WO2019110296A1 - Convertisseur continu-continu pour vehicule electrique ou hybride avec recuperation des pertes au secondaire - Google Patents

Convertisseur continu-continu pour vehicule electrique ou hybride avec recuperation des pertes au secondaire Download PDF

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WO2019110296A1
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isolated
switch
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Gang Yang
Huan ZHOU
Mimoun ASKEUR
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Valeo Siemens Eautomotive France Sas
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention relates to a DC voltage converter, in particular for electric or hybrid vehicle.
  • the invention relates in particular to the field of electric or hybrid vehicles.
  • an electric or hybrid motor vehicle comprises an electric drive system powered by a high voltage power supply battery via a high voltage on-board electrical network and a plurality of auxiliary electrical equipment powered by a battery of electric power.
  • low voltage supply via a low voltage on-board electrical network.
  • the high voltage power supply battery provides a power supply function of the electric drive system for propelling the vehicle.
  • the low-voltage battery pack powers auxiliary electrical equipment, such as on-board computers, window motors, a multimedia system, and so on.
  • the high voltage power supply battery typically delivers a voltage of between 100 V and 900 V, preferably between 100 V and 500 V, while the low voltage supply battery typically delivers a voltage of the order of 12 V. V or 48 V.
  • the high voltage battery is connected to the low battery voltage via a dc voltage converter, commonly referred to as a dc-to-dc converter, galvanically isolated.
  • the electric charger OBC receives the current from a an alternative G1 external power supply network, such as a domestic AC power supply, for supplying the high voltage power supply battery HB.
  • a DC-DC converter conventionally comprises a transformer consisting of at least one inductive coil belonging to a primary circuit coupled to at least one inductive coil belonging to a secondary circuit.
  • the primary circuit is for example a resonant circuit, in particular of the LLC type, controlled by an H half-bridge.
  • the secondary circuit comprises, for example, a synchronous rectifier circuit.
  • RCD set of electronic components
  • said resistor and said capacity being called “damping”, or being designated respectively, according to the terminology in English language known to those skilled in the art, "snubber resistance” and “snubber capacitor”.
  • the present invention is an isolated DC-DC converter in which the electrical energy, called “overvoltage” present in the secondary circuit during switching to the non-passing state the switch connected to the inductive coil of said secondary circuit, is reused, in particular for example to supply a control unit of said DC-DC converter.
  • the invention relates to an isolated DC-DC converter, particularly for a motor vehicle, comprising:
  • a second circuit comprising at least one inductive coil, said second circuit further comprising at least one switch arm connected between a terminal of the at least one inductive coil of said second circuit and a ground electrical, said switch arm having an on state and a non-on state,
  • an energy recovery circuit connected at a connection point of the second circuit connected to said terminal of the at least one inductive coil of the second circuit and to said at least one switch arm, said energy recovery circuit comprising a damping capacity able to store, between its upper terminal and its lower terminal connected to the electrical earth, the energy present in the second circuit, via the connection point, when the switch arm switches to the non-state. passing, so as to supply an electronic component via a third interface terminal of the isolated DC-DC converter.
  • the recovered energy used to power an electronic component via a DC-DC converter circuit of the energy recovery circuit thereby providing an auxiliary power function, a control unit of the isolated DC-DC converter can thus be supplied with power.
  • the DC-DC converter isolated according to the invention thus has an improved efficiency in terms of energy consumption.
  • the energy recovery circuit comprises an additional capacitance between the terminal of the switch connected to the third interface terminal and the electrical ground, said additional capacitor being configured to charge and to supplying power to the third interface terminal during switching of the switch from the first position to the second position.
  • the second circuit comprising two inductive coils and two switch arms configured to rectify the current respectively from each of said inductive coils
  • the energy recovery circuit comprises a diode switch arm upstream of the damping capacity, the cathode of each diode being connected to the upper terminal of said damping capacity.
  • the present invention also provides a method of starting an electrical equipment comprising a DC-DC converter, as briefly described above, said starting method comprising the following steps:
  • the isolated DC-DC converter is started in its DC voltage conversion function, the third interface terminal being connected to the supply circuit which is connected to the switch when it is in the first position,
  • the switch If the voltage is adapted for a predefined period, for example equal to 100 ps, switch the switch to the second position, so that the third electrical terminal delivers stored energy in the damping capacity.
  • FIG. 1 illustrates a functional block diagram of a known electrical system, embedded in an electric or hybrid vehicle
  • FIG. 4 represents a diagram resulting from simulations relating to the amortization of secondary losses of an isolated DC / DC converter comprising no means of recovering electrical energy from secondary surge or comprising either a damping circuit RCD type, a recovery device according to the invention. It should be noted that the figures disclose the invention in detail to implement the invention, said figures can of course be used to better define the invention where appropriate.
  • the DCDC isolated DC-DC converter shown in FIG. 2 thus presents a synchronous rectification.
  • Said DCDC converter is in particular intended to be connected between a high voltage network and a low voltage network, embedded in an electric or hybrid vehicle.
  • the presence of the voltage boost converter circuit PSU for raising the voltage delivered by the battery LB makes it possible to bring the connection point A corresponding to a potential similar to that of the connection point B corresponding to the second position of the R. switch
  • the present invention is advantageous insofar as the efficiency, in terms of energy consumption, remains improved since a portion of the electrical energy induced by the overvoltages is reused to supply, for example, the control unit of the DC-DC converter DCDC.
