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WO2013190227A1 - Dispositif de regulation de tension et machine electrique tournante a excitation equipee d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de regulation de tension et machine electrique tournante a excitation equipee d'un tel dispositif Download PDF

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Publication number
WO2013190227A1
WO2013190227A1 PCT/FR2013/051413 FR2013051413W WO2013190227A1 WO 2013190227 A1 WO2013190227 A1 WO 2013190227A1 FR 2013051413 W FR2013051413 W FR 2013051413W WO 2013190227 A1 WO2013190227 A1 WO 2013190227A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
regulator
activation
circuit
regulating device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2013/051413
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre Chassard
The-Dung NGUYEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority to BR112014027855A priority Critical patent/BR112014027855A2/pt
Priority to CN201380032683.2A priority patent/CN104380565B/zh
Publication of WO2013190227A1 publication Critical patent/WO2013190227A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle

Definitions

  • the present invention relates generally to the field of rotating electrical machines with excitation, in particular for a motor vehicle. More particularly, the invention relates to a voltage regulating device adapted to regulate the output voltage of a rotating electrical machine excitation, such as an alternator.
  • the regulating device according to the invention is adapted for the regulation of a power supply edge voltage greater than 12 V, such as 24 or 48 V.
  • an alternator for a motor vehicle comprises an inductor rotating in the form of a rotor provided with an excitation coil and a stator provided with a plurality of stator coils.
  • the stator coils provide AC voltages which are rectified to obtain a DC voltage.
  • This DC voltage is regulated so as to provide the vehicle's on-board power supply with a stable DC voltage for battery charging and power to consumers connected to the network.
  • the regulation of the output voltage of the alternator is made by adjusting the excitation current flowing in the rotor coil.
  • the response of the alternator to a variation of the excitation current is limited by its intrinsic bandwidth, which essentially depends on its electromechanical characteristics.
  • the output voltage shall be regulated so as to maintain stability in operating ranges (rotational speed and electric charge ranges) that are defined by the vehicle manufacturer.
  • the output voltage of the alternator is measured and continuously compared to a setpoint value by a control device which controls the excitation current so as to minimize or cancel the error between the measured output voltage. and the set value.
  • the output voltage of the alternator is generally regulated to a value of the order of 14 V so as to charge the 12 V battery of the vehicle and to feed the network of edge.
  • 12V regulators Many of these regulators (known as 12V regulators) have been developed by automotive suppliers to meet the needs of manufacturers. These regulators are generally built around an ASIC circuit and involve significant development costs.
  • first 12V on-board system powers conventional 12V consumers in a motor vehicle, such as lighting, dashboard, navigation electronics, audio / video players, etc.
  • the second onboard network at 48 V powers electric traction machines and receives electrical energy from regenerative braking.
  • the two dash systems can each integrate an energy store such as a battery, for example a 12 V lead-acid battery for the first network and a 48 V lithium-ion battery for the second network.
  • a DC-DC converter can also be provided in the architecture of the on-board networks, to form a gateway for energy transfers between networks. According to the architectures, the energy generation means are either distributed over the two edge networks, or concentrated on one or the other of the networks with energy transfers through the DC-DC converter.
  • the present invention relates to a voltage regulating device equipping a rotating electrical machine such as an alternator in a motor vehicle, the device comprising a standard voltage regulator, the regulator being designed to regulate a DC mains voltage. power supply edge to a first setpoint through the control of an excitation current supplied to the rotating electrical machine.
  • the voltage regulating device also comprises controller adaptation means connected between the vehicle power supply on-board network and the regulator to allow, in combination with the regulator, a regulation of the voltage continuous power supply edge network at a second setpoint voltage higher than the first setpoint voltage for which the regulator is designed.
  • the regulator adaptation means comprise a voltage matching circuit receiving as input the DC voltage of the electrical supply edge network and outputting a reduced DC voltage applied to a control loop input. of the regulator and used to supply voltage to the regulator, the ratio of the dc network voltage to the reduced dc voltage being substantially equal the ratio of the second setpoint voltage to the first setpoint voltage.
  • the voltage matching circuit comprises a first bipolar transistor which is emitter follower-mounted and forms a low impedance voltage source delivering the reduced DC voltage.
  • the voltage matching circuit comprises a second diode-mounted bipolar transistor at a base electrode of the first bipolar transistor for temperature-compensating the first bipolar transistor and temperature stabilizing the reduced DC voltage.
  • the regulator adaptation means comprise an electronic switch and at least one activation control circuit, the electronic switch having the function of activating or deactivating the voltage matching circuit according to a command provided by the activation control circuit.
  • the activation control circuit comprises a circuit delivering an activation command when closing a contact switch of the vehicle, the activation command causing a closing of the electronic switch and a subsequent activation of the voltage matching circuit.
  • the activation control circuit comprises a circuit delivering an activation command when phase voltages are detected in stator coils of the rotating electrical machine, the activation command causing a closing of the electronic switch and a subsequent activation of the voltage matching circuit.
  • the activation control circuit comprises a circuit providing an activation command when an activation instruction is received through a communication link between the voltage regulator and a unit. vehicle control electronics, the activation command causing a closing of the electronic switch and a subsequent activation of the voltage matching circuit.
  • the present invention relates to a rotating electrical machine, such as an alternator, in a motor vehicle comprising a stator, a rotor provided with an excitation coil, a voltage rectifying circuit and a regulating device. voltage.
