FR2801441A1

FR2801441A1 - Dispositif ecreteur de surtensions pour un reseau de bord de vehicule, notamment automobile

Info

Publication number: FR2801441A1
Application number: FR9914687A
Authority: FR
Inventors: Jean Marie Pierret; Van Cyrille Nguyen
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-05-25
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: FR2801441B1

Abstract

Dispositif pour écrêter des surtensions susceptibles d'être générées par un équipement de puissance sur un réseau de bord de véhicule, notamment automobile, comportant des moyens écrêteurs montés en parallèle avec la sortie dudit équipement, caractérisé en ce que lesdits moyens écrêteurs sont montés en série avec un commutateur de puissance qui est commandé par un circuit de commande et en ce que ce circuit de commande comporte des moyens pour détecter, avec une précision supérieure à la précision sur la tension d'écrêtage susceptible d'être imposée par les moyens écréteurs, une tension supérieure à un seuil de surtension en sortie dudit équipement et pour fermer le commutateur de puissance lorsqu'une telle surtension est détectée, lesdits moyens de commande comportant en outre des moyens pour détecter la disparition de la surtension en sortie de l'équipement de puissance et pour ouvrir le commutateur de puissance lorsque la disparition de la surtension est détectée.

Description

présente invention est relativeà un dispositif écrêteur de surtensions pour un réseau de bord de véhicule, notamment automobile.

L'invention trouve en particulier avantageusement application comme dispositif écrêteur des surtensions en sortie d'un alternateur alimentant un réseau de bordà tension élevée (c'està dire un réseau de bord dont la tension nominale est bien supérieureà 14 volts, (tension nominale égaleà 42 volts par exemple) ou de façon plus générale comme dispositif ecrêteur en sortie de tout autre équipement d'un réseau de bordà tension élevée susceptible de générer des surtensions de forte énergie.

PRESENTATION DU DOMAINE GENERAL DE L'INVENTION DE L'ETAT DE LA TECHNIQUE Classiquement, on utilise comme dispositifs écrêteurs dans les réseaux bords 14 volts, et notamment en sortie des alternateurs, des ponts redresseursà diodes écrêteuses.

C'est ce qui est illustré sur la figure1 sur laquelle on a représenté un pont redresseur P qui est monté en sortie de trois bobinages d'induit d'un alternateur ALT triphasé et qui est constitué de six diodes Zener montées entre la masse et une ligne d'alimentation du réseau de bord, la tension d'alimentation du réseau de bord étant désignée par Ua dans toute la suite texte.

Généralement, les diodes écrêteuses utilisées dans de tels ponts redresseurs imposent,à froid, une tension d'écrêtage Vz de27 volts pour une intensité de courant de100 mA.

Mais, les tensions d'écrétage de ces diodes varient en particulier en fonction de leur échauffement et de l'intensité du courant, de sorte que des surtensions de fortes énergies peuvent n'être écrêtées qu'à des valeurs bien supérieuresà 27 volts, jusqu'à35 volts.

Ainsi, dans le cas où l'alternateur est exc ité plein champ et où survient accidentellement une coupure entre l'alternateur et la batterie (phénomène appelé "load-dump" selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée par l'homme du métier), l'alternateur peut débiter sur le pont redresseur des intensités de courant qui peuvent être de l'ordre de 150 A les surtensions en sortie du pont redresseur peuvent prendre des valeurs allant jusqu'à35 volts.

surtensions provenant du réseau de bord peuvent quant' elles en théorie prendre des valeurs doubles de cette valeur de surtension maximale en sortie du pont écrêteur, par exemple dans le cas des équipements du réseau de bord génèrent,à partir d'impulsions transitant sur la ligne d'alimentation du réseau de bord, des surtensions limitees par deux diodes zener en série soit 2 Vz. En pratique, ces surtensions sont d'énergie faible et la tension d'écrêtage (Vz) de chaque diode zener n'excède pas30 volts, soit un écrêtage à 60 volts maximum en sortie du pont redresseur (2Vz).

Ces valeurs de surtensions de35 volts ou60 volts restent acceptables pour les composants électroniques usuels, notamment avec les technologies mixtes comportant des éléments de puissance et de signal (technologies Bipolaires-CMOS-DMOS, généralement désignées sous la termlinologie BCD par l'homme du métier).

envisage désormais, pour pouvoir faire faceà des consommations de puissance de plus en plus importantesà l'intérieur des véhicules d'utiliser des tensions nominales de réseau de bord bien plus élevées que 14 V, et notamment des tensions nominales de 42 V par exemple.

Les technologies utilisées dans le réseau de bord doivent alors pouvoir supporter non plus des surtensions maximales de60 V, mais des surtensions de180 volts si on utilise le même type de dispositif d'écrêtage.

Ceci obligeà sur- dimensionner les composants et entraîne des surcoûts importants, ainsi que des problèmes d'encombrement.

