FR2966653A1 - Filtre de tension, commande - Google Patents

Abstract

Dispositif de filtre (200) pour filtrer les signaux parasites d'une tension d'alimentation fournie par une source de tension électrique (110, 120) à un utilisateur (140), comprenant : - un condensateur branché en parallèle sur l'utilisateur (140), - une diode branchée dans le sens passant entre la tension d'alimentation (U) et le condensateur, et - une résistance variable branchée en parallèle sur la diode. Une installation de commande (160) commande la résistance variable en fonction de l'amplitude de la tension d'alimentation.

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de filtre pour éliminer les signaux parasites d'une tension d'alimentation fournie par une source de tension électrique à un utilisateur.

Les utilisateurs électriques nécessitent de manière générale une tension d'alimentation qui doit être aussi dégagée que possible de signaux parasites. Les signaux parasites peuvent être par exemple générés par des appareils qui émettent un signal acoustique ou optique perçu par un utilisateur et considéré comme gênant. De tels appareils comportent des circuits de protection coupant totalement ou partiellement l'appareil si la tension d'alimentation ne répond pas à des critères prédéfinis. Ces critères sont par exemple des surtensions ou des sous-tensions ou encore des signaux parasites dans une certaine bande de fréquence. Dans un environnement difficile, par exemple à bord d'un véhicule automobile, il est usuel d'avoir des circuits de filtre entre l'utilisateur électrique et la tension d'alimentation pour préparer la tension d'alimentation de façon appropriée pour l'utilisateur électrique. Etat de la technique Selon le document EP 1121749 B1, il est connu de commander un tel filtre en fonction de la puissance reçue par l'utilisateur électrique. Si la puissance absorbée est trop grande, le filtre sera commandé pour diminuer son effet de filtrage au profit d'une tension d'alimentation plus élevée pour l'utilisateur électrique.

But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif et un procédé de préparation d'une tension électrique destinée au fonctionnement d'un utilisateur électrique. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de filtre pour filtrer les signaux parasites d'une tension d'alimentation fournie par une source de tension électrique à un utilisateur électrique, comprenant un condensateur branché en parallèle sur l'utilisateur, une diode branchée dans le sens passant entre la tension d'alimentation et le condensateur, et une résistance variable branchée en parallèle sur la

2 diode, le dispositif étant caractérisé par une installation de commande pour commander la résistance variable en fonction de l'amplitude de la tension d'alimentation. Ainsi, l'effet de filtrage du dispositif de filtre pourra être avantageusement réduit au profit d'une augmentation de la tension d'alimentation fournie à l'utilisateur électrique. On évite que l'utilisateur électrique soit endommagé et que l'utilisateur final soit gêné par un défaut de fonctionnement de l'utilisateur (appareil) électrique. L'installation de commande est conçue pour diminuer la résistance variable si l'amplitude de la tension d'alimentation passe en dessous d'un seuil prédéfini. Ce seuil peut se définir en fonction de la valeur de la tension d'alimentation nécessaire pour assurer un fonctionnement aussi peu perturbé que possible de l'utilisateur électrique. De manière préférentielle, le seuil est supérieur à la valeur nécessaire. Cela permet de réduire avantageusement une chute de tension au niveau du dispositif de filtre dès que la tension d'alimentation descend à proximité de la valeur requise. A bord du véhicule, cela est par exemple le cas si le réseau embarqué doit fournir l'énergie pour démarrer le moteur à combustion interne.

