FR3126589A1 - Procede de limitation de tension de la tension efficace d’au moins un composant electrique et/ou electronique et systeme electronique correspondant - Google Patents

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Abstract

Procédé de limitation de tension de la tension efficace d’au moins un composant électrique et/ou électronique et système électronique correspondant La présente invention concerne un procédé de limitation (100) de la tension efficace d’au moins un composant électrique et/ou électronique (10) apte à être alimenté par un réseau électrique et présentant une tension nominale (Unom), le procédé de limitation comprenant au moins : une étape de détermination (102) d’une valeur seuil (Useuil, PWMseuil) dont la valeur dépend au moins de la tension nominale (Unom) et d’une valeur de ligne de fuite (DF) à respecter,une étape de détection (104) d’une valeur de tension de fonctionnement (Uf) du réseau électrique, une étape d’évaluation (106) d’une valeur efficace (Ueff, PWMeff), relative au fonctionnement du composant électrique et/ou électronique (10) et qui est fonction de la tension de fonctionnement (Uf) détectée,une étape de comparaison (108) de la valeur efficace évaluée par rapport à ladite valeur seuil (Useuil, PWMseuil) déterminée,une étape (110) de calcul d’une valeur de modulation de largeur d’impulsion cible (PWMc) mise en œuvre lorsqu’un lorsqu’une valeur effective évaluée (Ueff, PWMeff) fonction de la tension de fonctionnement (Uf) détectée est supérieure à la valeur seuil (Useuil, PWMseuil), la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible (PWMc) calculée lors de l’étape (110) de calcul étant telle que la valeur efficace du composant électrique et/ou électronique reste inférieure ou égale à la valeur seuil (Useuil, PWMseuil) définie préalablement. Figure de l’abrégé : Fig.3

Description

PROCEDE DE LIMITATION DE TENSION DE LA TENSION EFFICACE D’AU MOINS UN COMPOSANT ELECTRIQUE ET/OU ELECTRONIQUE ET SYSTEME ELECTRONIQUE CORRESPONDANT
La présente invention se rapporte au domaine des systèmes électroniques et concerne plus particulièrement un procédé de limitation de la tension efficace d’un ou plusieurs composants électriques et/ou électroniques d’un tel système.
Les systèmes électroniques sont présents au sein d’une multitude de domaines techniques et sont indirectement utilisés au quotidien. De tels systèmes électroniques sont constitués de composants électriques et/ou électroniques qui sont reliés à un réseau d’alimentation électrique, le cas échéant par une carte électronique, ou carte de circuits imprimés. La conception de tels systèmes électroniques et notamment l’agencement des électriques et/ou électroniques au sein du système électronique doit permettre de disposer un maximum de composants dans un espace le plus réduit possible, tout en respectant des contraintes de distanciation et d’isolation des composants entre eux.
En effet, afin de ne pas créer de phénomènes électriques pouvant entraîner un dysfonctionnement au sein du système électronique, deux composants électriques et/ou électroniques doivent être séparés par une distance d’isolement, qui correspond à la plus courte distance dans l’air, et par une ligne de fuite (aussi possiblement appelée « distance de fuite ») qui correspond à la plus courte distance mesurée le long d’une surface isolante agencée entre les deux composants électriques et/ou électroniques. Une distance d’isolement ou une ligne de fuite trop faible peut ainsi entraîner des anomalies électriques et griller le ou les composants électriques et/ou électroniques. Les normes régissant ces distances, notamment la ligne de fuite, établissent une distance qui est fonction d’une tension efficace du ou des composants électriques et/ou électroniques. Plus la tension efficace des composants électriques et/ou électroniques est élevée, plus la ligne de fuite doit être élevée. Ces normes peuvent poser problème car le rapport entre la ligne de fuite spécifiée et la tension efficace n’est pas linéaire, de sorte qu’un dépassement de quelques volts d’un seuil de tension peut entraîner une augmentation significative de la ligne de fuite. Ceci peut poser des problèmes d’encombrement mécanique et/ou des problèmes d’efficacité du fonctionnement s’il est choisi d’appliquer cette ligne de fuite et d’écarter excessivement deux composants électriques et/ou électroniques l’un de l’autre.
Plus particulièrement, ces systèmes électroniques peuvent consister en un dispositif de chauffage électrique pour un véhicule automobile, dont l’alimentation est réalisée par l’intermédiaire du réseau électrique d’alimentation du véhicule, dans un contexte où les constructeurs automobiles proposent que le réseau d’alimentation général du véhicule délivre un courant à haute intensité pour, d’une part, délivrer plus de puissance moteur au véhicule, et, d’autre part, pour répondre à la demande croissante en puissance à fournir pour l’ensemble des outils connectés du véhicule.
Ces dispositifs de chauffage électriques sont ainsi connus désormais pour être utilisés non plus comme des dispositifs d’appoint mais comme des dispositifs de chauffage principaux, agencés dans le boîtier principal de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation du véhicule pour chauffer l’air en en amont des différentes conduites de circulation d’air. Un dispositif de chauffage électrique comprend généralement un corps de chauffe comprenant une pluralité d’éléments chauffants, chaque élément chauffant étant formé d’une part de plaques conductrices parallèles entre elles et entre lesquelles sont montés des éléments résistifs sous formes de résistances à coefficient de température positif (CTP), et d’autre part d’éléments radiants amenés à monter en température par conduction thermique suite à l’échauffement des résistances et permettant d’augmenter la surface d’échange thermique avec le flux d’air traversant le dispositif de chauffage .
