FR3077912A1 - Procede de communication dans un dispositif electronique de commande rapprochee d'un systeme electrique - Google Patents
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Abstract
Un procédé de communication dans un dispositif électronique de commande rapprochée (1) d'un système électrique (MP), le dispositif comprenant un circuit d'alimentation (2) et un transformateur d'alimentation (30) assurant l'isolation galvanique comprenant une bobine primaire (31) reliée électriquement à la partie primaire (2A) et une bobine secondaire (32) reliée électriquement à la partie secondaire (2B) du circuit d'alimentation isolé (2), ledit procédé comprenant : - une étape d'alimentation pendant une durée d'alimentation au cours de laquelle la partie primaire (2A) transmet à la partie secondaire (2B) du circuit d'alimentation (2) au moins une énergie électrique (EAC) via le transformateur d'alimentation (30) - une étape de communication pendant une durée de communication au cours de laquelle, d'une part, le transformateur (30) est démagnétisé et, d'autre part, la partie secondaire (2B) transmet au moins un signal de communication (SB) à la partie primaire (2A) via le transformateur d'alimentation (30) préalablement démagnétisé.
Description
PROCEDE DE COMMUNICATION DANS UN DISPOSITIF ELECTRONIQUE DE COMMANDE RAPPROCHEE D’UN SYSTEME ELECTRIQUE
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEUR
La présente invention concerne le domaine des dispositifs électroniques de commande rapprochée d’un système électrique et vise, plus particulièrement, un procédé de communication pour un dispositif électronique de commande rapprochée d’un module de puissance.
De manière connue, un aéronef comporte un ou plusieurs modules de puissance qui permettent de fournir de l’énergie électrique aux différents actionneurs électriques de l’aéronef. L’aéronef comporte un module de commande, couramment appelé « ordinateur de bord », permettant de commander notamment les modules de puissance nécessaires à une motorisation électrique. Pour commander et sécuriser un module de puissance, par exemple de type IGBT ou MOSFET, il est connu d’utiliser un dispositif électronique de commande rapprochée connu de l’homme du métier sous la désignation anglaise « gâte driver ».
En référence à la figure 1, il est représenté un module de commande de l’aéronef MC relié à un module de puissance MP par l’intermédiaire d’un dispositif électronique de commande rapprochée 100. Le dispositif électronique de commande rapprochée 100 comporte un circuit primaire 110, un circuit secondaire 120 et un circuit d’alimentation isolé 102 configuré pour alimenter en énergie électrique le circuit secondaire 120 à partir du circuit primaire 110. Le circuit d’alimentation isolé 102 comporte une partie primaire 102A, appartenant au circuit primaire 110, une partie secondaire 102B, appartenant au circuit secondaire 120, et un transformateur d’alimentation 130 pour assurer une isolation électrique sécuritaire entre la partie primaire 102A et la partie secondaire 102B. Un tel circuit d’alimentation isolé 102 permet de fournir l’énergie nécessaire à un pilotage sécurisé du module de puissance MP par le module de commande de l’aéronef MC.
Toujours en référence à la figure 1, la partie primaire 102A du circuit d’alimentation isolé 102 comporte un module de gestion 111 et un module de distribution d’énergie 112 configuré pour transmettre une énergie électrique Ea à partir d’une énergie électrique E reçue du module de commande MC au transformateur d’alimentation 130. Un signal de commande S de type carré généré par le module de gestion 111 rend transmissible l’énergie E à travers le transformateur 130 via le module de distribution d’énergie 112.
De manière connue, le transformateur d’alimentation 130 comprend une bobine primaire 131 reliée électriquement à la partie primaire 102A et une bobine secondaire 132 reliée électriquement à la partie secondaire 102B. Le circuit primaire 110 permet de transmettre une énergie électrique E au circuit secondaire 120 par induction entre la bobine primaire 131 et la bobine secondaire 132 du transformateur d’alimentation 130. En fonctionnement, la bobine primaire 131 génère un champ magnétique dans la bobine secondaire 132 par induction, ce qui permet de transmettre d’une énergie électrique E de manière unidirectionnelle du circuit primaire 110 vers le circuit secondaire 120. Le transformateur d’alimentation 130 permet de protéger le module de commande de l’aéronef MC d’un éventuel courant indésirable provenant du module de puissance MP qui pourrait l’endommager.
En pratique, le transformateur d’alimentation 130 fournit de manière permanente de l’énergie électrique E au circuit secondaire 120. En référence à la figure 1, la partie secondaire 102B du circuit d’alimentation isolé 102 comporte un module de redressement 121 configuré pour recevoir l’énergie électrique E du transformateur d’alimentation 130. L’énergie électrique reçue E permet d’alimenter des composants 123 du circuit secondaire 120 en énergie électrique afin d’assurer un pilotage approprié du module de puissance MP. La partie secondaire 102B du circuit d’alimentation isolé 102 comporte en outre un module de stockage d’énergie 122 configuré, d’une part, pour stocker l’énergie électrique E reçue et, d’autre part, pour distribuer l’énergie électrique stockée aux composants 123 du circuit secondaire 120.