  • the control unit of the DC-DC converter DCDC Even if it is necessary to provide a damping resistor to consume some of the surge energy, it will have a reduced dimensioning compared to the state of the art, thus presenting a reduced cost and less heating up of the system.

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Abstract

L'invention a pour objet un convertisseur continu-continu isolé, notamment pour véhicule automobile, comprenant : - un premier circuit comprenant au moins une bobine inductive (L1, L2), - un deuxième circuit, comprenant au moins une bobine inductive (L3, L4), ledit deuxième circuit comprenant par ailleurs au moins un bras d'interrupteur (Q3, Q4) connecté entre une borne de la bobine inductive (L3, L4) dudit deuxième circuit et une masse électrique, ledit bras d'interrupteur (Q3, Q4) présentant un état passant et un état non passant, - un circuit de récupération d'énergie, connecté en un point connexion du deuxième circuit relié à ladite borne de la bobine inductive (L3, L4) du deuxième circuit, ledit circuit de récupération d'énergie comprenant une capacité d'amortissement (Cs) apte à stocker l'énergie présente dans le deuxième circuit, via le point de connexion, lorsque le bras d'interrupteur (Q3, Q4) bascule à l'état non passant, de manière à alimenter un composant électronique supplémentaire (FB).

Description

CONVERTISSEUR CONTINU-CONTINU POUR VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE
AVEC RECUPERATION DES PERTES AU SECONDAIRE
DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L’INVENTION
[0001] La présente invention concerne un convertisseur de tension continue, en particulier pour véhicule électrique ou hybride. L’invention se rapporte notamment au domaine des véhicules électriques ou hybrides.
[0002] Plus précisément, la présente invention a trait à un convertisseur continu-continu isolé, disposé notamment entre un réseau électrique embarqué haute tension et un réseau électrique embarqué basse tension, ledit convertisseur comprenant des moyens spécifiques prévus pour récupérer de l’énergie issue de surtensions produites lors de commutations d’interrupteurs appartenant au circuit secondaire dudit convertisseur, ladite énergie récupérée pouvant en particulier permettre l’alimentation d’une unité de commande dudit convertisseur.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0003] Comme cela est connu, un véhicule automobile électrique ou hybride comprend un système de motorisation électrique alimenté par une batterie d’alimentation haute tension via un réseau électrique embarqué haute tension et une pluralité d’équipements électriques auxiliaires alimentés par une batterie d’alimentation basse tension via un réseau électrique embarqué basse tension. Ainsi, la batterie d’alimentation haute tension assure une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. La batterie d’alimentation basse tension alimente des équipements électriques auxiliaires, tels que des calculateurs embarqués, des moteurs de lève-vitres, un système multimédia, etc. La batterie d’alimentation haute tension délivre typiquement une tension comprise entre 100 V et 900 V, de préférence entre 100 V et 500 V, tandis que la batterie d’alimentation basse tension délivre typiquement une tension de l’ordre de 12 V, 24 V ou 48 V. Ces deux batteries d’alimentation haute et basse tension doivent pouvoir être chargées.
[0004] La recharge en énergie électrique de la batterie d’alimentation haute tension peut être réalisée de manière connue en la connectant, via le réseau électrique haute tension continue du véhicule, à un réseau électrique externe, par exemple le réseau électrique alternatif domestique.
[0005] Il est également connu de charger la batterie basse tension directement à partir de la batterie haute tension. A cette fin, la batterie haute tension est connectée à la batterie basse tension via un convertisseur de tension continue en tension continue, appelé communément convertisseur continu-continu, isolé galvaniquement.
[0006] La figure 1 représente un schéma bloc fonctionnel d’un système électrique embarqué de l’état de l’art. Un tel système comprend un chargeur électrique OBC chargé d’alimenter une batterie d’alimentation haute tension HB, typiquement dédiée à la propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, et comprend en outre une batterie basse tension LB assurant l’alimentation d’équipements électriques dudit véhicule.
[0007] Afin de commander le moteur électrique ENG entraînant les roues du véhicule, il est connu d’utiliser un onduleur INV permettant de convertir le courant continu fourni par la batterie d’alimentation haute tension HB en un ou plusieurs courants de commande alternatifs, par exemple sinusoïdaux.
[0008] Toujours en référence à la figure 1 , pour l’alimentation du réseau d’alimentation électrique haute tension du véhicule permettant notamment la charge de la batterie d’alimentation haute tension HB, le chargeur électrique OBC reçoit le courant issu d’un réseau d’alimentation électrique externe G1 alternatif, tel qu’un réseau d’alimentation électrique alternatif domestique, pour alimenter la batterie d’alimentation haute tension HB.
[0009] Enfin, toujours en référence à la figure 1 , la charge de la batterie basse tension LB étant réalisée de manière connue par la batterie d’alimentation haute tension HB, le système comprend à cette fin un convertisseur continu-continu DCDC isolé, connecté entre la batterie d’alimentation haute tension HB et la batterie basse tension LB.
[0010] Comme cela est connu, un convertisseur continu-continu comprend classiquement un transformateur constitué d’au moins une bobine inductive appartenant à un circuit primaire couplée à au moins une bobine inductive appartenant à un circuit secondaire. Le circuit primaire est par exemple un circuit résonnant, notamment de type LLC, commandé par un demi-pont en H. Le circuit secondaire comprend par exemple un circuit redresseur synchrone.
[0011 ] Le circuit redresseur synchrone comprend au moins un interrupteur, par exemple de type MOSFET, pour redresser le courant issu de ladite au moins une bobine inductive située au circuit secondaire.
