FR3081636A1 - Systeme de commande assurant une protection contre les court-circuits d'un pont de redressement de machine electrique tournante - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un système de commande (9) d'une machine électrique tournante polyphasée comportant: - un stator muni de plusieurs phases (PH1-PH3), - un pont de redressement synchrone (10) présentant une pluralité de branches (B1-B3) associées chacune à une phase (PH1-PH3), - chaque branche (B1-B3) comprenant un transistor haut (MH1-MH3) et un transistor bas (ML1-ML3), - un circuit de pilotage (CPH1-CPH3) du transistor haut (MH1-MH3) apte à commander un état dudit transistor haut (MH1-MH3) en fonction d'un écart entre le potentiel positif et une tension de référence (Vref) par rapport à la phase (PH1-PH3), - un circuit de pilotage (CPL1-CPL3) du transistor bas (ML1-ML3) apte à commander un état dudit transistor bas (ML1-ML3) en fonction d'un écart entre la tension de phase (PH1-PH3) et une tension de référence (Vref) par rapport au potentiel négatif (B-), caractérisé en ce que le système de commande (9) comporte en outre, pour chaque phase (PH1-PH3), un premier dispositif de protection (15.1-15.3) configuré pour autoriser une commande à l'état passant du transistor bas (ML1-ML3) uniquement si la tension de la phase (PH1-PH3) est inférieure à une tension seuil (Vs1-Vs3).
Description
SYSTEME DE COMMANDE ASSURANT UNE PROTECTION CONTRE LES COURT-CIRCUITS D'UN PONT DE REDRESSEMENT DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE
La présente invention porte sur un système de commande assurant une protection contre les court-circuits d'un pont de redressement d'une machine électrique tournante.
Dans un véhicule automobile, un réseau de bord sert à alimenter les différents consommateurs électriques dont est équipé le véhicule. L'alimentation est fournie par au moins une batterie. Celle-ci est rechargée grâce à une machine électrique tournante, à partir de l'énergie fournie par la rotation du moteur thermique du véhicule. Par machine électrique tournante, on entend de façon plus générale toute machine électrique tournante polyphasée utilisée pour la production de courant continu alimentant le réseau de bord. II peut en particulier s'agir d'un alternateur ou encore d’un alterno-démarreur.
Une telle machine électrique est munie d'un système de commande comportant un pont de redressement synchrone présentant une pluralité de branches associées chacune à une phase. Chaque branche comprend un transistor haut apte à relier électriquement la phase à un potentiel positif et un transistor bas apte à relier électriquement la phase à un potentiel négatif du système.
Suivant certaines situations de vie, il peut être nécessaire d'imposer un état passant aux transistors bas afin de mettre en court-circuit de façon temporaire les phases du stator.
Ainsi, en cas de déconnexion brutale d’une charge électrique du réseau de bord, ou d’une batterie, ou des deux, il se crée un phénomène de délestage de charge (load-dump en anglais), qui occasionne une surtension sur le réseau de bord. En mettant en court-circuit les phases du stator, il est possible de limiter la tension sur le réseau de bord à une tension maximale admissible, c'est-à-dire la tension la plus élevée que peuvent supporter les équipements électriques du véhicule sans risque d'endommagement.
Dans le cas de l'activation d'une fonction d'aide au calage du moteur thermique, une mise en court-circuit des phases du stator par la commande à l'état passant des transistors bas permet de produire des pertes et ainsi d'augmenter le couple prélevé à basse vitesse au moteur thermique par la machine électrique tournante.
Toutefois, dans le cas où un des transistors hauts serait endommagé, il existe le risque de provoquer une sous-tension sur le réseau de bord par création d'un court-circuit entre la borne positive et la borne négative de la batterie.
La conséquence de cette sous-tension étant une perte d'alimentation des organes sécuritaires du véhicule, il existe le besoin d'implémenter des mécanismes de sécurisation permettant notamment de remplir le niveau ASIL C de la norme ISO-26262.
