WO2015145006A1 - Système pour stabiliser la tension d'alimentation lors du démarrage d'un moteur dans un véhicule - Google Patents

Système pour stabiliser la tension d'alimentation lors du démarrage d'un moteur dans un véhicule Download PDF

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WO2015145006A1
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electronic components
voltage
stabilization system
voltage stabilization
switch
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PCT/FR2015/050488
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Alexandre Fromion
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Peugeot Citroen Automobiles Sa
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    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off

Definitions

  • the present invention generally relates to a voltage stabilization system for maintaining a supply voltage of a consumer group of an on-board electrical network stable during a starting phase of a vehicle engine.
  • An object of the present invention is to meet the disadvantages of the prior art mentioned above and in particular, first of all, to provide a voltage stabilization system which is comparatively simple, cheap and effective.
  • a first aspect of the invention relates to a voltage stabilization system for maintaining a stable supply voltage of a group of electronic components of an on-board electrical network of a vehicle during a start-up phase of a vehicle.
  • vehicle engine comprising at least one switch for temporarily disconnecting the group of electronic components from a main power source of said on-board electrical network during the starting phase of said engine, characterized in that said at least one switch is arranged to permit the use of at least a portion of the electronic components of said group of electronic components as a source secondary supply during the start-up phase of said motor in order to keep the supply voltage of said group of electronic components stable during the start-up phase.
  • Using at least a portion of the electronic components of said group of electronic components as a secondary power supply means that additional components are not required to provide a secondary power source. The result is therefore a voltage stabilization system which is comparatively simple, inexpensive and efficient.
  • the voltage stabilization system is characterized in that said at least a portion of the electronic components, used as a secondary power source, is formed by a set of internal filtering capabilities of the electronic components.
  • the voltage stabilization system is characterized in that the voltage stabilization system comprises at least one microcontroller for acquiring start-up information indicating an imminent start of said motor and for controlling the at least one switch as a function of this startup information.
  • the use of such a microcontroller has the advantage of facilitating the control of the voltage stabilization system, in particular of said switch, and it can also be arranged to perform other tasks, particularly tasks related to the control of said voltage stabilization system, for example monitoring currents and voltages in the voltage stabilization system and / or communicating with other components of said vehicle.
  • the voltage stabilization system is characterized in that said at least one switch (6; 106) comprises a transistor and a diode (7; 107 connected in parallel, where the switch (6; 106) is by an N-type MOSFET transistor, and the diode (6; 106) corresponds to the "body" diode (sometimes called “substrate diode” in French) of said N-type MOSFET transistor, and that the N-type MOSFET is turned over so that the "body” diode leads from the main power source to the electronic components.
  • This has the advantage that the cost and complexity of the voltage stabilization system are minimized because the switch is made simply, in particular by a single component.
  • this type of switch very simply allows charging of the secondary power supply and supply of the electronic components by the main power source while the vehicle is running, as well as separation of the components. the main power source and their power supply from the secondary power source during the start-up phase.
  • the voltage stabilization system is characterized in that the voltage stabilization system comprises three switches in parallel.
  • Such a paralleling of several switches has the advantage of a reduction of the passing resistance and therefore a reduction of the power dissipated in the voltage stabilization system and a saving of electrical energy compared to the case where a single switch is used.
  • the voltage stabilization system is characterized in that the voltage stabilization system comprises at least one voltage doubler and / or a tertiary power source, the tertiary power source comprising an electrical capacitor, or a super-capacity.
  • a voltage doubler is that a voltage greater than the battery voltage is provided in a simple manner, which is advantageous for controlling the switch, particularly in the case where the switch is a N-type MOSFET transistor, because in this case, the source voltage is at the battery voltage.
  • the voltage stabilization system is characterized in that the voltage stabilization system comprises a control transistor and / or a control resistor placed between the microcontroller and the switch and / or a fuse.
  • the advantage of the control transistor is that through it, a simple and synchronized control of the voltage stabilization system is possible, in particular in case several switches are used.
  • control resistor is that it becomes easily possible to drive the switch (s) with a voltage, in particular to control the voltage between gate and source in the case where the switch is a MOSFET transistor of the type N.
  • the advantage of the fuse is that the voltage stabilization system can easily be protected against overload currents.
  • the voltage stabilization system is characterized in that the voltage stabilization system comprises a switch off resistor and / or a Zener diode and / or a grounding resistor.
  • the advantage of the earth resistance is that it ensures that the high impedance grid input of the MOSFET can easily be grounded.
  • the advantage of the switch-off resistor has the advantage that it can be used to force in a simple way the switch (s) to be "off" during the running of the vehicle engine, that is to say , in the case where one or more MOSFETs are used, to ensure that the voltage between gate and source equals 0 volts.
  • the advantage of the zener diode is that it can be used to limit a voltage to drive the switch (s) and during the closing and during the opening of the switch, in particular - in the case where the switch is realized by an N-type MOSFET - to limit the voltage between gate and source at for example 12V to protect the transistor (s) from surges during the motor and on the other hand to limit the negative value of the voltage between gate and source during the starting phase of the engine.
  • a second aspect of the invention is a vehicle comprising a voltage stabilization system according to the first aspect of the invention.
  • a final aspect of the invention is a voltage stabilization method for maintaining a supply voltage of a group of electronic components of an on-board electrical network stable during a starting phase of a motor of the vehicle. vehicle, comprising the steps of:
  • FIG. 1 represents a schematic view of the operating principle of the invention in an on-board electrical network of a vehicle
  • FIG. 2 represents a schematic view of a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 represents a schematic view of a second embodiment of the invention
  • FIG. 4 represents a schematic view of a third embodiment of the invention
  • FIG. 5 represents a first chronogram visualizing the operation of the invention
  • FIG. 6 shows a second timing diagram showing the operation of the invention.