  • the rotating electrical machine comprises a voltage regulating device as briefly described above.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of the rear part of an embodiment of an alternator according to the invention.
  • - Fig.2 is a general electrical block diagram of the alternator according to the embodiment of Fig.1;
  • - Fig.3 is a circuit diagram of a principle of an embodiment of the voltage regulating device according to the invention.
  • the alternator 1 conventionally comprises a stator S and a rotor R, as well as voltage recovery devices 2 and voltage regulation devices 3 which are installed at the level of FIG. a rear bearing of the alternator.
  • the stator S is of three-phase type and comprises three stator coils mounted in a triangle.
  • the rotor R is rotated by the heat engine and has an excitation coil We.
  • the voltage rectifier device 2 is here of synchronous rectification type and comprises MOS-FET power transistors operating in ideal diode, that is to say, with a very low voltage threshold with respect to a silicon diode .
  • the MOS-FET transistors are controlled by an electronic circuit which is known per se and is not shown in FIG.
  • the voltage rectifier 2 has two positive and negative electrical polarity output terminals respectively connected to terminals positive B + and negative B- BAT battery equipping the vehicle.
  • the BAT battery is here a 48 V lead-acid battery which supplies a 48 V electric vehicle on-board network.
  • the voltage rectifier 2 provides a rectified DC voltage which is regulated by means of the voltage rectifier 2.
  • the voltage regulator 3 is embodied as a brush-type voltage regulator incorporating brushes B1, B2 in electrical contact with collector rings C1, C2, respectively.
  • the collector rings C1, C2 are made of copper and are electrically connected to the ends of the excitation coil We.
  • the voltage regulation of the alternator 1 is obtained by controlling a lex excitation current flowing in the coil We.
  • the lex current is modulated in PWM ("pulses width modulation" in English terminology) by the voltage regulation device 3 as a function of an error between an effective voltage Vb1 of the on-board network and a control regulation voltage V2 of the device.
  • voltage regulator 3 is embodied as a brush-type voltage regulator incorporating brushes B1, B2 in electrical contact with collector rings C1, C2, respectively.
  • the collector rings C1, C2 are made of copper and are electrically connected to the ends of the excitation coil We.
  • PWM pulse width modulation
  • the voltage regulation device 3 essentially comprises a voltage regulator 30 and a regulator adaptation device 31.
  • the voltage regulator 30 is a standard regulator available, part of the catalog of the equipment manufacturer, but therefore the design is re-worked to incorporate in its box type "brush holder" the components of the controller adaptation device 31, and thus obtain the voltage regulator device 3 at low development cost.
  • the voltage regulator 30 as a regulator available in the catalog, has been designed to regulate the output voltage of the alternator to a setpoint value V1 lower than the setpoint value V2 which is that at which the regulating device Voltage 3 must regulate the output voltage of the alternator.
  • the regulator 30 is typically a 12 V regulator, while the voltage regulator 3 must regulate the voltage Vb1 to 48 V.
  • the voltage regulator 30 comprises a MOS-FET type power transistor which provides PWM cutting of the current lex supplying the excitation coil We. As shown in Fig.2, the regulator 30 has a voltage supply input Vs and a voltage regulation loop input FB1.
  • the inputs Vs and FB1 are connected together to an output SR of regulator adaptation device 31.
  • Regulator matching device 31 also includes a voltage regulation loop input FB2, an enable input RV1, three enable inputs RV2, and an enable input RV3.
  • a communication link COM is also provided so as to allow an exchange of commands and status information between an electronic control unit (not shown) of the vehicle and the voltage regulation device 3.
  • the activation inputs RV1, RV2 and RV3 allow a so-called "stand-by" mode of the controller adaptation device 31 during which the latter is put to sleep and consumes little power.
  • All the circuits and devices of the alternator 1 are connected to a common ground, that is to say, to the terminal B- itself connected to the chassis of the vehicle.
  • the regulator adaptation device 31 is described below in detail with reference more particularly to FIG.
  • the regulator matching device 31 essentially comprises a voltage matching circuit 310, an activation electronic switch 31 1 and three activation control circuits 312, 313 and 314.
  • the voltage matching circuit 310 comprises an NPN transistor Q1 operating in linear mode, a diode-connected NPN transistor Q2 and two resistors R1, R2.
  • Transistor Q1 is emitter-follower mounted so as to have a low output impedance.
  • a collector electrode of transistor Q1 is connected to terminal B +.
  • An emitter electrode of the transistor Q1 is connected to the output SR of the regulator matching device 31.
  • a base electrode of transistor Q1 is connected to ground through transistor Q2 in series with resistor R2.
  • the resistor R1 has a first end connected to the base of the transistor Q1 and a second end connected to the terminal B + through the electronic switch 31 1.
  • Transistor Q2 is diode-mounted and has collector and base electrodes connected together to the base of transistor Q1.
  • the emitter of transistor Q2 is connected to ground through resistor R2.
  • the transistor Q2 diode mounted at the base of the transistor Q1 allows a temperature compensation of the transistor Q1 and opposes variations in the voltage at the output SR of the device 31 as a function of temperature.
  • the electronic activation switch 31 1 operates in switching mode and controls the operation in the conduction mode or in the blocking mode of the transistor Q1.
  • the electronic switch 31 1 essentially comprises a PNP transistor Q3 and resistors R3 and R4. Input terminals E1 and output S1 of switch 31 1, corresponding to emitter and collector electrodes of transistor Q3, are connected to terminal B + and to the second end of resistor R1 of circuit 310, respectively.
