus de fonctions de sorte que les modules électroniques intégrant ces fonctions doivent gérer et concentrer de plus en plus de puissance dans un volume de plus en plus limité. Il en ressort que certains boitiers électroniques, en 15 particulier sous capot moteur, ont atteints leur limite technologique et thermique. Un exemple de structure standard de relais électromécanique contenu dans de tels boîtiers est fourni à la figure 1. Un microcontrôleur ou circuit de commande 1 permet de commander l'activation d'un commutateur 20 2 au travers d'un électroaimant formé typiquement d'une bobine 3 enroulée autour d'un circuit magnétique. Dans le cadre d'une application dans le domaine de l'automobile, la source d'énergie provient de la batterie 4 du véhicule. Avec une telle structure, on notera que le pilotage des bobines est réalisé en continu sans asservissement. -2 TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to an electromechanical relay for switching electrical connections and more particularly to the control device of the electromagnet or coil of such a device. relay. These relays are used in particular in vehicle switching systems. TECHNOLOGICAL BACKGROUND 10 The electrical architectures of vehicles integrate more and more functions so that the electronic modules integrating these functions must manage and concentrate more and more power in a more and more limited volume. It emerges that some electronic boxes, in particular under the bonnet, have reached their technological and thermal limit. An example of a standard electromechanical relay structure contained in such housings is provided in FIG. 1. A microcontroller or control circuit 1 makes it possible to control the activation of a switch 2 through an electromagnet typically formed of a coil 3 wound around a magnetic circuit. In the context of an application in the field of the automobile, the source of energy comes from the battery 4 of the vehicle. With such a structure, it will be noted that the control of the coils is carried out continuously without servocontrol. -2
Une telle structure standard présente un certain nombre d'inconvénients. Ainsi, dans un véhicule, la batterie couplée à l'alternateur peut délivrer une large plage de tension d'alimentation (typiquement 5,6V à 18V). Certains relais doivent être fonctionnels sur toute cette plage. Or, d'un point de vue fonctionnel, il est difficile de commander ou de maintenir la commande d'un relais à haute température pendant des phases de tension basse de la batterie, comme par exemple au démarrage ou en cas de batterie sous chargée. Une tension élevée de la batterie peut causer des dommages sur le relais, comme une élévation de la température, pouvant aller jusqu'à dégradation. De plus, d'un point de vue de la consommation énergétique, il est nécessaire de réduire toujours plus les émissions de CO2 du véhicule en particulier pour se conformer aux législations actuelles et futures en la matière. Si l'on prend en compte des études récentes sur le sujet, (catalogue de consommation 2010 du TCS, page 4, http://www.bfe.admin.ch/energieetikette/00886/index.html?lang=fr), on arrive pour un litre de carburant de type Diesel à une production de 2,61 Kg de CO2, ce qui revient pour une consommation par I/100km à une production de 26,1g CO2/km. En outre une autre étude (www.elsevier.com) montre que la consommation de 100 W de puissance nécessite 0,151 sur 100km. Il est donc important de limiter la puissance dissipée autant que possible. Or la puissance dissipée par un relais standard peut s'avérer rapidement non négligeable. En effet, le contact du relais est collé par le biais du champ magnétique crée par le courant circulant dans la bobine. Ce courant est dépendant du niveau de batterie et de la valeur de la résistance de la bobine qui elle-même dépend de la température ambiante. Si l'on considère par exemple, une tension maximum de batterie (Ubat) en fonctionnement nominal de 16V et une résistance de la bobine (Rbob) de l'électroaimant standard automobile de 1200, la puissance dissipée dans la bobine est donnée par la formule suivante : Pbob = Ubat2 / Rbob = 162/120 = 2,13W -3 Such a standard structure has a number of disadvantages. Thus, in a vehicle, the battery coupled to the alternator can deliver a wide range of supply voltage (typically 5.6V to 18V). Some relays must be functional throughout this range. However, from a functional point of view, it is difficult to control or maintain the control of a high temperature relay during low voltage phases of the battery, such as at startup or in case of battery under charge. High battery voltage can cause damage to the relay, such as a rise in temperature, which can deteriorate. Moreover, from an energy consumption point of view, it is necessary to reduce more and more CO2 emissions from the vehicle, in particular to comply with current and future legislation in this area. If recent studies on the subject are taken into account, (TCS 2010 Consumer Catalog, page 4, http://www.bfe.admin.ch/energieetikette/00886/index.html?lang=en), one liter of diesel fuel is produced with a production of 2.61 Kg of CO2, which amounts to a consumption per I / 100km for a production of 26.1g CO2 / km. In addition another study (www.elsevier.com) shows that the consumption of 100 W of power requires 0.151 on 100km. It is therefore important to limit the dissipated power as much as possible. However the power dissipated by a standard relay can be quickly significant. Indeed, the contact of the relay is bonded through the magnetic field created by the current flowing in the coil. This current is dependent on the battery level and the resistance value of the coil which itself depends on the ambient temperature. Considering, for example, a maximum battery voltage (Ubat) in nominal operation of 16V and a coil resistance (Rbob) of the automotive standard electromagnet of 1200, the power dissipated in the coil is given by the formula next: Pbob = Ubat2 / Rbob = 162/120 = 2.13W -3
