FR2977748A1 - Circuit electronique pour generer une frequence - Google Patents

Abstract

Circuit électronique (1), comprenant : - une source de tension principale (4), - un comparateur (2) configuré pour fonctionner selon deux modes de fonctionnement, le comparateur ayant une première entrée (3) alimentée depuis la source de tension principale (4), une deuxième entrée (12) reliée à une source de tension de référence (14), et une sortie délivrant la tension d'état (Vs) du comparateur, - un condensateur (5) relié à la première entrée (3) du comparateur (2) de manière à ce qu'il puisse être chargé par la source de tension principale (4) lorsque le comparateur (2) est dans le premier mode de fonctionnement, et - un étage (10) permettant la décharge du condensateur (5) lorsque le comparateur (2) est dans le deuxième mode de fonctionnement, le rapport entre la valeur de la tension (E) aux bornes de la source de tension principale (4) et la valeur de la tension (V ) aux bornes de la source de tension de référence (14) étant déterminé de manière à ce que la tension (v) aux bornes du condensateur (5) lors de la charge de ce dernier varie sensiblement linéairement en fonction du temps.

Description

Circuit électrique pour la génération d'une fréquence La présente invention a pour objet un circuit électronique. Un tel circuit est par exemple utilisé pour la mesure d'une grandeur physique galvaniquement isolée, le circuit permettant alors d'élaborer un signal de mesure à partir de la grandeur que l'on cherche à mesurer.

L'invention s'applique notamment pour la mesure de tension aux bornes de composants tels que des batteries, notamment des batteries délivrant de la puissance pour véhicule automobile, par exemple à propulsion hybride ou électrique. Une telle application est notamment avantageuse lorsque la tension délivrée par la batterie ne varie pas selon des ordres de grandeur trop importants, par exemple avec une batterie ne variant en tension que de plus ou moins 40% autour de sa valeur moyenne. Le circuit électronique forme par exemple un convertisseur tension/fréquence, c'est-à-dire que la fréquence d'un signal de sortie du circuit est une image d'une tension en entrée du circuit. Pour mesurer une tension galvaniquement isolée, il est connu de faire varier le rapport cyclique d'un signal à fréquence fixe en fonction de la grandeur à mesurer. Une telle mesure de tension isolée est par exemple effectuée à l'aide du circuit électronique 100 représenté à la figure 1. Ce circuit 100 permet de mesurer la tension E aux bornes d'une source de tension principale 101. Le circuit 100 représenté sur la figure 1 comprend deux comparateurs 102 et 103. Le comparateur 102 est associé à cinq résistances RI à R5 selon un montage permettant de créer un signal périodique Vosc. Ce signal Vosc est ensuite utilisé comme porteuse pour être comparé par le comparateur 103 à une tension représentative de la tension E que l'on cherche à mesurer. Le signal Vs en sortie du comparateur 103 est un signal à rapport cyclique variable, ce rapport cyclique dépendant de la valeur de la tension E. Le circuit électronique 100 de la figure 1 présente un inconvénient en terme de linéarité de la mesure. En effet, pour obtenir un rapport cyclique pour la tension Vs qui soit proportionnel à la tension E, il est souhaitable que l'oscillateur du circuit fournisse soit une dent de scie parfaite, soit un signal triangulaire parfaitement symétrique, ce qui nécessite l'emploi de composants coûteux. En outre, travailler sur le rapport cyclique implique la mesure de deux grandeurs, à savoir la durée de conduction et la période pendant laquelle on observe une alternance conduction/ non-conduction.

Plutôt que de faire varier le rapport cyclique du signal de sortie en fonction de la grandeur que l'on cherche à mesurer, il est également connu de faire varier la fréquence d'un signal en fonction de la grandeur que l'on cherche à mesurer. On peut utiliser pour cela un circuit électronique appelé « convertisseur tension/fréquence ». Ce circuit électronique comprend un comparateur ayant une entrée à laquelle est relié un condensateur chargé par la tension dont on cherche à connaître la valeur. Le comparateur commande la charge et la décharge du condensateur et le signal d'état du comparateur a une valeur différente selon que le condensateur est en charge ou en décharge. Ainsi, la fréquence du signal d'état du comparateur est la même que la fréquence d'une alternance charge/décharge du condensateur.

Comme il existe une relation mathématique entre la fréquence du signal d'état en sortie du comparateur et la tension dont on cherche à connaître la valeur, ce circuit électronique permet d'obtenir, en mesurant la fréquence du signal d'état en sortie du comparateur, une image de la tension dont on cherche à connaître la valeur. Néanmoins, l'équation traduisant cette relation mathématique n'est pas linéaire.

Ainsi, la détermination de la valeur de ladite tension connaissant ladite fréquence à l'aide de l'équation non linéaire nécessite des calculs complexes et ne permet pas d'utiliser des moyens de mesure simples dépourvus de calculateurs sophistiqués. Il existe un besoin pour pouvoir déterminer à l'aide de moyens de mesures simples la valeur d'une tension d'entrée d'un circuit en fonction de la fréquence d'un signal de sortie de ce circuit, bien que la relation liant ladite tension et ladite fréquence ne soit pas linéaire. L'invention a pour but de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, grâce à un circuit électronique, comprenant : une source de tension principale, un comparateur configuré pour fonctionner selon deux modes de fonctionnement, le comparateur ayant une première entrée alimentée depuis la source de tension principale, une deuxième entrée reliée à une source de tension de référence, et une sortie délivrant un signal d'état du comparateur, - un condensateur relié à la première entrée du comparateur de manière à ce qu'il puisse être chargé par la source de tension principale lorsque le comparateur est 30 dans le premier mode de fonctionnement, et - un étage permettant la décharge du condensateur lorsque le comparateur est dans le deuxième mode de fonctionnement, le rapport entre la valeur de la tension aux bornes de la source de tension principale et la valeur de la tension aux bornes de la source de tension de référence étant déterminé de manière à ce que la tension aux bornes du condensateur lors de la charge de ce dernier varie sensiblement linéairement en fonction du temps.