L'invention vise à répondre à ce besoin en proposant un système de commande d'une machine électrique tournante polyphasée comportant:
- un stator muni de plusieurs phases,
- un pont de redressement synchrone présentant une pluralité de branches associées chacune à une phase,
- chaque branche comprenant un transistor haut pilotable apte à relier électriquement la phase correspondante à un potentiel positif et un transistor bas pilotable apte à relier électriquement la phase correspondante à un potentiel négatif,
- un circuit de pilotage du transistor haut apte à commander un état dudit transistor haut en fonction d'un écart entre le potentiel positif et une tension de référence par rapport à la phase,
- un circuit de pilotage du transistor bas apte à commander un état dudit transistor bas en fonction d'un écart entre la tension de phase et une tension de référence par rapport au potentiel négatif, caractérisé en ce que le système de commande comporte en outre, pour chaque phase, un premier dispositif de protection configuré pour autoriser une commande à l'état passant du transistor bas uniquement si la tension de la phase correspondante est inférieure à une tension seuil.
L'invention permet ainsi de protéger efficacement la machine électrique tournante à redressement synchrone, qui est apte à commander une mise en court-circuit des phases du stator, contre un risque de sous-tension dû à un court-circuit d'une phase à la borne positive de l'alternateur. L'invention présente également un caractère économique dans la mesure où sa mise en œuvre implique uniquement de légères modifications de la carte électronique de commande.
Selon une réalisation, le premier dispositif de protection comporte un comparateur recevant en entrée la tension de phase et la tension seuil, une sortie dudit comparateur commandant un interrupteur disposé en sortie d'un dispositif pilote correspondant.
Selon une réalisation, la tension seuil est comprise entre 50mV et 300mV et vaut de préférence 100 mV.
Selon une réalisation, ledit système comporte un deuxième dispositif de protection destiné à commander un état passant des transistors bas pour mettre en court-circuit les phases lorsqu'une fonction prédéterminée est activée et que les tensions de phase sont inférieures à une tension seuil.
Selon une réalisation, la fonction prédéterminée est choisie parmi une aide au calage du moteur thermique ou une compensation de délestage de charge.
Selon une réalisation, le deuxième dispositif de protection comporte, pour chaque phase, un comparateur recevant en entrée la tension de phase et la tension seuil, une sortie dudit comparateur étant relié à un module de commande de court-circuit.
Selon une réalisation, pour chaque phase, le comparateur du deuxième dispositif de protection est distinct du comparateur du premier dispositif de protection.
Selon une réalisation, le deuxième dispositif de protection comporte une porte ET recevant en entrée une sortie du module de commande de courtcircuit et une information relative à l'activation de la fonction prédéterminée.
Selon une réalisation, une sortie de la porte ET est connectée à des interrupteurs commandant le passage à l'état passant des transistors bas.
Selon une réalisation, le transistor haut et le transistor bas sont de type NMOS.
Selon une réalisation, ledit système de commande comporte un circuit de test pour vérifier le fonctionnement du premier dispositif de protection et/ou du deuxième dispositif de protection.
Selon une réalisation, ledit système de commande comporte des moyens de communication vers un module de contrôle de l’alternateur pour rendre compte de défauts latents et/ou de pannes du pont à redressement qui ont été détectés.
L'invention a également pour objet une machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un système de commande tel que précédemment défini.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une représentation schématique d'une machine électrique tournante comportant un système de commande selon la présente invention;
La figure 2 est une représentation schématique des différents composants du système de commande selon la présente invention.
La figure 1 montre une machine électrique tournante polyphasée 1, de type alternateur ou alterno-démarreur, alimentant un réseau électrique de bord 2 connecté à une batterie 3.
Il s'agit de préférence d'une machine à excitation 1, dont un rotor 4 est accouplé mécaniquement à un moteur thermique 6 du véhicule par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de mouvement 5, notamment à courroie ou à chaîne.