La source de tension électrique peut comporter une batterie chargée par un générateur et l'installation de commande est conçue pour diminuer la résistance variable si le générateur ne charge pas la batterie. Une grande partie des signaux parasites qu'il faut éliminer par le dispositif de filtre, peut provenir du générateur. Lorsque le générateur ne charge pas la batterie, on peut diminuer la chute de tension aux bornes du dispositif de filtre ce qui diminue l'effet de filtre. Si la tension d'alimentation chute fortement, par exemple au cours de la phase de démarrage du moteur du véhicule, le dispositif de filtre est déjà commandé pour que l'utilisateur électrique reçoive encore une tension suffisante pour un fonctionnement non perturbé. De manière préférentielle, dans ces cas, la valeur de la résistance variable est commandée pour être nulle. Cela correspond à court-circuiter le dispositif de filtre. L'installation de commande est conçue pour commander la résistance variable en fonction de la prise de puissance par

3 l'utilisateur. L'installation de commande peut être conçue pour diminuer la valeur de la résistance variable si la prise de puissance par l'utilisateur augmente. En plus de la fonction décrite ci-dessus, le dispositif de filtre peut également minimiser sa chute de tension et son effet de filtre si l'utilisateur électrique absorbe une puissance particulièrement importante. L'utilisateur électrique peut comporter une installation de reproduction émettant le signal audio à bord du véhicule. Le dispositif de filtre pourra être commandé avantageusement pour minimiser ou éliminer les défauts de fonctionnement ou les arrêts de fonctionnement perceptibles de manière significative sur le plan acoustique de l'appareil électrique à cause des différentes perturbations prévisibles dans le réseau embarqué. En particulier, dans le cas d'un véhicule automobile en mode marche/arrêt automatique, avec de fréquentes phases de démarrage ce véhicule sera avantageusement équipé du dispositif de filtre. De manière préférentielle, la diode et la résistance variable sont constituées par un transistor MOSFET. Le transistor MOSFET peut être commandé avantageusement jusqu'à une valeur de résistance très proche de zéro et il comporte en même temps la diode nécessaire. L'invention a également pour objet un procédé de filtrage de signaux parasites d'une tension d'alimentation fournie par une source de tension électrique à un utilisateur électrique, avec un condensateur branché en parallèle sur l'utilisateur, une diode branchée dans le sens passant entre la tension d'alimentation et le condensateur et une résistance variable branchée en parallèle à la diode, étant prévue, ce procédé comprenant les étapes suivantes : - commander la résistance variable à un niveau de résistance élevé si l'amplitude de la tension d'alimentation est supérieure à un seuil donné, et - commander la résistance variable dans un état de faible résistance si l'amplitude de la tension d'alimentation est inférieure à ce seuil prédéfini.

4 La valeur de résistance basse est de préférence proche de zéro Ohm. Selon un mode de réalisation préférentiel, la résistance variable est également commandée à ce niveau de résistance bas si la puissance absorbée par l'utilisateur dépasse un autre seuil prédéfini.

Selon un autre mode de réalisation encore plus préférentiel, la résistance variable sera également commandée sur cette valeur de résistance basse si le générateur ne charge pas la batterie fournissant la tension d'alimentation. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un dispositif de filtre pour éliminer les signaux parasites d'une tension d'alimentation et un procédé de filtrage de parasite dans une tension d'alimentation, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique du réseau embarqué d'un véhicule, - la figure 2 montre le dispositif de filtre de la figure 1, - la figure 3 montre un ordinogramme d'un procédé de commande du dispositif de filtre des figures 1 et 2.