Dans un tel dispositif de chauffage électrique, avec un réseau d’alimentation général du véhicule qui peut délivrer en continu un courant de haute intensité, les éléments chauffants sont configurés pour tenir une tension d’au moins 400 V (volts). Le besoin est alors encore plus grand de respecter une tension efficace aux bornes d’un composant de ce radiateur électrique pour que la ligne de fuite entre ce composant et le composant voisin soit suffisante pour éviter toute formation d’arc électrique.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte en proposant un procédé de limitation de la tension efficace d’au moins un composant électrique et/ou électronique apte à être alimenté par un réseau électrique et présentant une tension nominale, le procédé de limitation comprenant au moins une étape de détermination d’une valeur seuil dont la valeur est dépend au moins de la tension nominale et d’une valeur de ligne de fuite à respecter, une étape de détection d’une valeur de tension de fonctionnement du réseau électrique, une étape d’évaluation d’une valeur efficace, relative au fonctionnement du composant électrique et/ou électronique et qui est fonction de la tension de fonctionnement détectée, une étape de comparaison de la valeur efficace évaluée par rapport à ladite valeur seuil déterminée, une étape de calcul d’une valeur de modulation de largeur d’impulsion cible mise en œuvre lorsqu’une valeur effective évaluée, fonction de la tension de fonctionnement détectée, est supérieure à la valeur seuil, la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible calculée lors de l’étape de calcul étant telle que la valeur efficace du composant électrique et/ou électronique reste inférieure ou égale à la valeur seuil définie préalablement.
Un tel procédé est mis en œuvre dans un système électronique comportant un ou plusieurs composants électriques et/ou électroniques alimentés par le réseau électrique et pour lequel on souhaite s’assurer que deux composants électriques et/ou électroniques sont séparés l’un par rapport à l’autre par une ligne de fuite correspondant à ce qui est imposé par la règlementation. Plus particulièrement, ce procédé peut avantageusement être mis en œuvre dans un dispositif de chauffage électrique qui comprend une pluralité d’éléments chauffants chacun équipé d’éléments résistifs sous formes de résistances à coefficient de température positif (ou effet CTP).
Le procédé selon l’invention permet ainsi, en cas d’un dépassement de tension de fonctionnement du réseau électrique et donc de risque potentiel d’avoir une tension efficace du ou des composants électriques et/ou électroniques qui est associé à une ligne de fuite supérieure à celle prévue entre les composants électriques et/ou électroniques, de limiter la tension efficace aux bornes du ou des composants électriques et/ou électroniques à une valeur de tension efficace égale ou inférieure à une valeur seuil, au moins égale à ladite valeur de tension nominale, et permettant de respecter les règlementations au sujet des lignes de fuite. Cela permet d’éviter d’avoir à mettre en place une ligne de fuite trop élevée entre deux composants électriques et/ou électroniques, réduisant ainsi l’encombrement mécanique et/ou améliorant l’efficacité du fonctionnement. Le procédé selon l’invention est particulièrement avantageux lorsqu’il est mis en œuvre avec un dispositif de chauffage comprenant des éléments à effet CTP, les inventeurs ayant constaté que de tels éléments résistifs garantissent que pour toute tension de fonctionnement supérieure ou égale à la tension nominale, si la tension efficace est elle-même supérieure ou égale à la tension nominale, alors la puissance électrique fournie est au moins égale à la puissance obtenue à la tension nominale avec toutes les autres conditions de fonctionnement égales par ailleurs. Ceci reste notamment vrai dans le cas où la tension efficace est limitée à une valeur seuil, dès lors que ladite tension seuil est supérieure ou égale à la tension nominale.
En d’autres termes, le procédé selon l’invention et le module de contrôle configuré pour le mettre en œuvre sont prévus pour réaliser une limitation de la tension efficace du composant électrique et/ou électronique pour que celle-ci soit en accord avec la ligne de fuite mise en place dans le système électronique autour de ce composant électrique et/ou électronique.
La modulation de largeur d’impulsion permet de générer un signal cyclique alternant l’activation et l’inactivation du ou des composants à une fréquence donnée. La modulation de largeur d’impulsion est exprimée comme une valeur numérique comprise entre 0 et 1, alternativement et librement en pourcentage entre 0 % et 100 %, la modulation de largeur d’impulsion maximale correspondant à 1 ou 100 % équivalant à une activation constante du ou des composants. Il s’agit d’un fonctionnement standard du ou des composants électriques et/ou électroniques.
La tension de fonctionnement du réseau électrique peut être mesurée en permanence, par exemple via un voltmètre. Le procédé de limitation est mis en œuvre dès que la tension efficace du composant électrique et/ou électronique calculée sur la base de la tension de fonctionnement mesurée est supérieure à la valeur de tension seuil du composant électrique et/ou électronique qui est déterminée spécifiquement selon l’invention et associée à ce composant électrique et/ou électronique. Un dépassement de cette tension seuil peut être rapidement détecté et le procédé peut donc se poursuivre afin de limiter un tel excès de tension efficace et le contrôler dans une mesure qui permet de respecter les normes relatives aux lignes de fuite tout en assurant la délivrance d’une puissance la plus grande possible dans ces conditions de sécurité électrique.
Dans le procédé de limitation selon l’invention, l’objectif de l’étape de détermination de la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible est ainsi de calculer la valeur de modulation de valeur d’impulsion qui permet de limiter une valeur efficace, par exemple une valeur de tension efficace, du composant à une valeur correspondante maximale permettant que la ligne de fuite telle qu’elle a été prévue soit respectée. Il est avantageux selon l’invention que ce soit la valeur de tension maximale permettant de respecter la ligne de fuite qui soit définie, et non pas une valeur de tension maximale résolument basse, pour ne pas nuire aux performances du système électrique et permettre de délivrer une puissance le cas échéant supérieure à celle atteignable par le système électrique s’il fonctionnait à la tension nominale.