  • FIG. 1 represents a schematic view of the operating principle of the invention in an on-board electrical network of a vehicle.
  • the on-board electrical network includes several electronic components 1 .1 ... 1 .n.
  • An object of the invention is to ensure the proper functioning of these electronic components 1 .1 ... 1 .n during a starting phase of a vehicle engine.
  • the on-board electrical network is typically powered by a primary power source 3, for example a battery acting as a voltage source.
  • a primary power source 3 normally supplies a battery voltage V ba t to the on-board electrical network and thus also to the electronic components 1 .1 ... 1 .n.
  • the on-board electrical network is equipped with a voltage stabilization system S to maintain stable the supply voltage of electronic components 1 .1 ... 1 .n of the electrical network on board during the start-up phase.
  • the voltage stabilization system S comprising at least one switch 6 for temporarily disconnecting the group of electronic components 1 .1 ... 1 .n from the main power source 3 during the starting phase of the engine is - ie during the period when the starter 4 draws a large current.
  • the switch 6 is controlled by a + DEM start signal which indicates a start or restart.
  • the switch is arranged to allow the use of at least a portion of the electronic components 1 .1 ... 1 .n as a secondary power source during the start-up phase in order to maintain the supply voltage of said power supply group stable.
  • electronic components during the start-up phase that is to say in order to provide a stabilized voltage V sta b to the electronic components 1 .1 ... 1 .n.
  • the secondary supply source is formed by a set of parasitic capacitances 2.1 ... 2.2 of the electronic components 1 .1 ... 1 .n.
  • the timing diagram at the bottom of FIG. 1 shows the battery voltage V ba t measured at a first measurement point a and the stabilized voltage V s tab measured at a first measurement point b as a function of time.
  • the start signal + DEM becomes active which opens the switch 6.
  • the switch 6 disconnects the electronic components 1 .1 ... 1 .n from the rest of the onboard electrical network until stop T2 when the starter 4 is stopped and the vehicle engine is running.
  • Figure 2 shows a schematic view of a first embodiment of the invention. It shows a voltage stabilization system S with a switch 6.
  • the switch 6 comprises a diode 7 and a switching component 8 in parallel.
  • the voltage stabilization system S also comprises a microcontroller 5 connected to the switch 6 by a control circuit 1 1.
  • the voltage stabilization system S also comprises a diagnostic circuit 10 comprising a current diagnostic circuit 10.1 and a voltage diagnostic circuit 10.2.
  • the diagnostic circuit 10 links a portion of the voltage stabilization system S which is located after the switch 6 seen from the main power source 3 (not shown in FIG. 2) with the microcontroller 5.
  • the microcontroller 5 is arranged to receive the signal DEM + which indicates a start and / or an imminent start and which is for example sent directly or indirectly by the starter 4 (not shown in Figure 2).
  • the microcontroller 5 can also be arranged to receive this and other information from an automobile network, for example CAN (Controller Area Network) and / or LIN (Local Interconnect Network) and / or by a wired acquisition.
  • CAN Controller Area Network
  • LIN Local Interconnect Network
  • the switching component 8 When switching on the vehicle (motor off), the switching component 8 is open and the diode 7 leads. A few tens of milliseconds later, the microcontroller 5 starting the execution of its internal program and having received the activation information of the electrical network activates its output "Command" to which is connected the control circuit 1 1 to close the switching component 8. This makes it possible to reduce the residual voltage drops (the switching component 8 has a resistance of a few milli ohms) between the input and the output of the switch 6.
  • a transient phase of charging the source of secondary supply for example formed by a set of internal filtering capacitors 2.1 ... 2.2 of the electronic components 1 .1 ... 1 .n distributed at the input of the electronic components 1 .1 ...
  • the two voltages V ba t and V sta b are equal to the voltage drop with the difference of that generated by the resistance of the switch 6 and the current which tra pours.
  • This voltage drop can be very low thanks to the latest generations of switching components, a paralleling of several switches can further reduce the value by distributing the power and improving the margins of safety against potential overload.
  • the microcontroller 5 When the microcontroller 5 receives the information indicating an imminent engine start (by a wired link or by a message flowing on the multiplexed network CAN, LIN or other), it opens the switch 6, in particular its switching component 8 . As long as the battery voltage V ba t is greater than the stabilized voltage V sta b, the diode 7 conducts and continues to supply current to the electronic components 1 .1 ... 1 .n. As soon as the battery voltage V ba t falls below the stabilized voltage V sta b then no current flows to the battery. The set of input capacitors of each electronic component 1 .1 ... 1 .n then provides the holding current.
  • the stabilized voltage V sta b will be maintained at the battery voltage V ba t (minus the voltage drop in the diode).
  • an optional capacity 9 (or super-capacity) output of the voltage stabilization system S can be added in the case where the total input capacitance of the electronic components 1 .1 ... 1 .n would be not sufficient to maintain a sufficient level during the start / restart phase of the engine.
  • the voltage across the electronic components 1 .1 ... 1 .n to be protected is influenced only by the discharge current and not by the battery voltage V ba t (subject to significant voltage drops due to very high current during starter drive 4).
  • FIG. 3 shows a schematic view of a second embodiment of the invention.
  • the voltage stabilization system S of this second embodiment differs from the first embodiment in that it comprises three switches 106 connected in parallel instead of a single switch.
  • Each switch 106 comprises a diode 107 and a switching component 108.
  • the switching component 108 is an n-type MOSFET.
  • the voltage stabilization system S of FIG. 3 also comprises a control transistor 12 arranged to drive the three switches 106 and a fuse 14 connecting the control circuit 1 1 upstream of the control transistor with a mass.