La valeur de la tension aux bornes de la source de tension de référence peut rester comprise dans un domaine borné, par exemple entre 200 et 450V. Selon l'aspect de l'invention ci-dessus, le choix du rapport entre la valeur de la tension aux bornes de la source de tension principale et la valeur de la tension aux bornes de la source de tension de référence (qui sera parfois simplement appelé « rapport » par la suite)

permet que lorsque la charge du condensateur est interrompue par le passage du premier au deuxième mode de fonctionnement du comparateur, la tension aux bornes du condensateur a varié quasi linéairement en fonction du temps.

Au sens de l'invention « sensiblement linéaire » ou « quasiment linéaire » signifie que, pendant la charge, l'approximation effectuée en utilisant pour calculer la valeur de la tension aux bornes du condensateur l'équation de la tangente à la courbe représentant la tension aux bornes du condensateur en fonction du temps à l'origine temporelle de la charge donne une erreur relative d'au plus 0,5% en valeur absolue, notamment lorsque le rapport est de l'ordre de 100.

Cette erreur peut être déterminée en calculant la valeur de tl-tm :

- t1 désignant la durée à compter de l'origine temporelle de charge au bout de laquelle la courbe représentant la tension aux bornes de la charge en fonction du temps est égale au potentiel à la deuxième entrée du comparateur, ce qui provoque le basculement du comparateur dans le deuxième mode de fonctionnement et

-tm désignant la durée à compter de l'origine temporelle de charge au bout de laquelle la tangente à l'origine à la courbe représentant la tension aux bornes du condensateur en fonction du temps atteint la valeur de la deuxième entrée en tension du comparateur. L'erreur t 1- m relative est alors égale à t, On montre qu'en prenant comme hypothèses :

qu'à l'origine temporelle de charge, la valeur de tension aux bornes du condensateur est nulle et que lors de la charge du condensateur la deuxième entrée du comparateur a comme potentiel la valeur Vie de la tension aux bornes de la source de tension de référence, avec E qui est la valeur de la tension aux bornes de la source de tension principale, on obtient pour l'erreur relative traduisant l'approximation linéaire s=1-tm x =1+ t, lnO + x) Vref x= avec E Ainsi, lorsque le rapport vaut respectivement 100, 72 ou 360, l'erreur relative vaut respectivement 0,5%, 0 7% et 0,14% Le rapport entre les valeurs de tension ci-dessus est par exemple supérieur ou égal à 50, par exemple à 100, 200 ou 300. La tension aux bornes de la 10 source de tension principale peut avoir une valeur de l'ordre de quelques centaines de Volts tandis que la tension aux bornes de la source de tension de référence peut avoir une valeur de l'ordre de quelques Volts. Du fait de cette linéarité entre la tension aux bornes du condensateur et le temps lors de la charge du condensateur, l'équation non linéaire entre la fréquence du signal d'état en sortie 15 du comparateur et la tension aux bornes de la source de tension principale peut être linéarisée. Cette linéarisation peut aussi nécessiter de pas prendre en compte le temps de décharge du condensateur, c'est-à-dire la durée pendant laquelle le comparateur fonctionne selon le deuxième mode. La linéarisation suppose ainsi de pouvoir trouver un compromis acceptable entre l'erreur 20 commise en considérant comme linéaire la tension aux bornes du condensateur lors de sa charge et l'erreur commise en ne prenant pas en compte le temps de décharge du condensateur lors du calcul de la fréquence du signal d'état. La fréquence du signal d'état peut être égale à la fréquence à la laquelle une alternance charge/décharge du condensateur se produit. 25 La ou les valeurs obtenues pour le rapport entre la valeur de la tension aux bornes de la source de tension principale et la valeur de la tension aux bornes de la source de tension de référence peuvent permettre que l'erreur relative lorsque l'on calcule par linéarisation la fréquence du signal d'état en sortie du comparateur pour une valeur donnée de la tension de la source de tension principale en considérant la charge du condensateur linéaire en fonction5 du temps et sans prendre en compte le temps de décharge du condensateur soit inférieure ou égale à une valeur prédéfinie. Cette erreur relative est par exemple inférieure ou égale à environ 0,5% en valeur absolue. Comme expliqué ci-dessus, la linéarisation implique de commettre une première erreur correspondant à la charge du condensateur et une deuxième erreur correspondant à la décharge du condensateur et le choix des valeurs pour le rapport est effectué de manière à ce que l'erreur relative ci-dessus, qui intègre la première et la deuxième erreur soit inférieure ou égale à la valeur prédéfinie. La première et la deuxième erreur varient par exemple de façon opposée en fonction de la tension aux bornes de la source de tension de référence, de sorte que la courbe représentant l'erreur relative en fonction de la tension aux bornes de la source de tension principale présente une forme convexe et, selon des exemples de mise en oeuvre de l'invention, on cherche des valeurs du rapport permettant de travailler autour de l'extremum de cette courbe. La linéarisation ci-dessus de l'équation non linéaire revient à considérer que la tension aux bornes du condensateur en fonction du temps a exactement la forme d'une dent de scie. Le choix des valeurs ci-dessus pour le rapport permet ainsi de s'assurer que l'équation linéarisée donne une valeur de fréquence approximant de manière satisfaisante la valeur de fréquence déterminée à l'aide de l'équation exacte. Ainsi, connaissant la valeur de la fréquence du signal d'état en sortie du comparateur et ayant choisi le rapport des valeurs de tension permettant la linéarisation avec une erreur très faible, on peut par un simple calcul de fonction linéaire déterminer de façon simple et rapide la valeur de la tension aux bornes de la source de tension principale. Le circuit électronique peut être calibré pour que, lorsque le rapport est dans la plage désirée et que la tension aux bornes de la source de tension principale varie dans un domaine borné, l'erreur relative reste comprise en valeur absolue entre zéro et la valeur prédéfinie. Dans des exemples de mise en oeuvre de l'invention, le comparateur présente un seuil bas et un seuil haut et le premier mode de fonctionnement du comparateur correspond au cas où le potentiel de la deuxième entrée est sensiblement égal au seuil haut et où le potentiel de la première entrée croît entre le seuil bas et le seuil haut. Le deuxième mode de fonctionnement correspond au cas où le potentiel de la deuxième entrée est sensiblement égal au seuil bas et où le potentiel de la première entrée décroît entre le seuil haut et le seuil bas. La source de tension de référence peut être reliée à la deuxième entrée du comparateur de manière à ce que le seuil haut et/ou le seuil bas du comparateur déterminant la charge ou la décharge du condensateur soit une image affine, notamment linéaire, de la tension de référence. Dans le cas présent, la source de tension de référence peut être reliée indirectement à la deuxième entrée du comparateur, c'est-à-dire par l'intermédiaire de composants intermédiaires.