Lors du vieillissement du module de puissance MP, ce dernier peut présenter des défauts notamment des dérives de paramètres pouvant occasionner des dysfonctionnements du module de puissance MP et, par voie de conséquence, compromettre à terme le fonctionnement des équipements auxquels est relié le module de puissance MP.
Pour prévenir ces dysfonctionnements, une solution consiste à suivre la dérive des paramètres caractéristiques du module de puissance MP. A cet effet, il a été proposé d’ajouter une voie de communication permettant la transmission d’informations du circuit secondaire 120 vers l’extérieur. Par ailleurs, il a été proposé d’ajouter une voie de communication supplémentaire entre le circuit primaire 110 et le circuit secondaire 120, par exemple, de manière à mettre en œuvre un réglage évolutif des paramètres de commande du module de puissance MP.
De manière connue, la communication de données est assurée par un système dédié et dissociable du dispositif électronique de commande rapprochée augmentant ainsi l’encombrement du système de commande rapprochée. L’ajout d’un organe dédié à la communication engendre également une capacité parasitaire plus importante et impacte défavorablement la fiabilité du dispositif électronique de commande rapproché.
Il existe donc un besoin pour un procédé de communication dans un dispositif électronique de commande rapprochée permettant d’obtenir des informations fiables d’un module de puissance tout en conservant une forte intégration.
PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION
A cet effet, l’invention concerne un procédé de communication dans un dispositif électronique de commande rapprochée d’un système électrique, notamment pour une utilisation aéronautique, le dispositif électronique de commande rapprochée comprenant un circuit primaire, un circuit secondaire et un circuit d’alimentation isolé configuré pour alimenter en énergie électrique le circuit secondaire à partir du circuit primaire, le circuit d’alimentation isolé comportant une partie primaire, appartenant au circuit primaire, une partie secondaire, appartenant au circuit secondaire, et un transformateur d’alimentation assurant l’isolation galvanique comprenant une bobine primaire reliée électriquement à la partie primaire et une bobine secondaire reliée électriquement à la partie secondaire, la partie primaire étant adaptée pour transmettre une énergie électrique à la partie secondaire par induction entre la bobine primaire et la bobine secondaire du transformateur d’alimentation, ledit procédé comprenant une étape d’alimentation pendant une durée d’alimentation au cours de laquelle la partie primaire transmet à la partie secondaire du circuit d’alimentation au moins une énergie électrique via le transformateur d’alimentation.
L’invention est remarquable en ce que le procédé comporte une étape de communication pendant une durée de communication au cours de laquelle, d’une part, le transformateur est démagnétisé et, d’autre part, la partie secondaire transmet au moins un signal de communication à la partie primaire via le transformateur d’alimentation préalablement démagnétisé.
Grâce à l’invention, le dispositif électronique de commande peut commander un système électrique de manière fiable mais peut également transmettre des données du circuit secondaire au circuit primaire. De manière avantageuse, aucune voie supplémentaire n’est créée, le transformateur d’alimentation étant judicieusement détourné comme un transformateur d’impulsions. Le circuit secondaire peut ainsi être suivi au cours de sa vie en obtenant des données sur son état de santé, ce qui permet d’anticiper tout dysfonctionnement.
De préférence, l’étape d’alimentation et l’étape de communication sont alternées au cours du temps. Ainsi, de manière périodique, l’alimentation est interrompue afin de pouvoir recevoir des données du circuit secondaire.
De préférence, la bobine primaire du transformateur d’alimentation n’est pas alimentée au cours de l’étape de communication. De manière préférée, lors de l’étape de communication, la bobine primaire est connectée à une charge afin d’accélérer sa démagnétisation tout en stabilisant la tension aux bornes de l’enroulement primaire du transformateur d’alimentation. Ainsi, aucune énergie électrique n’est transmise au circuit secondaire durant cette phase. Une démagnétisation rapide permet avantageusement de réduire la durée de l’étape de communication.
Selon un aspect préféré, le circuit secondaire comprend un module de stockage d’énergie. Le module de stockage d’énergie stocke de l’énergie électrique lors de l’étape d’alimentation et la restitue lors de l’étape de communication. Ainsi, pendant une étape de communication, le module de stockage d’énergie permet d’alimenter le système électrique, ce qui permet d’éviter toute interruption de l’alimentation du système électrique. Autrement dit, l’étape de communication n’impacte pas négativement le système électrique tant que la capacité de stockage d’énergie est suffisante.
De manière préférée, l’énergie électrique est codée lors de l’étape d’alimentation de manière à transmettre des informations de la partie primaire à la partie secondaire, de préférence, par un codage du type Manchester. Cette étape de codage permet d’assurer une communication du circuit primaire vers le circuit secondaire à travers le transformateur d’alimentation. La communication est ainsi bidirectionnelle. Cela est particulièrement avantageux pour interroger le circuit secondaire ou demander une reconfiguration de ce dernier.
