WO2023110539A1 - Dispositif electrique avec isolation galvanique capacitive - Google Patents

Dispositif electrique avec isolation galvanique capacitive Download PDF

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WO2023110539A1
WO2023110539A1 PCT/EP2022/084597 EP2022084597W WO2023110539A1 WO 2023110539 A1 WO2023110539 A1 WO 2023110539A1 EP 2022084597 W EP2022084597 W EP 2022084597W WO 2023110539 A1 WO2023110539 A1 WO 2023110539A1
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neutral
phase
electrical
terminal
input terminal
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PCT/EP2022/084597
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English (en)
Inventor
Nicolas ALLALI
Original Assignee
Valeo Systemes De Controle Moteur
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H11/00Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result
    • H02H11/002Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/06Arrangements for supplying operative power

Definitions

  • TITLE ELECTRICAL DEVICE WITH CAPACITIVE GALVANIC ISOLATION
  • the present invention relates to an electrical device with capacitive galvanic isolation, a mobility device comprising such a power supply and an installation comprising such a mobility device.
  • an electrical device comprising: a phase input terminal and a neutral input terminal designed to be respectively connected to a phase and to a neutral of an electrical network alternating, the neutral being connected to the earth; an electrical circuit having a neutral terminal designed to be connected to ground; a phase branch connecting the phase input terminal to the electrical circuit; a neutral branch connecting the neutral input terminal to the neutral terminal of the electrical circuit; and a phase isolation capacitor placed on the phase branch to galvanically isolate the electrical circuit in the event of an overvoltage on the phase of the electrical network.
  • a neutral isolation capacitor placed on the neutral branch to galvanically isolate the voltage electrical circuit in the event that there is a polarity inversion causing the connection , on the one hand, from the phase input terminal to the neutral of the electrical network, and, on the other hand, from the neutral input terminal to the phase of the electrical network.
  • the neutral isolation capacitor is thus designed to manage an overvoltage on the phase in the event of a connection inversion.
  • An electrical device comprising: a phase input terminal and a neutral input terminal designed to be respectively connected to a phase and to a neutral of an alternating electrical network, the neutral being connected to ground; an electrical circuit having a neutral terminal designed to be connected to ground; a phase branch connecting the phase input terminal to the electrical circuit; a neutral branch connecting the neutral input terminal to the neutral terminal of the electrical circuit; and a phase isolation capacitor placed on the phase branch to galvanically isolate the electrical circuit in the event of an overvoltage on the phase of the electrical network; characterized in that the electrical device further comprises: a device for detecting a connection inversion, designed to detect when the phase input terminal is connected to the neutral of the electrical network and/or when the input terminal of neutral is connected to the phase of the electrical network; and a reconnection device designed, following the detection of a connection inversion, to connect an intermediate point of the phase branch to the neutral input terminal, in place of the phase input terminal, the phase isolation capacitor being placed between the intermediate point of the phase branch and the electric circuit, and for connecting an intermediate
  • the electrical device remains robust in the event of inversion of connection of the input terminals, thanks to the inversion detection device and the reconnection device.
  • the invention may also include one or more of the following optional features, in any technically possible combination.
  • connection inversion detection device comprises a ground terminal designed to be connected to ground and is designed to compare a potential of one of the phase input terminal and the terminal of neutral input with a potential of the earth terminal and to detect a reversal of polarity from the comparison.
  • the electric circuit is a voltage converter comprising an output terminal and designed to supply an output voltage between the output terminal and the neutral terminal.
  • the voltage converter comprises a switching arm comprising a high side switch and a low side switch having respective first terminals connected to each other at a midpoint connected to the branch phase and respective second terminals connected respectively to the output terminal and to the neutral terminal.
  • the voltage converter is an AC/DC converter designed to supply a DC voltage between the output terminal and the neutral terminal.
  • the electrical device further comprises a frequency converter designed to supply a high-frequency voltage from a network voltage received on the input terminals, this high-frequency voltage having a higher frequency than that of the network voltage, so that the phase isolation capacitor receives a voltage at the frequency of the high-frequency voltage.
  • the high-frequency voltage is on average lower than the network voltage.
  • the electrical device also has an electromagnetic compatibility filter, arranged between the intermediate points and the phase isolation capacitor.
  • a mobility device comprising: a battery and an electrical device according to the invention, designed to recharge the battery.
  • An electrical installation comprising: a charging terminal having the phase and the neutral of the electrical network, and a mobility device according to the invention with the phase input terminal connected to one of the phase and neutral of the electrical network and the neutral input terminal connected to the other of the phase and neutral of the electrical network.
  • FIG. 1 is an electrical diagram of an electrical installation comprising an electrical device according to the invention, connected to an electrical network
  • FIG. 2 is an electrical diagram of an embodiment where the electrical device comprises an AC/DC converter, designed to recharge a first battery from the network electrical
  • Figure 3 is an electrical diagram in which the AC / DC converter can also be used as a DC / DC converter to recharge one of the first battery and a second battery from the other
  • FIG. 4 is an electrical diagram of an embodiment where the electrical device comprises a load, such as a heating resistor, powered by the electrical network.
  • the electrical installation 100 firstly comprises an electrical network 102 which is alternating and which has a phase P and a neutral N.
  • the neutral N can be connected to earth or disconnected from ground GND.
  • neutral N is connected to ground GND, for example through a resistor R.