Grâce au procédé de l’invention, malgré une valeur de tension de fonctionnement du réseau électrique supérieure à la tension nominale aux bornes du composant électrique et/ou électronique, la valeur efficace, par exemple la tension efficace, du composant est limitée à une valeur seuil qui a été définie préalablement comme la valeur maximale d’un composant permettant de respecter la ligne de fuite maximale prévue, en modérant la modulation de valeur d’impulsion.
Selon une caractéristique de l’invention, la valeur seuil déterminée au cours de l’étape de détermination est une valeur de tension seuil, dans lequel la valeur efficace évaluée lors de l’étape d’évaluation est une valeur de tension efficace, dans lequel l’étape de comparaison consiste en une comparaison de la valeur de tension efficace par rapport à la valeur de tension seuil et dans lequel l’étape de calcul est mise en œuvre lorsqu’un lorsqu’une valeur de tension efficace évaluée est supérieure à la valeur de tension seuil, la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible calculée lors de cette étape de calcul étant telle que la valeur de tension efficace reste inférieure ou égale à la valeur de tension seuil définie préalablement.
Selon une caractéristique de l’invention, la valeur de tension seuil déterminée est une valeur fixe, fonction de la tension nominale et de la valeur de ligne de fuite à respecter, qui est supérieure ou égale à la tension nominale du composant électrique et/ou électronique.
De manière alternative, selon une autre caractéristique de l’invention, la valeur de tension seuil déterminée est une valeur variable, fonction de la tension nominale et de la valeur de ligne de fuite à respecter ainsi que de la valeur de tension de fonctionnement détectée.
Selon une caractéristique de l’invention, dans l’étape de calcul, la modulation de largeur d’impulsion cible est telle que le produit de la tension de fonctionnement du réseau électrique et de la racine carrée de la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible est égale à la valeur de tension seuil du composant électrique et/ou électronique.
En d’autres termes, la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible est déterminée en fonction de la formule suivante :
Uf étant la tension de fonctionnement du réseau électrique détectée au cours de l’étape de détection préalable,
Useuil étant la valeur de tension seuil associée au composant électrique et/ou électronique, déterminée conformément à un aspect de l’invention,
et PWMc étant la modulation de largeur d’impulsion cible.
Cette détermination par le calcul peut notamment permettre d’augmenter la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible afin d’atteindre une tension efficace égale à la valeur seuil de la tension efficace définie pour le composant électrique et/ou électronique considéré. On peut ainsi délivrer une puissance au moins égale ou plus importante que la puissance qui pourrait être délivrée à la tension nominale du fait de l’augmentation de la tension de fonctionnement du réseau électrique, tout en s’assurant que la tension efficace ne dépasse pas la valeur seuil afin de respecter la ligne de fuite concernant ce composant électrique et/ou électronique.
Selon une caractéristique de l’invention, la valeur seuil déterminée au cours de l’étape de détermination est une valeur de tension seuil, dans lequel la valeur efficace évaluée lors de l’étape d’évaluation est une valeur de modulation de largeur d’impulsion efficace, dans lequel l’étape de comparaison consiste en une comparaison de la valeur de modulation de largeur d’impulsion efficace par rapport à une valeur de modulation de largeur d’impulsion seuil calculée à partir de la valeur de tension seuil et dans lequel l’étape de calcul est mise en œuvre lorsqu’un lorsqu’une valeur de modulation de largeur d’impulsion efficace évaluée est supérieure à la valeur de modulation de largeur d’impulsion seuil.
L’invention couvre également un système électronique comprenant au moins un composant électrique et/ou électronique et un module de contrôle dudit composant électrique et/ou électronique, le module de contrôle mettant en œuvre un procédé de limitation tel que décrit précédemment. Chaque composant électrique et/ou électronique peut présenter son propre module de contrôle mettant en œuvre le procédé de limitation et surveillant la tension électrique du composant électrique et/ou électronique, ou bien le système électronique peut comporter un module de contrôle qui met en œuvre le procédé de limitation pour chacun des composants électriques et/ou électroniques.
Selon une caractéristique de l’invention, deux composants électriques et/ou électroniques ou deux bornes d’un même composant électrique et/ou électronique sont séparés par une ligne de fuite dépendante de la tension efficace du ou des composants électriques et/ou électroniques, le module de contrôle étant configuré pour réguler la tension efficace de l’au moins un composant électrique et/ou électronique en fonction d’une valeur définie de ligne de fuite, par calcul d’une valeur de modulation de largeur d’impulsion cible. Comme cela a été évoqué précédemment, la ligne de fuite permet de protéger les composants électriques et/ou électroniques.
Selon une caractéristique de l’invention, le système électronique consiste en un radiateur électrique de véhicule automobile, équipé d’un corps de chauffe dans lequel des éléments chauffants sont disposés en parallèle à distance les uns des autres, les éléments chauffants étant destinés à transmettre des calories à un flux d’air traversant le corps de chauffe, les éléments chauffants étant reliés à une carte de circuits imprimés disposée dans le système électronique.