C'est la raison pour laquelle il a récemment été envisagé par certains organismes de normalisation d'imposer une limitation des sur-tensions à des valeurs très inférieuresà 180 volts, et notamment,à titre d'exemple,à des valeurs maximales comprises entre52 et55 volts pour les surtensions de forte énergie et entre52 et70 volts pour les surtensions de faible énergie.

fait, les équipements générant les surtensions de forte energie (alternateurs) ne doivent pas imposer ces surtensions aux autres équipements, ce qui impose le système d'écrêtage suivant Ecrêteurs de forte énergie (Ioad dump") limitant les surtensions entre52 et55 volts sur certains équipements (alternateur). Ecrêteurs de faible énergie peu coûteux, limitant les surtensions entre55 et70 volts sur tous les équipements, ces écrêteurs fonctionnant au delà de la zone de travail des précédents pour ne pas être détruits.

connaîtdéjà des dispositifs de faible coût qui peuvent être utilisés comme écrêteurs limitant les surtensions de faible énergieà des tensions comprises entre55 et70 volts. De tels dispositifs sont par exemple des diodesà avalanche , à effet zener ou encore des varistances . Les niveaux d'écrêtage qu'ils permettent de réaliser sont peu précis: pour des tensions d'écrêtage entre55 et70 volts, on considère généralement que leur dispersion est de l'ordre de15 volts. Toutefois cette dispersion est compatible avec l'écrêtage qu'ils doivent réaliser.

contre, ces dispositifs ne peuvent pas être utilisés tels quels pour limiter les surtensions de forte énergie avec très peu de dispersion. PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un dispositif écrêteur destinéà limiter les surtensions de forte énergie- par exemple mais non limitativement les tensions en sortie des alternateurs- et ce avec une dispersion très réduite (idéalement inférieureà 3 volts), tout en utilisant des composants économiques aux dispersions élargies (entre 40 et52 volts par exemple).

L'invention proposeà cet effet un dispositif pour écrèter des surtensions susceptibles d'être générées par un équipement de puissance sur un réseau de bord de véhicule, notamment automobile, comportant des moyens écrêteurs montés en parallèle avec la sortie dudit équipement, caracterisé en ce que lesdits moyens écrêteurs sont montés série avec un commutateur de puissance qui est commandé par circuit de commande et en ce que ce circuit de commande comporte des moyens pour détecter, avec une précision supérieureà la précision sur la tension d'écrêtage susceptible d'être imposée par les moyens écréteurs, une tension supérieureà un seuil de surtension en sortie dudit équipement et pour fermer le commutateur de puissance lorsqu'une telle surtension est détectée, lesdits moyens de commande comportant en outre des moyens pour détecter la disparition de la surtension en sortie de l'équipement de puissance et pour ouvrir le commutateur de puissance lorsque la disparition de la surtension est détectée.

Un tel dispositif est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes leurs combinaisons possibles: - les moyens écrêteurs sont tels que leur tension d'écrêtage maximale est inférieure ou égaleà la différence de la tension maximale tolérée en sortie de l'équipement et de la tension maximale de déchet du commutateur; - les moyens écrêteurs sont tels que leur tension d'écrêtage minimale est supérieure ou égaleà la tension de la batterieà vide; - pour le cas où l'équipement de puissance est un alternateur, il comporte des moyens pour couper l'alimentation de l'inducteur de l'alternateur pendant l'action d'écrêtage , - lesdits moyens pour couper l'alimentation de l'inducteur de l'alternateur pendant l'action d'écrêtage comportent un commutateur intégré au régulateur de l'alternateur; - les moyens pour couper l'alimentation de l'enroulement d'excitation comportent des moyens aptesà générer aux bornes de l'enroulement d'excitation une tension inverse de démagnétisation lorsqu'une surtension est détectée-, - les moyens pour détecter l'apparition d'une tension supérieureà un seuil de surtension en sortie de l'équipement comportent des moyens de temporisation montés dans le circuit de commande de façonà ce que celui- ci ne détecte que les surtensions d'une durée au moins égaleà la durée temporisation de ces moyens; - moyens pour détecter la disparition de la surtension en sortie de l'équipement de puissance comportent des moyens pour comparer la tension sortie de l'équipementà une tension de seuil caractéristique de la disparition de la surtension, cette tension de seuil étant inférieureà la tension minimale d'écrêtage par les moyens écrêteurs ; les moyens pour détecter la disparition d'une surtension comportent des moyens de temporisation montés dans le circuit commande de façonà ce que celui-ci ne détecte la disparition d'une surtension que lorsque cette surtension a disparue pendant une durée moins égaleà la durée de temporisation de ces moyens- - les moyens de temporisation des moyens de détection de l'apparition d'une surtension et les moyens de détection de la disparition d'une surtension sont confondus; - les moyens pour détecter la disparition d'une surtension comportent des moyens de temporisation qui sont activés par la fermeture du commutateur monté en série avec les moyens écrêteurs et qui commandent l'ouverture dudit commutateurà l'issue d'une durée de temporisation donnée; - les moyens de temporisation qui commandent l'ouverture du commutateur et les autres moyens de temporisation comportent un circuit de temporisation commun, le circuit de commande comportant des moyens pour générer des signaux d'horloge différents et commander selon les cas ledit circuit de temporisation avec l'un ou l'autre de ces signaux d'horloge, - pour le cas où l'équipement de puissance est un alternateur, les moyens pour détecter la disparition d'une surtension comportent des moyens pour mesurer le courant d'excitation de l'alternateur et pour le comparerà une valeur prédéterminée, l'écrétage étant arrêté lorsque ce courant d'excitation devient inférieurà ladite valeur - les moyens pour détecter la disparition d'une surtension comportent des moyens pour mesurer la tension de déchet de l'élément de commutation et pour la comparer' une valeur prédéterminée, l'écrêtage étant arrêté lorsque cette tension de déchet devient inférieureà ladite valeur -, - le dispositif comporte des moyens écrêteurs montés en parallèle au commutateur de puissance. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative non limitaive et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels -.