Description d'exemples de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement le réseau embarqué 100 d'un véhicule automobile 105. Le véhicule automobile 105 est par exemple un véhicule de tourisme. Une batterie 110 et un générateur 120 fournissent la tension d'alimentation U. Pendant le fonctionnement du véhicule 105, le générateur 120 est entraîné par le moteur à combustion interne (non représenté) et il fournit une tension pour charger la batterie 110. Lorsque le générateur 120 n'est pas entraîné par le moteur à combustion interne, la batterie 110 constitue la source de tension préférentielle du réseau embarqué 100. Un élément de filtre 130 fournit la tension d'alimentation U et applique la tension ainsi préparée à un appareil audio 140. L'appareil audio 140 génère un signal audio émis par un haut-parleur 150. Une installation de commande 160 est reliée au générateur 120 qui fournit la tension d'alimentation U à la batterie 110 et au générateur 120 ainsi qu'un signal audio entre l'appareil audio 140 et le haut-parleur 150 ; il commande l'élément de filtre 130. L'élément de filtre 130 se commande pour appliquer un filtrage poussé à la tension d'alimentation U ; la chute de tension entre la tension d'alimentation U et la tension appliquée à l'appareil audio 140 peut aller 5 jusqu'à 1 V. En variante, l'élément de filtre 130 est commandé de façon continue de sorte que la chute de tension est proche de zéro, ce qui réduit au minimum l'effet de filtrage. La transition entre ces deux commandes est continue, de sorte que la chute de tension peut être commandée à une valeur quelconque comprise entre ces valeurs extrêmes et l'effet de filtre sera modifié de manière correspondante. L'appareil audio 140 comporte un capteur de tension pour couper le signal audio fourni au haut-parleur 150 si la tension d'alimentation disponible pour l'appareil audio 140 passe en dessous d'un seuil prédéfini. Un appareil audio 140, caractéristique, a un seuil de l'ordre de 6 à 7 V. La tension d'alimentation U peut également s'effondrer en cas de prise d'une puissance électrique importante dans le réseau embarqué 100. Lorsque par exemple le démarreur (non représenté) relié au réseau embarqué 100 lance le moteur à combustion interne, la tension d'alimentation U peut chuter jusqu'à environ 8 V. Si le véhicule 105 a un mode de fonctionnement automatique marche-arrêt qui coupe automatiquement le moteur à combustion interne à l'arrêt du véhicule 105 et le redémarre de nouveau automatiquement à la demande, un tel effondrement de la tension peut se produire assez fréquemment. Mais la coupure du signal audio, perçue de manière gênante par les passagers du véhicule 105, ne se produit toutefois que si pendant la phase de démarrage, l'élément de filtre 130 est commandé pour appliquer une chute de tension relativement importante. L'installation de commande 160 commande ainsi l'élément de filtre 130 en fonction de la tension d'alimentation U. Pour cela, l'installation de commande 160 compare la tension d'alimentation u à une valeur de comparaison interne qui se situe dans une plage d'environ 8 à Il v et de préférence à environ 9-10 V. Si la tension d'alimentation U passe en dessous de la valeur de comparaison, l'élément de filtre 130 sera commandé pour minimiser la chute de

6 tension qu'il engendre. La commande se fait de manière numérique en ce que la chute de tension est réduite à la valeur la plus faible que possible dès que la tension d'alimentation U descend en dessous de la valeur de comparaison ; la commande peut également se faire de manière analogique en ce que la chute de tension de l'élément de filtre 130 sera proportionnelle au dépassement en dessous de la valeur de comparaison par la tension d'alimentation U. En option, l'installation de commande 160 est réalisée en plus ou en variante pour commander l'élément de filtre 130 dans le sens d'une réduction minimum de la chute de tension si le générateur 120 n'est pas entraîné par le moteur à combustion interne. Un générateur usuel 120 fournit un signal qui indique si une tension de charge est fournie ou non. Ce signal peut sortir du générateur 120 par une ligne séparée ou encore sous la forme d'une information transmise par un bus de commande, par exemple un bus CAN. Le signal est habituellement affiché au conducteur du véhicule 105 par un voyant rouge avec un symbole de batterie. Le signal peut servir à commander l'élément de filtre 130. L'élément de filtre 130 sera ainsi limité dans sa fonction de filtre si le générateur 120 n'est pas entraîné par le moteur à combustion interne. Comme le générateur 120 produit les signaux parasites combinés à la tension d'alimentation U dans la plus grande partie en mode de fonctionnement normal, on peut très largement supprimer l'effet de filtre lorsque le générateur 120 est à l'arrêt. Si maintenant la tension d'alimentation U s'effondre pendant le démarrage du moteur à combustion interne, l'élément de filtre 130 sera déjà dans l'état de commande dans lequel il faut d'abord le mettre du fait de la chute de la tension d'alimentation U. La commande prévisionnelle permet d'éviter une installation de commande 160, compliquée, réagissant rapidement ou un élément de filtre 130 mis en oeuvre rapidement par les signaux de commande de l'installation de commande 160. Lorsque la phase de démarrage est terminée, la tension d'alimentation U remonte à sa valeur nominale d'environ 12-13 V et le générateur 120 indique que la batterie 110 est en cours de charge. Ce n'est que si la tension d'alimentation est suffisamment importante et que la batterie est chargée, que