Sans régulation, le courant peut varier d'un facteur supérieur à 3 du fait de la large plage de tension et de la température automobile. Or la puissance dissipée par le relais est directement liée au courant traversant la bobine et peut atteindre un niveau trop important pour le composant (relais) comme pour le produit (calculateur). On comprend de ce fait qu'une structure standard de relais présente des lacunes en termes de qualité et de sécurité au niveau du diagnostique et de la détection de défaillance des bobines de relais dans la mesure où il n'est pas prévu de moyens de prévention d'échauffements aggravés. En effet, cette puissance dissipée peut être une des causes principales d'échauffement du produit pouvant provoquer emballements thermique et défaillances avec impact sur le fonctionnement et la sécurité du véhicule. RESUME DE L'INVENTION 15 Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients mentionnés ci-dessus en fournissant une structure de commande de bobine de relais électromagnétique dont la puissance dissipée est limitée de sorte à minimiser les risques d'échauffements et de défaillances tout en réduisant 20 la consommation énergétique. Dans ce but, un premier aspect de la présente invention concerne un relais électromécanique comprenant un électroaimant commandé en entrée par un circuit de commande et apte à transmettre lorsqu'il est alimenté, une force à un circuit de commutation pour assurer la commutation en sortie 25 d'un circuit de puissance, caractérisé en ce que le circuit de commande comprend des moyens de régulation du courant traversant l'électroaimant. L'introduction de moyens de régulation permet de réduire le courant traversant la bobine de l'électroaimant et donc d'améliorer les performances en particulier en termes de consommation par limitation du courant 30 consommé par le relais. L'application de ce principe à tous les relais d'un Without regulation, the current can vary by a factor greater than 3 because of the wide voltage range and the car temperature. However, the power dissipated by the relay is directly related to the current flowing through the coil and can reach a level too important for the component (relay) as for the product (calculator). It is therefore understood that a standard relay structure has deficiencies in terms of quality and safety in the diagnosis and detection of failure of relay coils to the extent that prevention means are not provided. aggravated warm-ups. Indeed, this dissipated power can be one of the main causes of heating of the product may cause thermal runaway and failures with impact on the operation and safety of the vehicle. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to overcome the drawbacks mentioned above by providing an electromagnetic relay coil control structure whose power dissipation is limited so as to minimize the risk of overheating and failures. while reducing energy consumption. For this purpose, a first aspect of the present invention relates to an electromechanical relay comprising an electromagnet controlled at the input by a control circuit and able to transmit when energized, a force to a switching circuit for switching output. of a power circuit, characterized in that the control circuit comprises means for regulating the current flowing through the electromagnet. The introduction of regulating means makes it possible to reduce the current flowing through the coil of the electromagnet and thus to improve the performance, in particular in terms of consumption by limiting the current consumed by the relay. The application of this principle to all relays of a
véhicule permet de multiplier les effets obtenus et de faire baisser l'émission globale de CO2 par le véhicule et ainsi de limiter les pénalités aux constructeurs. Une telle structure de relais avec régulation du courant traversant la bobine permet en outre d'améliorer la qualité et la sécurité par la prévention d'échauffements aggravés. Enfin, elle permet une simplification de la conception du module embarqué sous capot moteur en raison de contraintes moins fortes sur le choix des composants du fait de la baisse globale de la température du produit. Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens de régulation sont des moyens de régulation à découpage réalisés par asservissement du courant moyen traversant l'électroaimant à un courant de consigne par le biais d'une commande en modulation de largeur d'impulsion. De tels moyens de régulation présentent de nombreux avantages notamment fonctionnels par la commande ou le maintien de la commande des relais pendant des phases de tension basse de la batterie, par ex. au démarrage, ou pour une batterie sous chargée... Cette solution permet également d'améliorer l'entrée des régulateurs (pré-régulation) du produit pendant les phases de tension basse; conformément au principe des alimentations à découpage en utilisant les bobines de relais comme inductances. vehicle allows to multiply the effects obtained and to lower the global CO2 emission by the vehicle and thus to limit the penalties to the manufacturers. Such a relay structure with current regulation through the coil also improves the quality and safety by preventing aggravated heating. Finally, it allows a simplification of the design of the module under the engine hood due to less constraints on the choice of components due to the overall decline in temperature of the product. According to an advantageous embodiment, the regulation means are switching control means made by controlling the average current flowing through the electromagnet to a setpoint current by means of pulse width modulation control. Such regulation means have many advantages including functional by controlling or maintaining the control of the relays during low voltage phases of the battery, e.g. at startup, or for a battery under load ... This solution also improves the input of regulators (pre-regulation) of the product during low voltage phases; in accordance with the principle of switching power supplies using relay coils as inductors.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, il est prévu des moyens de mesure du courant traversant l'électroaimant et des moyens de régulation qui ajustent le rapport cyclique de la commande en modulation de largeur d'impulsion en fonction du courant de consigne et de la mesure de courant. According to another advantageous embodiment, means are provided for measuring the current flowing through the electromagnet and regulating means which adjust the duty cycle of the pulse width modulation control as a function of the reference current and the current. current measurement.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, un signal de commande de l'électroaimant comprend une première phase de commutation, une deuxième phase de maintien pendant laquelle est appliquée la commande en modulation de largeur d'impulsion et une troisième phase de relâche. According to another advantageous embodiment, a control signal of the electromagnet comprises a first switching phase, a second holding phase during which the pulse width modulation control is applied and a third release phase.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, il est prévu des moyens de démagnétisation lente de l'électroaimant lors de la deuxième phase de maintien afin de maintenir un courant stable. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les moyens de 5 démagnétisation lente sont constitués par une diode mise en parallèle de l'électroaimant pendant la phase de maintien. Selon un autre mode de réalisation avantageux, il est prévu des moyens de démagnétisation rapide de l'électroaimant lors de la troisième phase de relâche afin de ne pas endommager le contact par une ouverture 10 lente. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les moyens de démagnétisation rapide sont constitués par une diode Zener mise en parallèle de l'électroaimant pendant la phase de relâche. Selon un autre mode de réalisation avantageux, la fréquence de la 15 commande en modulation de largeur d'impulsion est sélectionnée pour être sensiblement inférieure à la fréquence de commutation du circuit de commande. Selon un autre mode de réalisation avantageux, la fréquence de la commande en modulation de largeur d'impulsion est sélectionnée pour être 20 supérieure aux fréquences audibles pour les animaux. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le relais électromécanique est un relais électromécanique monostable conçu pour l'automobile. L'invention selon un deuxième aspect concerne un boîtier de 25 servitude moteur pour véhicule automobile comprenant une pluralité de relais électromécaniques selon le premier aspect. L'invention selon un troisième aspect concerne un procédé de commutation d'un relais électromécanique d'un boîtier de servitude moteur pour véhicule automobile comprenant les étapes consistant à (i) 30 commander un électroaimant (13) en entrée par un circuit de commande According to another advantageous embodiment, there is provided means for slow demagnetization of the electromagnet during the second holding phase in order to maintain a stable current. According to another advantageous embodiment, the slow demagnetization means consist of a diode connected in parallel with the electromagnet during the holding phase. According to another advantageous embodiment, there are provided means for rapid demagnetization of the electromagnet during the third release phase so as not to damage the contact by a slow opening. According to another advantageous embodiment, the rapid demagnetization means are constituted by a Zener diode connected in parallel with the electromagnet during the release phase. According to another advantageous