- la figure1 est une représentation schématique illustrant un pont de diodes monté en sortie des bobinages d'induit d'un alternateur; - la figure 2 est une représentation schématique illustrant un dispositif d'écrétage conformeà un premier mode de réalisation possible de l'invention; - les figures3 et 4 sont des représentations schématiques qui illustrent deux modes de réalisation possibles pour le circuit de commande du dispositif de la figure 2; - la figure5 est une représentation schématique illustrant mode de réalisation possible pour le circuit logique du circuit de commande de la figure 4; - les figures6 et7 sont des graphes sur lesquels on a porté des exemples d'évolutions de tension de réseau de bord obtenues avec un dispositif d'écrêtage conformeà un mode de réalisation possible de l'invention- - figures8 et9 sont des représentations schématiques similaires à celle la figure 2 illustrant d'autres modes de réalisation possibles pour l'invention.

DESCRIPTION D'UN MODEDE REALISATION ILLUSTRANT LE PRINCIPEDE L'INNVENTION Le dispositif d'écrêtage, référencé parDE, qui est représenté sur la figure 2 comporte un élément écrêteur de puissance1 qui est monté en série avec un commutateur de puissance 2 entre les bornes d'un réseau de bordà protéger. réseau de bord est par exemple alimenté, de façon connue en soi, par batterie et un alternateur. Sur la figure 2, l'alternateur a été représente par son inducteur, référencé par1. Ce dispositif d'écretage DE permet l'occurrence de protéger le réseau de bord contre les surtensions de fortes énergies en sortie de l'alternateur.

Le commutateur 2 est par exemple un transistor de type MOSFET. Il est piloté par un circuit de commande3 sensibleà la valeur instantanée de la tension Ua aux bornes du réseau.

Ce circuit de commande3 commande la fermeture du commutateur de puissance 2 et le maintient dans sa position fermée tant que régime de l'alternateur est tel que celui-ci délivrerait une surtension au réseau de bord si le commutateur 2 n'était pas fermé.

Notamment, ce circuit de commande3 comporte des moyens qui lui permettent de mesurer avec précision la tension du réseau de bord, des moyens qui lui permettent de comparer l'amplitude de la tension mesuréeà un seuil de détection de surtension donné et des moyens qui déclenchent la fermeture du commutateur 2 et l'entrée en action de l'élément écrêteur 1 lorsque l'amplitude de la tension du réseau de bord dépasse ce seuil de détection de surtension.

La dispersion de la détection de surtension ainsi réalisée par le circuit de commande3 est très réduite. Pour reprendre valeurs précédemment indiquées, mais qui ne sont données qu'à titre d'exemple, la tolérance sur les moyens de mesure et sur la comparaison seuil de détection est telle que la valeur minimale des surtensions détectées est au moins de52 volts, tandis que leur valeur maximale est au plus de55 volts.

A la fermeture du commutateur 2, l'élément écrêteur de puissance1 se retrouve en parallèle par rapport au réseau de bord et produit une action d'écrêtage sur la tension d'alimentation Ua.

La tension du réseau dépend alors des caractéristiques de l'élément écrêteur 1 et de la tension de déchet du commutateur de puissance 2.