  • the electronic switch 31 1 also comprises a control terminal C1 connected to a base electrode of the transistor Q3 through the resistor R4 and which receives as input an activation signal AV. First ends of the resistors R3 and R4 are connected together at the base of the transistor Q3. Second ends of the resistors R3 and R4 are connected to the terminals E1 and C1, respectively.
  • the AV signal is produced by respective outputs, connected in "wired logic OR", activation control circuits 312, 313 and 314.
  • the control terminal C1 is at the ground potential (logic level "0"), defined by the signal AV
  • the electronic switch 31 1 is in a closed state in which the input terminals E1 and S1 of the output of the switch 31 1 are electrically connected through the transistor Q3 in the saturated state.
  • the control terminal C1 is at the potential Vb1 of the terminal B + (logic level "1"), defined by the signal AV
  • the electronic switch 31 1 is in an open state in which the input terminals E1 and output S1 of the switch 31 1 are electrically disconnected by the transistor Q3 in the off state.
  • the logic level “0" (mass) of the AV signal is obtained by means of open-collector transistors Q4, Q5 and Q6, in the on state, present at the output of the activation control circuits 312, 313 and 314.
  • the logic level “1" (potential Vb1) of the signal AV is fixed on the terminal C1 and the base of the transistor Q3 by the resistors R3 and R4 of the switch 31 1 when the open collector transistors Q4, Q5 and Q6 are all three blocked state.
  • the voltage Vb1 supplies the bias circuit of the transistor Q1, the bias circuit formed by the resistors R1, R2 and the diode-connected transistor Q2.
  • the voltage matching circuit 310 is then activated and the transistor Q1 delivers at the output SR a voltage Vb2 substantially equal to:
  • Vb2 Vb1 .R2 / (R1 + R2) - Vbe
  • Vbe is the emitter-base voltage (about 0.6V) of the transistor Q1 and that the collector-emitter voltage of the transistor Q3 in the saturated state is negligible.
  • this ratio RT is of the order of 4, V1 and V2 being respectively equal to 12 V and 48 V.
  • the closing / opening of the electronic switch 31 1 is controlled by the activation control circuits 312, 313 and 314.
  • the AV signal controlling the opening of the switch 31 1 is the result of an OR logic function.
  • the activation control circuit 312 has the function of controlling the activation of the device 31 when the ignition key of the vehicle (switch S1) is actuated.
  • the switch S1 of the ignition key is connected to the activation input RV1 of the device 31.
  • the circuit 312 is powered by the voltage Vb1.
  • the voltage Vb1 produces a current in the base of an NPN transistor Q5 of the circuit 312, through the resistor R6. This basic current causes a saturation of the transistor Q5 and the AV signal then switches to the logic state "0".
  • This logic state "0" of the AV signal controls the supply of the voltage matching circuit 310 and the activation of the device 31.
  • the activation control circuit 313 has the function of controlling the activation of the device 31 when phase voltages occur in the stator coils of the stator S. These phase voltages are applied to the activation inputs RV2 of the device 31. The presence of non-zero phase voltages indicates that the rotor S is rotating.
  • the activation control circuit 312 thus provides a redundancy in the detection, for the case for example where the circuit 312 in failure would not detect the operation of the ignition key (S1).
  • the phase voltages are rectified in monoalternance by DR diodes and summed at a first end of a resistor R8.
  • a second end of the resistor R8 is connected to first ends of resistors R5 and R9, a capacitor C1 and a cathode of a zener diode DZ1. Second ends of the components R9 and C1 and an anode of the diode DZ1 are connected to ground.
  • a second end of the resistor R5 is connected to a base electrode of an NPN transistor Q4.
  • the DR diodes, the capacitor C1 and the Zener diode DZ1 form a peak detection circuit, with a level clipping introduced by the zener diode DZ1. Level clipping is necessitated by the high and variable amplitudes that phase voltages can take.
  • a DC detection voltage then present in the circuit 313 causes the flow of a current in the base of the transistor Q4 whose emitter is connected to ground. This basic current causes a saturation of the transistor Q4 and the AV signal then switches to the logic "0". This logic state "0" of the AV signal controls the supply of the voltage matching circuit 310 and the activation of the device 31.
  • the purpose of the activation control circuit 314 is to control the activation of the device 31 when an activation instruction is received through the communication link COM.
  • Such an activation instruction may be transmitted by an electronic control unit of the vehicle, for example to force a voltage supply of the regulator 30 and allow communication between the control unit and the controller 30.
  • the control circuit activation 314 may thus, for example, allow communication between the control unit and the regulator 30 even if the vehicle is stopped, with the ignition off.
  • the instruction signal from the COM communication link is applied to the activation input RV3 of the device 31.
  • an instruction receiving circuit 3140 decodes the instruction signal and outputs an activation command CA3 to the active logic state "1" when activation of the device 31 is required.
  • the activation command CA3 at state “1” causes the passage of a current in the base of an NPN transistor Q6 whose emitter is connected to ground. This basic current causes a saturation of the transistor Q6 and the AV signal then switches to the logic state "0". This logic state "0" of the AV signal controls the supply of the voltage matching circuit 310 and the activation of the device 31.

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Description

DISPOSITIF DE REGULATION DE TENSION ET MACHINE ELECTRIQUE
TOURNANTE A EXCITATION EQUIPEE D'UN TEL DISPOSITIF
La présente invention concerne d'une manière générale le domaine des machines électriques tournantes à excitation notamment pour véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de régulation de tension apte à réguler la tension de sortie d'une machine électrique tournante à excitation, telle qu'un alternateur. Le dispositif de régulation selon l'invention est adapté pour la régulation d'une tension de bord d'alimentation électrique supérieure à 12 V, telle que 24 ou 48 V.