Le rotor 4 comprend un circuit d'excitation 7 qui est parcouru par un courant d'excitation lexc créant de manière connue dans un stator 8 présentant un nombre n de phases PH1, PH2, PH3, PHn plusieurs courants de phases ΙΦ1, ΙΦ2, ΙΦ3, ΙΦη (n est de préférence égal à 3 tel que représenté sur la Figure 1, mais peut être inférieur ou supérieur à 3).
La machine 1 comprend un pont de redressement synchrone 10 connecté aux enroulement de phases PH1-PH3 pour redresser les courants de phases ΙΦ1, ΙΦ2, ΙΦ3 afin d'alimenter en tension continue le réseau de bord 2 et charger la batterie 3.
La tension continue est régulée par un dispositif de régulation 11 d'une unité de contrôle électronique 12 contrôlant, éventuellement en fonction d'une vitesse de rotation du rotor 4 déterminée par un capteur de vitesse 13 et d'informations échangées avec un calculateur du moteur thermique, un rapport cyclique du courant d'excitation lexc produit par un module d'excitation 14.
Comme on peut le voir sur la figure 2, le pont de redressement synchrone 10 présente des branches B1-B3 associées chacune à une phase PH1-PH3 correspondante. Chaque branche B1-B3 comprend un transistor haut MH1MH3 pilotable apte à relier électriquement la phase PH1-PH3 correspondante au potentiel positif B+ et un transistor bas ML1-ML3 pilotable apte à relier électriquement la phase PH1-PH3 correspondante au potentiel négatif B- de la batterie 3. Le transistor haut MH1-MH3 et le transistor bas ML1-ML3 sont de préférence d'un même type, notamment de type NMOS.
Un système de commande 9 comporte un circuit de pilotage CPH1-CPH3 du transistor haut MH1-MH3 apte à commander un état du transistor haut MH1MH3 correspondant en fonction d'un écart entre le potentiel positif B+ et une tension de référence Vref par rapport à la phase PH1-PH3. A cet effet, le circuit de pilotage CPH1-CPH3 comporte un comparateur Comp, un correcteur Corr de type PI (Proportionnel, Intégral) ou PID (Proportionnel, Intégral, Dérivé), et un dispositif pilote D (driver en anglais), dont la sortie est reliée à la grille du transistor haut MH1-MH3 par l'intermédiaire d'un ensemble de résistances Er permettant d'adapter le courant et l'impédance en fonction des caractéristiques du transistor MH1-MH3. En outre, un condensateur C_bs dit de bootstrap permet d'ajouter une tension additionnelle au potentiel de grille pour permettre la commutation du transistor MH1-MH3.
Par ailleurs, un circuit de pilotage CPL1-CPL3 du transistor bas ML1-ML3 est apte à commander un état du transistor bas ML1-ML3 correspondant en fonction d'un écart entre la tension de phase PH1-PH3 et une tension de référence par rapport au potentiel négatif B-. A cet effet, le circuit de pilotage CPL1-CPL3 comporte un comparateur Comp, un correcteur Corr de type PI (Proportionnel, Intégral) ou PID (Proportionnel, Intégral, Dérivé), et un dispositif pilote D (driver en anglais), dont la sortie est reliée à la grille du transistor bas ML1-ML3 par l'intermédiaire d'un ensemble de résistances Er permettant d'adapter le courant et l'impédance en fonction des caractéristiques du transistor ML1-ML3.
En fonctionnement normal de l'alternateur 1, les circuits de pilotage CPH1CPH3; CPL1-CPL3 ferment et ouvrent alternativement les transistors haut et bas, selon un mode de fonctionnement connu d'un redresseur synchrone 10. En cas de surtension sur le réseau de bord 2 ou lors de l'activation d'une fonction d'aide au calage du moteur thermique, on court-circuite un ou plusieurs enroulements de phases PH1-PH3. A cet effet, le court-circuit est réalisé en commandant l'état passant des transistors bas ML1-ML3 pour établir un court-circuit des phases PH1-PH3 par rapport au potentiel B-.
