FR3148338A1 - Dispositif de transmission de puissance et de données. - Google Patents
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Abstract
Dispositif de transmission de puissance et données, comprenant un premier circuit (100), un deuxième circuit (200) et un câble (300) reliant le premier circuit et le deuxième circuit et comportant une première paire (301) et une deuxième paire (302) de conducteurs électriques pour transmettre un signal de données et un signal de puissance, le signal de données étant transmis en mode différentiel dans un premier sens sur la première paire de conducteurs électriques et dans un deuxième sens sur la deuxième paire de conducteurs électriques ; caractérisé en ce que le premier circuit est agencé pour émettre en mode différentiel le signal de puissance sur une porteuse sinusoïdale en utilisant les modes communs des deux paires de conducteurs et le deuxième circuit est agencé pour recevoir ledit signal de puissance en maintenant vis-à-vis du câble une impédance réelle égale à une impédance itérative du câble.
FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1
Description
La présente invention concerne le domaine de la transmission de données entre deux dispositifs électroniques distants, et notamment deux dispositifs électroniques embarqués sur un véhicule, comme une unité électronique de commande et un capteur.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Dans le domaine aéronautique, le besoin de s’assurer du maintien de la sécurité et des performances des aéronefs a conduit à multiplier le nombre de capteurs présents sur les aéronefs et les disséminer sur l’ensemble de la structure et des équipements desdits aéronefs.
Les grandeurs physiques mesurées par ces capteurs sont de tout type et il est nécessaire de limiter au maximum le caractère intrusif de leur implantation dans l’aéronef ou ses équipements afin de faciliter ladite implantation et minimiser au maximum l’accroissement de masse lié à l’ajout des capteurs.
Deux aspects de cette implantation, particulièrement contraignants, concernent, d’une part, la transmission des données entre les capteurs et l’unité électronique de traitement desdites données qui est généralement reliée au système électronique de commande de l’aéronef et, d’autre part, l’alimentation électrique desdits capteurs. Les moyens mis en œuvre tant pour la transmission des données que pour l’alimentation électrique des capteurs doivent être relativement légers, faiblement intrusifs, fiables et nécessiter en outre une maintenance réduite. Naturellement, une transmission des données par ondes radioélectriques et une alimentation par pile sont envisagées mais elles ne satisfont pas à toutes les contraintes évoquées ci-dessus.
En fait, le standard ARINC 664 (ou AFDX) a été retenu pour les transmissions de données sur aéronefs. La mise en œuvre de ce standard s’appuie sur une liaison filaire comportant un câble à double paire différentielle blindée capable de transporter deux flux de données opposés (couramment dénommés Tx et Rx) selon un débit binaire de 125 Mbit/s.
Il est par ailleurs connu, notamment du document FR-A-3049790, un système de liaison de données autorisant une alimentation par courant porteur de sorte qu’un signal d’alimentation circule sur le même câble que le signal de données.
L’une des difficultés rencontrées est d’éviter que le signal d’alimentation ne vienne perturber le signal de données.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a notamment pour but un système de liaison entre deux dispositifs électroniques, qui permette un transport commun d’un signal de données et d’un signal d’alimentation en limitant le risque de perturbation du premier signal par le deuxième.
A cet effet, on prévoit, un dispositif de transmission de puissance et données, comprenant un premier circuit, un deuxième circuit et un câble reliant le premier circuit et le deuxième circuit et comportant une première paire et une deuxième paire de conducteurs électriques pour transmettre un signal de données et un signal de puissance, le signal de données étant transmis en mode différentiel dans un premier sens sur la première paire de conducteurs électriques et dans un deuxième sens sur la deuxième paire de conducteurs électriques. Selon l’invention, le premier circuit est agencé pour émettre en mode différentiel le signal de puissance sur une porteuse sinusoïdale en utilisant les modes communs des deux paires de conducteurs et le deuxième circuit est agencé pour recevoir ledit signal de puissance en maintenant vis-à-vis du câble une impédance réelle égale à une impédance itérative du câble.
L’utilisation d’une porteuse sinusoïdale permet d’assurer une cohabitation optimale des signaux de données et des signaux de puissance sur un même câble. Un tel câble a pour caractéristique, au même titre qu’une liaison coaxiale classique, de posséder une impédance itérative, c’est-à-dire qui a une impédance réelle se reproduisant de proche en proche sur toute sa longueur. Une ligne à impédance itérative, quand elle est chargée par une résistance de valeur égale à celle de son impédance itérative (on parle souvent d’impédance caractéristique), présente à son entrée une impédance réelle égale à la résistance la chargeant à son extrémité, quelle que soit la longueur de la ligne. Quand on charge une ligne à impédance itérative par son impédance caractéristique, les signaux progressent sur la ligne sans provoquer d’échos (surtensions et/ou surcourants locaux) qui seraient propices aux couplages parasites. Ainsi, l’adaptation de la ligne sur son impédance itérative ou caractéristique permet d’éviter d’avoir des ondes stationnaires sur l’onde alternative du signal de puissance : de telles ondes stationnaires seraient provocatrices de ventres ou nœuds de courants ou tensions, et seraient susceptibles d’augmenter le couplage parasite entre la transmission de puissance en mode commun et la transmission de données en mode différentiel. Il y a donc une ségrégation efficace entre les signaux de puissance et les signaux de données. A cet effet, le deuxième circuit est agencé pour charger le câble à une résistance pure constante alors même que la charge est variable. La transmission de puissance en tension et courant sinusoïdaux permet de limiter leur bande passante et donc limiter les couplages en haute fréquence. De préférence encore, la porteuse du signal de puissance est centrée sur une fréquence beaucoup plus basse que celle des trains binaires de données. La ségrégation par filtrage en est alors facilitée.
