FR3005222A1 - Architecture electronique pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif - Google Patents

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Abstract

Architecture électronique (3) pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif (2), ledit convertisseur (2) comprenant une pluralité de bras montés en parallèle, chaque bras comprenant deux cellules de commutation (21) commandables, en série et séparées par un point milieu, les bras étant appariés selon des ponts en H (20), l'architecture (3) comprenant : - une unité de contrôle principale (36), configurée pour communiquer à travers une barrière de potentiel (61) avec une unité de contrôle distante (35), et - une pluralité d'unités de contrôle secondaires (37), chaque unité de contrôle secondaire (37) étant dédiée à la commande d'un pont en H (20) respectif, et comprenant : - une unité de traitement (40) des informations reçues depuis l'unité de contrôle principale (36), et - une unité de pilotage (41) des cellules de commutation commandables (21) dudit pont en H (20), ladite unité de pilotage (41) étant configurée pour modifier l'état de tout ou partie desdites cellules de commutation (21) dudit pont en H (20) au moins sur la base d'informations reçues depuis l'unité de traitement (40) correspondante.

Description

Architecture électronique pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif La présente invention concerne une architecture électronique pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif. Un tel convertisseur est appelé « onduleur » lorsqu'il est commandé pour transformer une tension continue en une tension alternative et « redresseur » lorsqu'il est commandé pour transformer une tension alternative en une tension continue. Cette architecture peut être embarquée sur un véhicule électrique ou hybride, et servir à commander la conversion de la tension d'alimentation fournie par un réseau électrique en une tension continue alimentant une unité de stockage d'énergie électrique afin de charger cette dernière. En variante, l'architecture peut servir à commander la conversion de la tension continue fournie par cette unité de stockage d'énergie électrique en une tension alternative alimentant le stator d'une machine électrique servant à propulser le véhicule ou en une tension alternative transférée au réseau électrique. Pour une telle application à un véhicule, il est nécessaire de s'assurer qu'une ou plusieurs anomalies susceptibles de se produire au sein de tout composant impliqué dans l'alimentation électrique de la machine électrique depuis l'unité de stockage d'énergie électrique lors d'un roulage du véhicule n'affecteront pas la sécurité des utilisateurs du véhicule ou d'autres personnes. De la même façon, il est nécessaire de s'assurer qu'une ou plusieurs anomalies susceptibles de se produire au sein de tout composant impliqué dans la charge de l'unité de stockage d'énergie électrique depuis le réseau électrique n'affecteront pas non plus la sécurité des personnes se trouvant à proximité du véhicule. Il existe ainsi un besoin pour bénéficier d'une architecture électronique pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif qui réponde aux exigences de sécurité ci-dessus, tout en étant relativement simple et peu complexe à mettre en oeuvre. L'invention répond à ce besoin selon l'un de ses aspects, à l'aide d'une architecture électronique pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif, ledit convertisseur comprenant une pluralité de bras montés en parallèle, chaque bras comprenant deux cellules de commutation commandables, en série et séparées par un point milieu, les bras étant appariés selon des ponts en H, l'architecture comprenant : - une unité de contrôle principale, configurée pour communiquer à travers une barrière de potentiel avec une unité de contrôle distante, et - une pluralité d'unités de contrôle secondaires, chaque unité de contrôle secondaire étant dédiée à la commande d'un pont en H respectif, et comprenant : - une unité de traitement des informations reçues depuis l'unité de contrôle principale, et - une unité de pilotage des cellules de commutation commandables dudit pont en H, ladite unité de pilotage étant configurée pour modifier l'état de tout ou partie desdites cellules de commutation dudit pont en H au moins sur la base d'informations reçues depuis l'unité de traitement correspondante. Grâce à l'architecture ci-dessus, une anomalie affectant l'unité de contrôle principale n'empêche pas la commande des cellules de commutation des ponts en H puisque des unités de contrôle secondaires sont prévues pour chaque pont en H. De la même façon, une anomalie affectant une unité de contrôle secondaire n'empêche pas la commande au moins des cellules de commutations des ponts en H auxquels sont dédiés les autres unités de contrôle secondaires. Ces dernières peuvent ainsi commander leur pont en H, par exemple sur la base d'informations transmises depuis l'unité de contrôle principale. L'architecture ci-dessus est ainsi plus sûre. Chacune des unités ci-dessus forme par exemple un composant physique distinct, c'est-à-dire que toutes les unités de contrôle secondaires peuvent être physiquement distinctes les unes des autres et également distinctes de l'unité de contrôle principale. Les unités de pilotage sont communément appelées « driver ». L'unité de contrôle principale peut être configurée pour transmettre à chaque unité de contrôle secondaire des informations en provenance de l'unité de contrôle distante. L'unité de contrôle principale est alors interposée entre les unités de contrôle secondaires et l'unité de contrôle distante. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'unité de contrôle distante, l'unité de contrôle principale et les unités de traitement des unités de contrôle secondaires comprennent des circuits intégrés.
Ces circuits intégrés peuvent être des circuits intégrés numériques ou analogiques. Selon un exemple particulier mais non limitatif de mise en oeuvre de l'invention, l'unité de contrôle distante comprend au moins un microcontrôleur, l'unité de contrôle principale est un premier circuit logique programmable (FPGA en anglais) et chaque unité de traitement d'une unité de contrôle secondaire est un deuxième circuit logique programmable.