Selon un exemple particulier, la source de tension de référence est reliée à la deuxième entrée du comparateur de manière à ce que le seuil haut soit égal à la tension aux bornes de la source de tension de référence tandis que le seuil bas est égal à une fraction de la tension aux bornes de la source de tension de référence. Selon un autre exemple particulier, la source de tension de référence est reliée à la deuxième entrée du comparateur de manière à ce que le seuil haut soit un multiple de la tension aux bornes de la source de référence. Dans ce cas, le seuil bas est ou non égal à la valeur de la tension aux bornes de la source de tension référence. Le circuit peut comprendre, pour provoquer le passage du premier au deuxième mode de fonctionnement du comparateur et réciproquement : - un premier interrupteur faisant partie de l'étage permettant la décharge du condensateur et - un deuxième interrupteur faisant partie d'un étage de référence dont fait également partie la source de tension de référence. Chaque interrupteur peut comporter au moins une borne de commande et le circuit peut comporter une source de tension additionnelle reliée à une borne de commande de chaque interrupteur. Cette source de tension additionnelle peut permettre de polariser en même temps ces deux interrupteurs. La source de tension additionnelle peut également être reliée par l'intermédiaire d'une résistance à une borne de la source de tension de référence.

Dans des exemples de mise en oeuvre de l'invention, les interrupteurs sont des transistors à effet de champ et la source de tension additionnelle est reliée à la grille de chacun des transistors. Le circuit électronique peut comprendre une résistance à travers laquelle le condensateur est chargé lorsque le comparateur est dans le premier mode de fonctionnement et la valeur de cette résistance de charge peut être très supérieure à la valeur de la résistance à l'état passant du premier interrupteur. La résistance de charge a par exemple une valeur au moins 1000 fois, notamment104 fois, voire 105 fois plus grande que la valeur à température ambiante de la résistance à l'état passant du premier interrupteur. L'invention n'est cependant pas limitée à la plage de valeurs ci-dessus pour le rapport « résistance de charge/résistance du premier interrupteur lorsque ce dernier est à l'état passant ». L'étage de décharge peut comprendre une résistance de décharge montée en série avec le premier interrupteur.

La résistance de décharge peut être dimensionnée vis-à-vis de la résistance à l'état passant du premier interrupteur de manière à avoir une valeur d'au moins 40 fois, notamment 100 fois, voire 1000 fois plus grande que la valeur de la résistance à l'état passant du premier interrupteur. En effet, la résistance à l'état passant du premier interrupteur peut être de l'ordre de quelques Ohms mais varier jusqu'à près du double de sa valeur lorsque la température varie de façon significative. Selon l'invention, lorsque l'on dimensionne la résistance de décharge, on peut choisir la valeur de cette résistance de décharge de manière à ce que la variation importante autour de sa valeur à température ambiante de la résistance à l'état passant du premier interrupteur ne soit pas ou peu perceptible puisque ces valeurs de la résistance à l'état passant du premier interrupteurs restent alors toujours très inférieures à celles de la résistance de décharge. L'étage de référence peut comporter au moins une résistance dimensionnée par rapport à la résistance à l'état passant du deuxième interrupteur de la même manière que ce qui vient d'être énoncé en rapport avec la résistance de décharge et la résistance à l'état passant du premier interrupteur, cette ou ces résistances de l'étage de référence étant par exemple au moins 200, voire 2000 fois plus grandes que la résistance à l'état passant du deuxième interrupteur. La première entrée du comparateur peut être l'entrée non inverseuse de ce dernier, auquel cas la deuxième entrée du comparateur est l'entrée inverseuse. En variante, la première entrée du comparateur, à laquelle est reliée le condensateur, est l'entrée inverseuse tandis que la deuxième entrée du comparateur est l'entrée non inverseuse. Le condensateur a par exemple une armature reliée à la première entrée du comparateur et son autre armature est reliée à la masse, de sorte que le potentiel à la première entrée du comparateur est égal à la tension aux bornes du condensateur. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un circuit électronique, 30 comprenant : - une source de tension principale, s