  • the electnque network 102 is designed to provide, between its phase P and its neutral N, a network voltage VR which is alternating.
  • the network voltage VR is generally sinusoidal, of amplitude A, for example 230 V, and of frequency generally less than 100 Hz, for example equal to 50 Hz.
  • the electrical installation 100 further comprises an electrical device 104 designed to be electrically powered by the electrical network 102.
  • the electrical device 104 is for example embedded in a mobility device such as a motor vehicle, an electric bicycle, an electric scooter, or even a drone.
  • the electrical device 104 comprises a so-called neutral BEN input terminal designed to be connected to the neutral N of the electrical network 102, as well as a so-called BEP phase input terminal designed to be connected to the P phase of the electrical network 102.
  • the input terminals BEP, BEN are for example grouped together in a connector (not shown) designed to be connected to a base (not shown) of a charging station (not shown) fixed to the ground and having the phase P and neutral N of the electrical network 102.
  • the electrical device 104 further comprises an electrical circuit 107 comprising a neutral terminal BN designed to be connected to ground GND, for example through a frame of the mobility device.
  • the electrical device 104 further comprises a phase branch BrP connecting the phase input terminal BEP to the electrical circuit 107 and a neutral branch BrN connecting the neutral input terminal BEN to the neutral terminal of the circuit electrical circuit 107.
  • the electrical circuit 107 can be powered by the electrical network 102.
  • the electrical circuit 107 is for example designed to receive as input, between the phase branch BrP with respect to the neutral branch BrN, a voltage alternative VA derived from the mains voltage VR, possibly equal.
  • the phase branch BrP includes a phase isolation capacitor Cl designed to galvanically isolate the electrical circuit 107 in the event of an overvoltage on the phase P of the electrical network 102.
  • This phase isolation capacitor Cl preferably supports a voltage of at least 10 kV.
  • the electrical device 104 may also include other components on the phase branch BrP, as well as between the phase branch BrP and the neutral branch BrN, to perform desired electrical functions. These other possible electrical components are symbolized by the dotted lines on the phase branch BrP of FIG.
  • the electrical device 104 further comprises a device 108 for detecting a connection inversion, designed to detect when the BEP phase input terminal is connected to the neutral N of the electrical network 102 and / or when the terminal d the neutral input BEN is connected to phase P of the electrical network 102.
  • the device 108 for detecting a connection inversion comprises a ground terminal BT designed to be connected to the ground GND (for example, through the chassis of the mobility device) and is designed to comparing a potential of one of the phase input terminal BEP and the neutral input terminal BEN with a potential of the ground terminal BT and to detect a polarity reversal from the comparison.
  • a polarity inversion is detected when a difference between the potential of the earth terminal BT and the potential of the terminal under test (the phase input terminal BEP or the neutral input terminal BEN) is above a predefined threshold.
  • the electrical device 104 further comprises a reconnection device 110 designed, following the detection of a connection inversion by the device 108, to connect a first intermediate point PU of the phase branch BrP to the terminal of neutral input BEN, instead of the phase input terminal BEP, and to connect a first intermediate point PU ' of the neutral branch BrN to the phase input terminal BEP, instead of the terminal d neutral input BEN.
  • the phase branch BrP connects the neutral input terminal BEN to the electrical circuit 107
  • the neutral input branch BrN connects the phase input terminal BEP to the electrical circuit 107.
  • the neutral branch BrN is devoid of any isolation capacitor, and more generally of any resistive, inductive or capacitive electrical component, apart from the component(s) of the reconnection device 110 present on the branch of neutral BrN.
  • this or these components of the reconnection device 110 include only one or more controllable switches.
  • the neutral branch BrN preferably has a resistance of less than 10 milliohms, an inductance of less than 1 micro Henry and a zero or substantially zero capacitance.
  • the electnque device 104 is for example a power supply, for example a charger of a battery 106 of the electrical installation 100, such as a 48 V battery.
  • the battery 106 is for example embedded in the mobility device.
  • the power supply 104 can thus be an on-board charger (from the English “On-Board Charger”, also designated by the acronym OBC) in the mobility device, designed to charge this battery 106 from the electrical network 102 .
  • OBC On-Board Charger
  • the battery 106 has a positive terminal + and a negative terminal -, the latter being connected to an electrical ground of the mobility device, for example, in the case of a motor vehicle, a chassis of the latter.
  • This electrical ground is generally connected to the ground GND, at least during the recharging of the battery 106 by the power supply 104.
  • the electrical circuit 107 comprises for example, in addition to the neutral terminal BN an output terminal BS.
  • the electric circuit 104 is then designed to supply an output voltage U1 between its neutral terminal BN and its output terminal BS.
  • the electrical circuit 107 is for example an AC/DC converter so that the output voltage U1 is DC.
  • the neutral terminal BN and the output terminal BS can then be designed to be connected respectively to the negative terminal - and to the positive terminal + of the battery 106, as in the example illustrated, to recharge the battery 106 from the electrical network 102.
  • the power supply 104 includes for example an electromagnetic compatibility filter 112 (also designated by the acronym CEM) designed to filter the network voltage VR to provide a filtered voltage VR*.
  • the filter 112 is for example connected at the input between the first intermediate points PU, PU' to receive the voltage VR and at the output between a second intermediate point PI2 of the phase branch BrP and the neutral branch BrN to supply the filtered voltage VR *.
  • the filter 112 is for example designed to block the switching harmonics of the switches which will be described later.