L'elément écrêteur 1 est constituéà partir de composants faible coût qui ont forte dispersion de tensions d'écrétage. Du fait de la forte tolérance de tension d'écrêtage que présente l'élément écrêteur 1, l'écrêtage que celui-ci réalise peut imposerà la tension Ua qui alimente le réseau une valeur inférieureà la tension de seuil l'occurrence comprise entre52 et55 volts) qui déclenche la commande Vecrétage par le circuit3, Notamment, l'élément écrêteur 1 présente ava'ntageusement les caractéristiques suivantes: - son niveau d'écrêtage maximal est inférieur ou égalà la différence entre la tension maximale tolérée pour le réseau de bord et la tension maximale de déchet du commutateur; par exemple, si cette tension maximale de déchet est de3 volts, l'élément1 est choisi avec un niveau maximal d'écrêtage égaleà 52 volts(55 volts- 3 volts); - son niveau d'écrêtage minimal est supérieur ou égalà la tension batterieà vide. En effet, pour que l'élément écréteur reste économique, on le dimensionne que visà vis des surtensions de forte énergie qu'il doit écrêter, mais on ne le dimensionne pas pour supporter une décharge batterie. En choisissant un niveau d'écrêtage minimal supérieurà la tension de la batterie, on évite la destruction de l'écrêteur si la batterie reconnecte alors que le dispositif d'écrêtage est toujours en action.

En l'occurrence, on considère que lorsque la batterie se reconnecte au réseau, la tension qu'elle impose est de l'ordre de36 volts; la tension minimale d'écrêtage est choisie égaleà 40 volts.

Ainsi, la valeur typique d'écrêtage est de 46 volts avec une dispersion de+ et- 6 volts. Une telle dispersion de tension d'écrêtage est compatible avec l'objectif de faible coût recherché pour l'élément écréteur . Elle peut être aisément obtenue, même si l'on tient compte dans cette dispersion des dérives liéesà la température et au courant traversant l'élément écrêteur.

A titre d'exemple, l'élément écrêteur peut être réaliséà partir d'une ou de plusieurs diodes de puissance de type Zener ouà avalanche montées en série.

Par ailleurs, le circuit de commande3 comporte également moyens qui lui permettent de détecter la disparition de la surtension et de commander alors l'ouverture du commutateur 2, de façonà faire ainsi cesser l'action d'écrêtage.

Notamment, le circuit de commande3 peut par exemple comporter cet effet des moyens qui lui permettent de détecter que la tension Ua descend en dessous d'un seuil de tension inférieur au niveau d'écretage.

Ce seuil de tension est par exemple de35 volts, En outre, le dispositif d'écrêtage qui est illustré sur la figure 2 comporte un circuit 4 qui commande l'alimentation de l'inducteur1 de l'alternateur et qui est lui-même commandé par le circuit de commande3, façon que l'alimentation de l'inducteur soit coupée pendant l'action d'ecrêtage. Notamment, on interdit une réalimentation de l'inducteur1 quand tension de régulation- qui peut être de 42 volts, voire de 45 volts- est supérieureà la tension d'écrêtage. Ceci permet de ne pas avoirà dimensionner l'écrêteur de façonà ce qu'il supporte une charge continue d'alternateur et contribue également au faible coût de l'élément écrêteur 1.

Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le circuit 4 est représenté comme un circuit indépendant par rapport au régulateur de l'alternateur, lequel régulateur a été référencé par5.

En variante, le commutateur qui constitue ce circuit 4 est avantageusement intégré au régulateur5.

En outre, ce commutateur 4 peut être utilisé comme interrupteur de démagnétisation rapide, permettant de diminuer fortement la durée d'un "load-dump" et de limiter fortement la puissance par rapportà laquelle l'élément écrêteur 1 et le commutateur de puissance 2 doivent être dimensionnés.

Il est par exemple constitué par un des interrupteurs d'un circuit regulateur du type de celui décrit par la demanderesse dans sa demande de brevet français 99-02540.

Un exemple de réalisation possible pour le circuit de commande3 a été représenté sur la figure3.

Dans cet exemple, ce circuit3 comporte un comparateur31 qui reçoit sur une première entrée la tension Ua aux bornes du réseau et sur une deuxième entrée une première tension de référence Vrefl (comprise entre52 et55 volts). La sortie de ce comparateur31 est envoyée sur un circuit logique36 qui commande la fermeture du commutateur 2 tant que la sortie du comparateur lui indique que la tension Ua est supérieure au seuil Vref 1. Le circuit3 comporte également avantageusement première temporisation32 qui reçoit en entrée la tension en sortie de comparateur 31 et dont la sortie est injectée en entrée du circuit36. Ce circuit36 ne commande la fermeture du commutateur 2 que lorsque la tension en sortie de cette temporisation est au même niveau que celle en sortie du comparateur31. Ainsi, le circuit3 ne détecte que les surtensions de forte énergie et ne commande pas la fermeture du commutateur lorsque les surtensions ne sont que transitoires.

La temporisation que réalise l'élément32 est par exemple d'une valeur de l'ordre de1 milliseconde.

Les surtensions de durée égale ou inférieureà cette valeur sont considérées comme étant de faible énergie et comme pouvant etre limitées par les écrêteurs de faible puissance.