  • the voltage stabilization system S includes a switch-off resistor 13 to force the switches 106 to be “off” during the motor vehicle running, that is to say, to ensure that the voltage between the gate and the source of the MOSFETs is equal to 0 volts.
  • FIG. 4 shows a schematic view of a third embodiment of the invention.
  • the voltage stabilization system S of this third embodiment differs from the second embodiment in that it further comprises a control resistor 1 5, a voltage doubler 16 with its doubling resistor 17, a zener diode 18 and A grounding resistor 19.
  • the voltage doubler 16 is connected between the input of the IN system and the three switches 106, in particular the "gate” inputs of the MOSFETs, via the doubling resistor 17.
  • the control resistor 15 is arranged to receive information from the microcontroller 5.
  • the control resistor 15 is installed between the control transistor 12 and the three switches 106, in particular the "gate” inputs of the MOSFETs.
  • the Zener diode 18 is connected in parallel with the switch-off resistor 13.
  • the grounding resistor 19 is arranged between and the three switches 106, in particular the "gate” inputs of the MOSFETs, and the ground.
  • the voltage stabilization system S therefore further comprises the following four elements:
  • N-channel MOSFET transistors connected in parallel as switches 106, serving as switching component 108 and diode 107, in particular power diode;
  • the microcontroller 5r which acquires the active motor startup information "+ DEM active" either through a CAN and / or Lin automobile network or by a wire acquisition;
  • control circuit 1 comprising the control transistor 12, the switch-off resistor 13, the fuse 14, the control resistor 15, the voltage doubler 16, the doubling resistor 17, the Zener diode 18 and the resistor 14 earth electrode 19, and which controls the state MOSFET transistors, driven by the microcontroller 5; in particular, the voltage doubler 16 is intended to guarantee the control of the N-channel MOSFET transistors; and the diagnostic circuit 10 for measuring and / or monitoring output voltage and current with the aid of the microcontroller 5 which performs the diagnostic functions and implements fallback modes in case of failure.
  • the body diodes of the MOSFET N transistors lead.
  • the conduction control is activated, which makes it possible to reduce the voltage drop across the switches 106.
  • the microcontroller 5 controls via the control circuit 1 1 the opening of the MOSFETs.
  • the body diodes 107 do not drive because the upstream voltage is greater than the downstream voltage. If the start time is too long, the downstream discharge can cause the diodes 107 to go back to conduction, which then guarantees a minimum supply voltage (fallback mode).
  • the device is diagnosed (checking the flow of current in the MOSFETs).
  • the current is either measured by a series shunt of very low ohmic value or by a Hall effect current sensor or by a MOSFET transistor with internal current measurement (actually a fraction of the output current).
  • the device, in particular the control circuit 1 1, is protected by an upstream fuse 14.
  • the current hold of the switches 106 is typically sized to allow the flow without damage of the overload current which will melt the fuse 14.
  • the N-channel MOSFET transistors 106 are typically turned over so that the body diodes conduct in the "right" direction, that is to say from the battery to the protected organs, in particular the electronic components 1 to ... 1 n .
  • the control in the closed state "ON" is obtained thanks to a positive voltage between gate and source (6 to 12V). Since the source voltage is at the battery voltage, a more positive voltage must be generated than the battery voltage. This is achieved by the voltage doubler 16.
  • the microcontroller 5 is typically arranged to provide a clock to the voltage doubler 16.
  • several N-channel MOSFET transistors are placed in parallel. Due to their thermal characteristics, the paralleling is possible without the addition of a current distribution device.
  • the switch 6 of FIG. 2 is thus replaced by the paralleling of the three switches 106 in FIGS. 3 and 4.
  • the diode 7 is replaced by the paralleling of the diodes 107 which will thus share the current .
  • the grounding resistance 19 ensures that the high impedance grid input is grounded.
  • the control resistor 15 makes it possible to control the voltage Vgs.
  • the microcontroller 5 Once the microcontroller 5 has been initialized, if there is no active "+ DEM” signal, it drives the output on which the control circuit 1 1 is connected to "0". The control transistor 12 is open and therefore the switches 106 and in particular their switching components 108 in the closed state "ON".
  • the doubler voltage 16 ensures a voltage Vgs ⁇ 8V at 14V.
  • the Zener diode 18 then drives as a standard diode and Vgs is -0.6 / -0.7V which ensures that the MOSFETs are open.
  • the microcontroller 5 keeps the circuit open. If the start / restart time is too long, the stabilized voltage V sta b will drop, which will cause the conduction of the diodes 107 and allow to stabilize the low voltage and allow to apply a fallback strategy without total loss of food.
  • the voltage drop will be 0.064V.
  • the dissipation is then 0.45W per transistor.
  • the voltage stabilization system S preferably comprises a radiator.
  • FIG. 5 shows the initial load of the internal filtering capacitors 2.1 ... 2.n (before the moment T0), then a short start (between the moments T1 and T2).
  • the timing diagram of FIG. 6 shows a long start (between moments T3 and T4), which results in a return to conduction of the body diodes 107, which preserves a minimum voltage and makes it possible to apply a fallback strategy.

Abstract

Un système de stabilisation de tension (S) pour maintenir stable une tension d'alimentation d'un groupe de composants électroniques (1 a...1 n) d'un réseau électrique de bord d'un véhicule pendant une phase de démarrage d'un moteur du véhicule, comprenant au moins un commutateur (6; 106) pour temporairement déconnecter le groupe de composants électroniques (1 a...1 n) d'une source d'alimentation principale (3) dudit réseau électrique de bord pendant la phase de démarrage dudit moteur est caractérisé en ce que ledit au moins un commutateur (6; 106) est agencé pour permettre l'utilisation d'au moins une partie des composants électroniques dudit groupe de composants électroniques (1 a...1 n) comme source d'alimentation secondaire pendant la phase de démarrage dudit moteur afin de maintenir stable la tension d'alimentation dudit groupe de composants électroniques (1 a...1 n) pendant la phase de démarrage.