embodiment, the frequency of pulse width modulation control is selected to be substantially less than the switching frequency of the control circuit. According to another advantageous embodiment, the frequency of the pulse width modulation control is selected to be higher than the audible frequencies for the animals. According to another advantageous embodiment, the electromechanical relay is a monostable electromechanical relay designed for the automobile. The invention according to a second aspect relates to a motor vehicle service unit comprising a plurality of electromechanical relays according to the first aspect. The invention according to a third aspect relates to a method of switching an electromechanical relay of a motor vehicle service unit comprising the steps of (i) controlling an electromagnet (13) input by a control circuit
(11), (ii) réguler par asservissement du courant moyen (Ibob) traversant l'électroaimant à un courant de consigne par le biais d'une commande en modulation de largeur d'impulsion, (iii) transmettre une force à un circuit de commutation (12), et (iv) commuter en sortie un circuit de puissance, BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit 10 de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, représente une structure standard de relais électromécanique ; - la figure 2 représente une structure de relais électromécanique 15 selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 3 représente un chronogramme d'activation d'un relais selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 4 représente schématiquement la structure d'asservissement d'un relais électromécanique ; 20 - la figure 5 représente la courbe de courant traversant le relais ; - la figure 6 représente l'évolution des pertes de commutation par rapport au signal de commande.5 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention sera décrite ci-après uniquement à titre d'exemples non limitatifs en relation avec les figures 2 à 6. Les hypothèses de calcul seront 5 données à titre purement indicatif afin d'illustrer l'invention. Comme mentionné en introduction, un des objectifs principaux de la présente invention consiste à limiter la puissance dissipée par les composants électromécaniques, par exemple de type relais monostable, commutant des alimentations pour les organes d'un véhicule. Cette 10 puissance dissipée peut être une des causes principales d'échauffement du produit pouvant provoquer emballement thermique et défaillance avec impact sur le fonctionnement et la sécurité du véhicule. La figure 2 représente une structure de relais électromécanique selon un mode de réalisation préféré de la présente invention dans lequel la 15 limitation en puissance est réalisée par une commande de bobines de relais en mode MLI, c'est-à-dire en Modulation de Largeur d'Impulsion, avec un asservissement du courant moyen traversant la bobine du relais. Sur la figure 2, on retrouve un microcontrôleur ou circuit de commande 11 permettant de commander l'activation d'un commutateur 12 20 pour assurer la commutation en sortie d'un circuit de puissance (non représentée) au travers d'un électroaimant formé typiquement d'une bobine 13 enroulée autour d'un circuit magnétique. Le commutateur 12 ou contact du relais est collé par le biais du champ magnétique créé par le courant circulant dans la bobine 13. Dans le cadre d'une application dans le 25 domaine de l'automobile, la source d'énergie provient de la batterie 14 du véhicule. Un étage de commande 15 est placé en sortie du circuit de commande 11 pour assurer la transmission d'une consigne au reste du relais. Cet étage de commande 15 comprend une résistance d'adaptation et 30 un transistor de commande 16. En mode MLI, un filtre RC 17 filtre le signal en modulation de largeur d'impulsion, stockant une composante continue aux bornes du condensateur C et commande en sortie un commutateur, par exemple un transistor 18 de type NPN. Le transistor 18 commande à son tour un autre commutateur, un transistor 19 de type PNP dans cet exemple. (11), (ii) regulating by servocontrolling the average current (Ibob) passing through the solenoid to a setpoint current through a pulse width modulation control, (iii) transmitting a force to a control circuit. switching (12), and (iv) switching a power circuit output, BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other features and advantages of the present invention will become more apparent upon reading the following detailed description of embodiments of the present invention. invention given by way of non-limiting examples and illustrated by the accompanying drawings, in which: - Figure 1, already described, shows a standard electromechanical relay structure; Figure 2 shows an electromechanical relay structure according to an embodiment of the present invention; FIG. 3 represents an activation timing diagram of a relay according to one embodiment of the present invention; - Figure 4 shows schematically the servo structure of an electromechanical relay; Figure 5 shows the current curve passing through the relay; FIG. 6 represents the evolution of the switching losses with respect to the control signal. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention will be described hereinafter solely by way of non-limiting examples in relation to FIGS. 2 to 6. The calculation assumptions will be given for information only to illustrate the invention. As mentioned in the introduction, one of the main objectives of the present invention is to limit the power dissipated by the electromechanical components, for example of the monostable relay type, switching power supplies for the bodies of a vehicle. This dissipated power can be one of the main causes of heating of the product which can cause thermal runaway and failure with impact on the operation and safety of the vehicle. FIG. 2 shows an electromechanical relay structure according to a preferred embodiment of the present invention in which the power limitation is achieved by relay coil control in PWM mode, i.e. Width Modulation. pulse, with a servo of the average current flowing through the relay coil. In FIG. 2, there is a microcontroller or control circuit 11 making it possible to control the activation of a switch 12 to ensure the output switching of a power circuit (not shown) through an electromagnet formed typically a coil 13 wound around a magnetic circuit. The switch 12 or relay contact is bonded through the magnetic field created by the current flowing in the coil 13. In the context of an application in the field of the automobile, the energy source comes from the battery 14 of the vehicle. A control stage 15 is placed at the output of the control circuit 11 to ensure the transmission of a setpoint to the rest of the relay. This control stage 15 comprises an adaptation resistor and a control transistor 16. In PWM mode, an RC filter 17 filters the pulse width modulated signal, storing a DC component across the capacitor C and controlling the current. output a switch, for example a transistor 18 of the NPN type. Transistor 18 in turn controls another switch, a PNP transistor 19 in this example.
De sorte que le circuit équivalent de la structure de relais revient à avoir les diodes 20 et 23 en parallèle de la bobine 13. Les diodes 20 et 23 sont maintenues en parallèle de la bobine 13 tant que le transistor 19 reste conducteur. Ainsi, lorsque le signal de modulation à largeur d'impulsion est à l'état bas, la structure de relais permet une démagnétisation lente au travers des diodes 20 et 23 (pente = Vdiode/L). Lorsque le signal de modulation à largeur d'impulsion est à l'état haut, la structure de relais permet de magnétiser la bobine au travers du transistor 16. Lorsque le signal de modulation de largeur d'impulsion reste à l'état bas pendant au moins 3 périodes, le condensateur C du filtre 17 se décharge, ce qui entraîne l'ouverture du transistor 18 qui entraîne à son tour l'ouverture transistor 19 de sorte que le circuit équivalent de la structure revient à avoir la bobine en parallèle de la chute de tension entre la batterie 4 et la diode Zener 21. Ainsi, la structure de relais permet une démagnétisation rapide au travers des diodes 23 et Zener 21 (pente = (Vbat - Vzenerg)- On notera que la démagnétisation doit être avantageusement lente, ce qui est représenté sur la figure par la flèche A, pour maintenir un courant stable dans la bobine durant le mode MLI mais doit être rapide, ce qui est représenté sur la figure par la flèche B, lors de l'ouverture du contact pour éviter de le détériorer rapidement. L'effet de cette démagnétisation est visible à la figure 5 sur laquelle est représentée la courbe de courant traversant la bobine de relais. La première partie montre que pendant le mode MLI la démagnétisation de la bobine s'opère de manière lente tandis qu'après un arrêt de la fonction (cf. Figure 4), la démagnétisation devient rapide. So that the equivalent circuit of the relay structure is to have the diodes 20 and 23 in parallel with the coil 13. The diodes 20 and 23 are maintained in parallel with the coil 13 as the transistor 19 remains conductive. Thus, when the pulse width modulation signal is in the low state, the relay structure allows slow demagnetization through the diodes 20 and 23 (slope = Vdiode / L). When the pulse width modulation signal is high, the relay structure magnetizes the coil through transistor 16. When the pulse width modulation signal remains low for at least 3 periods, the capacitor C of the filter 17 is discharged, which causes the opening of the transistor 18 which in turn drives the transistor opening 19 so that the equivalent circuit of the structure is to have the coil in parallel with the voltage drop between the battery 4 and the Zener diode 21. Thus, the relay structure allows rapid demagnetization through the diodes 23 and Zener 21 (slope = (Vbat - Vzenerg) - Note that the demagnetization must be advantageously slow, what is represented in the figure by the arrow A, to maintain a stable current in the coil during the MLI mode but must be fast, which is represented in the figure by the arrow B, when opening the contact to avoid damaging it quickly. The effect of this demagnetization is visible in FIG. 5 on which is represented the current curve passing through the relay coil. The first part shows that during the PWM mode the demagnetization of the coil takes place slowly while after a stop of the function (see Figure 4), the demagnetization becomes fast.