De manière classique, un alternateur pour véhicule automobile comprend un inducteur tournant sous la forme d'un rotor muni d'une bobine d'excitation et un stator muni de plusieurs bobines statoriques. Lorsque le rotor est tournant, les bobines statoriques fournissent des tensions alternatives qui sont redressées afin d'obtenir une tension continue. Cette tension continue est régulée de manière à fournir au réseau de bord d'alimentation électrique du véhicule une tension continue stable pour la charge de la batterie et l'alimentation des consommateurs connectés au réseau. La régulation de la tension de sortie de l'alternateur est faite en ajustant le courant d'excitation circulant dans la bobine du rotor. A vitesse de rotation et à charge constante, la réponse de l'alternateur à une variation du courant d'excitation est limitée par sa bande passante intrinsèque qui dépend essentiellement de ses caractéristiques électromécaniques. La tension de sortie doit être régulée de manière à garder une stabilité dans des plages de fonctionnement (plages de vitesse de rotation et de charge électrique) qui sont définies par le constructeur du véhicule. Pour ce faire, la tension de sortie de l'alternateur est mesurée et comparée en permanence à une valeur de consigne par un dispositif de régulation qui commande le courant d'excitation de manière à minimiser ou annuler l'erreur entre la tension de sortie mesurée et la valeur de consigne. Pour les applications dans les véhicules automobiles légers tels que voitures de tourisme la tension de sortie de l'alternateur est généralement régulée à une valeur de l'ordre de 14 V de manière à charger la batterie 12 V du véhicule et à alimenter le réseau de bord. Un grand nombre de ces régulateurs (dits régulateurs 12 V) ont été développés par les équipementiers automobiles pour répondre aux besoins des constructeurs. Ces régulateurs sont généralement construits autour d'un circuit ASIC et entraînent des coûts de développement importants.
Dans le contexte de la réduction de la consommation d'énergie des véhicules automobiles et des émissions de CO2, il est souhaitable de mettre en œuvre de nouvelles solutions autorisant des rendements énergétiques accrus. L'augmentation de la tension nominale du réseau de bord est une voie vers laquelle s'orientent les constructeurs automobiles. Cette augmentation de la tension nominale du réseau de bord autorise notamment une réduction des courants et, par voie de conséquence, des pertes par effet Joule.
Dans les véhicules électrifiés, de type «mild-hybride», «full-hybride» ou «tout électrique», des tensions de bord plus élevées permettent de meilleurs rendements pour les systèmes de freinage récupératif et les machines électriques tournantes. Des architectures à deux réseaux d'alimentation électrique avec des tensions différentes sont introduites par les constructeurs avec, par exemple, un premier réseau à 12 V (dit «réseau basse tension ») et un second réseau à 48 V (dit «réseau haute tension »). Le premier réseau de bord à 12 V alimente les consommateurs 12 V classiques dans un véhicule automobile, tels que l'éclairage, le tableau de bord, l'électronique de navigation, les lecteurs audio/video, etc.. Le second réseau de bord à 48 V alimente les machines de traction électrique et reçoit l'énergie électrique du freinage récupératif. Les deux réseaux de bord peuvent intégrer chacun un stockeur d'énergie tel qu'une batterie, par exemple une batterie au plomb 12 V pour le premier réseau et une batterie lithium-ion 48 V pour le second réseau. Un convertisseur DC-DC peut également être prévu dans l'architecture des réseaux de bord, afin de former une passerelle pour des transferts d'énergie entre réseaux. Selon les architectures, les moyens de génération d'énergie sont soit répartis sur les deux réseaux de bord, soit concentrés sur l'un ou l'autre des réseaux avec des transferts d'énergie à travers le convertisseur DC-DC.
Dans la période actuelle de changements technologiques, les équipementiers doivent répondre à des demandes diverses et proposer des alternateurs pour différentes valeurs de tension nominale. En effet, les solutions des constructeurs automobiles concernant les architectures des réseaux électriques et leurs tensions nominales sont encore loin d'être standardisées. Certains investissements relatifs à des machines avec des tensions nominales hors standard encourent donc le risque d'un retour financier insuffisant, notamment ceux attachés à l'ASIC intégré dans les régulateurs de tension et dont les coûts de développement sont importants.
Par ailleurs, s'ajoute à la problématique ci-dessous, la réactivité dont doivent faire preuve les équipementiers automobiles pour proposer des solutions viables sur une échelle de temps réduite dans le contexte très concurrentiel de l'industrie automobile.
Selon un premier aspect, la présente invention concerne un dispositif de régulation de tension équipant une machine électrique tournante telle qu'alternateur dans un véhicule automobile, le dispositif comprenant un régulateur de tension standard, le régulateur étant conçu pour réguler une tension continue de réseau de bord d'alimentation électrique à une première valeur de consigne à travers la commande d'un courant d'excitation fourni à la machine électrique tournante.
Conformément à l'invention, le dispositif de régulation de tension comprend également des moyens d'adaptation de régulateur connectés entre le réseau de bord d'alimentation électrique du véhicule et le régulateur pour autoriser, en combinaison avec le régulateur, une régulation de la tension continue du réseau de bord d'alimentation électrique à une seconde tension de consigne supérieure à la première tension de consigne pour laquelle est conçu le régulateur.