  • the filter 112 is for example a low-pass filter, such as a second-order low-pass filter.
  • a low-pass filter such as a second-order low-pass filter.
  • it is an LC filter comprising an inductor L C EM connected to the phase branch BrP, between its first and second intermediate points PU, PI2, and a capacitor CCEM between the second intermediate point PI2 of the phase branch BrP and the neutral branch BrN.
  • the power supply 104 further comprises, for example, a frequency booster 114 designed to supply a high-frequency alternating voltage VHF from the network voltage VR, for example from the filtered voltage VR* in the presence of the filter 112
  • the high frequency alternating voltage VHF has a much higher frequency than the mains voltage VR, for example at least a hundred times higher.
  • the frequency converter 114 is connected at the input between the second intermediate point PI2 of the phase branch BrP and the neutral branch BrN to receive the filtered voltage VR* and at the output between a third intermediate point PI3 of the branch phase BrP and the neutral branch BrN to supply the VHF high frequency alternating voltage.
  • the frequency booster 114 comprises for example a switching arm connected between the second intermediate point PI2 and the neutral branch BrN and comprising a high side switch and a low side switch connected to each other. at a midpoint connected to the third intermediate point PI3 of the phase branch BrP.
  • the frequency booster 114 is designed to carry out a high frequency chopping of the filtered voltage VR* (or else of the network voltage VR in the absence of the filter 112), so that the high frequency voltage VHF is alternately equal to zero and to the filtered voltage VR*.
  • the average of the high frequency voltage VHF is lower than the mains voltage VR.
  • the power supply 104 further comprises the phase isolation capacitor Cl of the phase branch BrP, connected between the third intermediate point PI3 and a fourth intermediate point PI4 of the phase branch BrP.
  • the power supply 104 further comprises an inductor Ll in series with the phase isolation capacitor Cl on the phase branch BrP, for example between its third and fourth intermediate points PI3, PI4.
  • This inductance L1 is designed to resonate with the phase isolation capacitor C1 at a frequency close, for example higher, to the chopping frequency of the frequency converter 114 and/or of the electrical circuit 107.
  • the inductance L1 and phase isolation capacitor C1 form a resonant mesh.
  • the voltage converter 107 is thus connected at the input to the fourth intermediate point PI4 to receive the alternating voltage VA, present between the fourth intermediate bridge PI4 and the neutral branch BrN.
  • the voltage converter 107 must have a suitable structure.
  • it may comprise a switching arm comprising a high side switch and a low side switch having respective first terminals connected to each other at a midpoint connected to the phase branch BrP and second terminals respective terminals respectively connected to the first output terminal BS and to the neutral terminal BN, as in the example shown.
  • each switch of the reconnect device 110 and/or of the frequency booster 114 and/or of the voltage converter 107 is preferably a controllable semiconductor switch, such as for example a transistor switch.
  • a transistor switch such as a metal-oxide gate field effect transistor (from the English “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” also designated by the acronym MOSFET) or else an insulated gate bipolar transistor (from the English “Insulated Gate Bipolar Transistor » also designated by the acronym IGBT) or a gallium nitride field effect transistor (also designated by the acronym GaN FET).
  • the input terminals BEP, BEN are first assumed to be correctly connected to phase P and to neutral N.
  • phase isolation capacitor C1 prevents current propagation resulting from the overvoltage towards the voltage converter 107.
  • the absence of an electrical component on the neutral branch BrN makes it possible to avoid the appearance of an untimely current in this neutral branch BrN when the neutral N of the electrical network 102 and the negative terminal of the battery 106 are both connected to ground GND. Indeed, in the latter case, the ground GND forms a return line making possible the circulation of this untimely current.
  • this galvanic isolation capacitor could receive a high-frequency voltage resulting from switching of one or more arms of switching of the electnque power supply 104. This high frequency voltage would then cause a high frequency current which could loop back through the ground GND.
  • phase branch BrP is always connected to the phase P (by the neutral input terminal BEN) and the neutral branch BrN is always connected to neutral (through the BEP phase input terminal).
  • voltage converter 107 may be designed to switch to a DC/DC conversion mode in place of AC/DC conversion.
  • the voltage converter 107 is then for example connected to a second battery 302 and designed to recharge one of the two batteries 106, 302 from the other.
  • this continuous / continuous mode can be achieved by connecting in series an inductance L and a switch SW with the second battery 302, all three between the neutral terminal BN and the midpoint of the switch arm of voltage converter 107.
  • switch SW is closed and power supply 104, out of voltage converter 107, is disabled.
  • voltage converter 107 can be used for DC/DC conversion.
  • the SW switch is open for the AC/DC mode described above.
  • the invention is not limited to an electrical circuit 107 voltage converter.
  • the electrical circuit 107 could include a load, such as a heating resistor Rf, powered by the alternating voltage VA.

Landscapes

  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Le dispositif électrique (104) comporte : - une borne d'entrée de phase (BEP) et une borne d'entrée de neutre (BEN); - un circuit électrique (107) comportant une borne de neutre (BN) conçue pour être connectée à la terre (GND); - une branche de phase (BrP) reliant la borne d'entrée de phase (BEP) au circuit électrique (107); - une branche de neutre (BrN) reliant la borne d'entrée de neutre (BEN) à la borne de neutre (BN) du circuit électrique (107); et - un condensateur d'isolation de phase (CI) placé sur la branche de phase (BrP) pour isoler galvaniquement le circuit électrique (107) en cas de surtension sur la phase (P) du réseau électrique (102). Le dispositif électrique (104) comporte en outre : - un dispositif (108) de détection d'une inversion de connexion des bornes d'entrée (BEP; BEN); et - un dispositif de reconnexion (110) pour tenir compte de l'inversion, et la branche de neutre (BrN) est dépourvue de composant électrique en dehors du dispositif de reconnexion (110).