Description

SYSTÈME POUR STABILISER LA TENSION D'ALIMENTATION LORS DU DÉMARRAGE D'UN MOTEUR
DANS UN VÉHICULE
La présente invention concerne de manière générale un système de stabilisation de tension pour maintenir stable une tension d'alimentation d'un groupe de consommateurs d'un réseau électrique de bord d'un véhicule pendant une phase de démarrage d'un moteur du véhicule.
II est connu dans l'art antérieur de tels systèmes de stabilisation de tension. Ainsi, le document DE 10 2009 006 665 décrit un dispositif avec séparation du réseau de démarrage du réseau des consommateurs, et avec utilisation d'une réserve d'énergie électrique (capacité) utilisée pour fournir de l'énergie aux dits consommateurs du réseau de bord. En contrepartie, ce système présente notamment l'inconvénient d'être comparativement coûteux, lourd et inefficace.
Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l'art antérieur mentionné ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un système de stabilisation de tension qui est comparativement simple, bon marché et efficace.
Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un système de stabilisation de tension pour maintenir stable une tension d'alimentation d'un groupe de composants électroniques d'un réseau électrique de bord d'un véhicule pendant une phase de démarrage d'un moteur du véhicule, comprenant au moins un commutateur pour temporairement déconnecter le groupe de composants électroniques d'une source d'alimentation principale dudit réseau électrique de bord pendant la phase de démarrage dudit moteur, caractérisé en ce que ledit au moins un commutateur est agencé pour permettre l'utilisation d'au moins une partie des composants électroniques dudit groupe de composants électroniques comme source d'alimentation secondaire pendant la phase de démarrage dudit moteur afin de maintenir stable la tension d'alimentation dudit groupe de composants électroniques pendant la phase de démarrage. Le fait d'utiliser au moins une partie des composants électroniques dudit groupe de composants électroniques comme source d'alimentation secondaire à pour effet que l'on n'est pas obligé de prévoir de composants supplémentaires pour réaliser une source d'alimentation secondaire, le résultat étant donc un système de stabilisation de tension qui est comparativement simple, bon marché et efficace.
De manière avantageuse, le système de stabilisation de tension est caractérisé en ce que ladite au moins une partie des composants électroniques, utilisée comme source d'alimentation secondaire, est formée par un ensemble de capacités de filtrage interne des composants électroniques. Cela a pour avantage qu'une bonne stabilité de tension est obtenue pendant les phase de démarrage du moteur sans devoir installer des composants supplémentaires coûteux et/ou lourds et/ou consommateurs d'électricité.
De manière avantageuse, le système de stabilisation de tension est caractérisé en ce que le système de stabilisation de tension comprend au moins un microcontrôleur pour acquérir une information de démarrage indiquant un démarrage imminent dudit moteur et pour piloter l'au moins un commutateur en fonction de cette information de démarrage. L'utilisation d'un tel microcontrôleur a pour avantage de faciliter le pilotage du système de stabilisation de tension, en particulier dudit commutateur, et qu'il peut être également agencé pour réaliser d'autre tâches, en particulier des tâches liées au pilotage dudit système de stabilisation de tension, par exemple la surveillance de courants et de tensions dans le système de stabilisation de tension et/ou la communication avec d'autres composants dudit véhicule.
De manière avantageuse, le système de stabilisation de tension est caractérisé en ce que ledit au moins un commutateur (6 ; 106) comprend un transistor et une diode (7 ; 107 connectés en parallèle, où le commutateur (6 ; 106) est par un transistor MOSFET du type N, et la diode (6 ; 106) correspond à la diode « body » (parfois appelée « diode de substrat » en langue française) dudit transistor MOSFET du type N, et en ce que le transistor MOSFET du type N est retourné pour que la diode « body » conduise de la source d'alimentation principale vers les composants électroniques. Cela a pour avantage que le coût et la complexité du système de stabilisation de tension sont minimisés car le commutateur est réalisé de façon simple, en particulier par un seul composant. Un autre avantage est le fait que ce type de commutateur permet de façon très simple une charge de la source d'alimentation secondaire et une alimentation des composants électroniques par la source d'alimentation principale pendant la marche du véhicule ainsi qu'une séparation des composants électroniques de la source d'alimentation principale et leur alimentation par la source d'alimentation secondaire pendant la phase de démarrage.
De manière avantageuse, le système de stabilisation de tension est caractérisé en ce que le système de stabilisation de tension comprend trois commutateurs mis en parallèle. Une telle mise en parallèle de plusieurs commutateurs a pour avantage une réduction de la résistance passante et donc une réduction de la puissance dissipée dans le système de stabilisation de tension et une économie d'énergie électrique comparé au cas où un seul commutateur est utilisé.