Selon une autre caractéristique, les moyens d'adaptation de régulateur comprennent un circuit d'adaptation de tension recevant en entrée la tension continue du réseau de bord d'alimentation électrique et délivrant en sortie une tension continue réduite appliquée à une entrée de boucle de régulation du régulateur et utilisée pour alimenter en tension le régulateur, le rapport de la tension continue de réseau de bord sur la tension continue réduite étant sensiblement égal au rapport de la seconde tension de consigne sur la première tension de consigne.
Selon une forme de réalisation particulière, le circuit d'adaptation de tension comprend un premier transistor bipolaire qui est monté en émetteur-suiveur et forme une source de tension à faible impédance délivrant la tension continue réduite.
Selon une autre caractéristique, le circuit d'adaptation de tension comprend un second transistor bipolaire monté en diode au niveau d'une électrode de base du premier transistor bipolaire pour compenser en température le premier transistor bipolaire et stabiliser en température la tension continue réduite.
Selon encore une autre caractéristique, les moyens d'adaptation de régulateur comprennent un interrupteur électronique et au moins un circuit de commande d'activation, l'interrupteur électronique ayant pour fonction d'activer ou de désactiver le circuit d'adaptation de tension en fonction d'une commande fournie par le circuit de commande d'activation.
Selon une forme de réalisation particulière, le circuit de commande d'activation comprend un circuit délivrant une commande d'activation lors de la fermeture d'un interrupteur de contact du véhicule, la commande d'activation provoquant une fermeture de l'interrupteur électronique et une activation consécutive du circuit d'adaptation de tension.
Selon une autre forme de réalisation particulière, le circuit de commande d'activation comprend un circuit délivrant une commande d'activation lorsque des tensions de phase sont détectées dans des bobines statoriques de la machine électrique tournante, la commande d'activation provoquant une fermeture de l'interrupteur électronique et une activation consécutive du circuit d'adaptation de tension.
Selon encore une autre forme de réalisation particulière, le circuit de commande d'activation comprend un circuit délivrant une commande d'activation lorsqu'une instruction d'activation est reçue à travers une liaison de communication entre le dispositif de régulation de tension et une unité électronique de contrôle du véhicule, la commande d'activation provoquant une fermeture de l'interrupteur électronique et une activation consécutive du circuit d'adaptation de tension. Selon un autre aspect, la présente invention concerne une machine électrique tournante, telle qu'alternateur, dans un véhicule automobile comprenant un stator, un rotor muni d'une bobine d'excitation, un circuit de redressement de tension et un dispositif de régulation de tension. Conformément à l'invention, la machine électrique tournante comporte un dispositif de régulation de tension tel que décrit brièvement ci-dessus.
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation particulière de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la Fig .1 est une vue schématique en coupe de la partie arrière d'une forme de réalisation d'un alternateur selon l'invention ;
- la Fig.2 est un bloc-diagramme électrique général de l'alternateur selon la forme de réalisation de la Fig.1 ; et
- la Fig.3 est un schéma électrique de principe d'une forme de réalisation du dispositif de régulation de tension selon l'invention.
En référence aux Figs.1 et 2, l'alternateur 1 selon l'invention comprend de manière classique un stator S et un rotor R, ainsi que des dispositifs de redressement de tension 2 et de régulation de tension 3 qui sont implantés au niveau d'un palier arrière de l'alternateur.
Dans cette forme de réalisation, le stator S est de type triphasé et comporte trois bobines statoriques montées en triangle. Le rotor R est entraîné en rotation par le moteur thermique et comporte une bobine d'excitation We.
Le dispositif de redressement de tension 2 est ici de type à redressement synchrone et comporte des transistors MOS-FET de puissance fonctionnant en diode idéale, c'est-à-dire, avec un très faible seuil de tension par rapport à une diode au silicium. Les transistors MOS-FET sont commandés par un circuit électronique qui est connu en soi et n'est pas représenté à la Fig.2.
Le dispositif de redressement de tension 2 a deux bornes de sortie de polarités électriques positive et négative reliées respectivement à des bornes positive B+ et négative B- d'une batterie BAT équipant le véhicule. La batterie BAT est ici une batterie au plomb de 48 V qui alimente un réseau de bord d'alimentation électrique 48 V du véhicule. Le dispositif de redressement de tension 2 délivre une tension continue redressée qui est régulée au moyen du dispositif de redressement de tension 2.
Comme cela apparaît à la Fig .1 , le dispositif de régulation de tension 3 est réalisé sous la forme d'un régulateur de tension porte-balais intégrant des balais B1 , B2 en contact électrique avec des bagues de collecteur C1 , C2, respectivement. Les bagues de collecteur C1 , C2, sont en cuivre et sont reliées électriquement aux extrémités du bobinage d'excitation We. De manière classique, la régulation de tension de l'alternateur 1 est obtenue par le contrôle d'un courant d'excitation lex circulant dans la bobine We. Le courant lex est modulé en PWM (« puise width modulation » en terminologie anglaise) par le dispositif de régulation de tension 3 en fonction d'une erreur entre une tension effective Vb1 du réseau de bord et une tension de consigne de régulation V2 du dispositif de régulation de tension 3.
Comme montré à la Fig.2, le dispositif de régulation de tension 3 comporte essentiellement un régulateur de tension 30 et un dispositif d'adaptation de régulateur 31 .