[0012] Un convertisseur continu-continu isolé est représenté sur la figure 2, décrite ultérieurement.
[0013] Il est connu que des surtensions se produisent, au secondaire, lors des commutations de cet interrupteur. En particulier, lorsque le bras d’interrupteur du circuit secondaire commute à l’état non passant, de l’énergie présente dans ledit circuit secondaire provoque, à l’ouverture du bras d’interrupteur, des surtensions potentiellement préjudiciables pour les composants électroniques du convertisseur continu-continu.
[0014] Pour pallier cet inconvénient, il est connu de l’état de l’art de mettre en oeuvre un ensemble de composants électroniques, couramment désigné sous l’acronyme RCD, comprenant une résistance, une capacité et une diode, ladite résistance et ladite capacité étant dites « d’amortissement », ou étant désignées respectivement, selon la terminologie en langue anglaise connue de l’homme de l’art, « snubber résistance » et « snubber capacitor ».
[0015] La diode permet le passage du courant induit par les surtensions de façon à charger la capacité d’amortissement. La capacité d’amortissement stocke l’énergie des surtensions et la dissipe dans la résistance d’amortissement connectée en parallèle de ladite capacité d’amortissement.
[0016] Un inconvénient réside dans la perte d’énergie ainsi induite. En effet, l’énergie dissipée dans la résistance d’amortissement est perdue et amenuise le rendement du système électrique correspondant. De plus, la valeur de la résistance est difficile à régler et nécessite un temps important lors de la conception du système électrique correspondant.
[0017] Pour résoudre au moins en partie ce problème technique, la présente invention vise un convertisseur continu-continu isolé dans lequel l’énergie électrique, dite « de surtension », présente dans le circuit secondaire lors de commutations à l’état non passant de l’interrupteur reliée à la bobine inductive dudit circuit secondaire, est réutilisée, notamment par exemple pour alimenter une unité de commande dudit convertisseur continu-continu.
PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION
[0018] A cet effet, plus précisément, l’invention concerne un convertisseur continu-continu isolé, notamment pour véhicule automobile, comprenant :
- une première borne d’interface destinée à être reliée à un premier réseau électrique,
- une deuxième borne d’interface destinée à être reliée à un deuxième réseau électrique,
- un premier circuit, relié à la première borne d’interface, comprenant au moins une bobine inductive,
un deuxième circuit, comprenant au moins une bobine inductive, ledit deuxième circuit comprenant par ailleurs au moins un bras d’interrupteur connecté entre une borne de la au moins une bobine inductive dudit deuxième circuit et une masse électrique, ledit bras d’interrupteur présentant un état passant et un état non passant,
- un circuit de récupération d’énergie, connecté en un point de connexion du deuxième circuit relié à ladite borne de la au moins une bobine inductive du deuxième circuit et audit au moins un bras d’interrupteur, ledit circuit de récupération d’énergie comprenant une capacité d’amortissement apte à stocker, entre sa borne supérieure et sa borne inférieure reliée à la masse électrique, l’énergie présente dans le deuxième circuit, via le point de connexion, lorsque le bras d’interrupteur bascule à l’état non passant, de manière à alimenter un composant électronique par l’intermédiaire d’une troisième borne d’interface du convertisseur continu-continu isolé.
[0019] Grâce à l’invention, l’énergie récupérée permet d’alimenter un composant électronique. Par exemple, via un circuit convertisseur continu-continu du circuit de récupération d’énergie assurant de ce fait une fonction d’alimentation auxiliaire, une unité de commande du convertisseur continu-continu isolé peut ainsi être alimentée en énergie.
[0020] Le convertisseur continu-continu isolé selon l’invention présente ainsi un rendement amélioré en matière de consommation énergétique.
[0021 ] Le convertisseur continu-continu isolé selon l’invention permet de ne pas recourir à une ou plusieurs résistances d’amortissement pour dissiper les surtensions présentes au secondaire, ou d’en réduire le dimensionnement. Un avantage induit réside dans la possibilité d’utiliser des interrupteurs, tels que des MOSFETS, présentant une tension de claquage réduite, car les pics de surtension sont absorbés.
[0022] Selon une forme de réalisation, le convertisseur continu-continu isolé comprend un circuit convertisseur continu-continu, de préférence isolé, connecté entre la borne supérieure de la capacité d’amortissement du circuit de récupération d’énergie et la troisième borne d’interface, configuré pour récupérer l’énergie stockée dans la capacité d’amortissement.
[0023] Selon un mode de réalisation, le circuit convertisseur continu-continu assure une fonction d’alimentation auxiliaire destinée à alimenter le composant électronique via la troisième borne d’interface.
[0024] Selon une forme de réalisation préférée, le circuit convertisseur continu-continu assure une fonction d’alimentation auxiliaire destinée à alimenter une unité de commande du convertisseur continu-continu isolé via la troisième borne d’interface. [0025] Selon un mode de réalisation, le circuit de récupération d’énergie comprend par ailleurs un interrupteur entre la borne supérieure de la capacité d’amortissement du circuit de récupération d’énergie et la troisième borne d’interface, ledit interrupteur présentant une borne reliée à la troisième borne d’interface et étant apte à basculer entre une première position, dans laquelle la troisième borne d’interface est destinée à être reliée à une borne d’un circuit d’alimentation et une deuxième position, dans laquelle la troisième borne d’interface est reliée à la borne supérieure de la capacité d’amortissement du circuit de récupération d’énergie de sorte que, lorsque l’interrupteur se trouve dans la deuxième position, la troisième borne d’interface délivre une énergie stockée dans la capacité d’amortissement du circuit de récupération d’énergie.