Description

Description
TITRE : DISPOSITIF ELECTRIQUE AVEC ISOLATION GALVANIQUE CAPACITIVE
Domaine technique de l’invention
[0001 ] La présente invention concerne un dispositif électrique avec isolation galvanique capacitive, un engin de mobilité comportant une telle alimentation électrique et une installation comportant un tel engin de mobilité.
Arrière-plan technologique
[0002] On connaît de l’état de la technique un dispositif électrique, comportant : une borne d’entrée de phase et une borne d’entrée de neutre conçues pour être respectivement connectées à une phase et à un neutre d’un réseau électrique alternatif, le neutre étant connecté à la terre ; un circuit électrique comportant une borne de neutre conçue pour être connectée à la terre ; une branche de phase reliant la borne d’entrée de phase au circuit électrique ; une branche de neutre reliant la borne d’entrée de neutre à la borne de neutre du circuit électrique ; et un condensateur d’isolation de phase placé sur la branche de phase pour isoler galvaniquement le circuit électrique en cas de surtension sur la phase du réseau électrique.
[0003] Dans une telle alimentation électrique connue, il est en outre prévu un condensateur d’isolation de neutre placé sur la branche de neutre pour isoler galvaniquement le circuit électrique de tension dans le cas où il y aurait une inversion de polarité entraînant la connexion, d’une part, de la borne d’entrée de phase au neutre du réseau électrique, et, d’autre part, de la borne d’entrée de neutre à la phase du réseau électrique. En effet, le condensateur d’isolation de neutre est ainsi conçu pour gérer une surtension sur la phase en cas d’inversion de connexion.
[0004] Il peut être souhaité d’améliorer la sécurité pour les personnes du côté du circuit électrique. Resume de l’invention
[0005] Il est donc proposé un dispositif électrique, comportant : une borne d’entrée de phase et une borne d’entrée de neutre conçues pour être respectivement connectées à une phase et à un neutre d’un réseau électrique alternatif, le neutre étant connecté à la terre ; un circuit électrique comportant une borne de neutre conçue pour être connectée à la terre ; une branche de phase reliant la borne d’entrée de phase au circuit électrique ; une branche de neutre reliant la borne d’entrée de neutre à la borne de neutre du circuit électrique ; et un condensateur d’isolation de phase placé sur la branche de phase pour isoler galvaniquement le circuit électrique en cas de surtension sur la phase du réseau électrique ; caractérisé en ce que le dispositif électrique comporte en outre : un dispositif de détection d’une inversion de connexion, conçu pour détecter lorsque la borne d’entrée de phase est connectée au neutre du réseau électrique et/ou lorsque la borne d’entrée de neutre est connectée à la phase du réseau électrique ; et un dispositif de reconnexion conçu, suite à la détection d’une inversion de connexion, pour connecter un point intermédiaire de la branche de phase à la borne d’entrée de neutre, à la place de la borne d’entrée de phase, le condensateur d’isolation de phase étant placé entre le point intermédiaire de la branche de phase et le circuit électrique, et pour connecter un point intermédiaire de la branche de neutre à la borne d’entrée de phase, à la place de la borne d’entrée de neutre ; et en ce que la branche de neutre est dépourvue de composant électrique en dehors du dispositif de reconnexion.
[0006] Ainsi, grâce à l’invention, il est possible de prévenir l’apparition d’un courant circulant dans la branche de neutre et rebouclant par la terre, en ne prévoyant aucun composant électrique sur la branche de neutre, et en particulier pas de condensateur d’isolation galvanique. Un tel courant pourrait en effet être dangereux pour les personnes manipulant le circuit electnque. Par ailleurs, maigre I absence de condensateur d’isolation galvanique sur la branche de neutre, le dispositif électrique reste robuste en cas d’inversion de connexion des bornes d’entrée, grâce au dispositif de détection d’inversion et au dispositif de reconnexion.
[0007] L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible.
[0008] De façon optionnelle, le dispositif de détection d’une inversion de connexion comporte une borne de terre conçue pour être connectée à la terre et est conçu pour comparer un potentiel d’une parmi la borne d’entrée de phase et la borne d’entrée de neutre avec un potentiel de la borne de terre et pour détecter une inversion de polarité à partir de la comparaison.
[0009] De façon optionnelle également, le circuit électrique est un convertisseur de tension comportant une borne de sortie et conçu pour fournir une tension de sortie entre la borne de sortie et la borne de neutre.
[0010] De façon optionnelle également, le convertisseur de tension comporte un bras de commutation comprenant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas présentant des premières bornes respectives connectées l’une à l’autre en un point milieu connecté à la branche de phase et des deuxièmes bornes respectives connectées respectivement à la borne de sortie et à la borne de neutre.
[0011] De façon optionnelle également, le convertisseur de tension est un convertisseur alternatif/continu conçu pour fournir une tension continue entre la borne de sortie et la borne de neutre.