Dans l'esprit de l'invention, le régulateur de tension 30 est un régulateur standard disponible, faisant partie du catalogue de l'équipementier, mais donc la conception est re-travaillée pour y intégrer dans son boîtier de type « porte-balais » les composants du dispositif d'adaptation de régulateur 31 , et obtenir ainsi le dispositif de régulation de tension 3 à faible coût de développement.
Le régulateur de tension 30, en tant que régulateur disponible sur le catalogue, a été conçu pour réguler la tension de sortie de l'alternateur à une valeur de consigne V1 inférieure à la valeur de consigne V2 qui est celle à laquelle le dispositif de régulation de tension 3 doit réguler la tension de sortie de l'alternateur. Dans cette forme de réalisation de l'invention, le régulateur 30 est typiquement un régulateur 12 V, alors que le dispositif de régulation de tension 3 doit réguler la tension Vb1 à 48 V. De manière classique, le régulateur de tension 30 comporte un transistor de puissance de type MOS-FET qui assure le découpage en PWM du courant lex alimentant la bobine d'excitation We. Comme montré à la Fig.2, le régulateur 30 a une entrée d'alimentation en tension Vs et une entrée de boucle de régulation de tension FB1 . Ce régulateur 30 utilisé dans un alternateur 12 V aurait ses entrées Vs et FB1 reliées ensemble à la borne B+, à une tension Vb1 '= 12 V. Dans le cas de la présente invention, les entrées Vs et FB1 sont reliées ensemble à une sortie SR du dispositif d'adaptation de régulateur 31 .
Le dispositif d'adaptation de régulateur 31 comporte également une entrée de boucle de régulation de tension FB2, une entrée d'activation RV1 , trois entrées d'activation RV2 et une entrée d'activation RV3. Une liaison de communication COM est également prévue de manière à permettre un échange de commandes et d'informations d'état entre une unité électronique de contrôle (non représentée) du véhicule et le dispositif de régulation de tension 3.
Les entrées d'activation RV1 , RV2 et RV3 autorisent un mode dit de « stand- by » du dispositif d'adaptation de régulateur 31 pendant lequel ce dernier est mis en sommeil et consomme peu de courant.
L'ensemble des circuits et dispositifs de l'alternateur 1 sont reliés à une masse commune, c'est-à-dire, à la borne B- reliée elle-même au châssis du véhicule.
Le dispositif d'adaptation de régulateur 31 est décrit ci-dessous en détail en référence plus particulièrement à la Fig.3.
Comme montré à la Fig.3, le dispositif d'adaptation de régulateur 31 comprend essentiellement un circuit d'adaptation de tension 310, un interrupteur électronique d'activation 31 1 et trois circuits de commande d'activation 312, 313 et 314.
Le circuit d'adaptation de tension 310 comprend un transistor NPN Q1 fonctionnant en mode linéaire, un transistor NPN Q2 monté en diode et deux résistances R1 , R2. Le transistor Q1 est monté en émetteur-suiveur de manière à présenter une faible impédance de sortie. Une électrode de collecteur du transistor Q1 est reliée à la borne B+. Une électrode d'émetteur du transistor Q1 est reliée à la sortie SR du dispositif d'adaptation de régulateur 31 . Une électrode de base du transistor Q1 est reliée à la masse à travers le transistor Q2 en série avec la résistance R2. La résistance R1 comporte une première extrémité reliée à la base du transistor Q1 et une seconde extrémité reliée à la borne B+ à travers l'interrupteur électronique 31 1 .
Le transistor Q2 est monté en diode et comporte des électrodes de collecteur et de base reliées ensemble à la base du transistor Q1 . L'émetteur du transistor Q2 est relié à la masse à travers la résistance R2. Le transistor Q2 monté en diode au niveau de la base du transistor Q1 permet une compensation en température du transistor Q1 et s'oppose à des variations de la tension à la sortie SR du dispositif 31 en fonction de la température.
L'interrupteur électronique d'activation 31 1 fonctionne en régime de commutation et commande le fonctionnement en mode de conduction ou en mode de blocage du transistor Q1 . L'interrupteur électronique 31 1 comprend essentiellement un transistor PNP Q3 et des résistances R3 et R4. Des bornes d'entrée E1 et de sortie S1 de l'interrupteur 31 1 , correspondant à des électrodes d'émetteur et de collecteur du transistor Q3, sont reliées à la borne B+ et à la seconde extrémité de la résistance R1 du circuit 310, respectivement. L'interrupteur électronique 31 1 comporte également une borne de commande C1 reliée à une électrode de base du transistor Q3 à travers la résistance R4 et qui reçoit en entrée un signal d'activation AV. Des premières extrémités des résistances R3 et R4 sont reliées ensemble à la base du transistor Q3. Des secondes extrémités des résistances R3 et R4 sont reliées aux bornes E1 et C1 , respectivement.
Le signal AV est produit par des sorties respectives, reliées en « OU logique câblé », des circuits de commande d'activation 312, 313 et 314. Lorsque la borne de commande C1 est au potentiel de masse (niveau logique « 0 »), défini par le signal AV, l'interrupteur électronique 31 1 est à un état fermé dans lequel les bornes d'entrée E1 et de sortie S1 de l'interrupteur 31 1 sont électriquement reliées à travers le transistor Q3 à l'état saturé. Lorsque la borne de commande C1 est au potentiel Vb1 de la borne B+ (niveau logique « 1 »), défini par le signal AV, l'interrupteur électronique 31 1 est à un état ouvert dans lequel les bornes d'entrée E1 et de sortie S1 de l'interrupteur 31 1 sont électriquement déconnectées par le transistor Q3 à l'état bloqué. Le niveau logique « 0 » (masse) du signal AV est obtenu au moyen de transistors à collecteur ouvert Q4, Q5 et Q6, à état passant, présents en sortie des circuits de commande d'activation 312, 313 et 314. Le niveau logique « 1 » (potentiel Vb1 ) du signal AV est fixé sur la borne C1 et la base du transistor Q3 par les résistances R3 et R4 de l'interrupteur 31 1 lorsque les transistors à collecteur ouvert Q4, Q5 et Q6 sont tous trois à l'état bloqué.