- un comparateur configuré pour fonctionner selon deux modes de fonctionnement, le comparateur ayant une première entrée alimentée depuis la source de tension principale, une deuxième entrée reliée à une source de tension de référence, et une sortie délivrant un signal d'état du comparateur, - un condensateur relié à la première entrée du comparateur de manière à ce qu'il puisse être chargé par la source de tension principale lorsque le comparateur est dans le premier mode de fonctionnement, et - un circuit permettant la décharge du condensateur lorsque le comparateur est dans le deuxième mode de fonctionnement, le circuit étant tel que la valeur de la tension aux bornes la source de tension principale et la valeur de la fréquence de la tension d'état en sortie du comparateur soient reliées par une équation non linéaire et, - le rapport entre la valeur de la tension aux bornes de la source de tension principale et la valeur de la tension aux bornes de la source de tension de référence étant déterminé de manière à ce que l'erreur relative lorsque l'on calcule la fréquence du signal d'état en considérant que la charge du condensateur est linéaire en fonction du temps et sans prendre en compte le temps de décharge du condensateur soit inférieure ou égale à une valeur prédéfinie. Ainsi, l'aspect ci-dessus de l'invention permet de choisir le rapport des valeurs de tension ci-dessus pour disposer d'une approximation précise. La valeur prédéfmie de l'erreur relative peut être différente selon la température à laquelle est le circuit électronique. La valeur prédéfinie de ladite erreur relative est par exemple d'environ 0,5% en valeur absolue, notamment lorsque la température ambiante du circuit est de +25°C.

Le rapport entre la valeur de la tension aux bornes de la source de tension principale et la valeur de la tension aux bornes de la source de tension de référence ainsi déterminé peut permettre que la tension aux bornes du condensateur lors de la charge de ce dernier varie sensiblement linéairement en fonction du temps. L'équation non linéaire reliant la fréquence du signal d'état délivrée par le comparateur et la tension aux bornes de la source de tension principale peut être linéarisée en utilisant la linéarité de la tension aux bornes du condensateur lors de la charge du condensateur et en négligeant le temps de décharge du condensateur.

L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de dimensionnement du circuit électronique décrit ci-dessus, dans lequel : - on choisit des valeurs du rapport entre la tension aux bornes de la source principale de tension et la tension aux bornes de la tension de référence de manière à ce que la tension aux bornes du condensateur varie sensiblement linéairement en fonction du temps et/ou de manière à ce que l'erreur relative lorsque l'on calcule la fréquence du signal d'état en considérant que la charge du condensateur est linéaire en fonction du temps et sans prendre en compte le temps de décharge du condensateur soit inférieure ou égale à une valeur prédéfinie.

La courbe représentant l'erreur relative en fonction de la tension aux bornes de la source de tension principale présente par exemple un extremum, variant notamment de façon décroissante puis croissante au fur et à mesure que la tension aux bornes de la source de tension principale augmente et l'on choisit les valeurs du rapport et l'on procède à un calibrage, de manière à ce que lorsque la valeur de la tension aux bornes de la source de tension principale varie dans un domaine borné, la valeur de l'erreur relative soit inférieure en valeur absolue à la valeur prédéfinie L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un dispositif électrique comprenant : - un premier sous-ensemble comprenant des premiers composants électroniques et le circuit électronique ci-dessus, la masse de référence de ce premier sous-ensemble étant sur la source de tension principale du circuit électronique; un deuxième sous-ensemble comprenant des deuxièmes composants électroniques dont la masse de référence est sur une source de tension dudit deuxième sous-ensemble; - une isolation galvanique entre le premier et le deuxième sous-ensemble, et - un circuit d'alimentation du comparateur dudit circuit électronique à partir du deuxième sous-ensemble. Le circuit électronique selon l'invention peut former un outil de mesure de la source de tension principale et un tel outil de mesure ne consomme qu'une tension réduite et peut alors être alimenté depuis le deuxième sous-ensemble, ce qui est avantageux lorsque le deuxième sous-ensemble forme un sous-ensemble basse tension et que le premier sous-ensemble forme un sous-ensemble haute tension. Au sens de l'invention, «basse tension» désigne une tension inférieure à 60V, typiquement comprise entre 12V et 14V tandis que «haute tension» désigne une tension supérieure à 60V, typiquement de l'ordre de 300 à 400V.

L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple non limitatif de mise en oeuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel : la figure 1 représente un circuit de mesure de la tension aux bornes d'une batterie selon un exemple d'art antérieur, - les figures 2 et 3 représentent un circuit électronique selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 4 représente de façon schématique l'évolution de différentes tensions mesurées dans le circuit de la figure 2 en fonction du temps, - la figure 5 est un relevé correspondant à différentes relations entre la fréquence du signal d'état en sortie du comparateur du circuit et la tension aux bornes de la source de tension principale, - la figure 6 est un exemple de courbe d'erreur relative que l'on cherche à minimiser en fonction de la tension aux bornes de la source de tension principale et,la figure 7 représente un dispositif électrique comprenant le circuit électrique de la figure 2. On a représenté à la figure 2 un circuit électronique 1 selon un exemple de mise en oeuvre de l' invention, ce circuit électronique 1 permettant d'obtenir une relation entre une tension dont on cherche à connaître la valeur et la fréquence d'un signal mesurable.

Ce circuit 1 comprend un comparateur 2 dont une première entrée 3 est reliée via une résistance Rl à une source de tension principale 4 qui délivre la tension E dont on cherche à connaître la valeur ou plus généralement à étudier. La source de tension principale 4 est par exemple une batterie ou toute unité de stockage d'énergie électrique. Cette source de tension principale 4 peut être ou non formée par plusieurs sources élémentaires montées en série etlou en parallèle. La première entrée 3 du comparateur 2 est en outre reliée à une première armature d'un condensateur 5 de capacité C dont la deuxième armature est reliée à la masse 7. Le comparateur 2 délivre en sortie un signal d'état de tension Vs. Dans l'exemple décrit, la première entrée 3 est l'entrée non inverseuse du comparateur 2.

