Titre de l'invention : Système électronique comportant un module d'alimentation et un dispositif électronique

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne le domaine technique de l'électronique, et en particulier de la gestion de la consommation électrique d'appareils électroniques, notamment des dispositifs imageurs.

[0002] L'invention concerne tout particulièrement un système électronique comportant un module d'alimentation configuré pour alimenter un dispositif électronique.

Arrière-plan technologique

[0003] Dans le domaine ci-dessus, il est connu que la consommation en courant des dispositifs électroniques peut varier. En particulier, l'activation ponctuelle de certains composants du dispositif peut générer un pic de consommation important.

[0004] Par exemple, certains dispositifs imageurs sont configurés pour réaliser des captures d'images tridimensionnelles à l'aide d'une diode laser qui émet de la lumière, par exemple infrarouge, de façon impulsionnelle. L'activation de cette source lumineuse génère des pics de courant réguliers, qui peuvent poser des problèmes.

[0005] Par exemple, dans le cas d'une architecture dans laquelle les données de commande du dispositif et le courant d'alimentation transitent via un même câble coaxial, les pics de courant traversant le câble génèrent du bruit électromagnétique qui peut perturber la transmission des commandes, et donc le bon fonctionnement du système.

[0006] En outre, certaines unités électroniques de commandes ne sont pas capables de fournir des valeurs de courant suffisamment importantes, si bien qu'il peut être nécessaire d'utiliser une unité électronique de commande plus performante, donc plus coûteuse, simplement pour assurer le fonctionnement desdits composants, par exemple simplement pour assurer le fonctionnement de la diode laser dans le cas d'un dispositif imageur. Ainsi, pour toutes les autres opérations du dispositif, l'unité électronique est, du point de vue de son alimentation, surdimensionnée.

Résumé de l'invention

[0007] L'invention apporte une solution au problème susmentionné par un système comportant une unité électronique de commande alimentant un dispositif électronique.

[0008] Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système électronique comportant un module d'alimentation configuré pour alimenter un dispositif électronique, le dispositif électronique comportant au moins une source lumineuse, un accumulateur, et un module de commutation configuré pour que

- dans une première configuration, l'accumulateur soit électriquement couplé au module d'alimentation via le module de commutation et la diode ne soit pas alimentée,

- dans une deuxième configuration, l'accumulateur soit déconnecté du module d'alimentation et électriquement couplé à la source lumineuse via le module de commutation de façon à l'alimenter, le module de commutation étant un hacheur bidirectionnel dont la première configuration est une configuration de hacheur série et la deuxième configuration est une configuration de hacheur parallèle.

[0009] Ainsi grâce à l'invention, la source lumineuse, dont l'activation requiert un courant important, n'est pas alimentée directement par le module d'alimentation mais par l'accumulateur qui se charge lorsque la source lumineuse est inactive, ou éteinte. Ainsi, il est possible d'alimenter le dispositif avec un module d'alimentation présentant une capacité plus limitée. En outre, éviter de générer un courant trop important dans le système permet d'éviter des problèmes d'interférence électromagnétique.

[0010] Selon un mode de réalisation, le système comporte une unité électronique de commande qui comporte le module d'alimentation et qui est connectée au dispositif électronique par un câble coaxial, l'unité électronique de commande étant configurée pour commander et alimenter le dispositif électronique via le câble coaxial.

[0011] Selon un mode de réalisation, le dispositif électronique est un dispositif de mesure optique ou un dispositif imageur.

[0012] Selon un mode de réalisation, la source lumineuse est une diode laser.

[0013] Selon un mode de réalisation, la source lumineuse est une diode laser à cavité verticale émettant par la surface.

[0014] Selon un mode de réalisation, le module de commutation est configuré pour passer de la première configuration à la deuxième configuration lorsque la tension aux bornes de l'accumulateur atteint une première valeur prédéterminée.

[0015] Selon un mode de réalisation, le module de commutation est configuré pour passer de la deuxième configuration à la première configuration lorsque la tension aux bornes de l'accumulateur atteint une deuxième valeur prédéterminée.

[0016] Selon un mode de réalisation, le système comporte un capteur optique.

[0017] Selon un mode de réalisation, la source lumineuse est configurée pour générer des impulsions lumineuses périodiques.

