ET ALTERNATEUR CORRESPONDANTS DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.

La présente invention concerne un procédé de contrôle d'un dispositif de régulation d'un alternateur de véhicule automobile. L'invention concerne aussi ce dispositif de régulation, ainsi que l'alternateur comportant ce dispositif de régulation. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION.

Pour des raisons de sécurité évidentes, les équipements importants d'un véhicule automobile sont munis de dispositifs de détection et de signalisation de toute anomalie de fonctionnement.

La génératrice de bord, constituée généralement d'un alternateur dont les tensions de phases sont redressées, est l'un de ces équipements importants, et tout conducteur connaît l'emplacement du voyant rouge dit « de charge » sur le tableau de bord de sa voiture.

La généralisation de l'utilisation de l'électronique à bord des véhicules, souvent en remplacement des éléments électromécaniques, permet une détection toujours plus fine des défauts de fonctionnement et des circonstances des pannes, à des fins de diagnostic, de signalisation ou de protection des équipements.

Par exemple, le régulateur de tension électronique décrit dans la demande de brevet FR2642580 de la société VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR comporte des moyens de détection des défauts qui analysent la concordance entre différents paramètres accessibles, notamment la concordance entre:

- la tension en sortie de l'alternateur et la tension aux bornes de l'inducteur;

- la tension en sortie de l'alternateur et la tension aux bornes des entrées phases.

La seconde hypothèse permet de détecter indirectement les défauts suivants:

- l'absence de rotation de l'alternateur (courroie cassée) ;

- un circuit d'excitation ouvert (bobinage inducteur ouvert, balai coincé dans son logement, etc .).

La société VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR a décrit dans la demande de brevet FR2910639 un procédé similaire de détection d'une solution de continuité du circuit d'excitation s'appliquant au cas où le circuit magnétique de l'alternateur comporte des aimants permanents ou présente une forte rémanence.

Les régulateurs d'alternateurs modernes intègrent un étage de puissance, généralement un transistor dit "high side", qui contrôle un courant d'excitation circulant dans un enroulement d'excitation d'un rotor de l'alternateur.

Le rotor crée un champ magnétique dont la valeur est ajustée par le courant d'excitation afin de maintenir la tension continue générée par l'alternateur, après redressement des tensions de phases, à la valeur désirée.

Or la sortie de cet étage de puissance peut se trouver en court-circuit, un type de défaillance du circuit d'excitation qui n'est pas détecté dans les procédés connus rappelés ci-dessus et qui demande donc à être amélioré.

DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION.

La présente invention vise donc à pallier les inconvénients de l'absence de détection de ce type de défaillance afin de gérer un courant de court-circuit et de garantir l'intégrité des composants du régulateur.

Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de contrôle d'un dispositif de régulation d'un alternateur de véhicule automobile asservissant une tension continue générée par cet alternateur à une valeur de consigne prédéterminée.

Cette tension continue est asservie en contrôlant un courant circulant dans un circuit d'excitation comportant un enroulement d'excitation d'un rotor de l'alternateur au moyen d'un commutateur à semi-conducteur commandé par un signal de commande d'une période prédéterminée.

Le procédé de contrôle d'un dispositif de régulation d'un alternateur de véhicule automobile objet de la présente invention est du type de ceux connus en soi comprenant une détection d'une défaillance du circuit d'excitation.

Dans le procédé selon l'invention, on détecte au moins un court-circuit de l'enroulement d'excitation.

Selon l'invention, on génère le signal de commande à partir d'une combinaison d'un signal de consigne, formé par des impulsions de la période prédéterminée présentant un rapport cyclique représentatif de la valeur de consigne, et d'un signal de détection indicatif du court-circuit.

Selon l'invention encore, on pilote le commutateur à semi-conducteur en transconducteur par le signal de commande pendant au moins une première partie de cette période prédéterminée avec au moins une pente en courant prédéterminée en limitant une intensité du courant d'excitation à une valeur limite prédéterminée.

Simultanément ou non, selon l'invention, on commute le commutateur à semi-conducteur dans un état passant par le signal de commande pendant au moins une deuxième partie de la période prédéterminée en limitant cette intensité du courant d'excitation à cette valeur limite prédéterminée.