Chaque unité de contrôle secondaire peut comprendre une source d'énergie électrique dédiée et une horloge dédiée. Chaque unité de contrôle secondaire peut par ailleurs comprendre un module de gestion de la réinitialisation de l'alimentation (« power on reset » en anglais). Ce module peut garantir l'arrêt de la réinitialisation lorsque l'unité de contrôle secondaire est correctement alimentée.. De cette manière, chaque unité de contrôle secondaire peut fonctionner de façon autonome, sans être affectée par une quelconque anomalie intervenant sur une autre horloge ou sur une autre source d'énergie électrique d'une autre unité de contrôle secondaire ou de l'unité de contrôle principale, par exemple. L'architecture peut par ailleurs comprendre une source d'énergie électrique et une horloge dédiées à l'unité de contrôle principale. Un module de gestion de la réinitialisation de l'alimentation peut également être dédié à l'unité de contrôle principale. De cette manière, l'unité de contrôle principale peut fonctionner de façon autonome, similairement à ce qui a été indiqué ci-dessus. Chaque unité de traitement d'une unité de contrôle secondaire et l'unité de contrôle principale peuvent être reliées par une liaison configurée pour permettre : - l'envoi par l'unité de contrôle principale à chaque unité de traitement de données pour commander, selon un mode de fonctionnement normal, les cellules de commutation du pont en H respectif, et -l'envoi par l'unité de contrôle principale à chaque unité de traitement de données pour commander, selon un mode de fonctionnement auxiliaire, les cellules de commutation du pont en H respectif. Les données transitant par cette liaison peuvent être directement des valeurs de rapport cyclique générées par l'unité de contrôle principale. En variante, ces données transitant par ladite liaison permettent à l'unité de traitement de générer les valeurs de rapport cyclique qui seront ensuite appliquées par l'unité de pilotage aux cellules de commutation commandables du pont en H respectif. Le traitement par l'unité de traitement des données transitant par cette liaison peut permettre de détecter une anomalie affectant l'unité de contrôle principale, par exemple une anomalie affectant l'alimentation électrique de cette unité de contrôle principale ou une anomalie affectant l'unité de contrôle principale elle-même.
Chaque unité de contrôle secondaire peut comprendre une liaison configurée pour permettre la communication entre l'unité de traitement et l'unité de pilotage de ladite unité de contrôle secondaire. Les valeurs de consigne à appliquer pour commander les cellules de commutation de chaque pont en H peuvent ainsi être acheminées par cette liaison de l'unité de traitement à l'unité de pilotage afin de modifier l'état de tout ou partie des cellules de commutation du pont en H respectif. Un signal de découpage de l'alimentation électrique de l'unité de pilotage peut également être acheminé vers l'unité de pilotage par cette liaison. Chaque unité de pilotage et l'unité de contrôle principale peuvent être reliées par une liaison configurée pour permettre l'envoi par chaque unité de pilotage à l'unité de contrôle principale de valeurs représentatives de la commande appliquée par ladite unité de pilotage à tout ou partie des cellules de commutation du pont en H respectif. Grâce à cette liaison, l'unité de contrôle principale peut surveiller la commande appliquée par chaque unité de contrôle secondaire et détecter une anomalie affectant une ou plusieurs unités de contrôle secondaires. Ces valeurs représentatives peuvent ou non être les valeurs de rapport cyclique appliquées par l'unité de pilotage aux cellules de commutation du pont en H respectif.
L'architecture peut comprendre un dispositif d'acquisition d'au moins une grandeur électrique ou thermique dans le convertisseur de tension continu/alternatif II s'agit par exemple de la tension sur l'interface continue du convertisseur de tension continu/alternatif ou de chaque courant circulant dans un bras du convertisseur de tension continu/alternatif. Il peut s'agir en variante ou en combinaison de la température mesurée au milieu de chaque pont en H.
Lorsque le convertisseur de tension continu/alternatif est électriquement connecté à un enroulement électrique statorique ou rotorique d'une machine électrique, le dispositif d'acquisition peut également effectuer des mesures d'au moins une grandeur mécanique associée à la machine électrique, par exemple la vitesse du rotor de la machine ou le couple appliqué au rotor.
L'architecture peut alors comprendre une liaison permettant l'envoi par le dispositif d'acquisition de mesures de la ou lesdites grandeurs à l'unité de contrôle principale. L'unité de contrôle principale peut traiter ces mesures et les utiliser pour élaborer la commande qui sera appliquée par les unités de contrôle secondaires à tout ou partie des cellules de commutation de leur pont en H respectif En variante, l'unité de contrôle principale peut transmettre ces mesures à l'unité de contrôle distante qui élaborera ladite commande et la transmettra à l'unité de contrôle principale. Dans tout ce qui suit, « basse tension » désigne des tensions inférieures ou égales à 12 V et « haute tension » désigne des tensions supérieures ou égales à 60 V. L'architecture peut comprendre l'unité de commande distante. Dans ce cas, l'unité de commande distante se trouve de préférence dans un environnement basse tension tandis que l'unité de contrôle principale et les unités de contrôle secondaire se trouvent de préférence dans un environnement haute tension, ces deux environnements étant séparés par la barrière de potentiel. Cette dernière est par exemple réalisée à l'aide d'une isolation galvanique, par exemple via un transformateur ou un ou plusieurs opto-coupleurs.
Comme déjà expliqué ci-dessus, une anomalie dans l'environnement haute tension qui affecterait l'unité de contrôle principale ou l'une quelconque des unités de contrôle secondaires n'empêche pas qu'une commande auxiliaire puisse être appliquée à tout ou partie des ponts en H. Dans sa communication avec l'unité de contrôle distante, l'unité de contrôle principale est de préférence maître, l'unité de contrôle distante étant alors esclave. Au sens de la présente demande, « l'unité de contrôle principale est maître » signifie qu'elle a l'initiative du déclenchement de la communication avec l'unité de contrôle distante via la liaison traversant la barrière de potentiel. Grâce au fait que la communication entre l'unité de contrôle principale et l'unité de contrôle distante s'effectue à l'initiative de l'unité de contrôle principale, en cas de défaillance ou anomalie au niveau de l'unité de contrôle distante ou de tout autre composant dans l'environnement basse tension, l'unité de contrôle principale et les unités de contrôle secondaires peuvent continuer à fonctionner et à commander les cellules de commutation du convertisseur de tension continu/alternatif en appliquant un mode de fonctionnement auxiliaire ne nécessitant pas d'interaction avec l'unité de contrôle distante.