[0018] Selon un mode de réalisation, le module de commutation comporte un premier interrupteur couplé entre l'unité électronique de commande et une première borne de la source lumineuse, et/ou un deuxième interrupteur couplé entre une deuxième borne de la source lumineuse et la masse, et/ou un condensateur couplé entre la première borne de la source lumineuse et la masse, et/ou une résistance couplée entre la première borne de la source lumineuse et une bobine dont une première borne est couplée à la résistance et une deuxième borne est couplée à un troisième interrupteur, et/ou un quatrième interrupteur dont une première borne est couplée à la deuxième borne de la bobine et la masse, l'accumulateur étant couplé entre une deuxième borne du quatrième interrupteur et la masse, le système étant configuré pour être dans la première configuration lorsque le premier interrupteur est fermé et le deuxième interrupteur est ouvert, et dans la deuxième configuration lorsque le premier interrupteur est ouvert et le deuxième interrupteur est fermé.

[0019] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Brève description des figures

[0020] De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où :

[0021] [Fig. 1] est une vue schématique d'un système électronique selon un mode de réalisation de l'invention,

[0022] [Fig. 2] est un schéma électrique d'un dispositif électronique du système de la figure 1,

[0023] [Fig. 3] est un chronogramme illustrant le fonctionnement du dispositif électronique de la figure 2.

[0024] Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.

[0025] Un système électronique tel que représenté schématiquement sur la figure 1 est désigné dans son ensemble par le signe de référence 1.

[0026] Par exemple, le système 1 est ici un capteur optique, par exemple, un système imageur configuré pour réaliser des captures d'images, notamment des images tridimensionnelles ou de simples mesures de profondeurs, notamment en mettant en œuvre des mesures dites de « temps de vol ». A cette fin, le système 1 comporte une source lumineuse 9 configuré pour générer des impulsions lumineuses, et un capteur optique 8 configuré pour détecter lesdites impulsions lumineuses, par exemple après réflexion sur des éléments de l'environnement du système.

[0027] Par exemple, le système électronique 1 peut être embarqué dans un véhicule automobile, et faire partie d'un système d'aide à la conduite. [0028] Le système électronique 1 comporte ici une unité électronique de commande 2 (autrement appelée ECU, pour « Electronic Control Unit », selon la terminologie anglo-saxonne) et un dispositif électronique 3. L'unité électronique de commande est configurée pour alimenter et commander le dispositif électronique 3, qui comporte le capteur 8 et la source lumineuse 9. Un même câble coaxial 4 permet le transit d'un courant d'alimentation 12 et d'instructions informatiques de commande depuis l'unité électronique de commande 2 vers le dispositif électronique 3.

[0029] L'unité électronique de commande 2 comporte ici un module d'alimentation 5 configuré pour fournir le courant d'alimentation 12, et un module de traitement informatique configuré pour générer les instructions informatiques de commande.

[0030] Un circuit sérialiseur 6 est ici couplé entre le module de traitement informatique 23 et le câble coaxial 4 et est configuré pour adapter les instructions informatiques au transfert sur le câble coaxial 4.

[0031] Afin de limiter les interférences entre le courant d'alimentation 12 et les instructions informatiques, l'unité électronique de commande 2 comporte en outre un filtre 7 couplé entre le module d'alimentation 5 et le câble coaxial 4. Par exemple ici, le Filtre est de type PoC (« Power Over Coax », selon la terminologie anglo-saxonne) et permet de combiner le signal d'alimentation continue et les données transmises.

[0032] Le dispositif électronique 3 comporte ici un circuit intégré de gestion de l'alimentation 10 (PMIC, pour « Power Management Integrated Circuit », selon la terminologie anglo-saxonne), couplé entre le câble coaxial 4 et le capteur 8, qui est configuré pour réaliser des opérations sur la tension d'alimentation du capteur 8, par exemple des opérations de régulation et de séquencement de l'alimentation.

[0033] Un circuit désérialiseur 11 est couplé entre le câble coaxial 4 et le capteur 8 et est configuré pour remettre en forme les instructions informatiques modifiées par le circuit sérialiseur 6.

[0034] Le capteur optique 8 est ici une photodiode ou un ensemble de photodiodes et la source lumineuse 9 est ici une diode laser, par exemple une diode laser à cavité vertical émettant par la surface (VCSEL , « Vertical Cavity Surface-Emitting Laser », selon la terminologie anglo-saxonne).

[0035] Un deuxième filtre 71 permet de séparer le signal d'alimentation continue et les données reçues.

[0036] Le dispositif électronique 3 comporte un module de commutation 12 couplé à la source lumineuse 9 et à un accumulateur 13, ici un premier condensateur. Le module de commutation est soit dans une première configuration, soit dans une deuxième configuration. Selon la configuration du module de commutation 12, la diode 9 sera alimentée ou non.

[0037] Dans la première configuration, le module de commutation 12 est configuré pour coupler l'accumulateur 13 à l'unité électronique de commande 2 de façon qu'il se charge. Dans cette première configuration, la source lumineuse 9 est déconnectée de l'unité électronique de commande 2 et du condensateur 13 et n'est pas alimentée. Elle n'émet donc pas de signal lumineux.