Selon une caractéristique de l’invention, les éléments chauffants comportent des éléments résistifs à effet CTP.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
illustre un système électronique selon un aspect de l’invention, ici sous forme d’un radiateur électrique de véhicule automobile, un boîtier de ce système électronique étant représenté sans couvercle pour rendre visible une carte électronique sur laquelle sont rapportés des composants électriques et/ou électroniques, ici non visibles ;
illustre les concepts de distance d’isolement et de ligne de fuite à respecter entre les composants électriques et/ou électroniques à la base du procédé de limitation de tension efficace selon l’invention ;
est un logigramme illustrant le procédé de limitation de tension efficace selon l’invention ;
illustre schématiquement l’intérêt de la mise en œuvre du procédé sur une table de valeurs de puissance délivrée par un système électronique en fonction de la tension de fonctionnement et de la modulation de largeur d’impulsion, pour des premières conditions de fonctionnement du système électronique;
illustre schématiquement l’intérêt de la mise en œuvre du procédé sur une table de valeurs de puissance délivrée par un système électronique en fonction de la tension de fonctionnement et de la modulation de largeur d’impulsion, pour des deuxièmes conditions de fonctionnement du système électronique ;
est un logigramme illustrant le procédé de limitation de tension efficace selon une alternative de l’invention.
Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, ces figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Il est également à noter que ces figures n’exposent que des exemples de réalisation de l’invention. Enfin, les mêmes repères désignent les mêmes éléments dans l'ensemble des figures.
Dans la description détaillée qui va suivre, le procédé de limitation de tension selon l’invention va être décrit en relation avec un système électronique sous forme d’un radiateur électrique de véhicule automobile, dans lequel des éléments chauffants comportent des éléments résistifs à effet CTP, mais il doit être compris qu’une telle application n’est pas limitative et qu’elle pourrait notamment être appliquée dans le contexte de l’invention à des composants électriques et/ou électroniques équipant d’autres systèmes électroniques et par exemple des serveurs informatiques, dès lors que les composants électriques et/ou électroniques permettent la mise en œuvre du procédé tel qu’il va être décrit.
La illustre un système électronique 2 sous forme d’un radiateur électrique, avec ici un corps de chauffe 4, au sein duquel sont disposés des éléments chauffants 5 équipés d’élément résistifs ici non visibles, et plus particulièrement des éléments résistifs à effet CTP. Les éléments chauffants 5 sont disposés les uns à côtés des autres au sein du corps de chauffe, à distance les uns des autres pour laisser passage à un flux d’air que le système électronique est destiné à chauffer. Le système électronique comporte également un boîtier de commande 6 qui permet de piloter l’alimentation électrique des éléments résistifs et leur fonctionnement pour pouvoir délivrer une puissance de fonctionnement, ici une puissance de chauffe, qui correspond aux besoins demandés au système électronique par l’utilisateur.
Le boîtier de commande 6 comporte notamment une carte de circuit imprimé 8 et des composants électriques et/ou électroniques fixés sur cette carte de circuit imprimé.
La carte de circuit imprimé 8 présente une première face 11, visible sur la , et une deuxième face opposée à la première face et sur laquelle les composants électriques et/ou électroniques sont fixés, des broches de connexion de ces composants électriques et/ou électroniques étant apparentes sur la première face 11.
Dans le cas illustré, le boîtier de commande est raccordé à un réseau d’alimentation haute tension, via un connecteur haute tension 14, et il est également raccordé à un réseau d’alimentation basse tension 16. Il en résulte une carte de circuit imprimé 8 qui est morcelé en une zone haute tension et une zone basse tension, avec des composants électriques et/ou électroniques qui peuvent être disposés spécifiquement sur l’une ou l’autre de ces zones, et des bandes d’isolation électriques 18 entre ces zones.
Dans l’exemple illustré, les éléments chauffants 5, équipés d’éléments résistifs à effet CTP, sont considérés comme des composants électriques et/ou électroniques 10 au sens de l’invention, en ce qu’ils sont reliés à la carte de circuit imprimé, notamment par des transistors de puissance ici non visibles.
Le système électronique selon l’invention comporte un module de contrôle 20 représenté ici schématiquement sur la carte de circuit imprimé 8, qui est configuré pour piloter l’alimentation et le fonctionnement des composants électriques et/ou électroniques.
Le positionnement des composants électriques et/ou électroniques au sein du système électronique est défini en fonction d’une part de contraintes d’encombrement et de performances à atteindre, et en fonction d’autre part de normes réglementaires relatives à une distance d’isolement et à une ligne de fuite à respecter entre les composants électriques et/ou électroniques, qui sont décrites en référence à la .
Deux bornes conductrices de courant doivent être séparées d’une distance suffisante pour éviter une potentielle interaction électromagnétique et/ou électrochimique entre ces bornes, qui résulterait en un dysfonctionnement possible du composant électrique et/ou électronique, et notamment d’un élément chauffant équipé d’éléments résistifs à effet CTP, lorsqu’il s’agit de la distance entre ses propres bornes, qui dépendent essentiellement de l’épaisseur desdits éléments résistifs à effet CTP.
La distance d’isolement DI, qui consiste en la plus petite distance possible dans l’air entre ces deux bornes, et la ligne de fuite ou distance de fuite DF, qui consiste en la plus petite distance admissible à la surface d’un matériau isolant entre ces deux bornes, doivent être supérieures à des valeurs règlementaires imposées aux fabricants des systèmes électroniques.
La ligne de fuite DF est fonction de la tension efficace appliquée aux bornes du ou des composants électriques et/ou électroniques, ici des éléments chauffants équipés d’éléments résistifs à effet CTP. Le procédé selon l’invention qui va être désormais décrit vise à limiter la tension efficace vue aux bornes du ou des composants électriques et/ou électroniques en fonction d’une tension seuil appropriée, choisie au préalable pour répondre aux normes réglementaires relatives au respect des distances de fuite dans le système électronique tout en assurant la délivrance d’une puissance demandée au système électronique.