[0026] Selon un mode de réalisation, le circuit de récupération d’énergie comprend une capacité supplémentaire entre la borne de l’interrupteur reliée à la troisième borne d’interface et la masse électrique, ladite capacité supplémentaire étant configurée pour se charger et pour délivrer une énergie à la troisième borne d’interface pendant la commutation de l’interrupteur de la première position à la deuxième position.
[0027] Ledit circuit convertisseur continu-continu est par exemple de type abaisseur de tension.
[0028] Avantageusement, le circuit de récupération d’énergie comprend au moins une diode en amont de la capacité d’amortissement, la cathode de ladite au moins une diode étant connectée à la borne supérieure de ladite capacité d’amortissement.
[0029] Selon un mode de réalisation, le deuxième circuit comprenant deux bobines inductives et deux bras d’interrupteur configurés pour redresser le courant issu respectivement de chacune desdites bobines inductives, le circuit de récupération d’énergie comprend une diode par bras d’interrupteur, en amont de la capacité d’amortissement, la cathode de chaque diode étant connectée à la borne supérieure de ladite capacité d’amortissement.
[0030] Selon un mode de réalisation, le circuit de récupération d’énergie comprend par ailleurs, en parallèle de la capacité d’amortissement, une résistance d’amortissement configurée pour dissiper l’énergie électrique de surtension non consommée via ladite troisième borne d’interface.
[0031 ] La présente invention vise aussi un équipement électrique comprenant un convertisseur continu-continu isolé, tel que brièvement décrit ci-dessus, et une unité de commande de composants dudit convertisseur continu-continu isolé, ladite unité de commande étant connectée à la troisième borne d’interface, et étant au moins partiellement alimentée en énergie électrique via le circuit de récupération d’énergie. [0032] La présente invention concerne par ailleurs un véhicule automobile électrique ou hybride comprenant un tel équipement électrique.
[0033] La présente invention vise aussi un procédé de démarrage d’un équipement électrique comportant un convertisseur continu-continu, tel que brièvement décrit précédemment, ledit procédé de démarrage comprenant les étapes suivantes :
- on vérifie que l’interrupteur est sur la première position et on le bascule dans cette position si besoin,
- on vérifie la présence et la valeur de la tension à la troisième borne d’interface, destinée à alimenter l’unité de commande du convertisseur de tension continu- continu isolé,
on démarre le convertisseur continu-continu isolé dans sa fonction de conversion de tension continue, la troisième borne d’interface étant reliée au circuit d’alimentation qui est connecté à l’interrupteur lorsqu’il est sur la première position,
- on mesure la tension au point de connexion correspondant à la deuxième position de l’interrupteur,
- si la tension y est adaptée pendant une durée prédéfinie, par exemple égale à 100 ps, on bascule l’interrupteur sur la deuxième position, de sorte que la troisième borne électrique délivre une énergie stockée dans la capacité d’amortissement.
PRESENTATION DES FIGURES
[0034] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :
- la figure 1 (déjà commentée) illustre un schéma bloc fonctionnel d’un système électrique connu, embarqué dans un véhicule électrique ou hybride,
la figure 2 illustre un convertisseur continu-continu isolé dont l’énergie électrique correspondant à des pertes, au secondaire, suscitées par des surtensions, est récupérée, conformément à l’invention,
- la figure 3 illustre un procédé de démarrage et d’extinction d’un tel convertisseur continu- continu isolé, selon l’invention,
- la figure 4 représente un diagramme issu de simulations relatives à l’amortissement des pertes au secondaire d’un convertisseur continu-continu isolé ne comprenant aucun moyen de récupération de l’énergie électrique de surtension au secondaire ou comprenant soit un circuit d’amortissement de type RCD, soit un dispositif de récupération selon l’invention. [0035] Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
[0036] Dans la description qui sera faire ci-après, on parlera d’une mise en oeuvre de l’invention dans un véhicule automobile électrique ou hybride. Cela ne doit cependant pas être interprété de façon restrictive, l’invention pouvant notamment être mise en oeuvre dans tout type de véhicule ou dans d’autres applications.
[0037] Le mode de réalisation décrit ci-après est particulièrement adapté au contexte d’un véhicule électrique ou hybride comprenant une batterie d’alimentation haute tension, un système de motorisation électrique, un réseau électrique embarqué haute tension, une batterie d’alimentation basse tension, un réseau électrique embarqué basse tension et une pluralité d’équipements électriques auxiliaires.
[0038] Le réseau électrique embarqué haute tension relie la batterie d’alimentation haute tension et le système de motorisation électrique afin que la batterie d’alimentation haute tension assure une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. Comme décrit précédemment, la batterie d’alimentation haute tension délivre typiquement une tension comprise entre 100 V et 900 V, de préférence entre 100 V et 500 V.
[0039] Le réseau électrique embarqué basse tension relie la batterie d’alimentation basse tension et la pluralité d’équipements électriques auxiliaires afin que la batterie d’alimentation basse tension alimente les équipements électriques auxiliaires, tels que des calculateurs embarqués, des moteurs de lève-vitres, un système multimédia, etc. Comme cela est connu, la batterie d’alimentation basse tension délivre typiquement une tension de l’ordre de 12 V, 24 V ou 48 V.