De manière avantageuse, le système de stabilisation de tension est caractérisé en ce que le système de stabilisation de tension comprend au moins un doubleur de tension et/ou une source d'alimentation tertiaire, la source d'alimentation tertiaire comprenant une capacité électrique, ou une super-capacité. Un avantage d'un doubleur de tension est le fait qu'une tension plus grande que la tension batterie est mise à disposition d'une manière simple, ce qui est avantageux pour le pilotage du commutateur, en particulier dans le cas où le commutateur est un transistor MOSFET du type N, car dans ce cas là, la tension de source est à la tension batterie. Un avantage d'une source d'alimentation tertiaire est le fait que, dans un cas où la capacité totale d'entrée (le terme « capacité d'entrée » décrivant la même chose que le terme « capacité de filtrage interne ») des composants électriques à protéger ne serait pas suffisante pour maintenir un niveau de tension suffisant pendant la phase de démarrage/redémarrage du moteur. De manière avantageuse, le système de stabilisation de tension est caractérisé en ce que le système de stabilisation de tension comprend un transistor de contrôle et/ou une résistance de commande placée entre le microcontrôleur et le commutateur et/ou un fusible. L'avantage du transistor de commande est le fait qu'à travers lui, un pilotage simple et synchronisé du système de stabilisation de tension est possible, en particulier au cas où plusieurs commutateurs sont utilisés. L'avantage de la résistance de commande est qu'il devient facilement possible de piloter le ou les commutateur(s) avec une tension, en particulier de piloter la tension entre grille et source dans le cas où le commutateur est un transistor MOSFET du type N. L'avantage du fusible est le fait que le système de stabilisation de tension peut facilement être protégé contre des courants de surcharge.
De manière avantageuse, le système de stabilisation de tension est caractérisé en ce que le système de stabilisation de tension comprend une résistance de mise hors marche et/ou une diode Zener et/ou une résistance de prise de terre. L'avantage de la résistance de prise de terre est qu'elle garantit que l'entrée grille à haute impédance du MOSFET peut facilement être tirée à la masse. L'avantage de la résistance de mise hors marche a l'avantage de pouvoir être utilisée pour forcer de façon simple le ou les commutateur(s) a être « off » pendant la marche du moteur du véhicule, c'est-à-dire, dans le cas où un ou plusieurs MOSFET sont utilisés, de garantir que la tension entre grille et source égale 0 Volts. L'avantage de la diode Zener est le fait qu'elle peut servir à limiter une tension pour piloter le ou les commutateur(s) et pendant la fermeture et pendant l'ouverture du commutateur, en particulier - dans le cas où le commutateur est réalisé par un MOSFET du type N - de limiter la tension entre grille et source à par exemple 12V pour protéger le ou les transistor(s) des surtensions pendant la marche du moteur et d'autre part de limiter la valeur négative de la tension entre grille et source pendant la phase de démarrage du moteur.
Un second aspect de l'invention est un véhicule comprenant un système de stabilisation de tension selon le premier aspect de l'invention.
Un dernier aspect de l'invention est un procédé de stabilisation de tension pour maintenir stable une tension d'alimentation d'un groupe de composants électroniques d'un réseau électrique de bord d'un véhicule pendant une phase de démarrage d'un moteur du véhicule, comprenant les étapes consistant à :
- charger avec de l'énergie électrique mise à disposition par une source d'alimentation principale une source d'alimentation secondaire qui comprend le groupe de composants électroniques;
- déconnecter le groupe de composants électroniques de la source d'alimentation principale dudit réseau électrique de bord pendant la phase de démarrage dudit moteur ; et
- décharger la source d'alimentation secondaire pendant la phase de démarrage dudit moteur afin de maintenir stable la tension d'alimentation dudit groupe de composants électroniques stable pendant la phase de démarrage.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue schématique du principe de fonctionnement de l'invention dans un réseau électrique de bord d'un véhicule;
- la figure 2 représente une vue schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 représente une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'invention;
- la figure 4 représente une vue schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 représente un premier chronogramme visualisant le fonctionnement de l'invention;
- la figure 6 représente un deuxième chronogramme visualisant le fonctionnement de l'invention.
La figure 1 représente une vue schématique du principe de fonctionnement de l'invention dans un réseau électrique de bord d'un véhicule. Le réseau électrique de bord du véhicule comprend plusieurs composants électroniques 1 .1 ... 1 .n. Un objectif de l'invention est d'assurer le bon fonctionnement de ces composants électroniques 1 .1 ... 1 .n pendant une phase de démarrage d'un moteur du véhicule. Le réseau électrique de bord est typiquement alimenté par une source d'alimentation primaire 3, par exemple une batterie agissant comme source de tension. Une telle source d'alimentation primaire 3 normalement fournit une tension de batterie Vbat au réseau électrique de bord et donc aussi aux composants électroniques 1 .1 ... 1 .n. Par contre, pendant ladite phase de démarrage du moteur, un démarreur 4 typiquement consomme un courant important, ce qui fait que, pendant la phase de démarrage, la source d'alimentation primaire 3 n'est typiquement pas capable de maintenir sa tension de sortie normale, par exemple 12 Volts. Pour résoudre ce problème, le réseau électrique de bord est équipé avec un système de stabilisation de tension S pour maintenir stable la tension d'alimentation des composants électroniques 1 .1 ... 1 .n du réseau électrique de bord pendant la phase de démarrage, le système de stabilisation de tension S comprenant au moins un commutateur 6 pour temporairement déconnecter le groupe de composants électroniques 1 .1 ... 1 .n de la source d'alimentation principale 3 pendant la phase de démarrage du moteur, c'est- à-dire pendant la période où le démarreur 4 tire un courant important. Le commutateur 6 est piloté par un signal de démarrage +DEM qui indique un démarrage ou redémarrage. Le commutateur est agencé pour permettre l'utilisation d'au moins une partie des composants électroniques 1 .1 ... 1 .n comme source d'alimentation secondaire pendant la phase de démarrage afin de maintenir stable la tension d'alimentation dudit groupe de composants électroniques pendant la phase de démarrage, c'est-à-dire afin de fournir une tension stabilisée Vstab aux composants électroniques 1 .1 ... 1 .n. Dans la figure 1 , la source d'alimentation secondaire est formée par un ensemble de capacités parasites 2.1 ... 2.2 des composants électroniques 1 .1 ... 1 .n. Le chronogramme en bas de la figure 1 montre la tension de batterie Vbat mesurée à un premier point de mesure a et la tension stabilisée Vstab mesurée à un premier point de mesure b en fonction du temps. A un moment start T1 du démarreur 4, le signal de démarrage +DEM devient actif ce qui ouvre le commutateur 6. Le commutateur 6 déconnecte les composants électroniques 1 .1 ... 1 .n du reste du réseau électrique de bord jusqu'au moment arrêt T2 où le démarreur 4 est arrêté et le moteur du véhicule tourne.