Le circuit de commande3 comporte en outre second comparateur33 qui reçoit également sur une de ses entrées tension Ua aux bornes du réseau et qui reçoit sur une deuxième entrée deuxième tension de référence Vref (35 volts par exemple). Lorsque la tension du réseau tombe et atteint cette valeur, le circuit logique36 commande l'ouverture commutateur 2 de façon prioritaire et rétablit l'alimentation de l'inducteur de l'alternateur.

Avantageusement, le circuit3 comporte également une seconde temporisation 34 qui reçoit en entrée la sortie du second comparateur33 et dont la sortie est injectée sur le circuit logique36. Ce circuit36 ne commande alors l'ouverture du commutateur 2 que lorsque la sortie du comparateur33 et celle de ladite temporisation 34 sont au même niveau.

Ainsi, l'écrêteur de puissance ne réagit pas aux impulsions négatives tension de courtes durées.

La valeur de la seconde temporisation que permet cet élément 34 est elle aussi avantageusement de l'ordre de1 milliseconde. Les deux temporisations32 et 34 peuvent avoir les mêmes caracteristiques. Elles peuvent avantageusement être constituées un même circuit de mémorisation.

Comme on l'aura compris, un tel circuit de commande impose au circuit d'écrêtage un fonctionnement qui est le suivant: quand une surtension est détectée par le premier comparateur31-, celui-ci ferme le commutateur de puissance 2 et coupe l'alimentation de l'inducteur1. La surtension est alors limitée par l'élément écrêteur 1 et par la tension de déchet du commutateur de puissance, en l'occurrenceà une valeur comprise entre 40 et55 volts. Après écrêtage, la tension du réseau diminue jusqu' seuil minimal(35 volts).A cet instant, le deuxième comparateur 34 ouvre commutateur 2 et rétablit l'alimentation de l'inducteur1. Par ailleurs, ainsi qu'on peut le voir sur la figure3, le dispositif comporte avantageusement une troisième temporisation35.

En effet, dans le cas d'un "load-dump", on considère que câble reliant l'alternateur et la batterie est coupé brutalement et définitivement. Cependant, dans le cas d'une connexion simplement desserrée, peut trouver des contacts intermittents entre l'alternateur et la batterie provoquant une succession de surtensions et de reconnexions. Dans ce cas, si batterie vientà se reconnecter avant la détection du seuil minimal (35 volts), la tension du réseau est maintenueà une valeur supérieureà ce seuil et le commutateur de puissance 2 reste fermé. Le dispositif d'écrêtage reste actif pendant plusieurs secondes car la batterie doit se décharger fortement pour que la tension du réseau puisse atteindre le seuil minimal de 35 volts. La troisième temporisation35 permet de vérifier par tests successifs la disparition de la surtension et par conséquent d'éviter la destruction par échauffement du dispositif d'écrêtage provoquée par ce fonctionnement prolongé du circuit de commande3. Cette troisième temporisation35 est montée entre la sortie de la temporisation32 et une entrée du circuit logique36.

La durée t3 de cette temporisation est bien supérieureà la durée tl de la temporisation31(32 millisecondes par exemple). Avec cette temporisation35 , le circuit logique36 teste la tension du réseauà chaque intervalle de durée t3 en ouvrant commutateur 2. Si la surtension reste supérieure au seuil Vrefl du premier comparateur31, le commutateur 2 est refermé immédiatement ou après un temps court (temporisation tl). L'écrêtage reste maintenu et la commande d'excitation du régulateur reste coupée. Puis la troisième temporisation35 est réinitialisée pour un nouvel échantillonnage. Notamment, cette troisième temporisation35 est avantageusement réinitialisée par le signal délivré la temporisation32 à l'issue du temps tl (1 milliseconde). Par contre, si la surtension est inférieure seuil Vrefl du premier comparateur31, le commutateur 2 reste ouvert l'action d'écrêtage est arrêtée et l'alimentation de l'inducteur de l'alternateur est rétablie. La troisième temporisation35 n'est alors pas réinitialisee.

On a représenté sur la figure 4 un circuit conformeà un autre mode de réalisation possible de l'invention.

Dans cet autre mode de réalisation, le circuit logique36 ne reçoit que les sorties des comparateurs31 et33 et met directement en ceuvre, sur un seul circuit de temporisation37 interposé entre l'une de ses sorties et le commutateur 2, des temporisations équivalentesà celles des temporisations32, 34 et35. A cet effet, le circuit logique36 active au cas par cas des horloges différentes pour obtenir les durées tl, t2 et t3.

Un exemple de mode de réalisation pour circuit36 en ce sens va maintenant être décrit en référenceà la figure5 et aux figures6 et7.

Le circuit de commande3 qui a été représenté sur la figure5 comporte entre les deux bornes du réseau de bord un pont diviseur constitué de deux résistances RI et R2 montées en série entre la masse et un pointà la tension Ua. La tension au point intermédiaire entre les deux résistances Rl et R2 est la tension qui est injectée sur les entrées positives des deux comparateurs31 et33.