[0040] La recharge en énergie électrique de la batterie d’alimentation haute tension peut être réalisée en la connectant, via un réseau électrique haute tension continue du véhicule, à un réseau électrique externe, par exemple le réseau électrique alternatif domestique.
[0041 ] La recharge de la batterie basse tension est réalisée directement à partir de la batterie haute tension. A cette fin, la batterie haute tension est connectée à la batterie basse tension via un convertisseur continu-continu isolé. [0042] Comme expliqué précédemment, le convertisseur continu-continu isolé DCDC a pour fonction la conversion, éventuellement réversible, d’une haute tension continue en une basse tension continue. La haute tension, typiquement comprise entre 100 V et 500 V, est délivrée aux bornes du réseau électrique embarqué haute tension HV ou issue de celles-ci. La basse tension, typiquement égale à environ 12 V, 24 V ou 48 V est délivrée aux bornes du réseau électrique embarqué basse tension LV ou issue de celles-ci.
[0043] A cette fin, on configure le rapport de conversion entre une tension d’entrée et une tension de sortie du transformateur intégré audit convertisseur continu-continu isolé.
[0044] Des surtensions peuvent se produire lors des commutations des interrupteurs, de sorte que de l’énergie électrique se retrouve stockée au circuit secondaire. De telles surtensions peuvent endommager lesdits interrupteurs car ces derniers ne peuvent supporter qu’une tension maximale prédéterminée à leurs bornes.
[0045] La figure 2 montre un convertisseur continu-continu isolé DCDC entre une première borne d’interface X, destinée à être reliée à un réseau haute tension et une deuxième borne d’interface Y destinée à être reliée à un réseau basse tension. Le convertisseur continu-continu isolé DCDC comprend un demi-pont en H, référencé H, comportant deux interrupteurs 01 , Q2 contrôlant l’énergie circulant dans les bobines inductives L1 , L2, au circuit primaire dudit convertisseur continu-continu DCDC.
[0046] Au circuit secondaire, les bobines inductives L3, L4 transmettent de l’énergie, via les interrupteurs Q3, Q4 qui redressent le courant issu desdites bobines inductives L3, L4 de façon synchrone, vers une charge connectée entre la deuxième borne d’interface Y et une masse électrique. Les interrupteurs Q3, Q4 du circuit secondaire forment ainsi un circuit redresseur synchrone.
[0047] Le convertisseur continu-continu isolé DCDC représenté à la figure 2 présente ainsi un redressement synchrone. Ledit convertisseur DCDC est en particulier destiné à être connecté entre un réseau haute tension et un réseau basse tension, embarqués dans un véhicule électrique ou hybride.
[0048] Les bobines inductives L1 , L2, L3, L4 peuvent former un circuit résonant de type LLC ; cependant le convertisseur continu-continu DCDC peut être d’un autre type de convertisseur continu-continu isolé.
[0049] De préférence, les interrupteurs Q1 , Q2 sont des MOSFETS qui peuvent fonctionner en mode de commutation douce, c’est-à-dire aptes à commuter à tension nulle, autrement désigné ZVS pour « Zéro Voltage Switching ». Les interrupteurs Q3, Q4 sont également des MOSFETS mais ils ne fonctionnent pas en mode de commutation douce, d’où les surtensions générées lors des commutations des interrupteurs Q3, Q4 au circuit secondaire.
[0050] Au circuit secondaire, les interrupteurs Q3 et Q4 présentent en pratique une diode intrinsèque qui provoque une surtension lors de commutations, comme expliqué précédemment. Selon l’invention, pour pallier cet inconvénient, le convertisseur continu-continu DCDC comprend un circuit de récupération d’énergie configuré pour récupérer l’énergie de surtension en vue d’alimenter un équipement électrique consommateur, en particulier une unité de commande dudit convertisseur continu-continu DCDC.
[0051 ] Plus précisément, à la manière d’un circuit RCD, le circuit de récupération d’énergie, configuré pour récupérer l’énergie de surtension, comprend une capacité d’amortissement Cs entre une borne de la bobine inductive L3, respectivement L4, et la masse électrique, configurée pour, selon l’invention « amortir », en se chargeant, l’énergie induite par ces surtensions.
[0052] A la différence d’un circuit RCD, pour consommer l’énergie stockée dans la capacité d’amortissement, le circuit de récupération d’énergie du convertisseur continu-continu isolé DCDC selon l’invention comprend un circuit convertisseur continu-continu FB, formant une alimentation auxiliaire récupérant l’énergie stockée dans la capacité d’amortissement Cs. Autrement dit, il est prévu, conformément à l’invention, la connexion de ladite capacité d’amortissement Cs à l’alimentation auxiliaire constituée par le circuit convertisseur FB.
[0053] Typiquement, ladite alimentation auxiliaire formée par le circuit convertisseur continu- continu FB confère l’énergie électrique transmise par la capacité d’amortissement Cs à une unité de commande du convertisseur continu-continu isolé DCDC.
[0054] Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, il est prévu un interrupteur R présentant deux positions. L’interrupteur R est par exemple un relais à faible courant. Il peut notamment s’agir d’un transistor.