On peut ainsi disposer d'une architecture permettant la poursuite de la commande des cellules de commutation des ponts en H malgré la survenance d'anomalies dans l'environnement haute tension et basse tension. La liaison permettant la communication entre l'unité de contrôle distante et l'unité de contrôle principale peut être une liaison série synchrone full duplex. Il peut s'agir d'une liaison de type Serial Peripheral Interface (SPI). Chaque cellule de commutation peut être réalisée à l'aide d'un interrupteur bidirectionnel en courant, par exemple un transistor à effet de champ ou un transistor de type IGBT avec une diode montée en antiparallèle. Il peut en variante s'agir de transistors bipolaires. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'architecture peut être configurée pour permettre uniquement la commande du convertisseur de tension continu/alternatif. Ce dernier peut faire partie d'un circuit électrique comprenant une unité de stockage d'énergie électrique et un enroulement électrique statorique ou rotorique d'une machine électrique. Ce circuit électrique peut être dépourvu de convertisseur de tension continu/continu interposé entre l'unité de stockage d'énergie électrique et le convertisseur de tension continu/alternatif, l'interface continue du convertisseur de tension continu/alternatif pouvant alors être branchée aux bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique. En variante, selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'architecture peut être configurée pour commander en outre un convertisseur de tension continu/ continu électriquement connecté au convertisseur de tension continu/alternatif Un tel convertisseur de tension continu/continu peut permettre d'adapter la valeur de la tension sur l'interface continue du convertisseur de tension continu/alternatif à la valeur de la tension aux bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique Le convertisseur de tension continu/continu peut comprendre plusieurs branches entrelacées, chaque branche comprenant : - un bras s'étendant entre deux bornes définissant l'interface basse tension et comprenant deux cellules de commutation commandables, en série et séparées par un point milieu, - une bobine ayant une extrémité reliée au point milieu de la branche et l'autre extrémité reliée à la borne positive de l'interface haute tension, le nombre de branches étant pair et les branches étant appariées, la bobine d'une branche d'une paire étant en couplage magnétique avec la bobine de l'autre branche de ladite paire, l'architecture comprenant pour chaque paire de branches une unité de pilotage configurée pour modifier l'état de tout ou partie desdites cellules de commutation commandables de ladite paire de branches.
Cette réalisation en plusieurs branches entrelacées du convertisseur de tension continu/continu peut permettre de mieux répartir la puissance entre les différentes branches, et ainsi de prolonger la durée de vie des cellules de commutation de ce convertisseur. Les cellules de commutation du convertisseur de tension continu/continu peuvent être obtenues ou non à l'aide d'interrupteurs bidirectionnels en courant. Ces cellules de commutation sont par exemple structurellement identiques à celles du convertisseur de tension continu/alternatif. L'unité de contrôle principale peut être configurée pour, en plus de la communication avec les unités de contrôle secondaires pour commander les ponts en H du convertisseur de tension continu/alternatif, communiquer avec chaque unité de pilotage associée à une paire de branches respective pour commander le convertisseur de tension continu/continu.
En variante, une deuxième unité de contrôle principale, par exemple réalisée similairement à l'autre unité de contrôle principale, peut être prévue et dédiée à la commande du convertisseur de tension continu/continu. Cette deuxième unité de contrôle principale peut être configurée pour communiquer avec l'unité de contrôle distante à travers une autre barrière de potentielle, par exemple via une autre liaison série full duplex synchrone telle qu'une liaison de type SPI®.
Cette deuxième unité de contrôle principale peut alors communiquer avec chaque unité de pilotage associée à une paire de branches afin de commander le convertisseur de tension continu/continu. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un ensemble comprenant : -l'architecture définie ci-dessus, et -le convertisseur de tension continu/alternatif dont la commande est effectuée par l'architecture. Le convertisseur de tension continu/alternatif peut faire partie d'un circuit électrique comprenant une unité de stockage d'énergie électrique et un enroulement électrique de stator de machine électrique. La machine électrique est par exemple une machine synchrone, notamment à aimants permanents.
L'enroulement électrique de stator peut être polyphasé, notamment triphasé. Chaque phase de l'enroulement électrique de stator peut s'étendre entre les deux points milieux d'un pont en H du convertisseur de tension continu/alternatif, comme divulgué par exemple dans la demande WO 2010/057893 dont le contenu est incorporé à la présente demande.