Considérant de nouveau la figure 2, une résistance 22, de type shunt, est insérée dans la boucle référencée à la masse pour mesurer l'image du courant. La chute de tension dans la résistance doit être assez faible pour limiter son impact sur le courant de saturation du transistor 16 mais doit être néanmoins suffisamment élevée pour mesurer un niveau de tension assez précis par le convertisseur analogique-numérique du microcontrôleur / circuit de commande 11. Ainsi par exemple, on pourra utiliser les critères d'appréciation suivants pour le choix de la résistance. Tout d'abord, la valeur de la résistance sera limitée à une chute de tension de l'ordre du volt, typiquement 1V à 2V maximum pour une tension de commande de 5V du transistor 16, tout en étant suffisamment élevée pour être significative (de préférence de l'ordre de 25%) face à la plage de mesure du convertisseur analogique-numérique (typiquement de 0 à 5V), soit avantageusement une chute de tension maximale de l'ordre de 1,2V. Referring again to FIG. 2, a shunt-type resistor 22 is inserted into the ground-referenced loop to measure the current image. The voltage drop in the resistor must be small enough to limit its impact on the saturation current of the transistor 16 but must nevertheless be sufficiently high to measure a fairly precise voltage level by the analog-digital converter of the microcontroller / control circuit 11 For example, the following criteria for the choice of resistance can be used. First, the value of the resistor will be limited to a voltage drop of the order of volt, typically 1V to 2V maximum for a control voltage of 5V of the transistor 16, while being high enough to be significant (from preferably of the order of 25%) facing the measuring range of the analog-digital converter (typically from 0 to 5V), or advantageously a maximum voltage drop of the order of 1.2V.
Ensuite, on sélectionnera de préférence une tolérance (initiale + dérive en température) de l'ordre du pourcent pour limiter les erreurs de mesure (1% à 2% max). On pourra encore choisir une résistance dont la puissance dissipée sera faible, de préférence bien inférieure au Watt. Le courant traversant la bobine 13 est dépendant du niveau de batterie 14 et de la valeur de la résistance de la bobine qui elle-même dépend de la température ambiante. La valeur de résistance de la bobine peut être spécifiquement choisie selon les possibilités du fournisseur pour assurer un fonctionnement correct du relais à un niveau de tension minimum et à température maximale. Le choix d'avoir une résistance de mesure de courant pour chaque bobine des différents relais que peuvent comprendre un véhicule, permet d'ajuster à un courant optimum et de façon individuel, relais par relais, et ceci sans considérer le niveau de batterie ni la température de la bobine. Si l'on considère les mêmes conditions que celles prises pour l'exemple avec une structure standard, on constate que la puissance à dissiper pour un relais dont le courant traversant la bobine est régulé à sa -10- Then, a tolerance (initial + temperature drift) of the order of one percent will preferably be selected to limit measurement errors (1% to 2% max). We can still choose a resistor whose power dissipated will be low, preferably well below the Watt. The current flowing through the coil 13 is dependent on the battery level 14 and the value of the resistance of the coil which itself depends on the ambient temperature. The resistance value of the coil can be specifically selected according to the capabilities of the supplier to ensure proper operation of the relay at a minimum voltage level and at maximum temperature. The choice of having a current measurement resistor for each coil of the various relays that can comprise a vehicle, makes it possible to adjust to an optimum current and individually relay relay, and this without considering the battery level or the temperature of the coil. If we consider the same conditions as those taken for the example with a standard structure, we see that the power to be dissipated for a relay whose current through the coil is regulated at -10-