[0055] Dans une deuxième position B, ledit interrupteur R connecte une borne d’entrée du circuit convertisseur continu-continu FB, alimentant par exemple l’unité de commande du convertisseur continu-continu isolé DCDC, à une borne de la capacité d’amortissement Cs. Dans une première position A, ledit interrupteur R connecte ladite borne d’entrée du circuit convertisseur FB alimentant l’unité de commande du convertisseur continu-continu isolé DCDC à une borne d’un circuit convertisseur élévateur de tension PSU apte à configurer la tension au point de connexion A dudit interrupteur R dans la première position à une valeur sensiblement égale à la valeur de la tension délivrée par la capacité d’amortissement Cs au point de connexion A de l’interrupteur R dans la première position. [0056] En effet, il est prévu l’alimentation du circuit convertisseur continu-continu FB, alimentant l’unité de commande du convertisseur continu-continu isolé DCDC selon une forme de réalisation, au démarrage, via un circuit d’alimentation alimenté en énergie électrique par une batterie LB, alors qu’il n’y a pas encore d’énergie électrique dans le convertisseur continu-continu isolé DCDC, celui-ci n’étant pas encore démarré.
[0057] Au démarrage, l’interrupteur R se trouve par conséquent dans la première position A, de sorte que l’unité de commande du convertisseur continu-continu isolé DCDC est alimentée via le point de connexion A alimenté par le circuit convertisseur élévateur de tension PSU recevant de l’énergie électrique en provenance de la batterie LB.
[0058] La présence du circuit convertisseur élévateur de tension PSU pour élever la tension délivrée par la batterie LB permet d’amener le point de connexion A correspondant à un potentiel similaire à celui du point de connexion B correspondant à la deuxième position de l’interrupteur R.
[0059] En effet, les points de connexion respectifs A, B de l’interrupteur R dans les première et deuxième positions doivent présenter des potentiels de tension proches.
[0060] Le transformateur T isolé du convertisseur continu-continu DCDC présente un rapport de transformation configuré, de façon classique, pour délivrer une tension ayant une valeur correspondant au double de la tension délivrée par la batterie basse tension. Le circuit convertisseur élévateur de tension PSU est par conséquent configuré pour délivrer au point de connexion A correspondant à la première position de l’interrupteur R une tension ayant une valeur sensiblement égale au double de la tension délivrée par la batterie LB.
[0061] Par exemple, dans le cas où la batterie LB, basse tension, délivre une tension comprise entre 8 et 16 V, le circuit convertisseur continu-continu FB, ou toute alimentation auxiliaire adaptée mise en oeuvre, est choisi comme présentant une gamme de fonctionnement dans laquelle la tension fournie à sa borne de connexion d’entrée est comprise entre 16 et 32 V.
[0062] La figure 4 montre des résultats de simulation permettant de comparer l’effet obtenu avec un circuit d’amortissement RCD classique, tel que décrit précédemment, et l’effet obtenu avec le dispositif selon l’invention, dans lequel l’énergie de surtension au circuit secondaire RD est consommée via le circuit convertisseur continu-continu FB, par exemple pour alimenter l’unité de commande du convertisseur continu-continu DCDC, plutôt que par une résistance d’amortissement d’un circuit d’amortissement RCD classique. Le diagramme de la figure 4 montre ainsi révolution de la tension V au secondaire en fonction du temps t. [0063] La simulation de la figure 4 montre une limitation équivalente du pic de tension, qu’un circuit RCD (courbe 2) ou le dispositif selon l’invention (courbe 3) ait été mis en oeuvre. Par comparaison, en l’absence d’un dispositif d’amortissement, la tension au point B est représentée par la courbe 1 montrant la présence d’importantes surtensions au secondaire.
[0064] Le circuit convertisseur continu-continu FB, du type alimentant une unité de commande d’un convertisseur continu-continu DCDC, dans le contexte d’un véhicule automobile, consomme approximativement 10 à 14 W, correspondant sensiblement à l’énergie dissipée à perte, selon l’état de l’art, dans la résistance d’amortissement d’un circuit d’amortissement de type RCD.
[0065] Dans le mode de réalisation illustré, dans lequel le circuit convertisseur continu- continu FB, récupérant l’énergie électrique stockée dans la capacité d’amortissement Cs, correspondant en particulier à l’énergie de surtension produite au circuit secondaire RD lors de passages à l’état non passant des interrupteurs Q3, Q4 commandant les bobines inductives du secondaire RD, assure la fonction d’alimentation auxiliaire pour alimenter l’unité de commande du convertisseur continu-continu DCDC auquel appartient ledit circuit secondaire RD, il est nécessaire que ledit circuit convertisseur continu-continu FB soit alimenté initialement par une batterie LB.
[0066] C’est à cette fin, comme expliqué précédemment, en référence à la figure 2, que l’interrupteur R se trouve en position A, au démarrage, correspondant à la première position, dudit interrupteur.
[0067] Le cas échéant, au moyen d’un circuit convertisseur adapté, par exemple de type élévateur de tension, la tension au point de connexion A est amenée à la valeur attendue au point B, en fonction du dimensionnement du convertisseur continu-continu DCDC.
[0068] Lorsque le démarrage est complété, l’interrupteur R bascule dans la position B, correspondant à la deuxième position de l’interrupteur R dans laquelle la borne du circuit convertisseur continu-continu FB est connectée au point du circuit secondaire du convertisseur continu-continu DCDC auquel l’énergie de surtension est récupérée, via la capacité d’amortissement Cs.
[0069] Lors de l’arrêt du convertisseur continu-continu DCDC, l’interrupteur R rebascule dans la position A.
[0070] Selon la forme de réalisation représentée à la figure 2, le circuit de récupération d’énergie comprend par ailleurs une capacité CF entre la borne de connexion du circuit convertisseur FB et la masse électrique, configurée pour se charger et pour délivrer de l’énergie audit circuit convertisseur FB pendant la commutation de l’interrupteur R de la première position A à la deuxième position B.