La figure 2 représente une vue schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention. Elle montre un système de stabilisation de tension S avec un commutateur 6. Le commutateur 6 comprend une diode 7 et un composant de commutation 8 en parallèle. Le système de stabilisation de tension S comprend également un microcontrôleur 5, connecté au commutateur 6 par un circuit de pilotage 1 1 . Le système de stabilisation de tension S comprend également un circuit de diagnostic 10 comprenant un circuit de diagnostic de courant 10.1 et un circuit de diagnostic de tension 10.2. Le circuit de diagnostic 10 lie une partie du système de stabilisation de tension S qui est située après le commutateur 6 vu de la source d'alimentation principale 3 (non représentée dans la figure 2) avec le microcontrôleur 5. Le microcontrôleur 5 est agencé pour recevoir le signal DEM+ qui indique un démarrage et/ou un démarrage imminent et qui est par exemple envoyé directement ou indirectement par le démarreur 4 (ne pas montré dans la figure 2). Le microcontrôleur 5 peut aussi être agencé pour recevoir cette information et d'autres d'un réseau automobile, par exemple CAN (Controller Area Network) et/ou LIN (Local Interconnect Network) et/ou par une acquisition filaire.
Le fonctionnement du système de stabilisation de tension S est décrit ci- dessous.
Lors de la mise sous tension du véhicule (moteur éteint), le composant de commutation 8 est ouvert et la diode 7 conduit. Quelques dizaines de millisecondes plus tard, le microcontrôleur 5 démarrant l'exécution de son programme interne et ayant reçu l'information d'activation du réseau électrique active sa sortie «Commande» à laquelle est connecté le circuit de pilotage 1 1 afin de fermer le composant de commutation 8. Cela permet de réduire les chutes de tensions résiduelles (le composant de commutation 8 a une résistance de quelques milli Ohms) entre l'entrée et la sortie du commutateur 6. Après une phase transitoire de charge de la source d'alimentation secondaire, par exemple formée par un ensemble de capacités de filtrage interne 2.1 ... 2.2 des composants électroniques 1 .1 ... 1 .n répartis à l'entrée des composants électroniques 1 .1 ... 1 .n alimentés par la tension stabilisée Vbat (voir Fig. 1 ), les deux tensions Vbat et Vstab sont égales à la chute de tension à la différence près de celle générée par la résistance du commutateur 6 et le courant qui le traverse. Cette chute de tension peut être très faible grâce aux dernières générations de composants de commutation, une mise en parallèle de plusieurs commutateurs permet d'en réduire encore la valeur en répartissant la puissance et améliorant les marges de sécurité face aux surcharges potentielles.
Lorsque que le microcontrôleur 5 reçoit l'information indiquant un démarrage moteur imminent (par une liaison filaire ou par un message circulant sur le réseau multiplexé CAN, LIN ou autre), celui-ci ouvre le commutateur 6, en particulier son composant de commutation 8. Tant que la tension batterie Vbat est supérieure à la tension stabilisée Vstab, la diode 7 conduit et continue à fournir du courant aux composants électroniques 1 .1 ... 1 .n. Dès que la tension batterie Vbat chute en dessous de tension stabilisée Vstab alors aucun courant ne circule plus vers la batterie. L'ensemble des capacités d'entrée de chaque composant électroniques 1 .1 ... 1 .n fournit alors le courant de maintien. En cas de durée prolongée de la phase de démarrage, la tension stabilisée Vstab sera maintenue à la tension batterie Vbat (moins la chute de tension dans la diode). A noter qu'une capacité optionnelle 9 (ou super-capacité) en sortie du système de stabilisation de tension S peut être ajoutée dans le cas où la capacité totale d'entrée des composants électroniques 1 .1 ... 1 .n ne serait pas suffisante pour maintenir un niveau suffisant pendant la phase de démarrage/redémarrage du moteur.
Ainsi, la tension aux bornes des composants électroniques 1 .1 ... 1 .n à protéger n'est influencée que par le courant de décharge et non plus par la tension batterie Vbat (soumis à des chutes de tension importantes dues au courant très élevé pendant l'entraînement du démarreur 4).
La figure 3 représente une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le système de stabilisation de tension S de ce deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce qu'il comprend trois commutateurs 106 connectés en parallèle au lieu d'un seul commutateur. Chaque commutateur 106 comprend une diode 107 et un composant de commutation 108. Le composant de commutation 108 est un MOSFET de type n. En plus des composants déjà représentés dans le premier mode de réalisation, le système de stabilisation de tension S de la figure 3 comprend également un transistor de contrôle 12 agencé pour piloter les trois commutateurs 106 ainsi qu'un fusible 14 connectant le circuit de pilotage 1 1 en amont du transistor de contrôle avec une masse. De plus, le système de stabilisation de tension S comprend une résistance de mise hors marche 13 pour forcer les commutateurs 106 a être « off » pendant la marche du moteur du véhicule, c'est-à-dire de garantir que la tension entre grille et source des MOSFETs soit égale à 0 Volts.