Plus particulièrement, le procédé de limitation de tension vise à ajuster la valeur de modulation de largeur d’impulsion associée au fonctionnement du composant électrique et/ou électronique 10 considéré pour modifier la tension efficace Ueff en fonction de la tension de fonctionnement Uf du réseau électrique, la tension efficace étant dans ce cas déterminée par l’équation suivante :
,
PWM étant la valeur de modulation de largeur d’impulsion appliquée au composant électrique et/ou électronique, Ueff étant la tension efficace du composant électrique et/ou électronique, Uf étant la tension de fonctionnement du réseau électrique.
On va maintenant décrire plus en détails le procédé de limitation 100, notamment en référence à la , qui consiste donc à fournir une tension efficace aux bornes des composants électriques et/ou électroniques 10 en cas d’augmentation de la tension de fonctionnement du réseau électrique qui permette d’éviter une infraction par rapport à la norme sur la ligne de fuite, tout en délivrant au moins la puissance obtenue à la tension nominale toutes autres conditions restant égales par ailleurs.
Le procédé de limitation de tension est notamment mis en œuvre par le module de contrôle 20 qui peut être embarqué sur la carte de circuits imprimés, tel que cela a pu être précédemment évoqué.
Le procédé de limitation selon l’invention va être plus particulièrement décrit ci-après selon un mode de réalisation dans lequel une valeur seuil et une valeur efficace sont relatives à une valeur de tension d’un composant électrique et/ou électronique. Il sera ensuite décrit une alternative selon laquelle une valeur seuil et une valeur efficace sont relatives à une valeur de modulation de largeur d’impulsion de ce composant électrique et/ou électronique.
Dans une étape de détermination 102 d’une tension seuil Useuil, le module de contrôle 20 détermine ou reçoit ou intègre une valeur de tension seuil qui va ensuite être utilisée pour limiter la valeur de modulation de largeur d’impulsion et dont la valeur dépend de la tension nominale Unom du composant électrique et/ou électronique, c’est à dire une condition de fonctionnement de ce composant issue du cahier des charges, et d’une valeur de ligne de fuite à respecter. Que cette valeur de tension soit déterminée automatiquement par le module de contrôle 20 ou bien renseignée et intégrée dans la base de données du module de contrôle, la valeur de tension seuil Useuil, fonction de la valeur de tension nominale du composant électrique et/ou électronique, est déterminée de sorte qu’elle corresponde à une valeur de ligne de fuite règlementaire.
La valeur de tension seuil peut être une valeur fixe en fonction des valeurs constantes que sont la valeur de tension nominale Unom et la valeur de ligne de fuite DF et qui sont associées au composant électrique et/ou électroniques, ou bien être une valeur variable.
Dans ce dernier cas, la valeur de tension seuil serait alors déterminée en fonction des valeurs constantes que sont la valeur de tension nominale Unom et la valeur de ligne de fuite DF et en fonction de la valeur variable de la tension de fonctionnement Uf, tel que cela est illustré par le trait en pointillés de la .
Ceci est notamment possible car plus la valeur de tension de fonctionnement Uf est élevée et supérieure à la valeur de tension nominale Unom, moins la valeur de tension seuil Useuil a besoin d’être élevée pour que la puissance délivrée à la tension seuil P(Useuil) soit égale à la puissance délivrée à la tension nominale P(Unom).
Dans ce contexte d’une valeur de tension seuil variable déterminée en fonction notamment de la valeur variable de la tension de fonctionnement Uf, la valeur de tension seuil Useuil pourrait même être strictement inférieure à la valeur de tension nominale Unom tout en garantissant que la puissance délivrée à la tension seuil variable P(Useuil(Uf)) soit supérieure ou égale à la puissance délivrée à la tension nominale P(Unom).
Le module de contrôle 20 met par ailleurs en œuvre une étape de détection 104 d’une valeur de tension de fonctionnement Uf du réseau électrique alimentant le système électronique 2, et plus particulièrement le composant électrique et/ou électronique 10. Tel que cela ressort du logigramme illustré sur la , cette étape de détection 104 peut avoir lieu avant, après ou simultanément à l’étape de détermination 102 précédemment évoquée. Dans un exemple préféré, le module de contrôle 20 est paramétré avec une valeur de tension seuil propre à chaque composant électrique et/ou électronique, de sorte que cette valeur de tension seuil est déjà déterminée à la mise en route du véhicule, et l’étape de détection 104 est mise en œuvre dès la mise en route du véhicule, de manière continue.
A la suite de cette étape de détection 104, la valeur de tension de fonctionnement Uf détectée est utilisée au cours d’une étape d’évaluation 106, pour calculer une tension efficace Ueff du composant électrique et/ou électronique 10 sous la tension de fonctionnement Uf détectée. La tension efficace est notamment fonction d’une valeur définie de modulation de largeur d’impulsion PWM, qui peut notamment être à 100% au début du procédé.
Plus particulièrement, le module de contrôle est paramétré pour réaliser l’opération suivante :
.
Le procédé de limitation selon l’invention comprend alors une étape de comparaison 108 au cours de laquelle la tension efficace Ueff calculée lors de l’étape d’évaluation 106 est comparée à la valeur de tension seuil Useuil associée au composant électrique et/ou électronique 10 considéré au cours de l’étape de détermination 102.