[0071 ] En référence à la figure 3, de façon plus précise, la séquence de démarrage du convertisseur continu-continu DCDC comprend les étapes suivantes.
[0072] Sur réception d’une commande de démarrage (étape EO), la batterie LB alimente le réseau basse tension, les circuits intégrés de base SBC, autrement désignés par cet acronyme SBC pour System basis chips, les microcontrôleurs pC et le circuit convertisseur élévateur de tension PSU (étape E1 ). Dès lors, il est prévu une étape optionnelle de temporisation, par exemple pendant une durée de 100 ms, pendant que le chargement des composants démarrés à l’étape E1 est réalisé. Selon l’invention, on vérifie ensuite que l’interrupteur R est sur la position A et on le bascule dans cette position si besoin (étape E2). On vérifie la présence et la valeur de la tension en sortie du circuit convertisseur continu-continu FB, destinée à alimenter l’unité de commande du convertisseur de tension continu-continu isolé DCDC selon une forme de réalisation (étape E3).
[0073] Si les sorties du circuit convertisseur continu-continu FB sont correctes, on démarre le convertisseur continu-continu isolé DCDC dans sa fonction de conversion de la tension (étape E4). On mesure la tension Vrcd en sortie du convertisseur continu-continu isolé DCDC, au point de connexion B. Si la tension y est adaptée, pendant une durée prédéfinie, par exemple égale à 100 ps, et donc proche de la tension au point A, on bascule l’interrupteur sur la position B (étape E5).
[0074] Un avantage induit de la présente invention réside dans le fait que le convertisseur élévateur de tension PSU ne fonctionne pas en permanence en vue de permettre l’alimentation de l’unité de commande du convertisseur continu-continu isolé DCDC. L’alimentation auxiliaire, via le circuit convertisseur continu-continu FB, prend en effet en charge ladite alimentation de l’unité de commande dès que le démarrage dudit convertisseur continu-continu isolé DCDC est achevé, récupérant à cette fin l’énergie électrique de surtension présente au circuit secondaire RD.
[0075] Il est précisé que, dans un mode de réalisation alternatif, si le circuit convertisseur continu-continu FB consomme moins d’énergie qu’il n’y a d’énergie stockée dans la capacité d’amortissement en raison des commutations de l’interrupteur Q3, Q4 du circuit secondaire RD, il est prévu de connecter une résistance d’amortissement en parallèle de la capacité d’amortissement Cs.
[0076] Dans ce cas, la présente invention reste avantageuse dans la mesure où le rendement, en matière de consommation énergétique, reste amélioré puisqu’une partie de l’énergie électrique induite par les surtensions est réutilisée pour alimenter, par exemple, l’unité de commande du convertisseur continu-continu DCDC. De plus, même s’il est nécessaire de prévoir une résistance d’amortissement pour consommer une partie de l’énergie de surtension, celle-ci présentera un dimensionnement réduit par rapport à l’état de la technique, présentant par conséquent un coût réduit et moins d’échauffement du système.
[0077] Toujours en référence à la figure 3, l’arrêt du convertisseur continu-continu isolé DCDC comprend d’abord une étape E6 consistant à stopper la fonction de conversion de la tension dudit convertisseur continu-continu isolé DCDC. On mesure la tension Vrcd en sortie du convertisseur continu-continu isolé DCDC, au point de connexion B. Si la tension y devient inférieure à un seuil bas prédéfini, par exemple égal à 5 V, l’interrupteur R est rebasculé sur le point A, autrement dit dans la première position (étape E7). On laisse alors s’écouler une temporisation T, par exemple d’une durée de 100 ms, pendant laquelle l’interrupteur R bascule dans la première position, puis on stoppe l’alimentation des SBC, des microcontrôleurs pC et du circuit convertisseur élévateur de tension FSU (étape E9) pour aboutir à l’arrêt complet du convertisseur continu-continu isolé DCDC (étape E9).
[0078] Il est précisé que la présente invention, telle que décrite précédemment au moyen d’exemples donnés à titre d’illustration, est susceptible d’adaptations à la portée de l’homme de l’art. Par exemple, le circuit assurant la fonction d’alimentation auxiliaire n’est pas nécessairement un circuit convertisseur continu-continu alimentant l’unité de commande du convertisseur continu- continu DCDC. Il peut s’agir, alternativement, de tout type d’alimentation auxiliaire pour laquelle l’énergie apportée par la capacité d’amortissement Cs aurait une utilité, comme un circuit continu- continu élévateur de tension ou un circuit résonnant par exemple.

Claims

REVENDICATIONS
1. Convertisseur continu-continu isolé, notamment pour véhicule automobile, comprenant :
- une première borne d’interface (X) destinée à être reliée à un premier réseau électrique,
- une deuxième borne d’interface (Y) destinée à être reliée à un deuxième réseau électrique,
- un premier circuit, relié à la première borne d’interface (X), comprenant au moins une bobine inductive (L1 , L2),
un deuxième circuit, comprenant au moins une bobine inductive (L3, L4), ledit deuxième circuit comprenant par ailleurs au moins un bras d’interrupteur (Q3, Q4) connecté entre une borne de la bobine inductive (L3, L4) dudit deuxième circuit et une masse électrique, ledit bras d’interrupteur (Q3, Q4) présentant un état passant et un état non passant,
- un circuit de récupération d’énergie, connecté en un point de connexion du deuxième circuit relié à ladite borne de la bobine inductive (L3, L4) du deuxième circuit et audit au moins un bras d’interrupteur (03,04), ledit circuit de récupération d’énergie comprenant une capacité d’amortissement (Cs) apte à stocker, entre sa borne supérieure et sa borne inférieure reliée à la masse électrique, l’énergie présente dans le deuxième circuit, via le point de connexion, lorsque le bras d’interrupteur (Q3, 04) bascule à l’état non passant, de manière à alimenter un composant électronique par l’intermédiaire d’une troisième borne d’interface (Z) du convertisseur continu-continu isolé.