7 l'installation de commande 160 commande l'élément de filtre 130 pour augmenter l'effet de filtrage ; la chute de tension produite par l'élément de filtre 130 augmentera de manière correspondante. Grâce à cette combinaison, on garantit une reproduction sans coupure par l'appareil audio 140 au cours de la phase de démarrage. En plus, l'installation de commande 160 est conçue pour commander l'élément de filtre 130 afin de diminuer la chute de tension si l'appareil audio 140 absorbe une puissance particulièrement élevée. La prise de puissance par l'appareil audio 140 est en première approximation proportionnelle à la puissance du signal audio. Si par exemple, un morceau de musique avec des basses accentuées est émis à un niveau très fort par les haut-parleurs 150, la puissance nécessaire à la reproduction des basses que l'appareil audio 140 reçoit du réseau embarqué 100, peut conduire à un affaissement de la tension dans l'appareil audio 140, ce qui détériore la fourniture d'un signal audio sans distorsion. On parlera alors du "trou des basses". En diminuant la chute de tension produite par l'élément de filtre 130 en cas de puissance absorbée élevée par l'appareil audio 140, on évite un tel effet. La figure 2 montre un dispositif de filtre 200 du réseau embarqué 100 de la figure 1. Le dispositif de filtre 200 comprend un élément de filtre 130 composé d'un transistor MOSFET 210 avec une diode 220 et un condensateur 230, une pompe de charge (encore appelée pompe de tension ou pompe à diodes) 240 et l'installation de commande 160. Suivant une variante de réalisation, on utilise un transistor bipolaire 210. La pompe de charge 240 est représentée comme étant séparée du dispositif de filtre 160, mais elle peut également être entourée par celui-ci. A gauche de la figure, on a la tension d'alimentation U correspondant à la représentation de la figure 1. Le transistor MOSFET 210 fonctionne comme commutateur commandé en parallèle avec la diode 220. La diode 220 fonctionne avantageusement comme protection contre l'inversion de polarité pour l'appareil audio 140. En fonction de la tension appliquée à l'entrée de commande G la résistance varie entre les bornes S et D du transistor MOSFET 210. La tension d'alimentation U sera ainsi commandée sur le chemin entre les bornes S et D du

8 transistor MOSFET 210 selon la tension de commande pour être appliquée au condensateur 230 et ensuite à l'appareil audio 140. Le condensateur 230 fonctionne comme résistance dépendant de la fréquence ; il évacue vers la masse les signaux parasites à haute fréquence ou les variations brèves de la tension d'alimentation U de sorte que la tension fournie à l'appareil audio 140 comme tension d'alimentation U ne contient plus que peu de signaux parasites. Quatre diodes de la pompe de charge 240 sont reliées au haut-parleur 150. Le signal audio appliqué au haut-parleur 150, est converti dans la pompe de charge 240 à une valeur suffisamment élevée pour commander le transistor MOSFET 210 en fonction de la puissance fournie à l'appareil audio 140. L'installation de commande 160 peut être prévue en plus ou en variante de la pompe de charge 240 et elle commande l'élément de filtre 130 en fonction du signal de charge du générateur 120 et de l'amplitude de la tension d'alimentation U. Globalement, le dispositif de filtre 200 fait que l'appareil audio 140 reçoit une tension d'alimentation U faiblement réduite ou non réduite si l'une des conditions suivantes est remplie : - la tension U est inférieure à une valeur de comparaison, - le générateur 120 ne charge pas la batterie 110, - la puissance fournie, c'est-à-dire la puissance absorbée par l'appareil audio 140, est supérieure à une autre valeur de comparaison. Une faible chute de tension sur le dispositif de filtre 200, correspond à un effet de filtrage réduit vis-à-vis des signaux parasites contenus dans la tension d'alimentation U. Inversement, si toutes les conditions indiquées ci-dessus ne sont pas remplies, le dispositif de filtre 200 assure un bon effet de filtrage des signaux parasites de la tension d'alimentation U au prix d'une certaine réduction de la tension.