Le convertisseur de tension continu/alternatif peut permettre de convertir la tension aux bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique en une tension alternative alimentant l'enroulement électrique de stator. Dans cet ensemble, une anomalie affectant la commande d'une phase de l'enroulement électrique de stator de la machine électrique, c'est-à-dire une anomalie affectant le pont en H dédié à ladite phase ou l'unité de contrôle secondaire dédiée audit pont en H respectif n'empêche pas la poursuite de la propulsion par ce moteur du véhicule ou la poursuite de la charge de l'unité de stockage d'énergie électrique, lorsque cette opération de charge réutilise l'enroulement électrique de stator de la machine électrique. Le cas échéant, un convertisseur de tension continu/continu peut être interposé entre l'unité de stockage d'énergie électrique et le convertisseur de tension continu/alternatif. Le circuit électrique peut comprendre une ligne d'alimentation apte à être reliée via un connecteur à un réseau électrique externe, la ligne d'alimentation comprenant un nombre de conducteurs égal au nombre de phases de l'enroulement électrique de stator et chaque conducteur ayant une extrémité reliée à un point intermédiaire d'une phase de l'enroulement électrique de stator. Le point intermédiaire de ladite phase peut être un point milieu. Le réseau électrique peut être un réseau électrique industriel géré par un opérateur. Il s'agit par exemple d'un réseau électrique fournissant une tension à une fréquence de 50 Hz ou 60 Hz. Il peut s'agir d'un réseau monophasé fournissant une tension comprise entre 120 V et 240 V ou d'un réseau polyphasé, par exemple triphasé, notamment d'un réseau triphasé fournissant une tension comprise entre 208 V et 416 V. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif à l'aide d'une architecture telle que définie ci-dessus, dans lequel : - dans un mode de fonctionnement normal, chaque unité de contrôle secondaire applique via son unité de pilotage des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation du pont en H respectif, ces valeurs de consigne étant élaborées sur la base d'informations acheminées à l'unité de traitement depuis l'unité de contrôle distante et/ou depuis l'unité de contrôle principale, et - dans un mode de fonctionnement auxiliaire, tout ou partie des unités de contrôle secondaires appliquent via leur unité de pilotage des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation de leur pont en H respectif, de manière à mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H. L'architecture interagit par exemple avec le circuit électrique ci-dessus comprenant un enroulement électrique de stator dont chaque phase s'étend entre les deux points milieux d'un 5 pont en H. La commande auxiliaire peut alors permettre de mettre en court-circuit chaque phase de l'enroulement électrique de stator ou au moins la majorité desdites phases. Dans le cas où l'enroulement électrique de stator est triphasé, au moins deux phases de cet enroulement peuvent alors être mises en court-circuit lorsque l'on applique la commande auxiliaire. 10 Cette commande auxiliaire peut être appliquée en cas d'anomalie affectant l'architecture ou dans le circuit et éviter un emballage du moteur ou un freinage intempestif de la machine électrique ainsi qu'une élévation trop importante des forces électromotrices induites dans les phases de l'enroulement électrique de stator. Le passage du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire peut 15 s'effectuer lorsque l'on détecte une anomalie affectant l'unité de contrôle principale et/ou l'unité de contrôle distante, chaque unité de contrôle secondaire imposant alors à tout ou partie des cellules de commutation du pont en H respectif des valeurs de consigne permettant de mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H. Dans ce cas, chaque phase de l'enroulement électrique de stator peut ainsi être mise en court-circuit pour éviter les dangers mentionnés ci- 20 dessus. En variante, le passage du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire peut s'effectuer lorsque l'on détecte une anomalie affectant au moins une unité de contrôle secondaire, l'unité de contrôle principale imposant alors au moins aux autres unités de contrôle secondaires d'appliquer, via leur unité de pilotage, des valeurs de consigne à tout ou 25 partie des cellules de commutation de leur pont en H respectif, de manière à mettre en court- circuit les deux points milieux dudit pont en H. De cette façon, on s'assure que toutes les unités de contrôle secondaires autres que celle affectée par l'anomalie appliqueront la commande auxiliaire, de sorte que chaque phase de l'enroulement électrique associée à l'une de ces autres unités de contrôle secondaires seront en 30 court-circuit. Le cas échéant et selon l'étendue de l'anomalie qu'elle subit, l'unité de contrôle secondaire affectée par l'anomalie peut également appliquer la commande auxiliaire. On permet ainsi que le plus de phases possible de l'enroulement électrique de stator soient mises en court-circuit pour éviter les dangers ci-dessus. Dans le pire des cas, chaque phase de l'enroulement électrique de stator associée à une unité de contrôle secondaire non affectée par l'anomalie est mise en court-circuit. Dans le meilleur des cas, chaque phase de l'enroulement électrique de stator est mise en court-circuit. Dans tout ce qui précède, le mode de commande auxiliaire peut être générique, de mêmes consignes étant appliquées dès lors qu'une anomalie est détectée dans l'architecture ou le circuit, indépendamment de la nature de cette anomalie. En variante, le mode de commande auxiliaire peut être adapté à l'anomalie détectée, c'est-à-dire que les consignes appliquées peuvent différer selon la nature de l'anomalie détectée et/ou selon leur nombre. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente de façon schématique un ensemble selon un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention comprenant un convertisseur de tension continu/alternatif et l'architecture électronique pour la commande de ce dernier, - la figure 2 représente de façon schématique un ensemble selon un deuxième exemple de mise en oeuvre de l'invention comprenant un convertisseur de tension continu/alternatif, un convertisseur de tension continu/continu et l'architecture électronique pour la commande de ces derniers, et - la figure 3 représente en détail l'architecture électronique de l'ensemble de la figure 2. On a représenté à la figure 1 un 1 selon un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention.