2. Convertisseur continu-continu isolé (DCDC) selon la revendication 1 , comprenant un circuit convertisseur continu-continu (FB), de préférence isolé, connecté entre la borne supérieure de la capacité d’amortissement (Cs) du circuit de récupération d’énergie et la troisième borne d’interface (Z), configuré pour récupérer l’énergie stockée dans la capacité d’amortissement
(Cs).
3. Convertisseur continu-continu isolé (DCDC) selon la revendication 2, dans lequel le circuit convertisseur continu-continu (FB) assure une fonction d’alimentation auxiliaire destinée à alimenter le composant électronique via la troisième borne d’interface (Z).
4. Convertisseur continu-continu isolé (DCDC) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le circuit convertisseur continu-continu (FB) assure une fonction d’alimentation auxiliaire destinée à alimenter une unité de commande du convertisseur continu-continu isolé (DCDC) via la troisième borne d’interface (Z).
5. Convertisseur continu-continu isolé (DCDC) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de récupération d’énergie comprend par ailleurs un interrupteur (R) entre la borne supérieure de la capacité d’amortissement (Cs) du circuit de récupération d’énergie et la troisième borne d’interface (Z), ledit interrupteur (R) présentant une borne reliée à la troisième borne d’interface (Z) et étant apte à basculer entre une première position (A), dans laquelle la troisième borne d’interface (Z) est destinée à être reliée à une borne d’un circuit d’alimentation et une deuxième position (B), dans laquelle la troisième borne d’interface (Z) est reliée à la borne supérieure de la capacité d’amortissement (Cs) du circuit de récupération d’énergie de sorte que, lorsque l’interrupteur (R) se trouve dans la deuxième position, (B) la troisième borne d’interface (Z) délivre une énergie stockée dans la capacité d’amortissement (Cs) du circuit de récupération d’énergie.
6. Convertisseur continu-continu isolé (DCDC) selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de récupération d’énergie comprend une capacité supplémentaire (CF) entre la borne de l’interrupteur (R) reliée à la troisième borne d’interface (Z) et la masse électrique, ladite capacité supplémentaire (CF) étant configurée pour se charger et pour délivrer une énergie à la troisième borne d’interface (Z) pendant la commutation de l’interrupteur (R) de la première position (A) à la deuxième position (B).
7. Convertisseur continu-continu isolé (DCDC) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de récupération d’énergie comprend au moins une diode (Ds1 , Ds2) en amont de la capacité d’amortissement (Cs), la cathode de ladite au moins une diode (Ds1 , Ds2) étant connectée à la borne supérieure de ladite capacité d’amortissement (Cs).
8. Convertisseur continu-continu isolé (DCDC) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, le deuxième circuit comprenant deux bobines inductives (L3, L4) et deux bras d’interrupteur (Q3, Q4) configurés pour redresser le courant issu respectivement de chacune desdites bobines inductives (L3, L4), le circuit de récupération d’énergie comprend une diode (Ds1 , Ds2) par bras d’interrupteur (Q3, Q4), en amont de la capacité d’amortissement (Cs), la cathode de chaque diode (Ds1 , Ds2) étant connectée à la borne supérieure de ladite capacité d’amortissement (Cs).
9. Convertisseur continu-continu isolé (DCDC) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de récupération d’énergie comprend par ailleurs, en parallèle de la capacité d’amortissement (Cs), une résistance d’amortissement configurée pour dissiper l’énergie électrique non consommée via ladite troisième borne d’interface (Z).
10. Equipement électrique comprenant un convertisseur continu-continu isolé (DCDC) selon l’une des revendications précédentes et une unité de commande de composants dudit convertisseur continu-continu isolé (DCDC), ladite unité de commande étant connectée à la troisième borne d’interface (Z), et étant au moins partiellement alimentée en énergie électrique via le circuit de récupération d’énergie.
11. Procédé de démarrage d’un équipement électrique selon la revendication 10 comportant un convertisseur continu-continu selon la revendication 5, ledit procédé de démarrage comprenant les étapes suivantes :
- on vérifie que l’interrupteur (R) est sur la première position (A) et on le bascule dans cette position si besoin (étape E2),
- on vérifie la présence et la valeur de la tension à la troisième borne d’interface (Z), destinée à alimenter l’unité de commande du convertisseur de tension continu- continu isolé (DCDC) (étape E3),
on démarre le convertisseur continu-continu isolé (DCDC) dans sa fonction de conversion de tension continue (étape E4), la troisième borne d’interface (Z) étant reliée au circuit d’alimentation qui est connecté à l’interrupteur (R) lorsqu’il est sur la première position (A),
- on mesure la tension au point de connexion correspondant à la deuxième position (B) de l’interrupteur (R),
- si la tension y est adaptée pendant une durée prédéfinie, par exemple égale à 100 ps, on bascule l’interrupteur sur la deuxième position (étape E5), de sorte que la troisième borne électrique délivre une énergie stockée dans la capacité d’amortissement (Cs).
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