Ainsi, ce pont que constituent les deux résis tances Rl et R2 divise la tension Ua dans un rapport compatible avec les niveaux admissibles sur les entrées des comparateurs31 et33. Les valeurs des tensions de référence injectées sur les entrées négatives des comparateurs31 et33 sont bien entendu divisées dans le même rapport que la tension Ua. Ainsi, pour un rapport R2/(R'l+R2) <B≥ la tension seuil sur l'entrée négative du comparateur31 est une tension pour correspondreà une tension Véfl comprise entre52 à 55 volts, est elle- même comprise entre2,6 et2,75 volts, tandis que la' tension seuil l'entrée négative du comparateur33 est, pour correspondreà une tension Vréf2 égaleà 35 volts, égaleà 1.75 volt.

Le circuit logique36 va maintenant être décrit de façon détaillée. Il comporte une porteNON OU, référencée par NOR1, qui reçoit entrée le signal en sortie du comparateur31, ainsi que le signal sortie de la temporisation37, est envoyé en entrée de la grille du transistor de puissance qui constitue le commutateur 2.

La sortie de cette porte NOR1 est injectée sur une entrée de remise à zéro de la temporisation37.

Plus particulièrement la temporisation37 est remiseà zéro lorsque la sortie de la porte NOR1 au niveau1 (potentiel positif).

Le circuit36 comporte également une porteNON ET, référencee par NAND2, dont une entrée reçoit le signal en sortie du comparateur et dont l'autre entrée reçoit le signal en sortie de la temporisation37.

La sortie de cette porte NAND2 est injectée sur un inverseur INV1, dont la sortie est elle-même injectée en entrée d'une porteNON OU (NOR4).

La porte NOR4 reçoit sur son autre entrée un signal d'horloge généré un oscillateur extérieur au circuit logique36.

sortie de ce signal d'horloge CK est également injectée un diviseur fréquence DIV1 pour générer un deuxième signal d'horloge CKL.

Le signal en sortie de ce diviseur CKL est injecté sur une porte logiqueNON OU, référencée par NOR3, dont l'autre entrée reçoit quantà elle la sortie de la porte NAND 2. Les sorties des portes NOR3 et NOR4 sont injectées entrée d'une porteNON OU, référencée par NOR5, la sortie de cette porte NOR5 est injectée en entrée de la temporisation37.

Par ailleurs, la sortie de la temporisation37 est également reliée au circuit de commande 4. Un tel circuit36 fonctionne de la façon suivante.

En absence de surtension (partie1 sur les figures6 7), 1 e transistor est bloqué par la sortie de la temporisation37 qui est niveau zéro (masse). La sortie du comparateur31 est au niveau zéro car la tension son entrée positive est inférieureà la tension de seuil injectée sur son entrée négative. Les deux entrées de la porte NOR1 sontà zéro et sa sortie est au niveau1 (positif). En conséquence, la temporisation37 est remiseà zero en permanence et sa sortie reste au niveau zéro. L'une des entrées de la porte NAND2 étantà zéro, sa sortie est au niveau1 (positif). Lors d'une surtension prolongée( load-dump LD sur figures6 et7), l'entrée positive du comparateur31 est supérieureà tension de référence injectée sur son entrée négative et sa sortie passe niveau1. L'une des entrées de la porte NOR1 est alors au niveau1 et sa sortie passe au niveau zéro. En conséquence, la temporisation37 est libérée. Tant que la sortie cette temporisation37 reste au niveau zéro, la sortie de NAND2 reste au niveau1, la sortie de NOR3 reste zéro et la sortie de l'inverseur INV1 reste au niveau zéro. En conséquence, NOR4 transmet le signal d'horloge CK à la temporisation37 via NOR5 dont l'autre entrée està zéro (sortie de NOR3). Si la période de l'horloge CK est de0,125 ms, la temporisation37 change d'état (niveau1) après tl <B≥ 1 ms (si elle est constituée de façon classique par un diviseur par16). Le transistor 2 est alors fermé et le dispositif écrête la surtension via la diode écrêteuse 1 tant que la sortie de cette temporisation37 resteà 1.