La figure 3 montre schématiquement un ordinogramme d'un procédé 300 appliqué au dispositif de filtre 100 des figures 1 et 2. Le procédé 300 comprend les étapes 305-335. A l'étape 305, on détermine l'amplitude de la tension d'alimentation U. Ensuite, dans l'étape 310, on compare si la tension d'alimentation U, déterminée, est supérieure au seuil prédéfini. Si cela

9 n'est pas le cas, le procédé 300 passe à l'étape 315 dans lequel le transistor 220 est commandé dans son état faiblement ohmique. Mais si dans l'étape 310, on constate que la tension d'alimentation déterminée U est en dessous du seuil prédéfini, le procédé se poursuit par l'étape 320. Dans l'étape 320, on détermine la puissance absorbée par l'utilisateur 140. Dans l'étape 325, on compare si la puissance prise est au-dessus d'un autre seuil prédéfini. Si cela est le cas, le procédé 300 se poursuit par l'étape 315 et commute le transistor 220 dans son état faiblement ohmique. Dans le cas contraire, on poursuit par l'étape 330, dans lequel on détermine si le générateur 120 charge la batterie 110. Cela est généralement le cas si le moteur qui est usuellement un moteur à combustion interne entraînant le générateur 120, fonctionne. La détermination faite dans l'étape 330 peut se faire à l'aide d'un signal fourni par le générateur 120 et qui indique une fonction de charge. I1 peut également s'agir d'un signal fourni par le moteur ou par sa commande indiquant que le moteur tourne. Le générateur 120 en charge, donne à la tension d'alimentation U une certaine ondulation si bien que la charge de la batterie 110 par le générateur 120 peut également se détecter par cette ondulation. Si le générateur 120 ne charge pas la batterie 110, le procédé dérive vers l'étape 315 par laquelle le transistor est commuté dans son état faiblement ohmique. Pendant que le générateur 120 charge la batterie 110, la tension d'alimentation est certes plus élevée que si la batterie 110 n'est pas en charge, mais l'ondulation de la tension d'alimentation U est également augmentée ce qui indique un filtrage de la tension d'alimentation U par le dispositif de filtre 200. Si le générateur 120 ne charge pas la batterie 110, en général il n'y a aucune ondulation de sorte que l'on peut éviter le filtrage. Si à partir de cette situation, on démarre le moteur à l'aide d'un démarreur électrique alimenté par la batterie 110, la tension d'alimentation U s'effondre tout d'abord. La condition relative à l'étape 310 n'est plus alors remplie de sorte que le procédé 300 commuterait le transistor 220 à l'état faiblement ohmique dans l'étape 315. Mais du fait

