ITTO960354A1

ITTO960354A1 - Sistema di alimentazione per una pluralita' di unita' o dispositivi elettronici a bordo di un autoveicolo.

Info

Publication number: ITTO960354A1
Application number: IT96TO000354A
Authority: IT
Inventors: Andrea Nepote; Franco Salerno; Giuseppe Cotignoli
Original assignee: Magneti Marelli Spa
Priority date: 1996-05-03
Filing date: 1996-05-03
Publication date: 1997-11-03
Also published as: IT1285078B1; ITTO960354A0; EP0805540B1; ES2218616T3; DE69729406D1; EP0805540A1; DE69729406T2

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema di alimentazione per una pluralità di unità o dispositivi elettronici a bordo di un autoveicolo"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema di alimentazione di potenza per una pluralità di unità e/o dispositivi elettronici installati a bordo di un autoveicolo .

Più specificamente, l'invenzione riguarda un sistema di alimentazione includente una sorgente di tensione in corrente continua, non stabilizzata (batteria), ed una pluralità di regolatori di tensione con un rispettivo ingresso collegato a detta sorgente ed una rispettiva uscita destinata ad alimentare una tensione stabilizzata di valore predeterminato ad un'associata unità o dispositivo elettronico di bordo.

I sistemi ed i dispositivi elettronici di controllo utilizzati a bordo di autoveicoli diventano via via più numerosi.

Ciò comporta problemi anche dal punto di vista dell'alimentazione elettrica di tali sistemi e dispositivi, e dello smaltimento dell'energia dissipata in calore.

Attualmente, per l'alimentazione di una pluralità di dispositivi o sistemi elettronici a bordo di un autoveicolo si adottano soluzioni del tipo schematicamente,illustrato nella fig.l dei disegni allegati. In tale figura, con ui, U2 e Un sono indicate n unità elettroniche di controllo installate a bordo di un autoveicolo. A ciascuna di tali unità è associato un rispettivo alimentatore stabilizzato o regolatore lineare di tensione LR1, LR2 ... LRn. Tali regolatori lineari di tensione hanno i rispettivi ingressi collegati alla batteria B montata a bordo dell'autoveicolo .

Notoriamente, la batteria di bordo è una sorgente di tensione continua non stabilizzata.

I singoli regolatori di tensione LR1 ... LRn risultano in generale piuttosto costosi, in quanto devono poter sostenere elevate sovratensioni di ingresso, e devono essere di tipo "low drop-out", in quanto la tensione erogata dalla batteria può scendere ad esempio fino a 6V in fase di avviamento.

L'impiego di circuiti digitali sempre più veloci e complessi ha portato ad un incremento delle correnti assorbite e quindi della potenza dissipata dalle varie unità elettroniche di controllo. Pertanto, ai singoli regolatori di tensione LR1 ... LRn devono essere spesso associati dissipatori di calore, con problemi quanto a dimensioni, pesi e costi.

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un sistema per l'alimentazione di una pluralità di unità o dispositivi elettronici a bordo di un au-' toveicolo che consenta di ridurre la corrente assorbita dalla batteria, ridurre le dissipazioni di calore, in particolare a livello dei singoli regolatori di tensione, nonché ridurre il peso, il volume ed il costo complessivo del sistema.

Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo l'invenzione con un sistema di alimentazione del tipo specificato in precedenza, caratterizzato dal fatto che fra la suddetta sorgente di tensione e gli ingressi dei regolatori di tensione è interposto un regolatore di tensione centralizzato, predisposto per fornire in uscita una tensione stabilizzata di valore ridotto, superiore al valore (massimo) delle tensioni stabilizzate destinate ad essere erogate da detti regolatori di tensione, e dal fatto che detti regolatori di tensione sono dimensionati in modo tale da poter erogare le rispettive tensioni stabilizzate previste quando al rispettivo ingresso ricevono la tensione stabilizzata di valore ridotto erogata dal regolatore di tensione centralizzato.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali :

la fig.l, già descritta, è uno schema a blocchi che illustra la struttura di un sistema di alimentazione secondo la tecnica anteriore,

la fig.2 è uno schema a blocchi che mostra la struttura di un sistema di alimentazione secondo l'invenzione, e

la fig.3 è uno schema che mostra in maggior dettaglio un modo di realizzazione di un regolatore di tensione centralizzato compreso in un sistema di alimentazione secondo l'invenzione.