En fonction du résultat de cette comparaison, une étape 110 de calcul d’une valeur de modulation de largeur d’impulsion cible PWMc est mise en œuvre ou non.
Si la valeur de tension efficace Ueff calculée lors de l’étape d’évaluation 106 est inférieure ou égale à la valeur de tension seuil Useuil, le procédé de limitation de tension 100 ne modifie pas le fonctionnement prédéfini du composant électrique et/ou électronique considéré et détermine que la modulation de largeur d’impulsion doit rester inchangé, et peut le cas échéant garder une valeur égale à 100%, conformément à un mode de fonctionnement standard du composant électrique et/ou électronique 10.
Si la valeur de tension efficace Ueff calculée lors de l’étape d’évaluation 106 tend à dépasser la valeur de tension seuil Useuil, le procédé de limitation de tension 100 selon l’invention modifie la valeur de modulation de largeur d’impulsion pour que la tension efficace Ueff aux bornes du composant électrique et/ou électronique 10 considéré reste en deçà de la valeur de tension seuil malgré la suralimentation électrique, de manière à respecter les normes de sécurité relatives aux distances de fuite.
De la sorte, le produit de la tension de fonctionnement Uf du réseau électrique et de la racine carrée de la valeur de modulation de largeur d’impulsion modifiée, ou valeur de modulation de largeur d’impulsion cible PWMc, est inférieur ou égal, avantageusement égal, à la valeur de tension seuil déterminée pour le composant électrique et/ou électronique 10 qui permet de respecter les normes de sécurité relatives aux distances de fuite.
En d’autres termes, au cours de l’étape de calcul 110, la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible PWMc est déterminée par le calcul, de telle sorte que cette valeur de modulation de largeur d’impulsion cible est égale à :
,
PWMc étant la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible, Uf étant la tension de fonctionnement du réseau électrique telle qu’elle a été détectée au cours du procédé de limitation, Useuil étant la valeur de tension seuil associée au composant électrique et/ou électronique selon le procédé de l’invention.
Il est avantageux selon l’invention que la valeur de tension seuil Useuil soit supérieure à la valeur de tension nominale du composant électrique et/ou électronique 10, afin d’augmenter la puissance qui peut être délivrée, dès lors que cette valeur de tension seuil est associée à une ligne de fuite compatible avec les exigences d’encombrement et/ou de performance. Il convient toutefois de noter que, sans sortir du contexte de l’invention, la valeur de tension seuil Useuil pourrait être égale à la valeur de tension nominale Unom, voire légèrement inférieure à la valeur de tension nominale Unom dès lors que la valeur de tension seuil Useuil garantit à tout instant que la puissance associée soit supérieure ou égale à la puissance associée à la valeur de tension nominale.
Le procédé de limitation de tension se termine ensuite par l’application de la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible, préalablement modifiée suite au calcul ou bien laissée libre et dépendante uniquement de la puissance demandée au système électrique/électronique.
De manière alternative, tel que cela a été évoqué précédemment et tel que cela est illustré sur la , la valeur efficace et la valeur seuil considérées peuvent être des valeurs relatives à une valeur de modulation de largeur d’impulsion.
Plus particulièrement, le procédé diffère de ce qui a été précédemment décrit en ce qu’au cours de l’étape d’évaluation, la valeur efficace évaluée est une valeur de modulation de largeur d’impulsion efficace PWMeff, c’est-à-dire la valeur de modulation de largeur d’impulsion qui devrait être appliquée au composant électrique et/ou électronique pour obtenir la tension nominale associée à ce composant avec la tension de fonctionnement déterminée.
Le procédé diffère alors de ce qui a été précédemment décrit également en ce qu’au cours de l’étape de comparaison 108, la comparaison est réalisée entre la valeur de modulation de largeur d’impulsion efficace PWMeff précédemment évaluée et une valeur de modulation de largeur d’impulsion seuil PWMseuil calculée à partir de la valeur de tension seuil Useuil selon l’équation suivante :
PWMseuil = ( )².
Conformément au mode de réalisation précédemment décrit, l’étape de calcul 110 est mise en œuvre en fonction du résultat de la comparaison. Dans cette alternative, l’étape de calcul est mise en œuvre lorsqu’un lorsqu’une valeur de modulation de largeur d’impulsion efficace évaluée PWMeff est supérieure à la valeur de modulation de largeur d’impulsion seuil PWMseuil. Dans ce cas, l’étape de calcul 110 consiste à attribuer au composant électrique et/ou électronique une valeur de modulation de largeur d’impulsion cible PWMc égale à la valeur de modulation de largeur d’impulsion seuil PWMseuil.
Les figures 4 et 5 permettent d’illustrer l’application du principe et l’intérêt de mettre en œuvre un tel procédé de limitation, notamment dans le cas où le système électronique est un radiateur au sein duquel les éléments chauffants comportent des éléments résistifs à effet CTP, chaque élément chauffant formant un composant électrique et/ou électronique au sens de l’invention. Les tables de valeurs de ces figures ne sont ici utilisées qu’à titre d’illustration pour mettre en avant le caractère performant de l’invention et l’augmentation de puissance délivrée qui peut avantageusement résulter du procédé de l’invention, dans un contexte où le respect des lignes de fuite est assuré.
En référence à la , il a été illustré une table de valeurs dans laquelle trois courbes distinctes sont représentées pour un même radiateur électrique et dans des premières conditions définies de fonctionnement, ici une première valeur de température extérieure et une première valeur de débit d’air amené à passer dans le radiateur électrique.