Le système de commande 9 comporte en outre, pour, chaque phase PH1PH3, un premier dispositif de protection 15.1-15.3 configuré pour autoriser une commande à l'état passant du transistor bas ML1-ML3 uniquement si la tension de la phase correspondante PH1-PH3 est inférieure à une tension seuil Vs1-Vs3.
A cet effet, le premier dispositif de protection 15.1-15.3 comporte un comparateur 16.1-16.3 recevant en entrée la tension de phase PH1-PH3 et la tension seuil Vs1-Vs3, une sortie dudit comparateur 16.1-16.3 commandant un interrupteur 17.1-17.3 disposé en sortie du dispositif pilote D du circuit de pilotage CPL1-CPL3 correspondant. L'interrupteur 17.1-17.3 prend par exemple avantageusement la forme d'un transistor. La tension seuil Vs1-Vs3 est comprise entre 50mV et 300mV et vaut de préférence 100 mV.
Ainsi, dans le cas où la tension de la phase PH1-PH3 est inférieure à la tension seuil Vs1-Vs3, on commande la fermeture de l'interrupteur 17.1-17.3 pour autoriser une commande à l'état passant du transistor bas ML1-ML3. Dans le cas où la tension de la phase PH1-PH3 est supérieure à la tension seuil Vs1-Vs3, on commande l'ouverture de l'interrupteur, ce qui empêche la commande à l'état passant du transistor bas ML1-ML3.
Par ailleurs, le système de commande 9 comporte un deuxième dispositif de protection 20 destiné à commander un état passant des transistors bas ML1ML3 pour mettre en court-circuit les phases PH1-PH3 lorsqu'une fonction prédéterminée est activée et que les tensions de phase PH1-PH3 sont inférieures à une tension seuil Vs1'-Vs3'. La fonction prédéterminée est choisie parmi une aide au calage du moteur thermique ou une compensation de délestage de charge.
A cet effet, le deuxième dispositif de protection 20 comporte, pour chaque phase PH1-PH3, un comparateur 21.1-21.3 recevant en entrée la tension de phase PH1-PH3 et la tension seuil Vs1'-Vs3', une sortie dudit comparateur
21.1- 21.3 étant reliée à un module de commande de court-circuit 22. Pour chaque phase, le comparateur 21.1-21.3 du deuxième dispositif de protection 20 est distinct du comparateur 16.1-16.3 du premier dispositif de protection
15.1- 15.3, afin de disposer de deux systèmes de protection contre les courtcircuits de la batterie 3 indépendants l'un par rapport à l'autre.
En outre, une porte ET 24 reçoit en entrée une sortie du module de commande de court-circuit 22 et une information relative à l'activation de la fonction prédéterminée. Une sortie de la porte ET 24 est connectée à des interrupteurs 25.1-25.3 commandant le passage à l'état passant des transistors bas ML1-ML3. Ces interrupteurs 25.1-25.3 prennent avantageusement la forme de transistors.
Ainsi, lorsque les conditions sont vérifiées pour autoriser la mise en courtcircuit, c’est-à-dire lorsque une demande de calage du moteur thermique STL_cmd ou lorsqu'un délestage de charge LD_cmd est détecté (cf. porte
OU 26) et que les tensions de phase PH1-PH3 sont inférieures à la tension seuil Vs1'-Vs3', alors on commande la fermeture des interrupteurs 25.1-25.3 pour forcer à l'état passant les transistors bas ML1-ML3 et générer ainsi un court-circuit des phases.
Avantageusement, on prévoit en outre un circuit de test 28 pour vérifier le fonctionnement du premier dispositif de protection 15.1-15.3 et/ou du deuxième dispositif de protection 20.