valeur optimale de maintien 0.e. à 67mA dans cet exemple), est nettement inférieure : Pbob = Ibob2 X Rbob = 0,0672 x 120 = 0,54W ; Soit dans cet exemple une diminution de 1,59W de la puissance à dissiper dans la bobine. Sachant que dans la plupart des produits, cohabitent plusieurs relais, la diminution en puissance sera d'autant plus importante qu'il y aura un grand nombre de relais. Dans le cas d'une régulation par découpage, le bloc de régulation doit dissiper également les pertes en commutation considérées, ces pertes étant de l'ordre de 10% à 20% maximum de la puissance fournie. Ce qui donne une puissance totale dissipée de l'ordre de 0,59 à 0,65W contre 2,13W pour une structure standard telle que représentée à la figure 1, soit une économie globale de l'ordre de 1,38W. La figure 3 représente un chronogramme d'activation d'un relais en mode MLI. Le signal de commande pour une régulation à découpage par modulation de la largeur d'impulsion comprend trois phases P1 à P3. Une première phase de commutation P1_Com pendant laquelle le signal de commande est maintenu à un niveau haut pendant un laps de temps déterminé pour permettre la commutation du relais avant le début de la commande en mode MLI à proprement parler. Il est en effet nécessaire d'apporter une énergie de commande suffisante pour faire bouger mécaniquement le contact depuis sa position ouverte à sa position fermée. Pour cela, une commande continue de 100ms pourra être réalisée pour permettre la commutation du relais avant la commande MLI. Une deuxième phase de maintien P2_MLI pendant laquelle le signal de commande est en mode MLI pour permettre le maintien de la commande même lorsque la tension de batterie est faible ou lors du démarrage. En effet, une fois la transition mécanique assurée durant la première phase, il n'est plus nécessaire de maintenir ce niveau d'énergie d'où le fonctionnement en commande MLI. Enfin, le signal de commande comprend une troisième phase de relâche P3_Rel pendant laquelle le signal est à un niveau bas pour stopper le contact du commutateur. La fréquence du signal MLI doit être de préférence supérieure aux fréquences audibles (i.e. 35kHz pour les animaux domestiques), et également suffisamment inférieure à la fréquence de transition de l'étage de commande de sorte à limiter les pertes en commutation et les effets de retard entre commande et pilotage de la bobine (cf. figure 6) et à être compatible avec les ressources du microcontrôleur. Selon les recommandations des fournisseurs de relais et des contraintes automobiles/composants, la fréquence doit avantageusement se situer dans une plage allant de 40kHz à 60kHz. Comme indiqué ci-avant, la figure 6 représente l'évolution des pertes de commutation par rapport au signal de commande. Le premier chronogramme représente un exemple du signal de commande V~m du transistor de commande 16. Le deuxième chronogramme représente l'évolution du courant (IT) et de la tension (VT) aux bornes de ce même transistor de commande et en particulier le point de croisement entre les deux. Enfin, le troisième chronogramme représente les pertes dues au découpage en mode MLI. On constate une perte de commutation lors des commandes de fermeture et d'ouverture du transistor et des pertes en conduction pendant le mode MLI. On notera à cet effet que plus la fréquence est grande, plus la partie perte de commutation (invariable) devient importante face à la perte en conduction. En effet, lorsque la fréquence augmente le temps (Ton) pendant lequel le transistor est conducteur diminue. La figure 4 représente schématiquement la structure d'asservissement d'un relais électromécanique. L'asservissement est réalisé par le microcontrôleur à partir de la mesure de la tension aux bornes de la résistance shunt, qui fournit une image du courant (Ibob) traversant la bobine. Selon la consigne (Cons_i) désirée pour un type de relais, le microcontrôleur ajuste le rapport cyclique du signal MLI. A cet effet, le -12- 0.e optimal holding value. at 67mA in this example), is significantly lower: Pbob = Ibob2 X Rbob = 0.0672 x 120 = 0.54W; Let in this example a decrease of 1.59W of the power to be dissipated in the coil. Knowing that in most products, several relays coexist, the decrease in power will be all the more important that there will be a large number of relays. In the case of control by switching, the control unit must also dissipate the switching losses considered, these losses being of the order of 10% to 20% maximum of the power supplied. This gives a total power dissipated of the order of 0.59 to 0.65W against 2.13W for a standard structure as shown in Figure 1, an overall saving of the order of 1.38W. FIG. 3 represents a chronogram of activation of a relay in PWM mode. The control signal for pulse width modulated switching control comprises three phases P1 to P3. A first switching phase P1_Com during which the control signal is maintained at a high level for a period of time determined to allow the switching of the relay before the start of the control PWM mode itself. It is indeed necessary to provide sufficient control energy to move the contact mechanically from its open position to its closed position. For this, a continuous command of 100ms can be made to allow switching of the relay before the MLI command. A second maintenance phase P2_MLI during which the control signal is in PWM mode to allow the maintenance of the control even when the battery voltage is low or when