Lorsque l'interrupteur électronique 31 1 est à l'état fermé, la tension Vb1 alimente le circuit de polarisation du transistor Q1 , circuit de polarisation formé par les résistances R1 , R2 et le transistor Q2 monté en diode. Le circuit d'adaptation de tension 310 est alors activé et le transistor Q1 délivre à la sortie SR une tension Vb2 sensiblement égale à :
Vb2 = Vb1 .R2/(R1 +R2) - Vbe ,
sachant que Vbe est la tension émetteur-base (environ 0,6V) du transistor Q1 et que la tension collecteur-émetteur du transistor Q3 à l'état saturé est négligeable.
Conformément à l'invention, les résistances R1 et R2 sont déterminées de manière à obtenir un rapport de tension RT = Vb2A/b1 sensiblement égal à celui des tensions de consigne du régulateur 30 et du dispositif 3, à savoir, sensiblement égal au rapport V1A/2. Dans le cas de la forme de réalisation décrite ici, ce rapport RT est de l'ordre de 4, V1 et V2 étant respectivement égales à 12 V et 48 V.
Lorsque l'interrupteur électronique 31 1 est à l'état ouvert, le circuit de polarisation du transistor Q1 n'est pas alimenté et le circuit d'adaptation de tension
310 est alors désactivé de manière à réduire la consommation de courant du dispositif 3.
La fermeture/ouverture de l'interrupteur électronique 31 1 est commandée par les circuits de commande d'activation 312, 313 et 314. Le signal AV commandant l'ouverture de l'interrupteur 31 1 est le résultat d'une fonction logique OU sur les signaux de commande d'activation CA1 , CA2 et CA3 délivrés par les circuits de commande d'activation 312, 313 et 314.
Le circuit de commande d'activation 312 a pour fonction de commander l'activation du dispositif 31 lorsque la clé de contact du véhicule (interrupteur S1 ) est actionnée. L'interrupteur S1 de la clé de contact est relié à l'entrée d'activation RV1 du dispositif 31 . Lorsque T'interrupteur S1 est fermé, le circuit 312 est alimenté par la tension Vb1 . La tension Vb1 produit un courant dans la base d'un transistor NPN Q5 du circuit 312, à travers la résistance R6. Ce courant de base provoque une saturation du transistor Q5 et le signal AV commute alors à l'état logique « 0 ». Cet état logique « 0 » du signal AV commande l'alimentation du circuit d'adaptation de tension 310 et l'activation du dispositif 31 .
Le circuit de commande d'activation 313 a pour fonction de commander l'activation du dispositif 31 lorsque des tensions de phase apparaissent dans les bobines statoriques du stator S. Ces tensions de phase sont appliquées aux entrées d'activation RV2 du dispositif 31 . La présence de tensions de phase non nulles signale que le rotor S est tournant. Le circuit de commande d'activation 312 apporte donc une redondance dans la détection, pour le cas par exemple où le circuit 312 en panne ne détecterait pas l'actionnement de la clé de contact (S1 ). Dans le circuit 313, les tensions de phase sont redressées en monoalternance par des diodes DR et sommées au niveau d'une première extrémité d'une résistance R8. Une seconde extrémité de la résistance R8 est reliée à des premières extrémités de résistances R5 et R9, d'un condensateur C1 et d'une cathode d'une diode de Zener DZ1 . Des secondes extrémités des composants R9 et C1 ainsi qu'une anode de la diode DZ1 sont reliées à la masse. Une seconde extrémité de la résistance R5 est reliée à une électrode de base d'un transistor NPN Q4. Les diodes DR, le condensateur C1 et la diode de Zener DZ1 forment un circuit de détection de pic, avec un écrêtage de niveau introduit par la diode de Zener DZ1 . L'écrêtage de niveau est rendu nécessaire par les amplitudes variables et élevées que peuvent prendre les tensions de phase. Lorsque des tensions de phase sont détectées dans le circuit 313, une tension continue de détection présente alors dans le circuit 313 provoque la circulation d'un courant dans la base du transistor Q4 dont l'émetteur est relié à la masse. Ce courant de base provoque une saturation du transistor Q4 et le signal AV commute alors à l'état logique « 0 ». Cet état logique « 0 » du signal AV commande l'alimentation du circuit d'adaptation de tension 310 et l'activation du dispositif 31 .
Le circuit de commande d'activation 314 a pour fonction de commander l'activation du dispositif 31 lorsqu'une instruction d'activation est reçue à travers la liaison de communication COM. Une telle instruction d'activation peut être transmise par une unité électronique de contrôle du véhicule, par exemple pour forcer une alimentation en tension du régulateur 30 et autoriser une communication entre l'unité de contrôle et le régulateur 30. Le circuit de commande d'activation 314 pourra ainsi, par exemple, autoriser une communication entre l'unité de contrôle et le régulateur 30 même si le véhicule est à l'arrêt, avec le contact coupé.