Dans le procédé selon l'invention,

- dès que l'intensité du courant d'excitation atteint un seuil haut prédéterminé, on lance un premier compteur pendant un premier délai prédéterminé;

- pendant ce premier délai, on calcule une valeur d'estimation d'un état de court- circuit à partir de l'intensité du courant d'excitation;

- après le premier délai, si la valeur d'estimation de l'état de court-circuit est supérieure à un seuil bas prédéterminé, alors on active le signal de détection;

- si la valeur d'estimation de l'état de court-circuit est inférieure au seuil bas, alors on réinitialise le premier compteur;

- après l'activation du signal de détection, on pilote le commutateur à semiconducteur par le signal de commande avec la pente en courant prédéterminée pour effectuer une transition vers un état ouvert;

- on génère un second délai prédéterminé au moyen d'un second compteur et on maintient le commutateur à semi-conducteur dans l'état ouvert pendant le second délai.

Selon un mode de réalisation particulier du procédé de l'invention, la valeur d'estimation de l'état de court-circuit est la valeur moyenne de l'intensité du courant d'excitation.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la valeur limite et le premier délai sont définis de manière à ce qu'une puissance à dissiper soit inférieure à une puissance maximum admissible par un dissipateur du commutateur à semiconducteur.

L'invention concerne aussi un dispositif de régulation d'un alternateur de véhicule automobile adapté à la mise en œuvre du procédé décrit ci-dessus.

Ce dispositif comprend des moyens d'asservissement d'une tension continue générée par l'alternateur à une valeur de consigne prédéterminée en contrôlant un courant circulant dans un circuit d'excitation comportant un enroulement d'excitation d'un rotor de l'alternateur au moyen d'un commutateur à semi-conducteur commandé par un signal de commande d'une période prédéterminée. Le dispositif de régulation dont il s'agit est du type de ceux comprenant en outre des moyens de détection d'une défaillance du circuit d'excitation.

Dans le dispositif de régulation selon l'invention, ces moyens de détection détectent au moins un court-circuit de l'enroulement d'excitation.

Selon l'invention, les moyens d'asservissement comprennent une boucle de régulation générant un signal de consigne formé par des impulsions de la période prédéterminée présentant un rapport cyclique représentatif de la valeur de consigne et les moyens de détection comprennent un module de détection générant un signal de détection indicatif du court-circuit,

Le dispositif de régulation selon l'invention comprend en outre des moyens de combinaison du signal de consigne et du signal de détection produisant un signal d'entrée d'un circuit de pilotage générant le signal de commande

Dans le dispositif de régulation selon l'invention, le module de détection comprend:

- des moyens de mémorisation d'un seuil haut prédéterminé et d'un seuil bas prédéterminé;

- des moyens d'acquisition d'une intensité du courant d'excitation;

- des premiers moyens de comparaison de cette intensité au seuil haut prédéterminé et au seuil bas prédéterminé;

- un premier compteur déclenché par les moyens de comparaison fixant un premier délai prédéterminé;

- des moyens de calcul d'une valeur d'estimation du court-circuit à partir du courant d'excitation pendant le premier délai;

- des seconds moyens de comparaison de cette valeur d'estimation du court-circuit au seuil bas prédéterminé;

- un second compteur déclenché par les seconds moyens de comparaison fixant un second délai prédéterminé.

L'objet de l'invention est aussi un alternateur de véhicule automobile comprenant un dispositif de régulation tel que décrit précédemment.

Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.

Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS.

La Figure 1 illustre une surintensité du courant d'excitation en cas de court- circuit de l'enroulement d'excitation du rotor d'un alternateur sans le dispositif de régulation selon l'invention.

La Figure 2 montre une caractéristique d'un transistor de puissance de type MOSFET mis en œuvre dans le dispositif de régulation selon l'invention,

La Figure 3 représente un dispositif de régulation selon l'invention et un modèle en mode transconducteur du transistor de puissance dont la caractéristique est montrée sur la Figure 2.

La Figure 4a représente des diagrammes de temps illustrant le procédé de contrôle du dispositif de régulation selon l'invention dans le cas où le court-circuit se produit quand le transistor de puissance est dans un état ouvert.

La Figure 4b représente des diagrammes de temps illustrant le procédé de contrôle du dispositif de régulation selon l'invention dans le cas où le court-circuit se produit quand le transistor de puissance est dans un état passant.

La Figure 5 représente des diagrammes de temps illustrant une variante du procédé de contrôle du dispositif de régulation selon l'invention dans le cas où le court-circuit se produit quand le transistor de puissance est dans un état passant.

La Figure 6 est un schéma de principe de la détection d'un court-circuit dans le dispositif de régulation selon l'invention. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION.