[0038] Dans sa deuxième configuration, l'accumulateur 13 est déconnecté de l'unité électronique de commande 2 et est électriquement couplé à la source lumineuse 9. Dans cette deuxième configuration, la diode 9 est alimentée par l'accumulateur 13 et émet donc un signal lumineux.

[0039] De façon préférentielle, la durée pendant laquelle le module de commutation 12 est dans sa première configuration est nettement supérieure à la durée pendant laquelle le module de commutation est dans sa deuxième configuration 12, par exemple au moins trois fois supérieure, de façon que le signal émis par la diode soit impulsionnel.

[0040] Ainsi, l'alimentation de la source lumineuse 9 par l'accumulateur 13 permet d'éviter la génération d'un pic du courant d'alimentation 12 (correspondant à l'impulsion lumineuse de la source lumineuse) dans le câble coaxial, puisque la diode n'est jamais directement alimentée par l'unité électronique de commande, mais par l'accumulateur 13.

[0041] Selon certains modes de réalisation, le module de commutation 12 peut réaliser des opérations sur la tension aux bornes de la diode et sur la tension aux bornes du premier condensateur 13, notamment des opérations d'élévation de tension ou d'abaissement de tension, comme il sera vu ci-après.

[0042] La figure 2 est un schéma électrique illustrant de façon partielle le dispositif électronique 2, et plus particulièrement ici illustrant le module de commutation selon un tel mode de réalisation. A des fins de simplification, l'unité électronique de commande 2 est représentée de façon schématique par un seul bloc. La tension et le courant délivrés par le module de commande 2 au module de commutation 13 sont ici respectivement notés V2 et 12.

[0043] Une diode anti-retour 14, ou diode de protection contre le courant inverse, est ici couplée entre l'unité électronique de commande 2 et le module de commutation 12 afin d'éviter que, pendant le fonctionnement du module de commutation, un courant inverse ne puisse endommager l'unité électronique de commande 2.

[0044] Le module de commutation 12 comporte un premier interrupteur 15, couplé entre la cathode de la diode anti-retour 14 et l'anode de la diode 9. Un deuxième interrupteur 16 est couplé entre la cathode de la diode 9 et la masse.

[0045] Le module de commutation 12 comporte en outre un deuxième condensateur 17 dont une première borne est ici couplée à la cathode de la diode 9 et dont une deuxième borne est couplée à la masse. Une résistance 18 est couplée en série avec une bobine 19 entre la première borne du deuxième condensateur 17 et une première borne d'un troisième interrupteur 20 dont la deuxième borne est couplée à la masse.

[0046] Un quatrième interrupteur 21 est couplé entre la première borne du troisième interrupteur et une première borne du premier condensateur 13. Une deuxième borne du premier condensateur 13 est couplée à la masse.

[0047] Dans cet exemple, chacun des interrupteurs 14, 15, 20 et 21 comporte un transistor ou un ensemble de transistors, par exemple un ou plusieurs transistors à effet de champ à grille métal oxyde, ou transistors MOSFET (« Métal Oxyde Field Effect Transistor », selon la terminologie anglo-saxonne). Les interrupteurs sont ici commandés par le module de traitement informatique 23. [0048] Dans la configuration décrite ici, le module de commutation 12 est un hacheur bidirectionnel synchrone qui, dans la première configuration, présente une configuration de hacheur série (« Buck driver», selon la terminologie anglo- saxonne) et, dans la deuxième configuration, présente une configuration de hacheur parallèle (« Boost driver », selon la terminologie anglo-saxonne).

[0049] Un cadre en pointillé présentant la référence numérique 22 délimite la partie du module de commutation qui, dans chacune des configurations, forme un hacheur synchrone (série ou parallèle). L'ouverture et la fermeture, de façon complémentaire, des deux interrupteurs 15 et 16 permet de passer de la première configuration à la deuxième configuration. Ainsi, le hacheur 22 et les interrupteurs 14 et 15 (commandés par le module de traitement informatique) forment le hacheur bidirectionnel.

[0050] En particulier, dans la première configuration, le premier interrupteur 15 est fermé (le ou les transistors MOSFET correspondants sont passants) et le deuxième interrupteur 16 est ouvert (le ou les transistors MOSFET sont bloqués). Le hacheur 22 se comporte comme un hacheur série dont la tension d'entrée est la tension V2, et dont la tension de sortie est la tension V13 aux bornes du premier condensateur 13.

[0051] Dans la deuxième configuration, le premier interrupteur 15 est ouvert (le ou les transistors MOSFET correspondants sont bloqués) et le deuxième interrupteur 16 est fermé (le ou les transistors MOSFET sont passants). Le hacheur 22 se comporte comme un hacheur parallèle dont la tension d'entrée est la tension V13 aux bornes du premier condensateur, et dont la tension de sortie est la tension V9 aux bornes de la diode 9.