Le signal d'instruction provenant de la liaison de communication COM est appliqué à l'entrée d'activation RV3 du dispositif 31 . Dans le circuit 314, un circuit de réception d'instruction 3140 décode le signal d'instruction et délivre une commande d'activation CA3 à l'état logique actif « 1 » lorsqu'une activation du dispositif 31 est requise. La commande d'activation CA3 à l'état « 1 » provoque le passage d'un courant dans la base d'un transistor NPN Q6 dont l'émetteur est relié à la masse. Ce courant de base provoque une saturation du transistor Q6 et le signal AV commute alors à l'état logique « 0 ». Cet état logique « 0 » du signal AV commande l'alimentation du circuit d'adaptation de tension 310 et l'activation du dispositif 31 .
Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation particulière qui vient d'être décrite. D'autres réalisations sont possibles selon les applications envisagées par l'homme du métier et restent dans la portée des revendications annexées.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 . Dispositif de régulation de tension (3) équipant une machine électrique tournante (1 ) telle qu'alternateur dans un véhicule automobile, ledit dispositif (3) comprenant un régulateur de tension standard (30), ledit régulateur (30) étant conçu pour réguler une tension continue de réseau de bord d'alimentation électrique à une première valeur de consigne (V1 ) à travers la commande d'un courant d'excitation (lex) fourni à ladite machine électrique tournante (1 ), caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens d'adaptation de régulateur (31 ) connectés entre le réseau de bord d'alimentation électrique du véhicule et ledit régulateur (30) pour autoriser, en combinaison avec ledit régulateur (30), une régulation de la tension continue (Vb1 ) dudit réseau de bord d'alimentation électrique à une seconde tension de consigne (V2) supérieure à ladite première tension de consigne (V1 ) pour laquelle est conçu ledit régulateur (30).
2. Dispositif de régulation de tension selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens d'adaptation de régulateur (31 ) comprennent un circuit d'adaptation de tension (310) recevant en entrée ladite tension continue (Vb1 ) dudit réseau de bord d'alimentation électrique et délivrant en sortie une tension continue réduite (Vb2) appliquée à une entrée de boucle de régulation (FB1 ) dudit régulateur (30) et utilisée pour alimenter en tension ledit régulateur (30), le rapport de ladite tension continue de réseau de bord (Vb1 ) sur ladite tension continue réduite (Vb2) étant sensiblement égal au rapport de ladite seconde tension de consigne (V2) sur ladite première tension de consigne (V1 ).
3. Dispositif de régulation de tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circuit d'adaptation de tension (310) comprend un premier transistor bipolaire (Q1 ) qui est monté en émetteur-suiveur et forme une source de tension à faible impédance délivrant ladite tension continue réduite (Vb2).
4. Dispositif de régulation de tension selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit circuit d'adaptation de tension (310) comprend un second transistor bipolaire (Q2) monté en diode au niveau d'une électrode de base dudit premier transistor bipolaire (Q1 ) pour compenser en température ledit premier transistor bipolaire (Q1 ) et stabiliser en température ladite tension continue réduite (Vb2).
5. Dispositif de régulation de tension selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'adaptation de régulateur (31 ) comprennent un interrupteur électronique (31 1 ) et au moins un circuit de commande d'activation (312, 313, 314), ledit interrupteur électronique (31 1 ) ayant pour fonction d'activer ou de désactiver ledit circuit d'adaptation de tension (310) en fonction d'une commande (AV) fournie par ledit circuit de commande d'activation (312, 313, 314).
6. Dispositif de régulation de tension selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit au moins un circuit de commande d'activation (312, 313, 314) comprend un circuit (312) délivrant une commande d'activation (CA1 , AV) lors de la fermeture d'un interrupteur de contact (S1 , RV1 ) du véhicule, ladite commande d'activation (CA1 , AV) provoquant une fermeture dudit interrupteur électronique (31 1 ) et une activation consécutive dudit circuit d'adaptation de tension (310).
7. Dispositif de régulation de tension selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit au moins un circuit de commande d'activation (312, 313, 314) comprend un circuit (313) délivrant une commande d'activation (CA2, AV) lorsque des tensions de phase (RV2) sont détectées dans des bobines statoriques de ladite machine électrique tournante (1 ), ladite commande d'activation (CA2, AV) provoquant une fermeture dudit interrupteur électronique (31 1 ) et une activation consécutive dudit circuit d'adaptation de tension (310).
8. Dispositif de régulation de tension selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit au moins un circuit de commande d'activation (312, 313, 314) comprend un circuit (314) délivrant une commande d'activation (CA3, AV) lorsqu'une instruction d'activation est reçue (RV3) à travers une liaison de communication (COM) entre ledit dispositif de régulation de tension (3) et une unité électronique de contrôle dudit véhicule, ladite commande d'activation (CA3, AV) provoquant une fermeture dudit interrupteur électronique (31 1 ) et une activation consécutive dudit circuit d'adaptation de tension (310).
9. Machine électrique tournante, telle qu'alternateur, dans un véhicule automobile comprenant un stator (S), un rotor (R) muni d'une bobine d'excitation (We), un circuit de redressement de tension (2) et un dispositif de régulation de tension (3), caractérisée en ce que ledit dispositif de régulation de tension (3) est un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
10. Machine électrique tournante selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit circuit de redressement de tension (2) et de type à redressement synchrone et contient un pont de transistors de puissance de type MOS-FET.
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