Les régulateurs d'alternateurs intègrent souvent une fonction de protection contre les courants de court circuit. Ces fonctions sont de conceptions élémentaires avec une coupure de l'étage de puissance en cas de dépassement du courant par rapport à une valeur prédéfinie lcc_Th, tel que présenté sur la Figure 1.

Quand un court-circuit se produit dans l'étage de puissance alors que le transistor Tr est dans l'état passant ON, l'intensité I du courant dans l'enroulement d'excitation croît très rapidement avec une pente ascendante 1 ne dépendant que des impédances présentes dans le circuit d'excitation Le temps de court-circuit ΔΤ, c'est-à-dire le temps pendant lequel le transistor Tr reste à l'état passant ON avant que la fonction de protection ne commande son passage à l'état ouvert OFF, dépend du temps de réaction de l'électronique et est peu contrôlé.

II en résulte que l'intensité I circulant dans le circuit d'excitation peut atteindre une valeur Imax très importante alors que la résistance R _D s(ON) d'un transistor de puissance Tr de type MOSFET reste très faible avant que l'intensité I ne décroisse selon une pente descendante 2 quand le transistor Tr commute à l'état ouvert OFF.

Le principe du procédé de contrôle d'un dispositif de régulation d'un alternateur de véhicule automobile selon l'invention est d'utiliser la dépendance d'un courant de drain l _D d'un transistor de puissance MOSFET d'une tension grille- source V _G s montrée sur la Figure 2 pour contrôler le transistor "high side" 3 du dispositif de régulation 4 montré sur la Figure 3 afin de limiter le courant I D dans l'étage de puissance 5 quand l'enroulement d'excitation 6 est en court-circuit.

En montage "source commune", en dehors du mode de fonctionnement ouvert OFF/ passant ON, un transistor MOSFET 3 peut fonctionner temporairement en mode transconducteur (dans une zone de saturation Sat. en dehors d'une zone ohmique Res. pour une tension drain- source V _D s suffisamment élevée), c'est-à-dire comme un générateur de courant 7 d'impédance infinie contrôlé en tension, comme le représente le modèle équivalent de la Figure 3.

Pour une faible tension grille- source V _G si (mais supérieure à un tension de seuil VTH), l'intensité de drain l _D i est faible, pour une tension grille- source V _G s2 moyenne, l'intensité de drain \ _D2 correspondante est moyenne, et pour une tension grille- source V _G s3 élevée, l'intensité de drain l _D 3 est forte, comme le montre bien la Figure 2.

Dans le procédé selon l'invention, le transistor 3 est donc polarisé avec une tension grille-source V _G s telle que le courant passant dans le transistor 3 ne puisse dépasser une valeur prédéterminée ILIM, comme il le sera expliqué en liaison avec les Figures 4a, 4b et 5.

Par exemple, pour la faible tension grille- source V _GS i , l'intensité du courant d'excitation I D sera limitée à la zone hachurée 8 de la Figure 2.

On notera que le transistor 3 en générateur de courant 7 sera aussi avantageusement utilisé pour gérer une commutation de courant entre ce transistor 3 et une diode de roue libre 9. Le fonctionnement de l'étage de puissance 5 est à période fixe T ou plus rarement à fréquence variable; dans les deux cas le rapport cyclique r est variable pour asservir la tension de sortie B+A de l'alternateur à une valeur de consigne.

Sur la Figure 3, on notera que l'étage de puissance 5 est commandé EXC_DR par une combinaison 10 d'un signal de consigne EXC (impulsions modulées en largeur d'un rapport cyclique r calculé par l'algorithme de régulation 1 1 ) et d'un signal de détection de court circuit ThJHEXCCD formé dans un module de détection 12.

La combinaison EXC_DR est appliquée à une entrée d'un circuit de pilotage 13 qui commande en tension V _G s la grille G du transistor de puissance 3.

Quand le court circuit SC se produit, on a deux cas de figures :

- le court circuit SC apparaît lorsque le transistor 3 est dans l'état ouvert OFF ou pendant la transition de commutation en courant;

- le court circuit SC apparaît lorsque le transistor 3 est dans l'état passant ON.

Dans le premier cas illustré sur la Figure 4a, l'intensité IROT du courant d'excitation monte suivant une stratégie de pente en courant prédéterminée dans le mode de fonctionnement du transistor 3 en transconducteur.

Quand l'intensité IROT atteint un seuil haut prédéterminé TH_SC_HIGH, on considère que l'enroulement d'excitation 6 est en court-circuit.

L'intensité IROT du courant est alors limitée à une valeur limite prédéterminée ILIM pendant un premier délai prédéterminé T1 , puis redescend suivant la pente en courant prédéterminée.