Le circuit 1 comprend également un étage de décharge 10 du condensateur 5. Cet étage de décharge 10 est notamment visible sur la figure 3 qui représente une partie seulement du circuit 1 de la figure 2. Cet étage de décharge 10 a dans l'exemple des figures 2 et 3 chacune de ses extrémités reliées à une des armatures du condensateur 5, de sorte que la tension aux bornes de cet étage de décharge 10 est égale à la tension v aux bornes du condensateur 5. L'étage de décharge 10 comprend par exemple en série une résistance R2 et un interrupteur commandable Tl. Dans l'exemple considéré, l'interrupteur commandable Tl est un transistor à effet de champ mais l'invention n'est pas limitée à un tel exemple d'interrupteur commandable. Comme on peut le voir sur la figure 2, le comparateur 2 présente une deuxième entrée 12 qui est reliée à un étage de référence 15. Cet étage de référence 15 comprend une ou plusieurs résistances et une source de tension de référence 14 délivrant une tension Vref- La source de tension de référence peut être formée par un circuit intégré. D'autres façons de réaliser la source de tension de référence sont envisageables. Dans l'exemple décrit, l'étage de référence 15 comprend une branche dans laquelle une résistance R3 et un deuxième interrupteur T2 sont montés en série. Le deuxième interrupteur T2 est par exemple un transistor à effet de champ, pouvant correspondre ou non au même modèle que celui du premier transistor T1. L'étage de référence 15 comprend également dans l'exemple considéré une résistance R4 par laquelle la source de tension de référence 14 est reliée à la deuxième entrée 12 du comparateur 2. Le premier et le deuxième interrupteurs sont dans l'exemple des figures 2 et 3 commandables. Cette commande peut être effectuée par une source de tension additionnelle 19 délivrant une tension Vcc permettant de polariser les transistors Tl et T2. Ces derniers ont une borne de commande et la source de tension additionnelle 19 est par exemple reliée aux bornes de commande pour polariser simultanément les deux transistors. Comme représenté sur la figure 2, l'étage de référence 15 peut encore comprendre un condensateur additionnel 18, monté en parallèle par rapport au deuxième interrupteur T2.

Lorsque le deuxième interrupteur T2 est un transistor à effet de champ, le condensateur additionnel 18 peut avoir une de ses armatures reliée à la source du transistor tandis que son autre armature est reliée au drain du transistor. Dans l'exemple de la figure 2, le comparateur 2 fonctionne selon deux modes et présente deux seuils : un seuil haut Vh et un seuil bas Vb. L'étage de référence 15 est dans l'exemple de la figure 2 agencé de telle sorte que les seuils Vh et Vb soient des images linéaires de la tension Vre % Les résistances R3 et R4 de l'étage de référence peuvent être disposées de manière à ce que les seuils Vh et Vb dépendent de la tension Vref selon les équations ci-dessous : {Vh - Vref R3 + R V ason2 y a _ R3 + Rdsonz + R4 ref Selon le premier mode de fonctionnement du comparateur 2, la tension v aux bornes du condensateur 5 est liée à la tension E aux bornes de la source de tension principale 4 par l'équation suivante : E=T, dv+v dt avec z, =RC , Avec pour condition initiale : v(t=O)=Vb L'expression de la tension v correspondant à la charge du condensateur 5 est donc donnée par : Iv(t)=E-(E-Vb Au bout d'un temps tl la tension v atteint le seuil haut Vh. La durée de la charge du condensateur 5 est donc donnée dans l'exemple de la figure 2 par : t, -T~ ln E-Vb E - Vh Au temps la tension v, et donc le potentiel de la première entrée 3 du comparateur 2, 15 est égal au potentiel de la deuxième entrée 12 du comparateur 2. Le comparateur 2 bascule alors dans le deuxième mode de fonctionnement dans lequel les interrupteurs T1 et T2 sont fermés et dans lequel le potentiel de la deuxième entrée 12 prend la valeur VI,. Ce deuxième mode de fonctionnement du comparateur 2 correspond à une décroissance de la tension v aux bornes du condensateur 5 entre les valeurs Vh vers Vh, le condensateur se déchargeant à 20 travers l'étage de décharge 10 comme représenté à la figure 3. En considérant que lorsque l'interrupteur Tl est passant, il se comporte comme une résistance de valeur Rdsonl, on obtient les équations suivantes en appliquant la loi des noeuds à la première entrée 3 du comparateur 2 et la loi des mailles à la maille comprenant la source de tension principale 4, la résistance de charge Rl et le condensateur 5 : 10 {E=Rli+v v dv i = +C R2 + Rdson, dt Ce qui donne l'équation différentielle à résoudre : E dv =v+z K 2 dt Avec : T _ Z I - R, (R2 + Rdsonl ) C 2- K R, + R2 + Rdsonl R, + R2 + Rdson, K = ]~ R2 + Rdsonl Avec pour condition initiale : v(t=tl) =Vh L'expression de la tension v correspondant à la décharge du condensateur 5 est donc donnée par : vo_ K _(K _yh)/_: A t - t2, la tension v atteint le seuil bas Vb. La durée de la deuxième phase est donc donnée par : E - KVh t2 -t, =z2 ln E-KVb Du fait que le signal d'état en sortie du comparateur 2 subit un cycle de variation pendant 15 une alternance charge/décharge du condensateur 5, la fréquence de ce signal d'état s'obtient en additionnant les temps de charge et de décharge du condensateur 5. T =z In E-Vb +z ln E-KVh ' E-Vh 2 E-KVb

Ce qui donne pour expression de la fréquence : 10 La relation liant la fréquence f de la tension d'état en sortie du comparateur 2, qui est facilement mesurable, et la tension E aux bornes de la source de tension principale 4 n'est ainsi pas linéaire.