Come si vede nella fig.2, in un sistema di alimentazione 1 secondo l'invenzione, fra la batteria B e gli ingressi dei singoli regolatori di tensione LRl, LR2 ... LRn è interposto un regolatore di tensione centralizzato a commutazione SMPS,predisposto per fornire in uscita una tensione stabilizzata VR di valore ridotto, inferiore alla tensione VB erogata dalla batteria B,ma comunque superiore al valore (massimo) delle tensioni stabilizzate Vcc1, Vcc2 ... Vcen destinate ad essere erogate da detti regolatori di tensione.

I regolatori di tensione LR1, LR2 ... LRn nel sistema secondo l'invenzione sono dimensionati in modo tale da poter erogare le rispettive tensioni stabilizzate Vcc1, Vcc2 ... Vccn quando al rispettivo ingresso ricevono la tensione stabilizzata di valore ridotto VR erogata dal regolatore di tensione centralizzato SMPS.

Così, ad esempio, se la tensione di batteria VB ha un valore nominale di 14V, e se il valore massimo delle tensioni stabilizzate richieste ai regolatori LRl ... LRn è ad esempio di 5V, la tensione stabilizzata in uscita dal regolatore centralizzato SMPS è pari ad esempio a 7V.

Con il sistema secondo l'invenzione, tutte le funzioni di protezione (contro l'inversione di polarità della tensione di batteria, contro le sovratensioni impulsive, i cali o gli improvvisi "buchi" della tensione di batteria, ecc.) possono essere incorporate nel regolatore di tensione centralizzato SMPS. Gli alimentatori locali LRl, LR2 ... LRn possono essere allora regolatori di tensione di tipo standard, a bassa tensione di ingresso, e dunque di basso costo.

Con un opportuno dimensionamento del regolatore centralizzato SMPS è inoltre possibile conseguire un'apprezzabile riduzione della potenza complessivamente dissipata in calore..

Ciò può essere constatato in base alle considerazioni seguenti.

Nelle fi.gg.1 e 2 con I1, I2 ... In sono state indicate le correnti erogate da ciascuno dei regolatori lineari LRl, LR2 ... LRn.

Supponendo, a scopo di semplificazione, che le tensioni erogate dai singoli regolatori lineari siano uguali fra loro e pari ad un valore Vcc, nel sistema di alimentazione secondo la tecnica anteriore della fig.l la potenza complessivamente dissipata è pari a:

(I)

Nel caso del sistema di alimentazione secondo l'invenzione mostrato nella fig.2, la potenza complessivamente dissipata è invece pari a:

(II)

in cui η è il rendimento del regolatore a commutazione SMPS.

Le espressioni sopra riportate delle potenze dissipate valgono nell'ipotesi che le correnti di consumo dei singoli stadi lineari di regolazione di tensione siano trascurabili.

Dalle espressioni (I) e (II) sopra riportate, risulta che la variazione relativa della potenza dissipata fra la soluzione secondo l'invenzione ed il sistema secondo la tecnica anteriore è pari a

( ITT )

Da tale espressione si osserva che se il rendimento η del regolatore di tensione centralizzato SMPS è maggiore di VR/VB, il sistema secondo l'invenzione consente un'apprezzabile riduzione della potenza complessivamente dissipata.