Lors de l’étape de communication, la partie secondaire transmet au moins un signal de communication comprenant des impulsions destinées à la partie primaire via le transformateur d’alimentation. De manière préférée, la partie primaire est configurée pour écrêter et/ou filtrer le signal de communication lors de l’étape de communication de manière à déterminer le signe des impulsions transmises. Les impulsions transmises à travers un transformateur d’alimentation lors de la phase de communication peuvent être lues par la partie primaire qui a été préalablement déconnectée du circuit d’alimentation. Lors de cette phase, la mise au niveau logique haut d’un signal de communication est opérée par une impulsion positive sur l’enroulement secondaire tandis qu’une impulsion négative représente la mise au niveau logique bas.
De plus, l’invention concerne un dispositif électronique de commande rapprochée d’un système électrique, notamment pour une utilisation aéronautique, le dispositif électronique de commande rapprochée comprenant un circuit primaire, un circuit secondaire et un circuit d’alimentation isolé configuré pour alimenter en énergie électrique le circuit secondaire à partir du circuit primaire, le circuit d’alimentation isolé comportant une partie primaire, appartenant au circuit primaire, une partie secondaire, appartenant au circuit secondaire, et un transformateur d’alimentation assurant l’isolation galvanique comprenant une bobine primaire reliée électriquement à la partie primaire et une bobine secondaire reliée électriquement à la partie secondaire, la partie primaire étant adaptée pour transmettre une énergie électrique à la partie secondaire par induction entre la bobine primaire et la bobine secondaire du transformateur d’alimentation.
Le dispositif est remarquable en ce que la partie primaire comporte un module de gestion configuré pour stopper l’alimentation de la bobine primaire du transformateur d’alimentation afin de le démagnétiser, en ce que la partie secondaire comporte un module de transmission configuré pour transmettre un signal de communication à la bobine secondaire du transformateur d’alimentation et en ce que la partie primaire comporte un module de réception configuré pour recevoir le signal de communication généré par induction sur la bobine primaire.
De préférence, la partie secondaire comprend un module de stockage d’énergie configuré pour stocker de l’énergie électrique lorsque la partie primaire alimente la partie secondaire et, d’autre part, pour la restituer lorsque le transformateur d’alimentation est démagnétisé.
Selon un aspect préféré de l’invention, le module de transmission comporte une pluralité de transistors, de préférence du type NMOS et PMOS, configurés pour émettre un signal de communication comprenant des impulsions. Les transistors du type NMOS ou PMOS permettent de générer le signal de communication et permettent, en outre, un redressement du courant reçu par la bobine secondaire au cours de l’étape d’alimentation, chaque transistor comportant une diode interne (liée à la structure microélectronique du transistor NMOS et PMOS) permettant un tel redressement.
PRESENTATION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif électronique de commande rapprochée du type « gâte driver » selon l’art antérieur (déjà présenté),
- la figure 2 est une représentation schématique d’un dispositif électronique de commande rapprochée selon une forme de réalisation selon l’invention,
- la figure 3 est une représentation schématique d’un circuit d’alimentation du dispositif électronique de commande rapprochée selon une forme de réalisation de l’invention lors d’une étape d’alimentation et de communication du primaire vers le secondaire,
- la figure 4 est une représentation schématique d’un circuit d’alimentation du dispositif électronique de commande rapprochée selon une forme de réalisation de l’invention lors d’une étape de communication du secondaire vers le primaire,
- la figure 5 est une représentation schématique d’une énergie électrique du type carré et ayant un rapport cyclique de 50%,
- la figure 6 est une représentation schématique d’une énergie électrique codée par codage Manchester et
- la figure 7 est une représentation schématique d’une énergie électrique codée émise pendant un temps d’alimentation et d’un signal de communication reçu pendant un temps de communication.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
DESCRIPTION D’UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE
La présente invention va être présentée pour la commande d’un module de puissance d’un aéronef au moyen d’un dispositif électronique de commande rapprochée du type « gâte driver ».
De manière connue, un aéronef comprend différents systèmes électriques, tels que des modules de puissance, et un module de commande, en particulier un ordinateur de bord, configuré pour commander les systèmes électriques. En pratique, un module de puissance est relié au module de commande de l’aéronef par l’intermédiaire d’un dispositif électronique de commande rapprochée du type « gâte driver ».
En référence à la figure 2, il est représenté de manière schématique un dispositif électronique de commande rapprochée du type « gâte driver» 1 commandant un module de puissance MP d’un aéronef. Par souci de clarté et de concision, le dispositif électronique de commande rapprochée du type « gâte driver » 1 sera désigné par la suite « dispositif électronique 1 ».
De manière connue, le dispositif électronique 1 comprend un circuit primaire 10, un circuit secondaire 20 et un circuit d’alimentation isolé 2 configuré pour alimenter en énergie électrique le circuit secondaire 20 à partir du circuit primaire 10. Le circuit d’alimentation isolé 2 est ici un circuit d’alimentation très basse puissance conçu pour une transmission d’énergie de l’ordre de quelques Watts.