Cependant, la valeur de la tension E et la valeur de la tension Vref sont choisies l'une par rapport à l'autre pour que la tension v aux bornes du condensateur 5 varie sensiblement linéairement en fonction du temps lorsque le condensateur 5 est en charge. Ce choix s'explique par le fait que le circuit de la figure 2 est configuré de manière à ce que la valeur de la tension E détermine la valeur de l'asymptote que la tension v tend à atteindre lors de la charge du condensateur 5 tandis que la valeur de la tension Vref détermine les seuils haut et bas Vh et Vh entre lesquels le comparateur 2 permet à cette tension v de varier. II est connu que la courbe représentant la tension de charge d'un condensateur en fonction du temps peut être approximée lors du début de la charge par sa tangente à l'origine. On sait encore que cette tangente à l'origine coupe l'asymptote en tension au bout d'un temps égal à la constante de temps T1. En choisissant une valeur importante pour le rapport ENref, c'est-à-dire en choisissant E très grand devant Vref, on exploite ce phénomène puisqu'alors la tension v atteint la valeur Vh alors qu'elle a une valeur très éloignée de l'asymptote E. Autrement dit, le choix de valeurs appropriées pour le rapport ci-dessus permet de ne considérer que le début de la charge pendant lequel l'équation entre la tension v aux bornes du condensateur 5 et le temps est assimilable à l'équation linéaire de la tangente à la courbe représentant la tension v en fonction du temps, à l'origine temporelle de charge. Cette de la tangente est donnée ci-dessous : vhn(t)= E-Vb t+vb La figure 4 représente plusieurs tensions du circuit 1 en fonction du temps. La courbe 200 représente la tension v aux bornes du condensateur 5. Comme on peut le voir, cette tension varie quasi linéairement pendant le temps de charge. La courbe 210 représente la tension entre la deuxième entrée 12 du comparateur 2 et la masse 7, cette tension étant comprise 1 E-Vb ?E-KVh T2 E-E-KVb f= entre les valeurs Vh et Vh qu'elle occupe exclusivement, sauf lors de la transition d'un mode de fonctionnement à l'autre du comparateur 2. La courbe 220 représente la tension du signal d'état en sortie du comparateur 2. Comme on peut le voir sur la figure 4, cette tension du signal d'état varie de façon périodique selon une fréquence égale à la fréquence d'une alternance charge/décharge du condensateur 5. La valeur de Vref est par exemple de 2 ,5V et la valeur de la tension E aux bornes de la source de tension principale 4 est par exemple de l'ordre de 300V. Le rapport entre E/Vref est par exemple supérieur à 100. La valeur que l'on choisit pour ce rapport peut être différente selon la température ambiante. A une température ambiante de 25°C, on choisit par exemple un rapport supérieur à 50, par exemple supérieur à 100, 200 ou même 300. La valeur de E est par exemple comprise entre 150 et 450V, notamment entre 190 et 430V, par exemple entre 200 et 400V, la valeur de Vref étant alors choisie de manière à ce que le rapport E/Vref soit dans la plage de valeurs permettant la linéarité de la tension de charge du condensateur 5 en fonction du temps. On choisit par exemple pour la tension Vref une valeur de l'ordre de quelques Volts. Lorsque les interrupteurs Tl et T2 sont à l'état passant, c'est-à-dire lors de la décharge du condensateur 5, ces interrupteurs sont assimilables à une résistance, appelée « résistance à l'état passant ». La valeur de la résistance à l'état passant d'un interrupteur varie de façon importante selon la température de la jonction utilisée pour réaliser cet interrupteur. Lorsque la jonction du transistor T1 est à température ambiante d'environ 25°C, sa résistance à l'état passant est d'environ 7 S2. Cette résistance peut varier entre 5 et 9 SI lorsque la température de la jonction de ce transistor Tl varie ente -40°C et +150°C. Le transistor T2 peut présenter ou non la même variation de résistance à l'état passant en fonction de la température que le transistor T1. Pour que ces variation n'affectent pas le circuit électrique 1, on peut dimensionner les résistances R1, R3 et R4 du circuit 1 de la figure 2 de manière à ce que ces résistances aient des valeurs très supérieures à celles des transistors Tl et T2 lorsqu'ils sont à l'état passant. La résistance Rl est par exemple choisie égale à 600 KI, la résistance R3 est par exemple choisie égale à 2 kfl et la résistance R4 est par exemple choisie égale à 10 ka La résistance R2 peut être choisie égale à 100 S2, la résistance R5 peut être choisie égale à 5 kS2 et la résistance R6 peut être choisie égale à 2 ldl.

La source additionnelle de tension 19 servant à polariser les transistors T1 et T2 peut avoir une valeur de 5 V. Le condensateur 5 dont on cherche à linéariser la tension de charge en fonction du temps peut avoir une capacité comprise entre 1 et 100 nF, par exemple de l'ordre de quelques 5 dizaines de nF, notamment de 22 nF. Le condensateur additionnel 18 peut avoir une capacité inférieure à celle du condensateur 5, par exemple 100 fois inférieure à celle du condensateur 5. Comme on peut le voir sur la figure 4, le temps tl de charge du condensateur est supérieur au temps de décharge du condensateur. Avec les valeurs particulières ci-dessus, le temps de 10 charge est environ 20 fois plus grand que le temps de décharge. Avec l'approximation ci-dessus quant à la linéarité de la tension de charge du condensateur 5 en fonction du temps et en négligeant le temps de décharge du condensateur 5 devant le temps de charge tl, on arrive à l'équation ci-dessous reliant la tension E aux bornes de la source de tension principale 4 et la fréquence f du signal d'état en sortie du comparateur 15 2, cette fréquence étant alors l'inverse de tl qui est calculée à l'aide de l'équation de la tangente à l'origine temporelle de charge de la courbe représentant la tension v en fonction du temps. On obtient ainsi l'équation linaire ci-dessous reliant la fréquence f et la tension E. { - 1 E-Vb T, Vh - Vb 20 Pour obtenir l'équation ci-dessus, on a effectué deux approximations engendrant chacune une erreur. Une première erreur est causée par l'approximation linéaire pour la variation temporelle de la tension de charge aux bornes du condensateur 5 et une deuxième erreur est causée par la non-prise en compte dans le calcul de la fréquence du temps de décharge. La figure 6 représente de façon schématique l'évolution de chacune de ces erreurs 25 relatives en fonction de la tension E aux bornes de la source de tension principale 4. La courbe 300 représente la première erreur relative, liée à la linéarisation de la tension de charge aux bornes du condensateur 5 dont un exemple de calcul a déjà été explicité plus haut tandis que la courbe 310 représente la deuxième erreur relative, liée à la non-prise en compte du temps de décharge du condensateur. Cette deuxième erreur relative correspond par 30 exemple au rapport entre la fréquence sans prise en compte du temps de décharge et la fréquence en prenant en compte ce temps de décharge, soit 1 t, t2 t2 correspondant à la durée d'une altenance charge/décharge du condensateur tandis que tl correspond à la durée de la charge seulement, comme déjà énoncé. La courbe 320 représente la courbe de l'erreur relative obtenue en additionnant la première et la deuxième erreur relative.