Des moyens de communication 30 vers un module de contrôle de l’alternateur permettent de rendre compte de défauts latents et/ou de pannes ίο du pont à redressement qui ont été détectés.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de 15 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Système de commande (9) d'une machine électrique tournante polyphasée comportant:- un stator muni de plusieurs phases (PH1-PH3),- un pont de redressement synchrone (10) présentant une pluralité de branches (B1-B3) associées chacune à une phase (PH1-PH3),- chaque branche (B1-B3) comprenant un transistor haut (MH1-MH3) pilotable apte à relier électriquement la phase (PH1-PH3) correspondante à un potentiel positif (B+) et un transistor bas (ML1-ML3) pilotable apte à relier électriquement la phase (PH1-PH3) correspondante à un potentiel négatif (B-),- un circuit de pilotage (CPH1-CPH3) du transistor haut (MH1-MH3) apte à commander un état dudit transistor haut (MH1-MH3) en fonction d'un écart entre le potentiel positif et une tension de référence (Vref) par rapport à la phase (PH1-PH3),- un circuit de pilotage (CPL1-CPL3) du transistor bas (ML1-ML3) apte à commander un état dudit transistor bas (ML1-ML3) en fonction d'un écart entre la tension de phase (PH1-PH3) et une tension de référence (Vref) par rapport au potentiel négatif (B-), caractérisé en ce que le système de commande (9) comporte en outre, pour chaque phase (PH1-PH3), un premier dispositif de protection (15.1-15.3) configuré pour autoriser une commande à l'état passant du transistor bas (ML1-ML3) uniquement si la tension de la phase correspondante (PH1-PH3) est inférieure à une tension seuil (Vs1-Vs3).
- 2. Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier dispositif de protection (15.1-15.3) comporte un comparateur (16.1-16.3) recevant en entrée la tension de phase (PH1-PH3) et la tension seuil (Vs1-Vs3), une sortie dudit comparateur (16.1-16.3) commandant un interrupteur (17.1-17.3) disposé en sortie d'un dispositif pilote (D) correspondant.
- 3. Système de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tension seuil (Vs1-Vs3) est comprise entre 50mV et 300mV et vaut de préférence 100 mV.
- 4. Système de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième dispositif de protection (20) destiné à commander un état passant des transistors bas (ML1-ML3) pour mettre en court-circuit les phases (PH1-PH3) lorsqu'une fonction prédéterminée est activée et que les tensions de phase (PH1-PH3) sont inférieures à une tension seuil (Vs1'-Vs3').
- 5. Système de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fonction prédéterminée est choisie parmi une aide au calage du moteur thermique ou une compensation de délestage de charge.
- 6. Système de commande selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le deuxième dispositif de protection (20) comporte, pour chaque phase (PH1-PH3), un comparateur (21.1-21.3) recevant en entrée la tension de phase (PH1-PH3) et la tension seuil (Vs1'-Vs3'), une sortie dudit comparateur (21.1-21.3) étant reliée à un module de commande de court-circuit (22).
- 7. Système de commande selon les revendications 2 et 6, caractérisé en ce que, pour chaque phase (PH1-PH3), le comparateur (21.1-21.3) du deuxième dispositif de protection (20) est distinct du comparateur (16.1-16.3) du premier dispositif de protection (15.1-15.3).
- 8. Système de commande selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le deuxième dispositif de protection (20) comporte une porte ET (24) recevant en entrée une sortie du module de commande de court-circuit (22) et une information relative à l'activation de la fonction prédéterminée.
- 9. Système de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une sortie de la porte ET (24) est connectée à des interrupteurs (25.125.3) commandant le passage à l'état passant des transistors bas (ML1-ML3).
- 10. Système de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le transistor haut (MH1-MH3) et le transistor bas (ML1-ML3) sont de type NMOS.
- 11. Système de commande selon l'une quelconque des revendications1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de test (28) pour vérifier le fonctionnement du premier dispositif de protection (15.1-15.3) et/ou du deuxième dispositif de protection (20).
- 12. Système de commande selon l'une quelconque des revendications5 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de communication (30) vers un module de contrôle de l’alternateur pour rendre compte de défauts latents et/ou de pannes du pont à redressement qui ont été détectés.
- 13. Machine électrique tournante (1) caractérisée en ce qu'elle comporte un système de commande (9) tel que défini selon l'une quelconque ίο des revendications précédentes.
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