[0012] De façon optionnelle également, le dispositif électrique comporte en outre un élévateur de fréquence conçu pour fournir une tension haute fréquence à partir d’une tension réseau reçues sur les bornes d’entrée, cette tension haute fréquence présentant une fréquence plus élevée que celle de la tension réseau, de sorte que le condensateur d’isolation de phase reçoive une tension à la fréquence de la tension haute fréquence.
[0013] De façon optionnelle également, la tension haute fréquence est en moyenne inférieure à la tension réseau.
[0014] De façon optionnelle également, le dispositif électrique en outre un filtre de compatibilité électromagnétique, agencé entre les points intermédiaires et le condensateur d’isolation de phase. [0015] Il est egalement propose un engin de mobilité comportant : une batterie et un dispositif électrique selon l’invention, conçu pour recharger la batterie.
[0016] Il est également proposé une installation électrique comportant : une borne de recharge présentant la phase et le neutre du réseau électrique, et un engin de mobilité selon l’invention avec la borne d’entrée de phase connectée à l’un de la phase et du neutre du réseau électrique et la borne d’entrée de neutre connectée l’autre de la phase et du neutre du réseau électrique.
Brève description des figures
[0017] L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma électrique d’une installation électrique comportant un dispositif électrique selon l’invention, connecté à un réseau électrique, et la figure 2 est un schéma électrique d’un mode de réalisation où le dispositif électrique comporte un convertisseur alternatif/continu, conçu pour recharger une première batterie à partir du réseau électrique, la figure 3 est un schéma électrique dans lequel le convertisseur alternatif/continu peut être en outre utilisé en tant que convertisseur continu/continu pour recharger l’une de la première batterie et d’une deuxième batterie à partir de l’autre, et la figure 4 est un schéma électrique d’un mode de réalisation où le dispositif électrique comporte une charge, telle qu’une résistante chauffante, alimentée par le réseau électrique.
Description détaillée de l’invention
[0018] En référence à la figure 1 , un exemple d’une installation électrique 100 dans laquelle l’invention est mise en oeuvre, va à présent être décrit.
[0019] L’installation électrique 100 comporte tout d’abord un réseau électrique 102 qui est alternatif et qui présente une phase P et un neutre N. Suivant le type de réseau, le neutre N peut être connecté à la terre ou bien déconnecté de la terre GND. Par exemple, le neutre N est connecté à la terre GND, par exemple au travers d’une résistance R. [0020] Le reseau electnque 102 est conçu pour fournir, entre sa phase P et son neutre N, une tension réseau VR qui est alternative. La tension réseau VR est généralement sinusoïdale, d’amplitude A, par exemple de 230 V, et de fréquence généralement inférieure à 100 Hz, par exemple égale à 50 Hz.
[0021] L’installation électrique 100 comporte en outre un dispositif électrique 104 conçu pour être électriquement alimenté par le réseau électrique 102. Le dispositif électrique 104 est par exemple embarqué dans un engin de mobilité tel qu’un véhicule automobile, un vélo électrique, une trottinette électrique, ou bien encore un drone.
[0022] Le dispositif électrique 104 comporte une borne d’entrée dite de neutre BEN conçue pour être connectée au neutre N du réseau électrique 102, ainsi qu’une borne d’entrée dite de phase BEP conçue pour être connectée à la phase P du réseau électrique 102. Les bornes d’entrée BEP, BEN sont par exemple regroupées dans un connecteur (non représenté) conçu pour être branché à un socle (non représenté) d’une borne de recharge (non représentée) fixée au sol et présentant la phase P et le neutre N du réseau électrique 102.
[0023] Le dispositif électrique 104 comporte en outre un circuit électrique 107 comportant une borne de neutre BN conçue pour être connectée à la terre GND, par exemple au travers d’un châssis de l’engin de mobilité.
[0024] Le dispositif électrique 104 comporte en outre une branche de phase BrP reliant la borne d’entrée de phase BEP au circuit électrique 107 et une branche de neutre BrN reliant la borne d’entrée de neutre BEN à la borne de neutre du circuit électrique 107. De cette manière, le circuit électrique 107 peut être alimenté par le réseau électrique 102. Le circuit électrique 107 est par exemple conçu pour recevoir en entrée, entre la branche de phase BrP par rapport à la branche de neutre BrN, une tension alternative VA dérivée de la tension réseau VR, possiblement égale.
[0025] La branche de phase BrP comporte un condensateur d’isolation de phase Cl conçu pour isoler galvaniquement le circuit électrique 107 en cas de surtension sur la phase P du réseau électrique 102. Ce condensateur d’isolation de phase Cl supporte de préférence une tension d’au moins 10 kV. Le dispositif électrique 104 peut en outre comporter d’autres composants sur branche de phase BrP, ainsi qu’entre la branche de phase BrP et la branche de neutre BrN, pour réaliser des fonctions électriques souhaitées. Ces autres composants électriques possibles sont symbolisés par les pointillés sur la branche de phase BrP de la figure 1 . [0026] Le dispositif électrique 104 comporte en outre un dispositif 108 de detection d’une inversion de connexion, conçu pour détecter lorsque la borne d’entrée de phase BEP est connectée au neutre N du réseau électrique 102 et/ou lorsque la borne d’entrée de neutre BEN est connectée à la phase P du réseau électrique 102.