Cet ensemble 1 comprend un convertisseur de tension continu/alternatif 2 et une architecture électronique 3 pour la commande du convertisseur 2. Dans l'exemple de la figure 1, le convertisseur de tension continu/alternatif 2 appartient à un circuit électrique 4 comprenant en outre : - une unité de stockage d'énergie électrique 5, et - un enroulement électrique 6 de stator d'une machine électrique. Le convertisseur de tension continu/alternatif 2 est dans cet exemple disposé entre l'unité de stockage d'énergie électrique 5 et l'enroulement électrique 6 de manière à permettre un échange d'énergie électrique entre ces derniers. La machine électrique est dans l'exemple considéré utilisée pour entraîner un véhicule hybride ou électrique. Il s'agit par exemple d'un moteur synchrone à aimants permanents. La machine électrique présente par exemple une puissance nominale comprise entre 10W et 10 MW, étant notamment comprise entre 100W et 200kW. Dans cet exemple, l'enroulement électrique 6 de stator est triphasé. L'unité de stockage d'énergie électrique 5 peut être une batterie, un super-condensateur ou tout assemblage de batteries ou de super-condensateurs. Il s'agit par exemple de plusieurs branches en parallèle de batteries en série. L'unité de stockage d'énergie électrique 5 peut avoir une tension nominale comprise entre 60 V et 800 V, notamment entre 200 V et 450 V ou entre 600 V et 800 V. Un condensateur 7 peut être monté en parallèle de l'unité de stockage d'énergie électrique 5.
Comme représenté sur la figure 1, le circuit électrique 4 peut comprendre un connecteur 8 apte à être branché à un réseau électrique industriel délivrant une tension à 50 Hz ou 60 Hz. Ce connecteur 8 est par exemple relié, via un filtre 10 configuré pour éliminer les interférences électromagnétiques, à un point intermédiaire 11 de chaque phase 12 de l'enroulement électrique 6 de stator. Il s'agit par exemple d'un point milieu 11 pour les phases, comme enseigné dans la 10 demande WO 2010/057893. Le convertisseur 2 convertit dans cet exemple la tension continue aux bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique 5 en une tension alternative triphasée alimentant l'enroulement électrique 6 de stator, pour permettre la propulsion du véhicule. Inversement, le convertisseur 2 peut convertir la tension alternative fournie par le réseau et 15 transitant par l'enroulement électrique 6 de stator en une tension continue alimentant l'unité de stockage d'énergie électrique 5, pour permettre la charge de celle-ci. Le connecteur 8 est alors connecté à une borne du réseau électrique. Le convertisseur 2 comprend ici trois ponts en H 20, chaque pont en H étant formé par deux bras montés en parallèle entre les bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique 5. Chaque 20 bras présente dans cet exemple deux cellules de commutation commandables 21 réversibles et montées en série. Une cellule de commutation 21 est par exemple formée par le montage en antiparallèle d'un transistor et d'une diode, cette dernière étant le cas échéant la diode intrinsèque du transistor. Le transistor peut être à effet de champ, de type IGBT ou bipolaire. Dans l'exemple de la figure 1, le circuit 4 est dépourvu de convertisseur de tension 25 continu/continu interposé entre l'unité de stockage d'énergie électrique 5 et le convertisseur de tension continu/alternatif 2. Les cellules de commutation 21 sont commandées par l'architecture 3, comme cela sera décrit par la suite. La figure 2 représente un ensemble 1 selon un deuxième exemple de mise en oeuvre de 30 l'invention. Cet ensemble 1 diffère de celle qui vient d'être décrit en référence à la figure 1 par le fait que le circuit électrique 4 comprend en outre un convertisseur de tension continu/continu 25 interposé entre le condensateur 7 et l'unité de stockage d'énergie électrique 5, c'est-à-dire que le convertisseur 25 est également disposé entre ladite unité 5 et le convertisseur de tension continu/alternatif 2.
Le convertisseur de tension continu/continu 25 permet d'adapter la valeur de la tension aux bornes de l'unité de stockage d'énergie électrique 5 à la valeur de la tension apte à alimenter l'enroulement électrique 6 de stator, et réciproquement. Ce convertisseur 25 est ici entrelacé, comprenant plusieurs branches. Chaque branche comprend dans cet exemple: - un bras monté en parallèle du condensateur 7 et comprenant deux cellules de commutation 27 en série commandables et séparées par un point milieu 28, - une bobine 29 ayant une extrémité reliée au point milieu 28 du bras et l'autre extrémité reliée à la borne positive haute tension de l'unité de stockage d'énergie électrique 5. Dans l'exemple considéré, le nombre de branches du convertisseur 25 est égal au nombre de bras du convertisseur 2, c'est-à-dire six, et les branches sont appariées, la bobine 29 d'une branche d'une paire 30 étant en couplage magnétique avec la bobine 29 de l'autre branche de ladite paire 30. Dans cet exemple, les cellules de commutation 21 du convertisseur de tension continu/alternatif 2 ainsi que les cellules de commutation 27 du convertisseur de tension continu/continu 25 sont commandées par l'architecture 3. On va maintenant décrire en référence à la figure 3 l'architecture 3 de la figure 2. Dans cet exemple non limitatif, cette architecture 3 vise à commander le convertisseur de tension continu/alternatif 2 ainsi que le convertisseur de tension continu/continu 25. La commande du convertisseur de tension continu/alternatif 2 met en oeuvre une unité de contrôle distante 35, une unité de contrôle principale 36 et une pluralité d'unités de contrôle secondaires 37. Chaque unité de contrôle secondaire 37 est dédiée à un pont en H 20 du convertisseur 3 et elle comprend dans cet exemple : - une unité de traitement 40 des informations reçues depuis l'unité de contrôle principale 36, et - une unité de pilotage 41 des cellules de commutation 21 du pont 20 auquel elle est dédiée.
Cette unité de pilotage permet de modifier l'état de tout ou partie des cellules de commutation 20 sur la base d'informations reçues depuis l'unité de traitement 40. Cette unité de pilotage 41 est communément appelée « driver ». Comme on peut le constater sur la figure 3, chaque unité de contrôle secondaire 37 comprend dans cet exemple une source d'énergie électrique propre 42 permettant l'alimentation électrique des différents composants de l'unité de contrôle secondaire 37 et/ou des cellules de commutation 21 du pont en H 20. Chaque unité de contrôle secondaire 37 comprend également dans cet exemple une horloge propre 43 ainsi qu'un module de gestion de la réinitialisation de l'alimentation (« power on reset » en anglais).