In effetti, con i valori di VR e VB indicati in precedenza (VR = 7V e VB = 14V), si consegue una riduzione della potenza dissipata con un regolatore di tensione centralizzato avente un rendimento superiore al 50%.

La relazione (III) sopra riportata mostra inoltre che la potenza dissipata si riduce tanto più quanto più bassa è Vcc. E' dunque conveniente che i sistemi elettronici alimentati tramite i regolatori lineari LR1 ... LRn operino con tensioni di alimentazione relativamente basse, ad esempio pari a 3,3V.

I vantaggi conseguibili con il sistema di alimentazione secondo l'invenzione sono dunque evidenti.

II regolatore centralizzato di tensione SMPS può essere realizzato come regolatore multistadio, cioè comprendente ad esempio una pluralità di convertitori dc/dc in parallelo, in modo da assicurare un'elevata ridondanza, in vista della particolare affidabilità che in generale si richiede ad un siffatto sistema. Il regolatore centralizzato può essere predisposto per attuare un rilevamento diagnostico ed una segnalazione di condizioni di anomalia di funzionamento o guasto.

Nel seguito, con riferimento alla fig.3 dei disegni allegati, verrà descritto un modo di realizzazione di un regolatore centralizzato di tensione idoneo all'impiego in un sistema secondo l'invenzione.

Nella fig.3, è mostrato un regolatore centralizzato di tensione SMPS con un terminale di ingresso 2 direttamente e stabilmente collegato alla batteria B, ed un terminale di ingresso 3 connesso ad una linea 4 che è collegata alla batteria B e lungo la quale è interposto un interruttore 5 azionabile manualmente, ad esempio mediante la chiave 6 di comando del commutatore di accensione ed avviamento dell'autoveicolo .

Il regolatore centralizzato SMPS comprende un convertitore dc/dc 7 che ha l'ingresso collegato al terminale 2 attraverso un dispositivo di protezione 8 ed il contatto IOa di un relè di potenza 10. Il dispositivo di protezione 8 è ad esempio un varistore, di protezione dai sovraccarichi.

Il relè 10 comprende un avvolgimento o solenoide di eccitazione 10b che è collegato al dispositivo di protezione 8 attraverso un diodo 11 di protezione dall'inversione della polarità della batteria B. In serie all'avvolgimento 10b del relè 10 è disposto un dispositivo di pilotaggio 12, quale ad esempio un transistore, controllato da un circuito logico 13.

Il circuito logico 13 presenta un ingresso collegato al terminale 3, ed un'altra pluralità di ingressi eventualmente destinati ad essere collegati a corrispondenti uscite "power latch" di unità o sistemi elettronici di controllo alimentati tramite il sistema secondo l'invenzione.

Il circuito logico 13 è predisposto per rendere conduttivo il dispositivo di controllo 12, per determinare un passaggio di corrente nell'avvolgimento 10b del relè 10, quando al terminale 3 è presente la tensione erogata dalla batteria B, oppure quando ad uno degli altri ingressi del circuito 13 è presente un segnale di power latch, cioè un segnale di richiesta di alimentazione di potenza elettrica anche dopo che l'interruttore 5 è stato aperto.

Il passaggio di corrente nell'avvolgimento 10b provoca la chiusura del contatto IOa del relè 10, e l'accoppiamento dell'ingresso del convertitore dc/dc 7 alla batteria B. Il convertitore dc/dc 7 è predisposto per fornire in uscita una tensione continua stabilizzata VR, il cui valore è opportunamente predeterminato, sulla base delle considerazioni esposte in precedenza.

Il regolatore centralizzato di tensione SMPS può comprendere inoltre un regolatore di tensione di bassa potenza, indicato con 14 nella fig.3, sostanzialmente in parallelo al convertitore dc/dc 7. Il regolatore di tensione a bassa potenza 14 è destinato a consentire l'eventuale alimentazione di unità elettroniche di controllo che necessitano di essere alimentate permanentemente, e per le quali non è conveniente mantenere permanentemente in funzione il convertitore dc/dc 7.