[0027] Par exemple, le dispositif 108 de détection d’une inversion de connexion comporte une borne de terre BT conçue pour être connectée à la terre GND (par exemple, au travers du châssis de l’engin de mobilité) et est conçu pour comparer un potentiel d’une parmi la borne d’entrée de phase BEP et la borne d’entrée de neutre BEN avec un potentiel de la borne de terre BT et pour détecter une inversion de polarité à partir de la comparaison. Par exemple, une inversion de polarité est détectée lorsqu’une différence entre le potentiel de la borne de terre BT et le potentiel de la borne testée (la borne d’entrée de phase BEP ou bien la borne d’entrée de neutre BEN) est supérieure à un seuil prédéfini.
[0028] Le dispositif électrique 104 comporte en outre un dispositif 110 de reconnexion conçu, suite à la détection d’une inversion de connexion par le dispositif 108, pour connecter un premier point intermédiaire PU de la branche de phase BrP à la borne d’entrée de neutre BEN, à la place de la borne d’entrée de phase BEP, et pour connecter un premier point intermédiaire PU ’ de la branche de neutre BrN à la borne d’entrée de phase BEP, à la place de la borne d’entrée de neutre BEN. Ainsi, après reconnexion, la branche de phase BrP relie la borne d’entrée de neutre BEN au circuit électrique 107, tandis que la branche d’entrée de neutre BrN relie la borne d’entrée de phase BEP au circuit électrique 107.
[0029] Il sera apprécié que la branche de neutre BrN est dépourvue de tout condensateur d’isolation, et plus généralement de tout composant électrique résistif, inductif ou bien capacitif, en dehors du ou des composants du dispositif de reconnexion 110 présents sur la branche de neutre BrN. Généralement, ce ou ces composants du dispositif de reconnexion 110 incluent uniquement un ou plusieurs interrupteurs commandables. Ainsi, la branche de neutre BrN présente de préférence une résistance inférieure à 10 milli ohms, une inductance inférieure à 1 micro henry et une capacité nulle ou sensiblement nulle.
[0030] Ainsi, il y a une connexion directe entre la terre GND côté réseau électrique 102 et la terre côté circuit électrique 107, ce qui permet d’empêcher l’apparition d’un courant circulant dans la branche de neutre BrN et rebouclant par la terre GND. [0031] En reference a la figure 2, le dispositif electnque 104 est par exemple une alimentation électrique, par exemple un chargeur d’une batterie 106 de l’installation électrique 100, telle qu’une batterie 48 V.
[0032] La batterie 106 est par exemple embarquée dans l’engin de mobilité. L’alimentation électrique 104 peut ainsi être un chargeur embarqué (de l’anglais « On-Board Charger », également désigné par l’acronyme OBC) dans l’engin de mobilité, conçu pour charger cette batterie 106 à partir du réseau électrique 102.
[0033] La batterie 106 présente une borne positive + et une borne négative -, cette dernière étant connectée à une masse électrique de l’engin de mobilité, par exemple, dans le cas d’un véhicule automobile, un châssis de ce dernier. Cette masse électrique est généralement connectée à la terre GND, au moins pendant la recharge de la batterie 106 par l’alimentation électrique 104.
[0034] Le circuit électrique 107 comporte par exemple, en plus de la borne de neutre BN une borne de sortie BS. Le circuit électrique 104 est alors conçu pour fournir une tension de sortie U1 entre sa borne de neutre BN et sa borne de sortie BS.
[0035] Le circuit électrique 107 est par exemple un convertisseur alternatif/continu de sorte que la tension de sortie U1 est continue. Dans ce cas, la borne de neutre BN et la borne de sortie BS peuvent alors être conçues pour être connectées respectivement à la borne négative - et à la borne positive + de la batterie 106, comme dans l’exemple illustré, pour recharger la batterie 106 à partir du réseau électrique 102.
[0036] L’alimentation électrique 104 comporte par exemple un filtre 112 de compatibilité électromagnétique (également désigné par l’acronyme CEM) conçu pour filtrer la tension réseau VR pour fournir une tension filtrée VR*. Le filtre 112 est par exemple connecté en entrée entre les premiers points intermédiaires PU , PU ’ pour recevoir la tension VR et en sortie entre un deuxième point intermédiaire PI2 de la branche de phase BrP et la branche de neutre BrN pour fournir la tension filtrée VR*. Le filtre 112 est par exemple conçu pour bloquer les harmoniques de commutation des commutateurs qui seront décrits par la suite.
[0037] Le filtre 112 est par exemple d’un filtre passe bas, comme un filtre passe bas du deuxième ordre. Dans l’exemple décrit, il s’agit d’un filtre LC comportant une inductance LCEM connectée sur la branche de phase BrP, entre ses premier et deuxieme points intermediaires PU , PI2, et une capacité CCEM entre le deuxieme point intermédiaire PI2 de la branche de phase BrP et la branche de neutre BrN.
[0038] L’alimentation électrique 104 comporte en outre par exemple un élévateur de fréquence 114 conçu pour fournir une tension alternative haute fréquence VHF à partir de la tension réseau VR, par exemple à partir de la tension filtrée VR* en présence du filtre 112. La tension alternative haute fréquence VHF présente une fréquence beaucoup plus élevée que la tension réseau VR, par exemple au moins cent fois plus élevée. Par exemple, l’élévateur de fréquence 114 est connecté en entrée entre le deuxième point intermédiaire PI2 de la branche de phase BrP et la branche de neutre BrN pour recevoir la tension filtrée VR* et en sortie entre un troisième point intermédiaire PI3 de la branche de phase BrP et la branche de neutre BrN pour fournir la tension alternative haute fréquence VHF.