La figure 4 représente une vue schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Le système de stabilisation de tension S de ce troisième mode de réalisation diffère du deuxième mode de réalisation en ce qu'il comprend en plus une résistance de commande 1 5, un doubleur de tension 16 avec sa résistance doubleuse 17, une diode Zener 18 et une résistance de prise de terre 19. Le doubleur de tension 16 est connecté entre l'entrée du système IN et les trois commutateurs 106, en particulier les entrées « grille » des MOSFETs, par l'intermédiaire de la résistance doubleuse 17. Le doubleur de tension 16 est agencé pour recevoir des informations du microcontrôleur 5. La résistance de commande 15 est installée entre le transistor de contrôle 12 et les trois commutateurs 106, en particulier les entrées « grille » des MOSFETs. La diode Zener 18 est connectée en parallèle avec la résistance de mise hors marche 13. La résistance de prise de terre 19 est arrangée entre et les trois commutateurs 106, en particulier les entrées « grille » des MOSFETs, et la masse.
Le système de stabilisation de tension S comprend donc, en outre, les quatre éléments suivants :
Plusieurs transistors de type MOSFET Canal N mis en parallèle comme commutateurs 106, faisant office de composant de commutation 108 et de diode 107, en particulier de diode de puissance ;
- le microcontrôleur 5r, qui fait l'acquisition de l'information démarrage moteur actif « +DEM actif » soit à travers un réseau automobile CAN et/ou Lin ou par une acquisition filaire ;
le circuit de pilotage 1 1 , comprenant le transistor de contrôle 12, la résistance de mise hors marche 13, le fusible 14, la résistance de commande 15, le doubleur de tension 16, la résistance doubleuse 17, la diode Zener 18 et la résistance de prise de terre 19, et qui commande l'état des transistors MOSFET, piloté par le microcontrôleur 5 ; en particulier, le doubleur de tension 16 à pour but de garantir le pilotage des transistors MOSFET canal N ; et le circuit de diagnostic 10 pour mesurer et/ou surveiller tension et courant de sortie avec l'aide du microcontrôleur 5 qui réalise les fonctions de diagnostic et implémente les modes de repli en cas de défaillance.
Le principe de fonctionnement du système de stabilisation de tension S de la figure 4 peut être expliqué comme suit:
A la mise sous tension, par défaut les diodes de body des transistors MOSFET N conduisent. Suite à l'initialisation du microcontrôleur 5, la commande de conduction est activée, ce qui permet de réduire la chute de tension aux bornes des commutateurs 106. En cas d'apparition de l'information +DEM, prémisse à un démarrage moteur et donc à une chute de tension de la batterie en amont des commutateurs 106, le microcontrôleur 5 commande par l'intermédiaire du circuit de pilotage 1 1 l'ouverture des MOSFETs. Dans cette phase de vie, les diodes de body 107 ne conduisent pas car la tension amont est supérieure à la tension avale. Si la durée du démarrage est trop importante, la décharge avale peut entraîner la remise en conduction des diodes 107 ce qui garantit alors une tension minimale d'alimentation (mode de repli).
Le dispositif est diagnostiqué (vérification de la circulation du courant dans les MOSFETs). Le courant est soit mesuré grâce à un shunt en série de très faible valeur ohmique ou par un capteur de courant à effet Hall ou encore par un transistor MOSFET avec mesure de courant interne (en fait une fraction du courant de sortie). On peut aussi vérifier la présence d'un court-circuit en sortie par mesure de tension. Le dispositif, en particulier le circuit de contrôle 1 1 , est protégé par un fusible en amont 14. La tenue en courant des commutateurs 106 est typiquement dimensionnée pour permettre la circulation sans dommage du courant de surcharge qui fera fondre le fusible 14. Les transistors MOSFET Canal N 106 sont typiquement retournés pour que les diodes de body conduisent dans le « bon » sens, c'est-à-dire de la batterie vers les organes protégés, en particulier les composants électroniques 1 a...1 n. Le pilotage à l'état fermé « ON » est obtenu grâce à une tension positive entre grille et source (6 à 12V). La tension de source étant à la tension batterie, il faut générer une tension plus positive que la tension batterie. Cela est obtenu grâce au doubleur de tension 16. Le microcontrôleur 5 est typiquement agencé pour fournir une horloge au doubleur de tension 16. Afin de réduire la résistance passante, on place plusieurs transistors MOSFET canal N en parallèle. Du fait de leurs caractéristiques thermiques, la mise en parallèle est possible sans adjonction de dispositif de répartition de courant. Le commutateur 6 de la figure 2 est donc remplacé par la mise en parallèle des trois commutateurs 106 dans les figures 3 et 4. Par ceci, de plus la diode 7 est remplacée par la mise en parallèle des diodes 107 qui vont donc partager le courant.
Par défaut, la résistance de mise hors marche 13 force les composants de commutation 108 à être OFF (Vgs=0V), seules les diodes de body 107 peuvent conduire. La résistance de prise de terre 1 9 garantit que l'entrée grille haute impédance est mise à la masse. La résistance de commande 15 permet de piloter la tension Vgs. Pour indication, les résistances sont typiquement dimensionnées comme suit : Résistance de mise hors marche 13 et résistance de prise de terre 19 = -1 ΜΩ, résistance doubleuse 17 = -10ΚΩ et résistance de commande 15 = -2ΚΩ.
Une fois le microcontrôleur 5 initialisé, en l'absence de signal « +DEM » actif, celui-ci pilote la sortie sur laquelle est connecté le circuit de pilotage 1 1 à « 0 ». Le transistor de contrôle 12 est ouvert et donc les commutateurs 106 et en particulier leurs composants de commutation 108 dans l'état fermé « ON ».
Le doubleur de tension 16 permet de garantir une tension Vgs ~8V à 14V. La diode Zener 18, qui est typiquement du type 12V, permet d'une part de limiter la tension Vgs à 12V pour protéger les MOSFETs des surtensions et d'autre part de limiter la valeur négative du Vgs quand la sortie « On » est pilotée (saturation du transistor de contrôle 12). La diode Zener 18 conduit alors comme une diode standard et Vgs est de -0,6/-0,7V ce qui garantit que les MOSFETs sont ouverts.