Le circuit d’alimentation isolé 2 comporte une partie primaire 2A, appartenant au circuit primaire 10, une partie secondaire 2B, appartenant au circuit secondaire 20, et un transformateur d’alimentation 30 assurant l’isolation galvanique comprenant une bobine primaire 31 reliée électriquement à la partie primaire 2A et une bobine secondaire 32 reliée électriquement à la partie secondaire 2B, la partie primaire 2A étant adaptée pour transmettre une énergie électrique à la partie secondaire 2B par induction entre la bobine primaire 31 et la bobine secondaire 32 du transformateur d’alimentation 30.
La bobine primaire 31 et la bobine secondaire 32 sont isolées électriquement l’une par rapport à l’autre assurant ainsi une isolation électrique sécuritaire entre la partie primaire 2A et la partie secondaire 2B du circuit d’alimentation isolé 2. Les bobines 31, 32 sont généralement formées par l’enroulement d’un fil métallique recouvert de vernis afin d’isoler électriquement le fil métallique enroulé. Il va de soi que d’autres topologies de transformateurs pourraient convenir. Une telle isolation électrique est désignée isolation galvanique.
Dans cet exemple, la partie primaire 2A du circuit d’alimentation isolé 2 comporte un module de gestion 11, relié au module de commande de l’aéronef MC, et un module de distribution d’énergie 12 configuré pour générer une énergie électrique Eac destinée au transformateur d’alimentation 30. Lorsque le module de commande de l’aéronef MC émet une commande au module de gestion 11, ce dernier génère un signal de commande Sa qui permet de générer une énergie électrique Eac par le module de distribution d’énergie 12 à partir d’une énergie électrique E fournie par le module de commande MC.
La partie secondaire 2B du circuit d’alimentation 2 comporte un module de redressement 21 configuré pour recevoir l’énergie électrique Eac du transformateur d’alimentation 30. L’énergie électrique reçue Eac permet d’alimenter des composants 23 du circuit secondaire 20 en énergie électrique afin d’assurer le pilotage du module de puissance MP. La partie secondaire 2B du circuit d’alimentation 2 comporte en outre un module de stockage d’énergie 22 configuré, d’une part, pour stocker de l’énergie électrique lorsque la partie primaire 2A alimente la partie secondaire 102B et, d’autre part, pour restituer l’énergie électrique stockée aux composants 23 du circuit secondaire 20 lors de l’étape de communication comme cela sera présenté par la suite.
Dans cet exemple, en référence aux figures 3 et 4, le module de distribution d’énergie 12 comporte deux transistors Q1, Q2 placés chacun à une borne de la bobine primaire 31 du transformateur d’alimentation 30. Pour transmettre une énergie électrique Eac, la partie primaire 2A transmet un courant électrique à travers les transistors Q1 et Q2 afin de générer le courant désiré dans la bobine primaire 31 et ainsi générer un courant induit dans la bobine secondaire 32 pour commander le module de puissance MP. Lorsqu’un courant électrique traverse la bobine primaire 31, le transformateur d’alimentation 30 est dit « magnétisé » du fait du champ magnétique généré par la bobine primaire 31, comme illustré sur la figure 2. Lorsque le courant électrique dans la bobine primaire 31 s’annule, le transformateur d’alimentation 30 est dit « démagnétisé ». En pratique, un temps de démagnétisation est nécessaire pour qu’il n’y ait plus aucun champ magnétique résiduel dans le transformateur d’alimentation 30.
En référence aux figures 3 et 4, afin de traiter l’énergie électrique Eac reçue par la bobine secondaire 32 du transformateur d’alimentation 30, le module de redressement 21 comprend des diodes D3, D4, D5, D6 formant un pont de diodes redresseur permettant de redresser le courant électrique reçu par la bobine secondaire 32 du transformateur d’alimentation 30. Le fonctionnement d’un tel module de redressement 21 étant connu, il ne sera pas décrit plus en détail. De manière préférée, les diodes D3, D4, D5, D6 sont des diodes internes de transistors Q3, Q4, Q5, Q6, du type NMOS et PMOS, Autrement dit, le module de redressement 21 comporte une pluralité de transistors dont les diodes internes permettent un redressement du courant électrique reçu par la bobine secondaire 32 lors de l’alimentation. Comme cela sera présenté par la suite, au cours de l’étape d’alimentation, les transistors Q3, Q4, Q5, Q6 sont bloqués.