[0052] Dans l'une ou l'autre de la première configuration et deuxième configuration, le troisième interrupteur 20 et le quatrième interrupteur 21 sont configurés pour commuter de façon complémentaire.

[0053] Le fonctionnement du module de commutation 12 sera décrit ci-après en lien avec le chronogramme de la figure 3. [0054] Les quatre premières lignes du chronogramme sont relatives aux états des interrupteur 15, 16, 20 et 21 (ou aux tensions de grilles des transistors correspondants). Sur ces lignes, un niveau haut correspond à un état fermé, ou passant, de l'interrupteur correspondant, et un niveau bas, ou nul, correspond à un état ouvert, ou bloqué, de l'interrupteur correspondant.

[0055] La cinquième ligne du chronogramme illustre l'évolution de la tension V13 aux bornes du premier condensateur 13. La sixième ligne du chronogramme illustre l'évolution du courant d'alimentation 12 et la septième et dernière ligne illustre l'évolution du courant 19 traversant la diode 9.

[0056] Deux périodes successives PI et P2 du module de commutation en fonctionnement sont illustrées ici. Dans chaque période, le module de commutation est d'abord dans la première configuration, puis dans la deuxième configuration. Initialement, tous les interrupteurs sont ouverts, ou bloqués.

[0057] A un premier instant tl, le module de commutation passe dans la première configuration. Le premier interrupteur 15 devient passant et le deuxième interrupteur reste bloqué. Le troisième interrupteur et le quatrième interrupteur commutent de façon complémentaire. Par exemple, le rapport cyclique al du troisième interrupteur 20 dans la première configuration est ici déterminé selon la formule suivante :

[0058] [Math. 1]

[0059] al = (713 - V2) /V13

[0060] Le premier condensateur 13 se charge et la tension V13 à ses bornes augmente progressivement. Le courant 12 prend une première valeur. En raison de la configuration en hacheur série du module de commutation 13, la tension V13 aux bornes du condensateur est supérieure à la tension entre l'anode de la diode 9 et la masse.

[0061] Lorsque la tension V13 atteint un seuil de tension prédéterminé, ici à un deuxième instant t2, tous les interrupteurs passent à l'état bloqué jusqu'à un troisième instant t3. Entre les instant t2 et t3, le module de commutation est dans une configuration transitoire, c'est-à-dire qu'il n'est ni dans la première configuration, ni dans la deuxième configuration. Pendant cette période, la tension V13 aux bornes du premier condensateur 13 reste sensiblement constante et aucun courant ne circule dans le module de commutation 12. Une telle période transitoire est avantageuse afin d'éviter que le premier interrupteur 15 et le deuxième interrupteur 16 ne soient passants simultanément.

[0062] Au troisième instant t3, le module de commutation 12 passe dans la deuxième configuration. Le deuxième interrupteur 16 devient passant et le premier interrupteur 15 reste bloqué. Le troisième interrupteur 20 et le quatrième interrupteur 21 commutent de façon complémentaire. Par exemple, le rapport cyclique du troisième interrupteur 20 dans la deuxième configuration est ici déterminé selon la formule suivante :

[0063] [Math. 2]

[0064] al = V9/V13,

[0065] Le premier condensateur 13 se décharge et alimente la diode 9 qui est traversé par le courant 19. En raison de la configuration en hacheur parallèle du module de commutation 12, la tension V13 aux bornes du condensateur est supérieure à la tension aux bornes de la diode 9.

[0066] Lorsque la tension V13 aux bornes du premier condensateur 13 atteint un deuxième seuil prédéterminé, ici à un quatrième instant t4, le module de commutation 12 repasse dans la configuration transitoire et tous les interrupteurs passent ou restent dans un état bloqué.

[0067] La deuxième période P2 se déroule de façon analogue au déroulement de la première période.

[0068] Les modes de réalisation décrits ici en lien avec les figures 1 à 3 ne sont nullement limitatifs. Notamment, bien qu'il ait été décrit ici une connexion entre l'unité électronique de commande 2 et le dispositif électronique 3 par l'intermédiaire d'un câble coaxial, l'invention est compatible avec une communication et une alimentation via des lignes distinctes. [0069] Par ailleurs, les modes d'implémentation des interrupteurs sous la forme d'un ou plusieurs transistors MOSFET décrits ici ne sont nullement limitatifs, et l'on pourrait envisager d'implémenter les interrupteurs de toute autre manière.

[0070] Diverses autres modifications peuvent être apportées à l'invention dans le cadre des revendications annexées.