Se le uscite del convertitore 7 e del regolatore 14 sono fra loro accoppiate tramite due diodi 15 e 16 come è mostrato nella fig.3, la tensione di stand-by VSB ottenibile dal regolatore 14 risulta leggermente inferiore alla tensione regolata VR erogata nel funzionamento dal convertitore 7.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione, così come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di alimentazione (1) per una pluralità di unità e/o dispositivi elettronici (U1 ... Un) a bordo di un autoveicolo, includente una sorgente di tensione in corrente continua non stabilizzata (batteria B) ed una pluralità di regolatori di tensione (LRl ... LRn) con un rispettivo ingresso collegato a detta sorgente (B) ed una rispettiva uscita destinata ad alimentare una tensione continua stabilizzata (Vcc1 ... Vccn) , di valore predeterminato, ad un'associata unità o dispositivo elettronico (U1 ... Un); caratterizzato dal fatto che fra la sorgente (B) e gli ingressi dei regolatori di tensione (LRl ... LRn) è interposto un regolatore di tensione centralizzato (SMPS) predisposto per fornire in uscita una tensione stabilizzata (VR) di valore ridotto, ma superiore al valore (massimo) delle tensioni stabilizzate (Vcc1 ... Vccn) destinate ad essere erogate da detti regolatori di tensione (LRl ,.. LRn), e dal fatto che detti regolatori di tensione (LRl ... LRn) sono dimensionati in modo tale da erogare le rispettive tensioni stabilizzate previste (Vcc1 ... Vccn) quando al rispettivo ingresso ricevono la tensione stabilizzata di valore ridotto (VR) erogata dal regolatore di tensione centralizzato (SMPS).
2. Sistema di alimentazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto regolatore di tensione centralizzato (SMPS) comprende almeno un convertitore dc/dc (7).
3. Sistema di alimentazione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto regolatore di tensione centralizzato (SMPS) comprende mezzi di protezione (8) dalle sovratensioni e dalle sovracorrenti .
4. Sistema di alimentazione secondo la rivendicazione 2 o 3, per l'impiego in un impianto elettrico, una parte del quale è collegabile alla sorgente di tensione (B) a seguito della chiusura di un interruttore di comando (5) ad azionamento manuale; il sistema essendo caratterizzato dal fatto che detto regolatore centralizzato (SMPS) comprende mezzi di commutazione (10) interposti fra l'ingresso del convertitore dc/dc (7) e detta sorgente di tensione (B); detti mezzi di commutazione (10) essendo operativamente accoppiati a detto interruttore di comando (5) in modo tale per cui essi collegano il convertitore dc/dc (7) a detta sorgente (B) quando detto interruttore di comando (5) è chiuso.
5. Sistema di alimentazione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di commutazione comprendono un relè di potenza (10).
6. Sistema di alimentazione secondo la rivendicazione 4 o 5, particolarmente per l'impiego in un autoveicolo, in cui almeno un'unità elettronica (U) è atta ad emettere un segnale di power latch per richiedere alimentazione di potenza elettrica anche dopo che detto interruttore di comando (5, 6) è stato aperto, il sistema essendo caratterizzato dal fatto che detti mezzi di commutazione comprendono un circuito di comando (13) che è collegato ad almeno detta unità elettronica ed è atto a determinare l'accoppiamento del convertitore dc/dc (7) alla sorgente di tensione (B) quando detta almeno un'unità (U) fornisce un segnale di power latch.
7. Sistema di alimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 6, caratterizzato dal fatto che detto regolatore centralizzato di tensione (SMPS) comprende un regolatore di tensione di bassa potenza (14), sostanzialmente in parallelo a detto convertitore dc/dc (7).
8. Sistema di alimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto regolatore centralizzato (SMPS) è un regolatore a commutazione di tipo multistadio. Il tutto sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.