Le temps d'écrêtage t3 pendant lequel le transistor 2 est fermé, tandis que la temporisation37 reste au niveau1, est obtenu en ralentissant le signal d'horloge appliquéà l'entrée de la temporisation par l'utilisation du diviseur de fréquence (DIV1). La sortie du comparateur33 est au niveau1 car la tension sur l'entrée positive est supérieureà réf2. Le passageà 1 de la sortie de la temporisation37 impose le niveau zéro en sortie de NAND2 et la sortie de l'inverseur INV1 passe au niveau1. En conséquence, sortie de NOR4 est maintenue au niveau zéro et le signal d'horloge CK peut être transmis par NOR4. Par contre le signal issu du- diviseur DIV1 est transmis par NOR3 à la temporisation37 via NOR5 dont l'autre entrée està zero (sortie de NOR4). Si le diviseur DIV1 est un diviseur par32, il définit horloge lente CKL dont la période est égaleà : 0, 125 ms x32 = 4 ms et sortie de la temporisation37 reste au niveau1 pendant le temps t3<B≥ 32 Au delà de t3, la sortie de la temporisation37 retrouve son niveau initial zéro qui ouvre le transistor 2. A cet instant, ily a deux possibilités- 1) La surtension est présente, la sortie du comparateur31 est au niveau1 et le processus est relancé: le transistor 2 reste ouvert pendant1 ms, puis se referme en réalisant une nouvelle séquence d'écrêtage de32 ms pendant laquelle l'inducteur n'est pas alimenté (partieIl sur la figure6).

2) La sur-tension a disparu, l'entrée positive du comparateur31 està un potentiel inférieurà Vrefl (correspondantà une tension réseau inférieure à 52 - 55 volts). La sortie du comparateur31 est alors au niveau zéro. La sortie de la temporisation37 étant aussi au niveau zéro, la sortie de NOR1 està 1, ce qui active la remiseà zéro de la temporisation37 et maintient ouvert le transistor 2 l'écrêtage est supprimé et l'alimentation de l'inducteur est rétablie. Une autre possibilité pour sortir de la séquence d'écrêtage est, ainsi que l'illustre la figure7, que la tension sur le réseau de bord diminue fortement après la disparition d'une surtension, ce qui impose de réalimenter rapidement l'inducteur sans attendre que le temps d'écrêtage t3 soit écoulé (cas d'un réseau de bord complètement déconnecté de la batterie): dans ces conditions, l'entrée positive du comparateur33 passeà un potentiel inférieurà Vref2 (correspondantà une tension réseau inférieure à 35 volts) et sa sortie passe au niveau zéro. La sortie de NAND2 passe au niveau1 et la sortie de INV1 au niveau zéro. En conséquence, le signal d'horloge CK est transmisà la temporisation37 sans passer par le diviseur de fréquence (DIVl) et la sortie de cette temporisation37 retombe rapidementà l'état zéro après le temps t2=tl <B≥ 1 ms (au lieu de32 ms). On notera que sur les figures6 et7 les ondulations représentées pour la tension Ua après la sortie du processus d'écrêtage sont celles qui apparaissent en sortie de l'alternateur si la batterie est déconnectée par rapportà l'alternateur, ce qui est le cas après un Ioad dump". D'autres variantes de réalisation de l'invention sont envisageables. En particulier, ainsi que l'illustre la figure8, dans le cas où la dispersion de l'élément écrêteur 1 est plus faible que celle précédemment indiquéeà titre d'exemple ou encore où la tolérance du seuil d'écrêtage est élargie- par exemple, si le seuil imposé par la norme peut être relaxé entre 52 et58 volts, la valeur d'écrêtage de l'élément1 pouvant être comprise entre 45 et55 volts, soit50 volts+ ou- 5 volts (en tenant toujours compte de la tension de déchet du commutateur 2 égaleà 3 volts)- le circuit 4 qui commande l'alimentation de l'inducteur de l'alternateur peut être supprimé. En effet, si la valeur minimale d'écrêtage de l'élément1 est égale ou superieure à 45 volts- ce qui correspond, pour un réseau 42 volts,' la valeur maximale de la tension régulée en sortie de l'alternateur (en tenant compte de la compensation thermique, des dérives de cette tension régulée en fonction de la vitesse et de la charge de l'alternateur, et de la précision du régulateur)- l'alternateur ne peut pas charger et détruire le dispositif d'écrêtage.

Cette simplification permet de séparer complètement le régulateur5 et dispositif d'écrêtage et autorise l'utilisation des régulateurs standards et dispositif d'écrêtage peut être réalisé dans un boîtier indépendant relié au régulateur. En variante encore, ainsi que l'illustre la figure9, l'élément écrêteur 1 peut être utilisé pour écrêter les surtensions de faible énergie. A cet effet, on place un deuxième élément écrêteur 6 (diode Zener par exemple) en parallèle sur le commutateur de puissance 2.

Pour écrêterà une tension inférieureà 70 vol ts, l'élément écrêteur doit écrêterà une tension inférieure ou égaleà 15 volts (si la norme impose 55 volts pour écrêter les surtensions de fortes énergies), ou1 volts (si la norme impose58 volts pour écrêter les surtensions de fortes énergies).

Ce mode de réalisation du dispositif d'écrêtage basse énergie permet de protéger directement le commutateur de puissance 2. De plus, l'elément écrêteur 1 prend la plus grande partie de l'énergie de la surtension qui permet de réduire l'énergie appliquée au deuxième élément écrêteur 6. D'autres variantes de réalisation de l'invention peuvent encore être envisagées.