[0039] L’élévateur de fréquence 114 comporte par exemple un bras de commutation connecté entre le deuxième point intermédiaire PI2 et la branche de neutre BrN et comprenant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas connectés l’un à l’autre en un point milieu connecté au troisième point intermédiaire PI3 de la branche de phase BrP. Ainsi, l’élévateur de fréquence 114 est conçu pour réaliser un découpage haute fréquence de la tension filtrée VR* (ou bien de la tension réseau VR en cas d’absence du filtre 112), de sorte que la tension haute fréquence VHF est alternativement égale à zéro et à la tension filtrée VR*. Ainsi, la moyenne de la tension haute fréquence VHF est inférieure à la tension réseau VR.
[0040] L’alimentation électrique 104 comporte en outre le condensateur d’isolation de phase Cl de la branche de phase BrP, connecté entre le troisième point intermédiaire PI3 et un quatrième point intermédiaire PI4 de la branche de phase BrP.
[0041] L’alimentation électrique 104 comporte en outre une inductance Ll en série avec le condensateur d’isolation de phase Cl sur la branche de phase BrP, par exemple entre ses troisième et quatrième points intermédiaires PI3, PI4. Cette inductance Ll est conçue pour résonner avec le condensateur d’isolation de phase Cl à une fréquence proche, par exemple supérieure, de la fréquence de découpage de l’élévateur de fréquence 114 et/ou du circuit électrique 107. Ainsi, l’inductance Ll et le condensateur d’isolation de phase Cl forment une maille résonnante.
[0042] Le convertisseur de tension 107 est ainsi connecté en entrée au quatrième point intermédiaire PI4 pour recevoir la tension alternative VA, présente entre le quatrième pont intermédiaire PI4 et la branche de neutre BrN. [0043] Pour avoir une branche de neutre BrN dépourvue de composant electnque, le convertisseur de tension 107 doit avoir une structure adaptée. Par exemple, il peut comporter un bras de commutation comprenant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas présentant des premières bornes respectives connectées l’une à l’autre en un point milieu connecté à la branche de phase BrP et des deuxièmes bornes respectives connectées respectivement à la première borne de sortie BS et à la borne de neutre BN, comme dans l’exemple illustré.
[0044] Il sera apprécié que chaque interrupteur du dispositif de reconnexion 110 et/ou de l’élévateur de fréquence 114 et/ou du convertisseur de tension 107 est de préférence un interrupteur commandable à semi-conducteur, comme par exemple un interrupteur à transistor tel qu’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (de l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme MOSFET) ou bien un transistor bipolaire à grille isolée (de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor » également désigné par l’acronyme IGBT) ou bien un transistor à effet de champ à Nitrure de gallium (également désigné par l’acronyme GaN FET).
[0045] Un exemple de fonctionnement de l’installation 100 va à présent être décrit.
[0046] Les bornes d’entrée BEP, BEN sont tout d’abord supposées correctement connectées à la phase P et au neutre N.
[0047] En cas de surtension sur la phase P, le condensateur d’isolation de phase Cl empêche une propagation de courant résultant de la surtension vers le convertisseur de tension 107.
[0048] En cas de surtension sur la phase N, cette dernière étant connectée à la terre le courant résultant de la surtension est directement ramené à la terre GND.
[0049] Par ailleurs, l’absence de composant électrique sur la branche de neutre BrN permet d’éviter l’apparition d’un courant intempestif dans cette branche de neutre BrN lorsque le neutre N du réseau électrique 102 et la borne négative de la batterie 106 sont tous les deux connectées à la terre GND. En effet, dans ce dernier cas, la terre GND forme une ligne de retour rendant possible la circulation de ce courant intempestif. En particulier, si une capacité d’isolation galvanique était présente sur la branche de neutre BrN, cette capacité d’isolation galvanique pourrait recevoir une tension haute fréquence résultant des commutations d’un ou plusieurs bras de commutation de I alimentation electnque 104. Cette tension haute frequence entraînerait alors un courant haute fréquence qui pourrait reboucler par la terre GND.
[0050] Les bornes d’entrée BEP, BEN sont à présent supposées connectées de manière inversée à la phase P et au neutre N.
[0051] Dans ce cas, grâce à la détection de cette inversion et au dispositif de reconnexion 110, la branche de phase BrP est toujours connectée à la phase P (par la borne d’entrée de neutre BEN) et la branche de neutre BrN est toujours connectée au neutre (par la borne d’entrée de phase BEP). Ainsi, les surtensions sont gérées de la même manière que précédemment.
[0052] En référence à la figure 3, dans certains modes de réalisation, le convertisseur de tension 107 peut être conçu pour passer dans un mode de conversion continu/continu en remplacement de la conversion alternatif/continu. Le convertisseur de tension 107 est alors par exemple connecté à une deuxième batterie 302 et conçu pour recharger l’une des deux batteries 106, 302 à partir de l’autre.
[0053] Par exemple, en reprenant la structure illustrée sur la figure 2, ce mode continu/continu peut être réalisé en connectant en série une inductance L et un interrupteur SW avec la deuxième batterie 302, tous les trois entre la borne de neutre BN et le point milieu du bras de commutation du convertisseur de tension 107. Ainsi, pour permettre le mode continu/continu, l’interrupteur SW est fermé et l’alimentation électrique 104, hors du convertisseur de tension 107, est désactivée. Ainsi, le convertisseur de tension 107 peut être utilisé pour la conversion continu/continu. En revanche, l’interrupteur SW est ouvert pour le mode alternatif/continu décrit précédemment.