Le premier délai T1 et la valeur limite ILIM sont définis pour que la puissance à dissiper soit inférieure à la puissance maximum qu'un dissipateur du transistor 3 puisse dissiper .

Dans le second cas illustré sur la Figure 4b, l'intensité IROT du courant de court circuit est limitée à la valeur limite ILIM pendant le premier délai prédéterminé T1 , puis redescend suivant la pente en courant prédéterminée. Une première solution est d'utiliser le transistor 3 en limitation de courant. Cela conduit à appliquer une tension grille- source V _G s inférieure à une valeur maximale; la RDS(ON) n'est donc pas minimum, ce qui concourt à un échauffement supplémentaire. Une alternative à cette solution, lorsque le transistor 3 est dans l'état passant ON lors d'un court-circuit SC, est de commuter le transistor 3 dans l'état passant, c'est-à-dire avec une résistance drain- source RDS(ON) minimale.

Lorsque le court-circuit SC est détecté par le franchissement d'un seuil lcc_Th (Figure 5), on bascule immédiatement le transistor 3 du mode ouvert/ passant au mode transconducteur et on limite l'intensité IROT du courant d'excitation à la valeur limite ILIM pendant le premier délai premier délai prédéterminé T1 .

On note que lors de la commutation de l'état passant ON vers le mode transconducteur, le temps d'établissement de la tension V _G s n'est pas immédiat. L'intensité IROT du courant de court-circuit est au pire cas B+A/R _D s(ON), si l'on considère un circuit d'excitation sans composants parasites. Puis elle diminue pour atteindre la valeur ILIM comme le montre bien la Figure 5. Le courant pourra présenter des oscillations dues aux condensateurs et selfs résiduelles présents dans le circuit.

Un temps de confirmation est fixé par calcul afin qu'une quantité de chaleur produite par le court circuit SC puisse être évacuée par le dissipateur du transistor de puissance 3. Pour cela, on fixe on second délai T2 supérieur à un temps minimum T_retry_min avant de remettre le transistor 3 dans l'état passant car le court-circuit peut apparaître n'importe quand, par rapport aux impulsions du signal de consigne EXC.

La Figure 6 montre un exemple de réalisation du temps de confirmation et de la gestion du temps minimum T_retry_min.

L'algorithme générique qui est implémenté dans les moyens de traitement 14 du dispositif de régulation 4 selon l'invention est le suivant :

- dès qu'un premier comparateur 15 détermine qu'une mesure de l'intensité IROT du courant d'excitation, obtenue par des moyens d'acquisition et de filtrage 16 connus en soi, atteint le seuil haut prédéterminé TH_SC_HIGH, un premier compteur 17 est lancé TIMER_EN pour générer un premier délai T1 (de 10με par exemple). Durant ce premier délai T1 , il est calculé AV_EN par des moyens de calcul 18 une valeur d'estimation d'un court-circuit sous la forme d'une valeur moyenne IROT_AV de l'intensité IROT du courant d'excitation.

- à la fin du comptage TO et si un second comparateur 19 détermine que la valeur moyenne IROT_AV calculée est supérieure à un seuil bas prédéterminé TH_SC_LOW, alors le court-circuit SC est détecté SCD et le signal de détection Th_HEXCCD est activé. Si la valeur moyenne IROT_AV passe en dessous du seuil bas TH_SC_LOW, alors le premier compteur 17 est réinitialisé.

- dès que le signal de détection ThJHEXCCD de court circuit est actif, alors le transistor de puissance 3 est coupé avec un contrôle de pente en courant.

- le transistor 3 est maintenu dans l'état ouvert OFF pendant le second délai

T2 supérieur au temps minimum T_retry_min nécessaire pour dissiper les calories.

Un second compteur 20 programmable permet d'adapter ce second délai T2 (de 4 ms par exemple) en fonction des applications et génère un signal de confirmation Th_HEXCCD_latch.

Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seuls modes d'exécution préférentiels décrits ci-dessus.

Notamment, les valeurs particulières des premier et second délais T1 , T2 spécifiées ci-dessus ne sont données qu'à titre d'exemples.

Il en est de même des types particuliers des éléments discrets 3, 9, des circuits analogiques 15, 19 ou logiques cités 17, 20: ils pourraient, en variante, être remplacés par d'autres composants électroniques analogiques ou numériques réalisant les mêmes fonctions.

L'invention embrasse donc au contraire toutes les variantes possibles de réalisation qui resteraient dans le cadre défini par les revendications ci-après.