En particulier, pour détecter la fin d'une surtension, il est possible de mesurer: - le courant d'excitation délivré par le régulateur5. L'écretage est arrêté lorsque ce courant d'excitation devient inférieurà valeur prédéterminée.

- la tension de déchet de l'élément de commutation 2. L'ecrêtage est arrêté lorsque cette tension de déchet devient inférieureà valeur prédéterminée.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif pour écrêter des surtensions susceptibles Cetre générées par un équipement de puissance sur un réseau de bord de véhicule, notamment automobile, comportant des moyens écrêteurs montés parallèle avec la sortie dudit équipement, caractérisé en ce que lesdits moyens écrêteurs sont montés en série avec un commutateur de puissance qui est commandé par un circuit de commande et en ce que ce circuit de commande comporte des moyens pour détecter, avec une précision supérieureà la précision sur la tension d'écrêtage susceptible Cetre imposée par les moyens écréteurs, une tension supérieureà un seuil de surtension en sortie dudit équipement et pour fermer le commutateur de puissance lorsqu'une telle surtension est détectée, lesdits moyens de commande comportant en outre des moyens pour détecter la disparition de la surtension en sortie de l'équipement de puissance et pour ouvrir le commutateur de puissance lorsque la disparition de la surtension est détectée. 2. Dispositif selon la revendication1, caractérisé en ce les moyens écrêteurs sont tels que leur tension d'écrêtage maximale est inférieure ou égaleà la différence de la tension maximale tolérée sortie de l'équipement et de la tension maximale de déchet du commutateur. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens écrêteurs sont tels que leur tension d'écrêtage minimale est supérieure ou égaleà la tension de la batterieà vide. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour le cas où l'équipement de puissance est un alternateur, il comporte des moyens pour couper l'alimentation de l'inducteur de l'alternateur pendant l'action d'écrêtage. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens pour couper l'alimentation de l'inducteur de l'alternateur pendant l'action d'écrêtage comportent un commutateur intégré au régulateur de l'alternateur. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou5, caractérise en ce que les moyens pour couper l'alimentation de l'enroulement d'excitation comportent des moyens aptesà générer aux bornes de l'enroulement d'excitation une tension inverse de démagnétisation lorsqu'une surtension est detectée. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que les moyens pour détecter l'apparition d'une tension supérieureà un seuil de surtension en sortie de l'équipement comportent des moyens de temporisation montés dans le circuit de commande de façonà ce celui- ci ne détecte que les surtensions d'une durée au moins égaleà la durée de temporisation de ces moyens. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour détecter la disparition de la surtension en sortie de l'équipement de puissance comportent des moyens pour comparer la tension en sortie de l'équipementà une tension de seuil caractéristique de la disparition de la surtension, cette tension de seuil étant inférieureà la tension minimale d'écrêtage par les moyens écrêteurs. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour détecter la disparition d'une surtension comportent des moyens de temporisation montés dans le circuit de commande de façonà ce que celui-ci ne détecte la disparition d'une surtension que lorsque cette surtension a disparue pendant une durée au moins égaleà la durée de temporisation de ces moyens. 10. Dispositif selon les revendications7 et9 prises en combinaison, caractérisé en ce que les moyens de temporisation des moyens de détection de l'apparition d'une surtension et les moyens de détection de la disparition d'une surtension sont confondus. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour détecter la disparition d'une surtension comportent des moyens de temporisation qui sont activés par la fermeture du commutateur monté en série avec les moyens écréteurs et qui commandent l'ouverture dudit commutateurà l'issue d'une durée de temporisation donnée. 12. Dispositif selon la revendication11 prise en combinaison avec l'une des revendications7 , 9 ou10, caractérisé en ce que les moyens de temporisation qui commandent l'ouverture du commutateur et les autres moyens de temporisation comportent un circuit de temporisation commun le circuit de commande comportant des moyens pour générer des signaux d'horloge différents et commander selon les cas ledit circuit temporisation avec l'un ou l'autre de ces signaux d'horloge. 13. Dispositif selon l'une des revendications1 à 7, caractérisé en que pour le cas où l'équipement de puissance est un alternateur, les moyens pour détecter la disparition d'une surtension comportent moyens pour mesurer le courant d'excitation de l'alternateur et pour comparer' une valeur prédéterminée, l'écrêtage étant arrêté lorsque courant d'excitation devient inférieurà ladite valeur. 14. Dispositif selon l'une des revendications1 à 7, caractérisé en ce que les moyens pour détecter la disparition d'une surtension comportent des moyens pour mesurer la tension de déchet de l'élément de commutation et pour la comparerà une valeur prédéterminée, l'écrêtage étant arrête lorsque cette tension de déchet devient inférieureà ladite valeur. 15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens écrêteurs montés en parallèle au commutateur de puissance.