Comme on peut le voir, les courbes 300 et 310 varient de façon opposée en fonction de la tension E, la courbe 300 étant décroissante tandis que la courbe 310 croît. Il en résulte que la courbe 320 présente une forme convexe avec un extremum en lequel la tangente à la courbe 320 est horizontale. Le choix de valeurs appropriées pour le rapport E/Vref permet de travailler dans une plage de valeurs de l'erreur relative autour de cet extremum.

Le cas échéant, on peut choisir pour des composants du circuit électronique 1 des valeurs permettant que l'extremum de la courbe 320 soit atteint pour une valeur de la tension E aux bornes de la source de tension principale 4 particulière. Comme on peut le voir sur cette figure 6, pour des valeurs de la tension E comprises entre 200 et 400V, l'erreur relative est inférieure en valeur absolue à 0,5%. L'approximation linéaire obtenue à l'aide des valeurs choisies pour le rapport E/Vref est ainsi jusitifiée et permet d'obtenir, en calculant E linéairement à partir de la fréquence f, des valeurs exploitables. Lorsque l'on place le circuit électronique 1 à d'autres températures, par exemple des températures comprises entre -35°C et 125°C, les différentes résistances, sources de tension ainsi que les condensateurs, le comparateur et les interrupteurs peuvent présenter des dérives thermiques dégradant légèrement le résultat ci-dessus. L'erreur relative pour les valeurs de la tension E comprises entre 190V et 430V peut néanmoins rester inférieure à 1,5% voire à 2,5%. .La figure 5 représente selon la courbe 250 la fréquence f du signal d'état en sortie du comparateur 2 en fonction de la tension E aux bornes de la source de tension principale 4 en utilisant l'équation non linéaire déjà mentionnée. La figure 5 représente selon la courbe 260 la fréquence fdu signal d'état en sortie du comparateur 2 en fonction de la tension E aux bornes de la source de tension principale 4 en utilisant l'équation linéaire qui figure ci-dessus.

On va maintenant décrire en référence à la figure 7 un exemple de dispositif électrique 40 auquel le circuit électronique 1 qui vient d'être décrit peut être intégré pour l'étude de la tension délivrée par une batterie embarquée dans un véhicule. La batterie sert par exemple à alimenter un moteur électrique du véhicule, un tel moteur électrique étant notamment triphasé. La batterie dont on cherche à étudier la tension est ici la source de tension principale 4. Cette batterie 4 délivre une tension alimentant un premier sous-ensemble 50 qui sera appelé « sous-ensemble haute tension ». Le dispositif électrique 40 comprend en outre un deuxième sous-ensemble 51 raccordé à un microcontrôleur non représenté. Le deuxième sous-ensemble 51 est alimenté par une batterie basse tension 52 et sera par la suite appelé « sous-ensemble basse tension ». Le dispositif 40 comprend en outre une isolation galvanique formant barrière de potentiel entre les deux sous-ensembles. Le sous-ensemble haute tension 50 et le sous-ensemble basse tension 51 sont par exemple imprimés sur deux faces opposées d'une carte de circuit imprimé, l'épaisseur de ladite carte assurant l'isolation électrique entre les deux sous- ensembles 50 et 51. Le circuit électronique 1 décrit précédemment peut alors former un outil de mesure de la tension fournie par la batterie 4. Le comparateur 2 du circuit électronique 1, qui nécessite une basse tension, peut être alimenté à partir du sous-ensemble basse tension 51. Le dispositif électrique 1 peut en outre comprendre un transformateur 53 dont le primaire 53a fait partie du deuxième sous-ensemble 51 et dont le secondaire 53b fait partie du premier sous-ensemble 50. Le primaire 53a et le secondaire 53b fournissent l'isolation galvanique. Le dispositif électrique 40 peut encore comprendre un oscillateur harmonique tel qu'un oscillateur de type Colpitts 56 raccordé entre la batterie 52 et le primaire 53a du transformateur 53. Cet oscillateur 56 fournit en sortie une tension alternative et le premier sous-ensemble 50 peut comprendre des moyens de redressement 58 de cette tension alternative. Le dispositif 40 peut encore comprendre des moyens d'amortissement 60 de l'oscillateur 56 selon un facteur d'amortissement fonction du signal d'état en sortie du comparateur 2. Le dispositif 40 comprend alors des moyens de détection 62 du facteur d'amortissement. Les moyens d'amortissement 60 sont dans l'exemple considéré raccordés au secondaire 53b du transformateur 53 et les moyens de détection 62 sont raccordés au primaire 53a du transformateur 53.