Selon l’invention, le module de gestion 11 est configuré pour stopper l’alimentation de la bobine primaire 31 du transformateur d’alimentation 30 afin de le démagnétiser. Par ailleurs, la partie secondaire 2B comporte un module de transmission 24 configuré pour transmettre un signal de communication Sb à la bobine secondaire 32 du transformateur d’alimentation 30. De plus, la partie primaire 10 comporte un module de réception 14 configuré pour recevoir le signal de communication Sb généré par induction sur la bobine primaire 31. Dans notre exemple d’application, en référence aux figures 3 et 4, le module de redressement 21 et le module de transmission 24 sont physiquement réalisés pas les mêmes transistors Q3, Q4, Q5, Q6 dont les diodes internes D3, D4, D5, D6 sont judicieusement sollicitées.
De manière préférée, en référence aux figures 2 à 4, la partie primaire 2A du circuit d’alimentation 2 comporte une charge 13, connectée aux bornes de la bobine primaire 31 uniquement lors de l’étape de communication, permettant de réduire la durée de démagnétisation du transformateur 30 et stabiliser la tension aux bornes de la bobine primaire 31.
De manière avantageuse, on tire avantage de la démagnétisation du transformateur d’alimentation 30 pour appliquer un signal de communication Sb sur la bobine secondaire 32 du transformateur d’alimentation 30 et induire un signal de communication Sb dans la bobine primaire 31. Autrement dit, le transformateur d’alimentation 30 n’est plus utilisé seulement pour transmettre une énergie électrique Eac de la partie primaire 2A à la partie secondaire 2B du circuit d’alimentation 2 mais aussi pour transmettre un signal de communication Sb de la partie secondaire 2B vers la partie primaire 2A comme cela va être présenté par la suite. Le signal de communication Sb comporte des informations (DATA) pour la partie primaire 2A.
Le module de gestion 11 de la partie primaire 2A est configuré pour stopper l’alimentation de la bobine primaire 31 du transformateur d’alimentation 30 afin de le démagnétiser. Dans cet exemple, en référence aux figures 3 et 4, le module de gestion 11 comporte un circuit programmable, par exemple du type FPGA, permettant de piloter avantageusement les transistors Q1 et Q2 du module de distribution d’énergie 12 et ainsi démagnétiser le transformateur d’alimentation 30. Une fois démagnétisé, aucune énergie électrique Ea n’est fournie au circuit secondaire 20.
Dans cet exemple, le module de transmission 24 de la partie secondaire 2B comporte une pluralité de transistors commandés Q3, Q4, Q5, Q6, de préférence du type NMOS et PMOS, dont les diodes internes forment les diodes D3, D4, D5, D6 du module de redressement 21. En fonction de la commande des transistors Q3, Q4, Q5, Q6, un signal de communication Sb comportant des impulsions est transmis à la bobine secondaire 32 qui peut générer, par induction, un signal de communication Sb dans la bobine primaire 31 qui est reliée au module de réception 14 via la charge 13.
Le module de réception 14 comporte des éléments électroniques de filtrage/écrêtage de manière à pouvoir interpréter le signal de communication Sb reçu par le transformateur d’alimentation 30. Autrement dit, durant l’étape de communication B le transformateur d’alimentation 30 est utilisé comme un transformateur d’impulsions et le module de réception 14 permet d’interpréter les impulsions du signal de communication Sb, en particulier, le signe des impulsions.
Grâce à l’invention, des informations (DATA) peuvent être transmises entre le circuit secondaire 20 et le module de commande MC via le circuit primaire 10 sans recourir à des éléments d’isolation supplémentaires. Le transformateur d’alimentation 30 est utilisé, d’une part, pour permettre une alimentation du circuit secondaire 20 par le circuit primaire 10 et, d’autre part, pour permettre une communication bidirectionnelle entre le circuit primaire 10 et le circuit secondaire 20.
Comme indiqué précédemment, le circuit secondaire 20 n’est pas alimenté lorsque le transformateur d’alimentation 30 est démagnétisé. A cet effet, en référence à la figure 2, pour éviter une chute de la tension d’alimentation du circuit secondaire 20, le circuit secondaire 20 comporte un module de stockage d’énergie 22 configuré, d’une part, pour stocker de l’énergie électrique lorsque le circuit primaire 10 alimente le circuit secondaire 20 et, d’autre part, pour restituer l’énergie électrique stockée lorsque le transformateur d’alimentation 30 est démagnétisé. En référence aux figures 3 et 4, le module de stockage d’énergie 22 se présente, dans cet exemple, sous la forme d’un condensateur Cs pour fournir de l’énergie à l’ensemble des composants 23 du circuit secondaire 20 lors de l’étape de communication du circuit secondaire 20 vers le circuit primaire 10. Le circuit secondaire 20 est ainsi alimenté sans interruption, ce qui est impératif au bon fonctionnement du dispositif électronique de commande rapprochée 1. De manière préférée, le module de stockage d’énergie 22 est dimensionné en fonction de la durée d’interruption de l’alimentation, c’est-à-dire, la durée de communication. Cette méthode de communication nécessite donc un module de stockage d’énergie 22 ayant une capacité de stockage d’énergie plus importante que sur un dispositif électronique de commande rapprochée selon l’art antérieur.