Chaque unité de contrôle secondaire 37 comprend également dans cette exemple une liaison 45 permettant un échange d'informations entre l'unité de traitement 40 et l'unité de pilotage 41. Ces informations permettent par exemple la commande des cellules de commutation 21 du pont en H 20 comprenant notamment des signaux de commande et des signaux d'alimentation électrique permettant de changer l'état de tout ou partie de ces cellules de commutation 21. Comme représenté sur la figure 3, chaque unité de traitement 40 d'une unité de contrôle secondaire 37 peut être reliée par une liaison 48 à l'unité de contrôle principale 36. Cette liaison 48 permet : - l'envoi par l'unité de contrôle principale 36 à chaque unité de traitement 40 de données pour 10 commander, selon un mode de fonctionnement normal, les cellules de commutation 21 du pont en H 20 respectif, et -l'envoi par l'unité de contrôle principale 36 à chaque unité de traitement 40 de données pour commander, selon un mode de fonctionnement auxiliaire, les cellules de commutation 21 du pont en H 20 respectif. 15 Chaque unité de pilotage 41 peut également être directement reliée à l'unité de contrôle principale 36 par une liaison 49, sans transit par l'unité de traitement 40. Cette liaison 49 peut permettre l'envoi par chaque unité de pilotage 41 des valeurs de rapport cyclique qu'elle applique aux cellules de commutation 21 du pont en H 20 auquel elle est dédiée. Le fait que cette liaison 49 évite l'unité de traitement 40 permet de garantir qu'une anomalie 20 affectant l'unité de traitement 40 associée à une unité de pilotage 41 au sein d'une unité de contrôle secondaire 37 n'empêchera pas l'envoi de ces valeurs de rapport cyclique à l'unité de contrôle principale. L'architecture 3 comprend encore une horloge 50, une source d'énergie électrique 51 et un module de gestion de la réinitialisation de l'alimentation, qui sont dédiés à l'unité de contrôle 25 principale 36. Comme représenté, l'architecture 3 peut également comprendre un dispositif d'acquisition 55 de mesures dans le circuit électrique 4. Ce dispositif d'acquisition peut par exemple permettre d'acquérir l'un au moins parmi : - le courant circulant dans chaque bras du convertisseur de tension continu/alternatif 3, 30 - la tension aux bornes du condensateur 7, c'est-à-dire sur l'interface continue du convertisseur 3, - la température au milieu de chaque pont en H 20, - la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique, et - le couple appliqué sur ce rotor.
Ces mesures peuvent être effectuées sous forme analogique jusqu'à un convertisseur analogique/numérique puis via une liaison 58 à l'unité de contrôle principale 36. La liaison 58 est par exemple une liaison synchrone série full duplex, par exemple SPI. Cette dernière peut traiter elle-même ces informations et les utiliser pour élaborer la commande du convertisseur 3, par exemple dans le cadre d'un asservissement. En variante, l'unité de contrôle principale 36 peut envoyer ces informations à l'unité de contrôle distante 35 à laquelle elle est reliée par une liaison 60. La liaison 60 est par exemple une liaison série synchrone full duplex, par exemple SPI. L'échange de données entre l'unité de contrôle principale 36 et l'unité de contrôle distante 35 se fait dans l'exemple de la figure 3 à travers une barrière de potentiel 61 traversée par la liaison 60. Cette barrière de potentiel 61 fournit par exemple une isolation galvanique 62, mettant notamment en oeuvre un transformateur ou un opto-coupleur. Cette barrière 61 sépare l'environnement basse tension auquel appartient l'unité de contrôle distante 35 de l'environnement haute tension auquel appartiennent l'unité de contrôle principale 36, les unités de contrôle secondaires 37 et le circuit électrique 4. L'unité de contrôle principale 36 peut être maître dans sa communication avec l'unité de contrôle distante 35, celle-ci étant alors esclave. L'unité de contrôle distante 35 peut comprendre un ou plusieurs systèmes de traitement, par exemple un ou plusieurs microcontrôleurs 65. Ce microcontrôleur 65 peut communiquer avec un superviseur 67 via une liaison CAN 66. Dans une application à un véhicule, le superviseur peut être l'unité de commande moteur (ECU) du véhicule. L'unité de contrôle distante 35 dispose dans l'exemple décrit d'une source d'énergie électrique 68 propre. L'unité de contrôle distante 35 peut être en charge de l'élaboration des valeurs de consigne pour le courant dans chaque bras du convertisseur de tension continu/alternatif 2 et pour la tension aux bornes des bras du convertisseur 2 Le cas échéant, l'unité de contrôle distante 35 peut être associée à des organes de mesure permettant de mesurer la température dans le stator de la machine électrique et à des organes de mesure permettant de déterminer la position du rotor de la machine électrique. Comme déjà mentionné, l'architecture 3 est dans l'exemple considéré configurée pour commander également le convertisseur de tension continu/continu 25. Pour ce faire, elle peut comprendre une deuxième unité de contrôle principale 70, étant par exemple réalisée à l'aide d'un composant similaire à celui formant l'unité de contrôle principale 36, et une pluralité d'unités de pilotage 80, chacune de ces unités de pilotage 80 étant dédiée à la commande des cellules de commutation 27 d'une paire 30 de branches.