[0054] En référence à la figure 4, l’invention n’est pas limitée à un circuit électrique 107 convertisseur de tension. Par exemple, le circuit électrique 107 pourrait comporter une charge, telle qu’une résistance chauffante Rf, alimentée par la tension alternative VA.
[0055] En conclusion, il apparaît clairement qu’un dispositif électrique à isolation galvanique capacitive tel que ceux décrits précédemment permet d’assurer une isolation galvanique capacitive sans risquer de générer des courants rebouclant par la terre. [0056] On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci- dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. [0057] Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims

Revendications
[1] Dispositif électrique (104), comportant : une borne d’entrée de phase (BEP) et une borne d’entrée de neutre (BEN) conçues pour être respectivement connectées à une phase (P) et à un neutre (N) d’un réseau électrique (102) alternatif, le neutre (N) étant connecté à la terre (GND) ; un circuit électrique (107) comportant une borne de neutre (BN) conçue pour être connectée à la terre (GND) ; une branche de phase (BrP) reliant la borne d’entrée de phase (BEP) au circuit électrique (107) ; une branche de neutre (BrN) reliant la borne d’entrée de neutre (BEN) à la borne de neutre (BN) du circuit électrique (107) ; et un condensateur d’isolation de phase (Cl) placé sur la branche de phase (BrP) pour isoler galvaniquement le circuit électrique (107) en cas de surtension sur la phase (P) du réseau électrique (102) ; caractérisé en ce que le dispositif électrique (104) comporte en outre : un dispositif (108) de détection d’une inversion de connexion, conçu pour détecter lorsque la borne d’entrée de phase (BEP) est connectée au neutre (N) du réseau électrique (102) et/ou lorsque la borne d’entrée de neutre (BEN) est connectée à la phase (P) du réseau électrique (102) ; et un dispositif de reconnexion (110) conçu, suite à la détection d’une inversion de connexion, pour connecter un point intermédiaire (PU) de la branche de phase (BrP) à la borne d’entrée de neutre (BEN), à la place de la borne d’entrée de phase (BEP), le condensateur d’isolation de phase (Cl) étant placé entre le point intermédiaire (PU) de la branche de phase (BrP) et le circuit électrique (107), et pour connecter un point intermédiaire (PU ’) de la branche de neutre (BrN) à la borne d’entrée de phase (BEP), à la place de la borne d’entrée de neutre (BEN) ; et en ce que la branche de neutre (BrN) est dépourvue de composant électrique en dehors du dispositif de reconnexion (110).
[2] Dispositif électrique (104) selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif (108) de détection d’une inversion de connexion comporte une borne de terre (BT) conçue pour être connectée à la terre (GND) et est conçu pour comparer un potentiel d’une parmi la borne d’entrée de phase (BEP) et la borne d’entrée de neutre (BEN) avec un potentiel de la borne de terre (BT) et pour detecter une inversion de polarité à partir de la comparaison.
[3] Dispositif électrique (104) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le circuit électrique (107) est un convertisseur de tension comportant une borne de sortie (BS) et conçu pour fournir une tension de sortie (U1) entre la borne de sortie (BS) et la borne de neutre (BN).
[4] Dispositif électrique (104) selon la revendication 3, dans lequel le convertisseur de tension comporte un bras de commutation comprenant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas présentant des premières bornes respectives connectées l’une à l’autre en un point milieu connecté à la branche de phase (BrP) et des deuxièmes bornes respectives connectées respectivement à la borne de sortie (BS) et à la borne de neutre (BN).
[5] Dispositif électrique (104) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le convertisseur de tension (107) est un convertisseur alternatif/continu conçu pour fournir une tension continue (U1) entre la borne de sortie (BS) et la borne de neutre (BN).
[6] Dispositif électrique (104) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comportant en outre un élévateur de fréquence (114) conçu pour fournir une tension haute fréquence (VHF) à partir d’une tension réseau (VR) reçues sur les bornes d’entrée (BEP, BEN), cette tension haute fréquence (VHF) présentant une fréquence plus élevée que celle de la tension réseau (VR), de sorte que le condensateur d’isolation de phase (Cl) reçoive une tension à la fréquence de la tension haute fréquence (VHF).
[7] Dispositif électrique (104) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la tension haute fréquence (VHF) est en moyenne inférieure à la tension réseau (VR).
[8] Dispositif électrique (104) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comportant en outre un filtre (112) de compatibilité électromagnétique, agencé entre les points intermédiaires (PU , PU ’) et le condensateur d’isolation de phase (Cl). 14
[9] Engin de mobilité comportant : une batterie (106) et un dispositif électrique (104) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, conçu pour recharger la batterie (106).
[10] Installation électrique (100) comportant : une borne de recharge présentant la phase (P) et le neutre (N) du réseau électrique (102), et un engin de mobilité selon la revendication 9 avec la borne d’entrée de phase (BEP) connectée à l’un de la phase (P) et du neutre (N) du réseau électrique (102) et la borne d’entrée de neutre (BEN) connectée l’autre de la phase (P) et du neutre (N) du réseau électrique (102).
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