Selon un aspect de l’invention, en référence à la figure 2, le circuit secondaire 20 comprend également un module de mesure 25 adapté pour mesurer des données relatives au fonctionnement du module de puissance MP. Dans cet exemple, comme illustré à la figure 2, le module de mesure 25 est relié au module de transmission 24 afin de permettre l’intégration des mesures réalisées par le module de mesure 25 dans le signal de communication Sb émis par le module de transmission 24. Ainsi, les mesures réalisées peuvent être connues du module de commande de l’aéronef MC. L’une des applications de ce procédé de communication est donc la surveillance des paramètres dérivants du module de puissance MP au cours de son utilisation, permettant ainsi une prédiction des défaillances.
Le module de distribution d’énergie 12 du circuit primaire 10 est configuré pour générer une énergie électrique Eac en fonction du signal de commande Sa émis par le module de gestion 11.
En référence à la figure 5, un signal de commande Sa dit « carré » comportant une alternance de niveaux logiques hauts n1 et de niveaux logiques bas nO est émis par le module de gestion 11 afin de transmettre une énergie Ea à travers l’isolation galvanique du circuit d’alimentation 2. Dans cet exemple, le signal commande Sa appliqué au module de distribution d’énergie 12 est de type à modulation de largeur d’impulsion, également désigné PWM en langue anglaise pour « Puise Width Modulation ».
Selon un aspect préféré de l’invention, en référence à la figure 2, la partie primaire 2A du circuit d’alimentation 2 comprend également un module de codage 15 adapté pour fournir un signal de commande codé Sac à partir du signal de commande Sa fourni par le module de gestion 11. De manière préférée, le module de codage 15 met en œuvre un codage de type Manchester afin que le module de distribution d’énergie 12 génère une énergie électrique codée Eac selon un codage de type Manchester. Un signal codé de type Manchester possède l’avantage de posséder une moyenne constante sur une période de temps donné ce qui est nécessaire pour une transmission d’énergie à travers un transformateur. De plus, le codage Manchester permet de transmettre des informations (DATA) au cours du cycle d’alimentation. A titre d’exemple, en référence à la figure 6, il est illustré les transitions d’un signal de commande codé Sac entre le niveau logique haut n1 et le niveau logique bas nO pour coder une valeur logique de Ό’ ou ‘T. Un tel codage Manchester est connu en tant que tel et ne sera pas décrit plus en détails.
Ainsi, grâce à l’invention, une communication est possible du circuit primaire 10 vers le circuit secondaire 20 mais également du circuit secondaire 20 vers le circuit primaire 10. Comme explicité précédemment, une telle communication bidirectionnelle peut permettre d’améliorer la fiabilité du module de puissance MP.
A titre d’exemple, le circuit primaire 10 peut interroger le circuit secondaire 20 afin d’obtenir des informations pertinentes sur l’état de santé du module de puissance MP au cours d’une étape d’alimentation et de communication A (Figure 7) puis recevoir lesdites informations de santé au cours d’une étape de communication B (Figure 7). De manière analogue, la partie secondaire 2B comprend un module de décodage 26 adapté pour interpréter les informations (DATA) comprises dans le signal codé Sac reçu par le module de redressement 21. De tels modules de codage 15 et de décodage 26 peuvent se présenter, par exemple, sous la forme d’un circuit programmable de type FPGA.
De manière préférée, le module de gestion 11 et le module de codage 15 appartiennent à une même entité, notamment, un microcontrôleur ou un FPGA.
Il va maintenant être présenté un exemple de mise en œuvre d’un procédé de communication selon l’invention dans le dispositif électronique 1 tel que décrit précédemment.
En référence à la figure 2, le dispositif électronique 1 est relié, d’une part, à un module de commande MC, et d’autre part à un module de puissance MP afin d’en commander le fonctionnement.
Pour commander le module de puissance MP, le module de gestion 11, associé au module de codage 15, émet un signal de commande codé Sac au module de distribution d’énergie 12 qui transmet au circuit secondaire 20 une énergie électrique codée Eac lors d’une première étape d’alimentation et de communication A.
En référence à la figure 7, durant cette étape d’alimentation et de communication A, le circuit primaire 10 transmet une énergie électrique codée Eac à la bobine primaire 31 du transformateur d’alimentation 30, ce qui induit une énergie électrique codé Eac dans la bobine secondaire 32 par induction qui est reçue par le module de redressement 21. Les informations codées sont lues par le module de décodage 26 du circuit secondaire 20. A titre d’exemple, les informations codées peuvent être des données de reconfiguration du circuit secondaire 20.
Dans cet exemple de mise en œuvre, au cours de l’étape d’alimentation et de communication A, le module de mesure 25 mesure au moins une donnée relative au fonctionnement du module de puissance MP, par exemple la tension de chute à l’état passant d’un transistor de puissance composant le module de puissance MP. Durant l’étape d’alimentation et de communication A, le module de stockage d’énergie 22, en particulier le condensateur de découplage Cs, stocke de l’énergie électrique reçue par le transformateur d’alimentation 30.