La deuxième unité de contrôle principale 70 peut communiquer via une liaison 71 avec chaque unité de pilotage 80.Similairement à ce qui a été décrit ci-dessus, la deuxième unité de contrôle principale 70 peut être associée à une source d'énergie électrique propre 73, une horloge propre 74, un module de gestion de la réinitialisation de l'alimentation, et un dispositif d'acquisition 78 permettant d'obtenir des mesures associées à des grandeurs électriques dans le convertisseur de tension continu/continu 25. Une liaison 79 similaire à la liaison 60 permet la communication entre la deuxième unité de contrôle principale 70 et l'unité de contrôle distante 35. Dans le cas où l'ensemble 1 est dépourvu de convertisseur de tension continu/continu 25, l'architecture 3 ne comprend pas les éléments numérotés de 70 à 79. On va maintenant décrire un exemple de commande du convertisseur de tension continu/alternatif 2 à l'aide de l'architecture électronique 3.Dans un mode de fonctionnement normal, aucune anomalie n'est détectée dans l'architecture 3 ou dans le circuit 4 et chaque unité de contrôle secondaire 37 applique via son unité de pilotage 41 des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation 21 du pont en H 20 respectif, ces valeurs de consigne étant élaborées sur la base d'informations acheminées à l'unité de traitement 40 depuis l'unité de contrôle distante 35 et/ou depuis l'unité de contrôle principale 36. Les mesures acquises par le dispositif d'acquisition 55 sont par exemple transférées à l'unité de contrôle distante 35 via l'unité de contrôle principale 36. Des consignes sont alors élaborées par l'unité de contrôle distante 35 puis converties par l'unité de contrôle principale 36. Les unités de contrôle secondaires 37 récupèrent alors les consignes à appliquer à leur pont en H respectif 20, les traitent via l'unité de traitement 40 et les appliquent via leur unité de pilotage 41 à tout ou partie des cellules de commutation 21 dudit pont 20. Les informations envoyées via la liaison 49 peuvent permettre à l'unité de contrôle principale 36 de s'assurer que les consignes correctes sont appliquées par chaque unité de pilotage 41 et qu'il n'y a donc pas d'anomalie affectant les unités de contrôle secondaires. Les informations envoyées via la liaison 48 peuvent en outre permettre à chaque unité de contrôle secondaire 37 de s'assurer du bon fonctionnement de l'unité de contrôle principale 36. Lorsqu'une anomalie est détectée dans l'architecture 3 ou dans le circuit électrique 4, une commande selon un mode de fonctionnement auxiliaire peut être appliquée. Selon ce mode de fonctionnement auxiliaire, tout ou partie des unités de contrôle secondaires 37 appliquent via leur unité de pilotage 41 des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation 21 de leur pont en H 20 respectif, de manière à mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H 20. On évite ainsi un freinage intempestif du véhicule ou encore une dégradation du circuit électrique par exemple.
Plus précisément, le passage du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire peut se faire lorsque l'une au moins des unités de contrôle secondaire 37 détecte une anomalie affectant l'unité de contrôle principale 36. Chaque unité de contrôle secondaire 37 peut alors imposer à tout ou partie des cellules de commutation 21 du pont en H 20 respectif des valeurs de consigne permettant de mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H 20. Cette commande auxiliaire vise ainsi à fermer toutes les cellules de commutation disposées « en haut » de chaque pont en H ou à fermer toutes les cellules de commutation disposées « en bas de chaque pont en H. On aboutit alors à la mise en court-circuit de chaque phase 12 de l'enroulement électrique 6 de stator.
En variante, le passage du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire peut se faire lorsque l'unité de contrôle principale 36 détecte, notamment grâce à l'observation des données transmises via la liaison 49, une anomalie affectant au moins une unité de contrôle secondaire 37. L'unité de contrôle principale 36 peut alors imposer alors à toutes les unités de contrôle secondaires 37 d'appliquer via leur unité de pilotage 41 des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation 21 de leur pont en H 20 respectif, de manière à mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H 20. Lorsque l'anomalie affectant l'unité de contrôle secondaire 37 lui permet d'appliquer cette commande, cette dernière ainsi que toutes les autres unités de contrôle secondaire commandent alors leur pont en H dédié de manière à ce que chaque phase 12 de l'enroulement électrique 6 de stator soit en court-circuit. Lorsque l'anomalie affectant l'unité de contrôle secondaire 37 est telle qu'elle ne peut plus appliquer les commandes transmises par l'unité de contrôle principale 36, seules les unités de contrôle secondaires 37 fonctionnant normalement appliqueront cette commande, permettant que la phase de l'enroulement électrique de stator à laquelle elles sont chacune associées soit en court- circuit. Dans le cas où l'enroulement électrique 6 de stator est triphasé, l'invention permet de garantir qu'au moins deux des phases 12 de cet enroulement 6 seront en court-circuit. L'invention permet ainsi de mettre en oeuvre le procédé divulgué dans la demande déposée en France le 11 avril 2012 par la Demanderesse sous le numéro 12 53337.
L'invention permet ainsi un passage à un mode de fonctionnement auxiliaire dans le cas d'une anomalie dans l'environnement basse tension du fait que l'unité de contrôle principale 36 est maître dans sa communication avec l'unité de contrôle distante 35 et dans le cas d'anomalie dans l'environnement haute tension, comme cela vient d'être expliqué. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.
L'expression « comprenant un » doit être comprise comme signifiant « comprenant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS1. Architecture électronique (3) pour la commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif (2), ledit convertisseur (2) comprenant une pluralité de bras montés en parallèle, chaque bras comprenant deux cellules de commutation (21) commandables, en série et séparées par un point milieu, les bras étant appariés selon des ponts en H (20), l'architecture (3) comprenant : - une unité de contrôle principale (36), configurée pour communiquer à travers une barrière de potentiel (61) avec une unité de contrôle distante (35), et - une pluralité d'unités de contrôle secondaires (37), chaque unité de contrôle secondaire (37) étant dédiée à la commande d'un pont en H (20) respectif, et comprenant : - une unité de traitement (40) des informations reçues depuis l'unité de contrôle principale (36), et - une unité de pilotage (41) des cellules de commutation commandables (21) dudit pont en H (20), ladite unité de pilotage (41) étant configurée pour modifier l'état de tout ou partie desdites cellules de commutation (21) dudit pont en H (20) au moins sur la base d'informations reçues depuis l'unité de traitement (40) correspondante.