Le dispositif électrique 40 comprend encore des moyens de détermination 64 permettant de déterminer la valeur du signal d'état en sortie du comparateur 2 en fonction du facteur d'amortissement détecté par les moyens de détection 62. Le dispositif électrique 40 peut encore comprendre, comme représenté sur la figure 7, un circuit RC 70 disposé entre les moyens de redressement 58 et la borne positive d'alimentation du comparateur 2, de manière à adapter la tension redressée à la puissance consommée par le comparateur 2. Le dispositif 40 permet de venir lire à l'aide des moyens de détection 62 une information relative au signal d'état en sortie du comparateur 2, ce signal d'état donnant lui-10 même accès à des informations quant à la tension aux bornes de la batterie 4. L'invention permet de disposer d'un outil de mesure suffisamment précis, notamment lorsque l'on cherche à surveiller ou mesurer une tension dont la valeur varie peu, par exemple de plus ou moins 40% autour de sa valeur moyenne. Cette précision est obtenue en choisissant pour le rapport entre la valeur de la tension aux bornes de la source de tension 15 principale et la valeur de la tension aux bornes de la source de tension de référence une valeur adaptée. Le circuit électronique 1 selon l'invention permet encore comme autres avantages de ne pas donner de valeurs trop dégradées lorsque le rapport n'a pas une valeur adaptée. Bien que les valeurs données par l'outil de mesure soient dans ce dernier cas moins précises, elles 20 restent malgré tout exploitables. L'expression « comportant un » doit être comprise comme signifiant « comportant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Circuit électronique (1), comprenant : une source de tension principale (4), un comparateur (2) configuré pour fonctionner selon deux modes de fonctionnement, le comparateur ayant une première entrée (3) alimentée depuis la source de tension principale (4), une deuxième entrée (12) reliée à une source de tension de référence (14), et une sortie délivrant la tension d'état (Vs) du comparateur, un condensateur (5) relié à la première entrée (3) du comparateur (2) de manière à ce qu'il puisse être chargé par la source de tension principale (4) lorsque le comparateur (2) est dans le premier mode de fonctionnement, et un étage (10) permettant la décharge du condensateur (5) lorsque le comparateur (2) est dans le deuxième mode de fonctionnement, le rapport entre la valeur de la tension (E) aux bornes de la source de tension principale (4) et la valeur de la tension (VIef) aux bornes de la source de tension de référence (14) étant déterminé de manière à ce que la tension (v) aux bornes du condensateur (5) lors de la charge de ce dernier varie sensiblement linéairement en fonction du temps.
2. 2. Circuit électronique selon la revendication 1, le rapport entre la valeur de la tension (E) aux bornes de la source de tension principale (4) et la valeur de la tension (Vtef) aux bornes de la source de tension de référence (14) étant déterminé de manière à ce que l'erreur relative lorsque l'on calcule la fréquence du signal d'état en sortie du comparateur (2) en utilisant la linéarité de la tension (v) aux bornes du condensateur (5) lors de la charge de ce condensateur (5) et en négligeant le temps de décharge du condensateur (5), soit inférieure ou égale à une valeur prédéfinie.
3. 3. Circuit électronique selon la revendication 2, la valeur prédéfinie de l'erreur relative étant environ égale à 0,5% en valeur absolue.
4. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, le comparateur (2) présentant un seuil bas (VO et un seuil haut (VO et le premier mode de fonctionnement du comparateur correspondant au cas où le potentiel de la deuxième entrée (12) est sensiblement égal au seuil haut (VO et où le potentiel de la première entrée (3) croît entre le seuil bas (VO et le seuil haut (VO, le deuxième mode de fonctionnement correspondant au cas où le potentiel de la deuxièmeentrée (12) est sensiblement égal au seuil bas (Vb) et où le potentiel de la première entrée (3) décroît entre le seuil haut (VO et le seuil bas (VO.
5. 5. Circuit selon la revendication 4, la source de tension de référence (Vrer) étant reliée à la 5 deuxième entrée (12) du comparateur de manière à ce que le seuil haut (Vh) soit égal à la tension (Vref) aux bornes de la source de tension de référence (14).
6. 6. Circuit selon la revendication 5, comportant pour provoquer le passage du premier au deuxième mode de fonctionnement du comparateur (2) et réciproquement : 10 - un premier interrupteur (T1) faisant partie de l'étage (10) permettant la décharge du condensateur (5) et - un deuxième interrupteur (T2) faisant partie d'un étage de référence (15) comprenant en outre la source de tension de référence (14). 15
7. 7. Circuit selon la revendication 6, chaque interrupteur (T1, T2) comportant au moins une borne de commande et le circuit (1) comportant une source de tension additionnelle (19) reliée à une borne de commande de chaque interrupteur (T1, T2).
8. 8. Circuit selon la revendication 7, les interrupteurs (Tl, T2) étant des transistors à effet de champ 20 et la source de tension additionnelle étant reliée à la grille de chacun des transistors.
9. 9. Circuit selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, l'étage (10) de décharge du condensateur (5) comprenant une résistance de décharge (R2) montée en série avec le premier interrupteur (T1) et présentant une valeur égale à au moins 100 fois la valeur de la résistance à 25 l'état passant du premier interrupteur (T1).
10. 10. Circuit selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, l'étage de référence (15) comportant en outre au moins une résistance dont la valeur est au moins égale à 200 fois la valeur de la résistance à l'état passant du deuxième interrupteur.
11. 11. Dispositif électrique comprenant : - un premier sous-ensemble comprenant des premiers composants électroniques dont la masse de référence est sur une source de tension dudit premier sous-ensemble; - un deuxième sous-ensemble comprenant des deuxièmes composants électroniques 30parmi lesquels le circuit électronique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la masse de référence de ce deuxième sous-ensemble étant sur la source de tension principale (4) de ce circuit (1), - une isolation galvanique entre le premier sous-ensemble et le deuxième sous-5 ensemble, et - un circuit d'alimentation du comparateur dudit composant électronique à partir du premier sous-ensemble. 10