10 de la comparaison dans l'étape 330, le transistor 220 est toutefois déjà commuté à l'état faiblement ohmique pendant le démarrage, de sorte que pour la saisie et la comparaison dans les étapes 305 et 310, il n'y a pas lieu de mettre en oeuvre des moyens supplémentaires qui permettraient une décision particulièrement rapide. L'étape 335 est utilisée si dans l'étape 330 le générateur 120 charge la batterie 110. Dans l'étape 335, on commande le transistor 220 pour le passer à un état fortement ohmique. Chacune des déterminations dans les étapes 310, 325, 330 peut également être supprimée. L'étape 335 sera atteinte de manière générale si du fait d'aucune détermination permanente, il y a lieu de commander le transistor 220 pour le faire passer à l'état faiblement ohmique. Après l'étape 315 ou l'étape 335, le procédé 300 revient au début et parcourt de nouveau la boucle.15 ii NOMENCLATURE

100 réseau embarqué 105 véhicule automobile 110 batterie 120 générateur 130 élément de filtre 140 appareil audio 150 haut-parleur 160 installation de commande 200 dispositif de filtre 210 transistor MOSFET transistor bipolaire 220 diode 230 condensateur 240 pompe de charge/pompe à diodes 300 procédé de gestion du dispositif de filtre 305-335 étapes du procédé20

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1» Dispositif de filtre (200) pour filtrer les signaux parasites d'une tension d'alimentation (U) fournie par une source de tension électrique (110, 120) à un utilisateur électrique (140), comprenant : - un condensateur (230) branché en parallèle sur l'utilisateur (140), - une diode (220) branchée dans le sens passant entre la tension d'alimentation (U) et le condensateur (230), et - une résistance variable (210) branchée en parallèle sur la diode (220), dispositif (200) caractérisé par - une installation de commande (160) pour commander la résistance variable (210) en fonction de l'amplitude de la tension d'alimentation (U). 2» Dispositif de filtre (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation de commande (160) est conçue pour diminuer la résistance variable (210) si l'amplitude de la tension d'alimentation (U) passe en dessous d'un seuil prédéfini. 3» Dispositif de filtre (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de tension électrique (110, 120) comprend une batterie (110) chargée par un générateur (120) et l'installation de commande (160) est conçue pour diminuer la résistance variable (210) lorsque le générateur (120) ne charge pas la batterie (110). 4» Dispositif de filtre (200) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la valeur de la résistance variable (210) est commandée pratiquement à zéro. 5» Dispositif de filtre (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 13 l'installation de commande (160) est conçue pour commander la résistance variable (210) en fonction de la puissance prise par l'utilisateur (140). 6» Dispositif de filtre (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation de commande (160) est conçue pour diminuer la valeur de la résistance variable (210) lorsque la puissance prise par l'utilisateur (140), augmente. 7» Dispositif de filtre (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'utilisateur électrique (140) comporte une installation de reproduction pour fournir un signal audio à bord d'un véhicule automobile (105). 8» Dispositif de filtre (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la diode (220) et la résistance variable (210) sont constituées par un transistor MOSFET (210). 20 9» Dispositif de filtre (200) selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'installation de commande (160) comporte un groupe de charge (240) pour fournir une tension de commande au transistor MOSFET (210) à 25 partir du signal audio de l'installation de reproduction (140). 10» Dispositif de filtre (200) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'installation de reproduction (140) comprend une installation pour 30 couper le signal audio si la tension d'alimentation (U) passe en dessous d'un seuil prédéfini. 11» Procédé de filtrage de signaux parasites d'une tension d'alimentation (U) fournie par une source de tension électrique (110, 35 120) à un utilisateur électrique (140), 14 * un condensateur (230) branché en parallèle sur l'utilisateur (140), une diode (220) branchée dans le sens passant entre la tension d'alimentation (U) et le condensateur (230) et une résistance variable (210) branchée en parallèle à la diode (220), étant prévue, procédé comprenant les étapes suivantes : - commander la résistance variable (210) à un niveau de résistance élevé si l'amplitude de la tension d'alimentation (U) est supérieure à un seuil donné, et - commander la résistance variable (210) dans un état de faible 10 résistance si l'amplitude de la tension d'alimentation (U) est inférieure à ce seuil prédéfini. 15