En référence à la figure 7, l’étape d’alimentation et de communication A (transmission de données) est mise en œuvre pendant une durée d’alimentation Ta puis une étape de communication B (réception de données) est mise en œuvre pendant une durée de communication Tb. De manière préférée, la durée de communication Tb est transmise à la partie secondaire 2B par la partie primaire 2A au cours de l’étape d’alimentation et de communication A. Ainsi, le dispositif électrique 1 peut adapter les durées Ta, Tb au cours du temps en fonction des applications et des besoins, ce qui est avantageux. De manière alternative, les durées Ta, Tb peuvent également être prédéterminées.
Comme illustré à la figure 7, les étapes d’alimentation et de communication A et les étapes de communication B sont alternées. A titre d’exemple, pour une fréquence du signal PMW de 100kHz, la durée d’alimentation Ta est comprise entre 8ps et 10ps tandis que la durée de communication Tb est comprise entre Ops et 2ps. Il est préférable que la durée de communication Tb soit inférieure à 25% de la durée d’alimentation Ta de manière à limiter l’interruption de l’alimentation du module de puissance MP, de préférence, inférieure à 10%. La durée de communication Tb résulte d’un compromis entre la quantité d’informations à transmettre (durée de communication Tb importante) et la capacité du module de stockage d’énergie 22 (durée de communication Tb faible).
Suite à l’étape d’alimentation et de communication A, l’étape de communication B est mise en œuvre afin de permettre au circuit secondaire 20 de transmettre des informations au circuit primaire 10.
Au cours de l’étape de communication B (réception de données), la partie secondaire 2B du circuit d’alimentation 2 transmet des signaux de communication Sb à la partie primaire 2A.
Dans cet exemple de mise en œuvre, le module de gestion 11 stoppe le module de distribution d’énergie 12 et connecte la bobine primaire 31 à la charge 13. En pratique, comme illustré à la figure 4, le module de distribution d’énergie 11 du circuit primaire 10 est stoppé en imposant un blocage simultané des transistors Q1 et Q2. Ainsi, lors de l’étape de communication B, la bobine primaire 31 du transformateur d’alimentation 30 n’est plus alimentée et le transformateur d’alimentation 30 se démagnétise.
Une fois le transformateur d’alimentation 30 démagnétisé, le module de transmission 24 du circuit secondaire 20 transmet un signal de communication Sb à la bobine secondaire 32 du transformateur d’alimentation 30 préalablement démagnétisé. Un courant est alors induit dans la bobine primaire 31 et permet ainsi l’échange de données de la partie secondaire 2B vers la partie primaire 2A. L’utilisation des transistors Q3, Q4, Q5, Q6 dans le module de transmission 24 permet de former un signal de communication Sb comprenant des informations utiles pour le circuit primaire 10. Dans cet exemple, le signal de communication Sb est constitué d’une séquence d’impulsions positives ou négatives (Figure 7). Le module de réception 14 permet d’interpréter le signal de communication Sb reçu par la bobine primaire 31 en réalisant par exemple, des opérations d’écrêtage et de seuillage sur le signal électrique reçu.
Dans cet exemple de mise en œuvre, les signaux de communication Sb comprennent notamment des mesures réalisées par le module de mesure 25 pour détecter une éventuelle défaillance du module de puissance MP. De manière préférée, le module de transmission 24 émet un signal de communication Sb après une durée d’attente de démagnétisation suite à l’interruption de l’étape d’alimentation A par le module de gestion 11. Cette durée d’attente permet de s’assurer qu’il n’existe plus de champ magnétique résiduel dans le transformateur d’alimentation 30. En effet, cette phase de démagnétisation se caractérise par un régime oscillatoire pseudo-périodique aux bornes du transformateur d’alimentation 30, ce régime de fonctionnement est incompatible avec l’envoi d’un signal de communication Sb tel que décrit précédemment. L’utilisation d’une charge 13 connectée à la bobine primaire 31 permet notamment de réduire la durée de démagnétisation lors de l’étape de communication B.
Durant l’étape de communication B, le module de stockage d’énergie 22, en particulier, le condensateur de découplage Cs délivre aux composants 23 du circuit secondaire 20 l’énergie qu’il a stockée pendant l’étape d’alimentation et de communication A. Ainsi, le module de stockage d’énergie 22 permet d’alimenter les composants 23 du circuit secondaire 20 en toutes circonstances. Au cours de l’étape de communication B, le circuit secondaire 20 fonctionne ainsi « sur ses réserves ».