Une première courbe C1 illustre l’évolution de la puissance délivrée, ici la puissance de chauffe du radiateur électrique, en fonction de la valeur de modulation de largeur d’impulsion pour une première valeur de tension, ici de l’ordre de 470V. A titre d’exemple, pour une telle première valeur de tension de 470V, l’analyse de la courbe permet d’associer à une valeur de modulation de largeur d’impulsion de l’ordre de 20% une puissance délivrée de l’ordre de 5250W.
Une deuxième courbe C2 illustre l’évolution de la puissance délivrée, ici la puissance de chauffe du radiateur électrique, en fonction de la valeur de modulation de largeur d’impulsion pour une deuxième valeur de tension, ici de l’ordre de 350V et une troisième courbe C3 illustre l’évolution de la puissance délivrée, ici la puissance de chauffe du radiateur électrique, en fonction de la valeur de modulation de largeur d’impulsion pour une troisième valeur de tension, ici de l’ordre de 190V.
Les inventeurs ont pu constater, pour différents systèmes électroniques et notamment pour un radiateur équipé d’éléments chauffants à effet CTP, qu’en cas de fonctionnement avec une tension de fonctionnement supérieure à la tension nominale, la puissance à délivrer pouvait être obtenue avec une valeur de modulation de largeur d’impulsion moindre. Ceci peut notamment être observé avec le premier point P1, participant à définir la deuxième courbe C2 et résultant de l’application d’une tension de fonctionnement égale à la tension nominale Unom ici de l’ordre de 350V et d’une modulation de largeur d’impulsion maximale, c’est-à-dire de 100%, qui correspond à une ordonnée pour ces premières conditions de fonctionnement, ou valeur de puissance délivrée P(Unom), égale à 6300W.
En considérant alors la première courbe C1, qui correspond à une tension de fonctionnement supérieure à la tension nominale et ici de l’ordre de 470V, il est apparu aux inventeurs que pour obtenir une puissance délivrée de l’ordre de 6300W, identique à celle obtenue dans les conditions du premier point P1, il convenait de fournir, au deuxième point P2, une valeur de modulation de largeur d’impulsion de l’ordre de 42%, ce qui correspond à une valeur de tension efficace de 305V strictement inférieure à la valeur de tension nominale Unom égale à 350V. Et il est apparu que la mise en œuvre d’une valeur de modulation de largeur d’impulsion de 55% correspondant à une tension efficace proche de celle du point P1 permettait, tel que le troisième point P3 l’illustre, d’obtenir une puissance délivrée, pour les mêmes premières conditions de fonctionnement, strictement supérieure à la puissance délivrée à la tension nominale P(Unom). Dans l’hypothèse où la tension de seuil Useuil est égale à la tension nominale Unom = 350V, pour une tension de fonctionnement Uf de 470V, la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible PWMc est donc la valeur de 55% trouvée plus haut, que l’on retrouve également par calcul étant donné que (350/470)²=0.55 environ.
La se lit de manière analogue à ce qui a été décrit en référence à la , étant à noter que les valeurs de puissance délivrée sont différentes du fait de deuxièmes conditions de fonctionnement différentes des premières conditions de fonctionnement évoquées. Cette figure permet notamment de généraliser sur le fait que quelles que soient les conditions de fonctionnement à un instant donné, il est possible, notamment dans le cas d’application du procédé à un radiateur électrique équipé d’éléments chauffants à effet CTP, de déterminer un fonctionnement du composant électrique et/ou électronique qui permette de délivrer avantageusement plus de puissance, tout en respectant des conditions règlementaires de lignes de fuite au sein du système électronique. Sur cette , là encore, trois courbes distinctes sont représentées, pour chacune des valeurs de tension précédemment évoquées de 190V, 350V et 470V.
Dans ces deuxièmes conditions de fonctionnement, les mêmes considérations que précédemment sont applicables, le système électronique étant configuré de sorte à générer moins de puissance aux mêmes conditions de tension de fonctionnement et de modulation de largeur d’impulsion.
Par exemple, il peut notamment être constaté que pour une valeur de tension de 470V représentée par la première courbe C1, une valeur de modulation de largeur d’impulsion de l’ordre de 20% permet cette fois de délivrer une puissance de l’ordre de 4600W.
Notamment, le point P1, participant à définir la deuxième courbe C2 et résultant de l’application d’une tension de fonctionnement égale à la tension nominale Unom ici de l’ordre de 350V et d’une modulation de largeur d’impulsion maximale, c’est-à-dire de 100%, correspond maintenant à une valeur de puissance délivrée P(Unom) égale à 5250W.
Dans tous les cas, on continue d’obtenir :
  • au point P2 correspondant à une tension de fonctionnement de 470V et une valeur de modulation de largeur d’impulsion de l’ordre de 42%, équivalant à une tension efficace de 305V strictement inférieure à la valeur de tension nominale Unom égale à 350V, une puissance de 5250 W toujours égale à la puissance délivrée à la tension nominale P(Unom) dans les mêmes conditions ;
  • au point P3 correspondant à une tension de fonctionnement de 470V et une valeur de modulation de largeur d’impulsion de l’ordre de 55%, équivalant à une tension efficace de 350V égale à la valeur de tension nominale Unom égale à 350V, une puissance de 5500 W toujours strictement supérieure à la puissance délivrée à la tension nominale P(Unom) dans les mêmes conditions.