Quand l'information « +DEM » arrive au microcontrôleur 5, celui-ci pilote la sortie sur laquelle est connecté le circuit de pilotage 1 1 à « 1 », ce qui sature le transistor de contrôle 12, la résistance de mise hors marche 13 et la diode Zener 18 assurent alors une tension Vgs de -0.6V/ -0,7V ce qui bloque les commutateurs 106, en particulier leurs composants de commutations 108 respectifs.
Tant que l'information « +DEM » reste active, le microcontrôleur 5 maintient le circuit ouvert. Si la durée de démarrage / redémarrage est trop long, la tension stabilisée Vstab va chuter, ce qui va entraîner la conduction des diodes 107 et permettre de stabiliser la tension basse et permettre d'appliquer une stratégie de repli sans perte totale d'alimentation.
Pour référence, le MOSFET N peut être par exemple le composant STB100NF03L-03T4, Rds(On)= 0.0032Ω. Avec trois transistors en parallèle, sous 20A, la chute de tension sera de 0,064V. La dissipation est alors de 0,45W par transistor. Par évacuer la chaleur résultante, le système de stabilisation de tension S comprends préférablement un radiateur.
Les figures 5 et 6 représentent deux chronogrammes visualisant le fonctionnement de l'invention. Le chronogramme de la figure 5 visualise la charge initiale des capacités de filtrage interne 2.1 ... 2.n (avant le moment T0), puis un démarrage court (entre les moments T1 et T2). Le chronogramme de la figure 6 visualise un démarrage long (entre les moments T3 et T4), ce qui entraîne une remise en conduction des diodes de body 107, qui préserve une tension minimale et permet d'appliquer une stratégie de repli. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées.

Claims

R EVE N D I CATI ON S
1 . Système de stabilisation de tension (S) pour maintenir stable une tension d'alimentation d'un groupe de composants électroniques (1 a...1 n) d'un réseau électrique de bord d'un véhicule pendant une phase de démarrage d'un moteur du véhicule, comprenant :
- au moins un commutateur (6, 106) pour temporairement déconnecter le groupe de composants électroniques (1 a...1 n) d'une source d'alimentation principale (3) dudit réseau électrique de bord pendant la phase de démarrage dudit moteur,
caractérisé en ce que
- ledit au moins un commutateur (6 ; 106) est agencé pour permettre l'utilisation d'au moins une partie des composants électroniques dudit groupe de composants électroniques (1 a...1 n) comme source d'alimentation secondaire pendant la phase de démarrage dudit moteur afin de maintenir stable la tension d'alimentation dudit groupe de composants électroniques (1 a...1 n) pendant la phase de démarrage.
2. Système de stabilisation de tension (S) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite au moins une partie des composants électroniques (1 a...1 n), utilisée comme source d'alimentation secondaire, est formée par un ensemble de capacités de filtrage interne (2a...2n) des composants électroniques (1 a...1 n).
3. Système de stabilisation de tension (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de stabilisation de tension (S) comprend au moins un microcontrôleur (5) pour acquérir une information de démarrage (+DEM actif) indiquant un démarrage imminent dudit moteur et pour piloter l'au moins un commutateur (6 ; 106) en fonction de cette information de démarrage (+DEM actif).
4. Système de stabilisation de tension (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un commutateur (6 ; 106) comprend un transistor et une diode (7 ; 107) connectés en parallèle, où le commutateur (6 ; 106) est réalisé par un transistor MOSFET du type N, et la diode (7 ; 107) correspond à la diode de substrat dudit transistor MOSFET du type N, et en ce que le transistor MOSFET du type N est retourné pour que la diode de substrat conduise de la source d'alimentation principale (3) vers les composants électroniques (1 a...1 n).
5. Système de stabilisation de tension (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de stabilisation de tension (S) comprend trois commutateurs (6 ; 106) mis en parallèle.
6. Système de stabilisation de tension (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de stabilisation de tension (S) comprend au moins un doubleur de tension (16) et/ou une source d'alimentation tertiaire (9) ; la source d'alimentation tertiaire (9) comprenant une capacité électrique, ou une super-capacité.
7. Système de stabilisation de tension (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de stabilisation de tension (S) comprend un transistor de contrôle (12) et/ou une résistance de commande (15) placée entre le microcontrôleur (5) et le commutateur et/ou un fusible (14).
8. Système de stabilisation de tension (S) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de stabilisation de tension (S) comprend une résistance de mise hors marche (13) et/ou une diode Zener (18) et/ou une résistance de prise de terre (19).
9. Véhicule comprenant un système de stabilisation de tension (S) selon l'une des revendications 1 à 8.
10. Procédé de stabilisation de tension pour maintenir stable une tension d'alimentation d'un groupe de composants électroniques (1 a...1 n) d'un réseau électrique de bord d'un véhicule pendant une phase de démarrage d'un moteur du véhicule, comprenant les étapes consistant à :
- charger avec de l'énergie électrique mise à disposition par une source d'alimentation principale (3) une source d'alimentation secondaire qui comprend le groupe de composants électroniques (1 a...1 n) ;
- déconnecter le groupe de composants électroniques (1 a...1 n) de la source d'alimentation principale (3) dudit réseau électrique de bord pendant la phase de démarrage dudit moteur ; et
- décharger la source d'alimentation secondaire pendant la phase de démarrage dudit moteur afin de maintenir stable la tension d'alimentation dudit groupe de composants électroniques (1 a...1 n) pendant la phase de démarrage.
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