  2. 2. Architecture selon la revendication 1, l'unité de contrôle principale (36) étant configurée pour transmettre à chaque unité de contrôle secondaire (37) des informations en provenance de l'unité de contrôle distante (35).
  3. 3. Architecture selon la revendication 1 ou 2, l'unité de contrôle distante (35), l'unité de contrôle principale (36) et les unités de traitement (40) des unités de contrôle secondaires (37) comprenant des circuits intégrés.
  4. 4. Architecture selon la revendication 3, l'unité de contrôle distante (35) comprenant au moins un microcontrôleur, l'unité de contrôle principale (36) étant un premier circuit logique programmable et les unités de traitement (40) des unités de contrôle secondaires (37) étant des deuxièmes circuits logiques programmables.
  5. 5. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque unité de contrôle secondaire (37) comprenant en outre une source d'énergie électrique (42) dédiée et une horloge (43) dédiée.
  6. 6. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une source d'énergie électrique (50) et une horloge (51) dédiées à l'unité de contrôle principale (36).
  7. 7. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque unité de traitement (40) d'une unité de contrôle secondaire (37) et l'unité de contrôle principale (36) étant reliées par une liaison (48) configurée pour permettre :- l'envoi par l'unité de contrôle principale (36) à chaque unité de traitement (40) de données pour commander, selon un mode de fonctionnement normal, les cellules de commutation (21) du pont en H (20) respectif, et -l'envoi par l'unité de contrôle principale (36) à chaque unité de traitement (40) de données pour commander, selon un mode de fonctionnement auxiliaire, les cellules de commutation (21) du pont en H (20) respectif.
  8. 8. Architecture selon la revendication précédente, chaque unité de contrôle secondaire (37) comprenant une liaison (45) configurée pour permettre la communication entre l'unité de traitement (40) et l'unité de pilotage (41) de ladite unité de contrôle secondaire (37).
  9. 9. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque unité de pilotage (41) et l'unité de contrôle principale (36) étant reliées par une liaison (49) configurée pour permettre l'envoi par chaque unité de pilotage (41) à l'unité de contrôle principale (36) de valeurs représentatives de la commande appliquée par ladite unité de pilotage (41) à tout ou partie des cellules de commutation (21) du pont en H (20) respectif.
  10. 10. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif d'acquisition (55) d'au moins une grandeur électrique ou thermique dans le convertisseur de tension continu/alternatif (2).
  11. 11. Architecture selon la revendication 10, comprenant une liaison (58) permettant l'envoi par le dispositif d'acquisition (55) de mesures de la ou lesdites grandeurs à l'unité de contrôle principale (36).
  12. 12. Architecture selon l'une quelconque des revendications précédentes, étant en outre configurée pour commander un convertisseur de tension continu/ continu (25) électriquement connecté au convertisseur de tension continu/alternatif (3).
  13. 13. Architecture selon la revendication 12, ledit convertisseur de tension continu/continu (25) comprenant plusieurs branches entrelacées, chaque branche comprenant : - un bras s'étendant entre deux bornes définissant l'interface basse tension et comprenant deux cellules de commutation commandables (27), en série et séparées par un point milieu (28), - une bobine (29) ayant une extrémité reliée au point milieu (28) de la branche et l'autre extrémité reliée à la borne positive de l'interface haute tension, le nombre de branches étant pair et les branches étant appariées, la bobine (29) d'une branche d'une paire (30) étant en couplage magnétique avec la bobine (29) de l'autre branche de ladite paire (30), l'architecture (3) comprenant pour chaque paire (30) de branches une unité de pilotage (80) configurée pour modifier l'état de tout ou partie desdites cellules de commutation commandables (27) de ladite paire (30) de branches.
  14. 14. Procédé de commande d'un convertisseur de tension continu/alternatif (2) à l'aide d'une architecture (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : - dans un mode de fonctionnement normal, chaque unité de contrôle secondaire (37) applique via son unité de pilotage (41) des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation (21) du pont en H (20) respectif, ces valeurs de consigne étant élaborées sur la base d'informations acheminées à l'unité de traitement (40) depuis l'unité de contrôle distante (35) et/ou depuis l'unité de contrôle principale (36), et - dans un mode de fonctionnement auxiliaire, tout ou partie des unités de contrôle secondaires (37) appliquent via leur unité de pilotage (41) des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation (21) de leur pont en H (20) respectif, de manière à mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H (20).
  15. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel on passe du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire lorsque l'on détecte une anomalie affectant l'unité de contrôle principale (36), chaque unité de contrôle secondaire (37) imposant alors à tout ou partie des cellules de commutation (21) du pont en H (20) respectif des valeurs de consigne permettant de mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H (20).
  16. 16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel on passe du mode de fonctionnement normal au mode de fonctionnement auxiliaire lorsque l'on détecte une anomalie affectant au moins une unité de contrôle secondaire (37), l'unité de contrôle principale (36) imposant alors au moins aux autres unités de contrôle secondaires (37) d'appliquer via leur unité de pilotage (41) des valeurs de consigne à tout ou partie des cellules de commutation (21) de leur pont en H (20) respectif, de manière à mettre en court-circuit les deux points milieux dudit pont en H (20).
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