Grâce à l’invention, il n’est pas nécessaire d’ajouter une nouvelle interface entre le circuit primaire 10 et le circuit secondaire 20 pour la communication de données. De manière avantageuse, le circuit d’alimentation isolé 2 permet d’assurer la fonction d’alimentation mais également une fonction de communication bidirectionnelle, ce qui permet d’optimiser la fiabilité d’un module de puissance MP tout en assurant une forte intégrabilité et une meilleure flexibilité du dispositif électronique de commande rapprochée 1.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé de communication dans un dispositif électronique de commande rapprochée (1) d’un système électrique (MP), notamment pour une utilisation aéronautique, le dispositif électronique de commande rapprochée (1) comprenant un circuit primaire (10), un circuit secondaire (20) et un circuit d’alimentation isolé (2) configuré pour alimenter en énergie électrique le circuit secondaire (20) à partir du circuit primaire (10), le circuit d’alimentation isolé (2) comportant une partie primaire (2A), appartenant au circuit primaire (10), une partie secondaire (2B), appartenant au circuit secondaire (20), et un transformateur d’alimentation (30) assurant l’isolation galvanique comprenant une bobine primaire (31) reliée électriquement à la partie primaire (2A) et une bobine secondaire (32) reliée électriquement à la partie secondaire (2B), la partie primaire (2A) étant adapté pour transmettre une énergie électrique (Eac) à la partie secondaire (2B) par induction entre la bobine primaire (31) et la bobine secondaire (32) du transformateur d’alimentation (30), ledit procédé comprenant :- une étape d’alimentation (A) pendant une durée d’alimentation (Ta) au cours de laquelle la partie primaire (2A) transmet à la partie secondaire (2B) du circuit d’alimentation (2) au moins une énergie électrique (Eac) via le transformateur d’alimentation (30) procédé caractérisé en ce qu’il comporte :- une étape de communication (B) pendant une durée de communication (Tb) au cours de laquelle, d’une part, le transformateur (30) est démagnétisé et, d’autre part, la partie secondaire (2B) transmet au moins un signal de communication (Sb) à la partie primaire (2A) via le transformateur d’alimentation (30) préalablement démagnétisé.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape d’alimentation (A) et l’étape de communication (B) sont alternées au cours du temps.
- 3. Procédé selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel la bobine primaire (31) du transformateur d’alimentation (30) n’est pas alimentée au cours de l’étape de communication (B).
- 4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, la partie secondaire (2B) comprenant un module de stockage d’énergie (22), le module de stockage d’énergie (22) stocke de l’énergie électrique lors de l’étape d’alimentation (A) et la restitue lors de l’étape de communication (B).
- 5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’énergie électrique (Eac) est codée lors de l’étape de communication (A) de manière à transmettre des informations de la partie primaire (2A) à la partie secondaire (2B), de préférence, par un codage du type Manchester.
- 6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la partie secondaire (2B) transmet au moins un signal de communication (Sb) comprenant des impulsions à la partie primaire (2A) via le transformateur d’alimentation (30) lors de l’étape de communication (B).
- 7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la partie primaire (2A) est configurée pour écrêter et/ou filtrer le signal de communication (Sb) lors de l’étape de communication (B) de manière à déterminer le signe des impulsions transmises.
- 8. Dispositif électronique de commande rapprochée (1) d’un système électrique (MP), notamment pour une utilisation aéronautique, le dispositif électronique de commande rapprochée (1) comprenant un circuit primaire (10), un circuit secondaire (20) et un circuit d’alimentation isolé (2) configuré pour alimenter en énergie électrique le circuit secondaire (20) à partir du circuit primaire (10), le circuit d’alimentation isolé (2) comportant une partie primaire (2A), appartenant au circuit primaire (10), une partie secondaire (2B), appartenant au circuit secondaire (20), et un transformateur d’alimentation (30) assurant l’isolation galvanique comprenant une bobine primaire (31) reliée électriquement à la partie primaire (2A) et une bobine secondaire (32) reliée électriquement à la partie secondaire (2B), la partie primaire (2A) étant adaptée pour transmettre une énergie électrique (E) à la partie secondaire (2B) par induction entre la bobine primaire (31) et la bobine secondaire (32) du transformateur d’alimentation (30), dispositif caractérisé en ce que la partie primaire (2A) comporte un module de gestion (11) configuré pour stopper l’alimentation de la bobine primaire (31) du transformateur d’alimentation (31) afin de le démagnétiser, en ce que la partie secondaire (2B) comporte un module de transmission (24) configuré pour transmettre un signal de communication (Sb) à la bobine secondaire (32) du transformateur d’alimentation (30) et en ce que la partie primaire (2A) comporte un module de réception (14) configuré pour recevoir le signal de communication (Sb) généré par induction sur la bobine primaire (31).
- 9. Dispositif électronique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la partie5 secondaire (2B) comprend un module de stockage d’énergie (22) configuré pour stocker de l’énergie électrique lorsque la partie primaire (2A) alimente la partie secondaire (2B) et, d’autre part, pour la restituer lorsque le transformateur d’alimentation (30) est démagnétisé.
- 10 10. Dispositif électronique (1) selon l’une des revendications 8 à 9, dans lequel le module de transmission (24) comporte une pluralité de transistors (Q3, Q4, Q5, Q6), de préférence du type NMOS et PMOS, configurés pour émettre un signal de communication (Sb) comprenant des impulsions.
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