starting. In fact, once the mechanical transition is ensured during the first phase, it is no longer necessary to maintain this energy level, hence the operation in PWM control. Finally, the control signal comprises a third release phase P3_Rel during which the signal is at a low level to stop the contact of the switch. The PWM signal frequency should preferably be higher than the audible frequencies (ie 35kHz for domestic animals), and also sufficiently lower than the control stage transition frequency so as to limit switching losses and delay effects. between control and control of the coil (see Figure 6) and to be compatible with the resources of the microcontroller. According to the recommendations of the relay suppliers and the automotive / component constraints, the frequency should advantageously be in a range from 40 kHz to 60 kHz. As indicated above, FIG. 6 represents the evolution of the switching losses with respect to the control signal. The first timing diagram represents an example of the control signal V ~ m of the control transistor 16. The second timing diagram represents the evolution of the current (IT) and of the voltage (VT) at the terminals of this same control transistor and in particular the point of intersection between the two. Finally, the third chronogram represents the losses due to the division in PWM mode. There is a loss of switching during transistor close and open commands and conduction losses during MLI mode. It should be noted for this purpose that the higher the frequency, the greater the loss of switching (invariable) becomes significant face loss in conduction. Indeed, when the frequency increases the time (Ton) during which the transistor is conductive decreases. FIG. 4 schematically represents the servocontrol structure of an electromechanical relay. The control is performed by the microcontroller from the measurement of the voltage across the shunt resistor, which provides an image of the current (Ibob) through the coil. According to the setpoint (Cons_i) desired for a type of relay, the microcontroller adjusts the duty cycle of the PWM signal. For this purpose, the -12-
microcontrôleur Calcule le rapport cyclique nécessaire du signal en mode MLI pour faire tendre le courant de bobine mesuré vers la consigne. Si le courant mesut'é est trop faible par rapport à la consigne fixe, le rapport cyclique augmente et inversement. microcontroller Calculates the necessary duty cycle of the PWM signal to make the measured coil current move towards the setpoint. If the measured current is too low compared to the fixed setpoint, the duty cycle increases and vice versa.
On comprendra que diverses modifications et / ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, on pourra prévoir une version simplifiée du montage sans mesure du courant traversant la bobine. Cette alternative consiste à n'utiliser que l'information reçue au niveau de la batterie pour l'ensemble des relais afin d'ajuster le rapport cyclique. Une telle version bien qu'économique n'est pas optimale dans la mesure où elle consiste à ne mesurer que le niveau de batterie au travers d'un pont diviseur de résistances pour l'adaptation à la plage de tension d'un convertisseur analogique-numérique, pour calculer le rapport cyclique du signal de commande MLI, rapport cyclique alors commun à tous les relais par exemple. On notera encore que la structure de relais électromécanique s'applique plus particulièrement à des relais monostables, c'est-à-dire dont ~e3 défl ects commutent quand la bobine est excitée et dont le retour à l'état iffirer sé fait quand la bobine n'est plus excitée. It will be understood that various modifications and / or improvements obvious to those skilled in the art can be made to the various embodiments of the invention described in the present description without departing from the scope of the invention defined by the appended claims. In particular, it is possible to provide a simplified version of the assembly without measuring the current flowing through the coil. This alternative is to use only the information received at the battery for all relays to adjust the duty cycle. Such a version, although economical, is not optimal insofar as it consists in measuring only the battery level through a resistor splitter bridge for adaptation to the voltage range of an analog-to-digital converter. digital, to calculate the duty cycle PWM control signal, cyclic report then common to all relays for example. It will also be noted that the electromechanical relay structure applies more particularly to monostable relays, that is to say of which ~ e3 defl ects switch when the coil is energized and whose return to the ruptured state is done when the coil is no longer excited.
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