Il résulte de ce qui précède que l’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien le but qu’elle s’était fixée, à savoir permettre une limitation de la tension efficace d’au moins un composant électrique et/ou électronique pour assurer le respect des distances de fuite en cas de surtension d’alimentation tout en assurant à minima la fourniture de la puissance électrique souhaitée. Des variantes non décrites ici pourraient être mises en œuvre sans sortir du contexte de l’invention, dès lors que, conformément à l’invention, un module de contrôle met en œuvre un procédé de limitation de tension au cours duquel une valeur de modulation de largeur d’impulsion cible est déterminée de telle sorte que le produit de la tension de fonctionnement et de la racine carrée de la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible est maintenu inférieur ou égal à une valeur seuil de la tension efficace du composant électrique et/ou électronique.

Claims (9)

  1. Procédé de limitation (100) de la tension efficace d’au moins un composant électrique et/ou électronique (10) apte à être alimenté par un réseau électrique et présentant une tension nominale (Unom), le procédé de limitation comprenant au moins :
    • une étape de détermination (102) d’une valeur seuil (Useuil, PWMseuil) dont la valeur dépend au moins de la tension nominale (Unom) et d’une valeur de ligne de fuite (DF) à respecter,
    • une étape de détection (104) d’une valeur de tension de fonctionnement (Uf) du réseau électrique,
    • une étape d’évaluation (106) d’une valeur efficace (Ueff, PWMeff), relative au fonctionnement du composant électrique et/ou électronique (10) et qui est fonction de la tension de fonctionnement (Uf) détectée,
    • une étape de comparaison (108) de la valeur efficace évaluée par rapport à ladite valeur seuil (Useuil, PWMseuil) déterminée,
    • une étape (110) de calcul d’une valeur de modulation de largeur d’impulsion cible (PWMc) mise en œuvre lorsqu’une valeur effective évaluée (Ueff, PWMeff) fonction de la tension de fonctionnement (Uf) détectée est supérieure à la valeur seuil (Useuil, PWMseuil),
    la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible (PWMc) calculée lors de l’étape (110) de calcul étant telle que la valeur efficace du composant électrique et/ou électronique reste inférieure ou égale à la valeur seuil (Useuil, PWMseuil) définie préalablement.
  2. Procédé de limitation (100) de la tension efficace selon la revendication 1, dans lequel la valeur seuil déterminée au cours de l’étape de détermination (102) est une valeur de tension seuil (Useuil), dans lequel la valeur efficace évaluée lors de l’étape d’évaluation (106) est une valeur de tension efficace (Ueff), dans lequel l’étape de comparaison (108) consiste en une comparaison de la valeur de tension efficace (Ueff) par rapport à la valeur de tension seuil (Useuil) et dans lequel l’étape de calcul (110) est mise en œuvre lorsqu’un lorsqu’une valeur de tension efficace évaluée (Ueff) est supérieure à la valeur de tension seuil (Useuil), la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible (PWMc) calculée lors de cette étape (110) de calcul étant telle que la valeur de tension efficace reste inférieure ou égale à la valeur de tension seuil (Useuil) définie préalablement.
  3. Procédé de limitation (100) selon la revendication 2, dans lequel la valeur de tension seuil (Useuil) déterminée est une valeur fixe, fonction de la tension nominale (Unom) et de la valeur de ligne de fuite (DF) à respecter, qui est supérieure ou égale à la tension nominale (Unom) du composant électrique et/ou électronique (10).
  4. Procédé de limitation (100) selon la revendication 2, dans lequel la valeur de tension seuil (Useuil) déterminée est une valeur variable, fonction de la tension nominale (Unom) et de la valeur de ligne de fuite (DF) à respecter ainsi que de la valeur de tension de fonctionnement (Uf) détectée.
  5. Procédé de limitation (100) selon l’une des revendications 2 à 4, au cours duquel, dans l’étape (110) de calcul, la modulation de largeur d’impulsion cible (PWMc) est telle que le produit de la tension de fonctionnement (Uf) du réseau électrique et de la racine carrée de la valeur de modulation de largeur d’impulsion cible (PWMc) est égale à la valeur de tension seuil (Useuil) du composant électrique et/ou électronique (10).
  6. Procédé de limitation (100) de la tension efficace selon la revendication 1, dans lequel la valeur seuil déterminée au cours de l’étape de détermination (102) est une valeur de tension seuil (Useuil), dans lequel la valeur efficace évaluée lors de l’étape d’évaluation (106) est une valeur de modulation de largeur d’impulsion efficace (PWMeff), dans lequel l’étape de comparaison (108) consiste en une comparaison de la valeur de modulation de largeur d’impulsion efficace (PWMeff) par rapport à une valeur de modulation de largeur d’impulsion seuil (PWMseuil) calculée à partir de la valeur de tension seuil (Useuil) et dans lequel l’étape de calcul (110) est mise en œuvre lorsqu’un lorsqu’une valeur de modulation de largeur d’impulsion efficace évaluée (PWMeff) est supérieure à la valeur de modulation de largeur d’impulsion seuil (PWMseuil).
  7. Système électronique (2) comprenant au moins un composant électrique et/ou électronique (10) et un module de contrôle (20) dudit composant électrique et/ou électronique (10), le module de contrôle (20) mettant en œuvre un procédé de limitation (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  8. Système électronique (2) selon la revendication précédente et consistant en un radiateur électrique de véhicule automobile, équipé d’un corps de chauffe dans lequel des éléments chauffants sont disposés en parallèle à distance les uns des autres, les éléments chauffants étant destinés à transmettre des calories à un flux d’air traversant le corps de chauffe, les éléments chauffants étant reliés à une carte de circuits imprimés (8) disposée dans le système électronique.
  9. Système électronique (2) selon la revendication précédente, dans lequel les éléments chauffants comportent des éléments résistifs à effet CTP.
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