De préférence, le premier circuit comprend un premier transformateur relié à la première paire de conducteurs électriques, un deuxième transformateur relié à la deuxième paire de conducteurs électriques, et un troisième transformateur en mode commun sur les deux paires de conducteurs électriques ; et/ou le deuxième circuit comprend un premier transformateur relié à la première paire de conducteurs électriques, un deuxième transformateur relié à la deuxième paire de conducteurs électriques, et un troisième transformateur en mode commun sur les deux paires de conducteurs électriques.
Il est ainsi procuré une isolation galvanique qui, en combinaison avec la transmission de puissance en alternatif, permet de protéger tout ou partie du circuit de la foudre et des injections massives de courant (ou BCI pourbulk current injection). Le dispositif bénéficie alors d’une tenue à la foudre et aux BCI sans requérir de composants spécifiques de protection qui sont chers, encombrants et difficiles à tester ; tout en minimisant le câblage en interface et en garantissant un taux d’erreurs binaires minimisé au maximum.
Avantageusement, le premier circuit est agencé pour que le signal de puissance ait une tension alternative ayant une haute fréquence, de préférence de l’ordre du mégahertz.
Selon des caractéristiques additionnelles, utilisées séparément ou tout ou partie en combinaison :
- le deuxième circuit comprend un convertisseur alternatif/continu recevant en entrée le signal de puissance et fournissant en sortie un signal de puissance continu ayant une tension redressée et une charge électronique agencée pour être proportionnelle à la tension redressée.
- le convertisseur alternatif/continu est associé à un filtre agencé pour atténuer des bruits de commutation du convertisseur alternatif/continu ;
- le filtre comprend une inductance mutuelle de mode commun ;
- la charge électronique comprend un générateur de courant suiveur de la tension redressée et relié à la sortie du convertisseur alternatif/continu ;
- un filtre passe-bas Pi est disposé en sortie du générateur de courant et adapté sur l’impédance itérative du câble ;
- le deuxième circuit comprend un régulateur de tension à diode Zener ;
- le deuxième circuit comprend un régulateur de tension linéaire à faible chute.
Le circuit de charge électronique est un moyen avantageux de présentation à la ligne de transport d’énergie une charge constante et réelle afin de ne pas créer d’ondes stationnaires ni de distorsions de courant (car cela correspond à un élargissement du spectre en fréquence du courant et donc créateur de diaphonie avec la transmission de données).
L’invention concerne également un aéronef équipé d’un tel dispositif de liaison à distance pour relier une unité électronique de traitement de données à un capteur.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
En référence à la , le dispositif de transmission selon l’invention comprend un premier circuit 100, un deuxième circuit 200 et un câble 300 assurant une liaison entre le premier circuit 100 et le deuxième circuit 200. Selon une application typique de l’invention, le premier circuit 100 est agencé pour être relié à un premier appareil électronique, par exemple un calculateur de traitement de données, et le deuxième circuit 200 est agencé pour être relié à un deuxième appareil électronique, par exemple un détecteur fournissant des données de mesure d’un paramètre physique quelconque.
Le câble 300, ici « QUADRAX », est standard et comprend une première paire 301 de conducteurs électriques et une deuxième paire 302 de conducteurs électriques. De manière connue en elle-même, les paires sont torsadées et disposées en quadrature dans un blindage 303.
Le premier circuit comprend une entrée 101 des données à transmettre, une sortie 102 des données reçues, et une alimentation 103 recevant un signal de puissance continu d’entrée fourni par exemple par le premier appareil ou un réseau de distribution d’énergie.
L’entrée 101 est reliée aux bornes d’un enroulement primaire 104.1 d’un premier transformateur 104 ayant un enroulement secondaire 104.2 aux bornes duquel sont reliés les conducteurs électriques de la première paire 301 du câble 300.
La sortie 102 est reliée aux bornes d’un enroulement secondaire 105.2 d’un deuxième transformateur 105 ayant un enroulement primaire 105.1 aux bornes duquel sont reliés les conducteurs électriques de la deuxième paire 302 du câble 300.
L’alimentation 103 est reliée aux bornes d’un enroulement primaire 106.1 d’un troisième transformateur 106 ayant un enroulement secondaire 106.2 ayant une première borne reliée au point milieu de l’enroulement secondaire 104.2, une deuxième borne reliée au point milieu de l’enroulement primaire 105.1, et un point milieu relié à la masse mécanique du premier circuit 100 et/ou du premier appareil et au blindage 303 du câble 300 (cette masse mécanique constitue la référence de potentiel pour le premier appareil et le premier circuit 100). L’alimentation 103 comprend un convertisseur DC/AC agencé pour convertir le signal de puissance continu d’entrée en un signal de puissance alternatif sinusoïdal ayant une fréquence de l’ordre du mégahertz et plus particulièrement égale ici à 1 MHz.
Le deuxième circuit comprend une sortie 201 des données reçues du premier appareil, une entrée 202 des données à transmettre au premier appareil, et une alimentation 203 fournissant un signal continu de puissance de sortie au deuxième appareil.
La sortie 201 est reliée aux bornes d’un enroulement secondaire 204.2 d’un premier transformateur 204 ayant un enroulement primaire 204.1 aux bornes duquel sont reliés les conducteurs électriques de la première paire 301 du câble 300. On forme ainsi entre l’entrée 101 et la sortie 201 une ligne Tx.
L’entrée 202 est reliée aux bornes d’un enroulement primaire 205.1 d’un deuxième transformateur 205 ayant un enroulement secondaire 205.2 aux bornes duquel sont reliés les conducteurs électriques de la deuxième paire 302 du câble 300. On forme ainsi entre l’entrée 202 et la sortie 102 une ligne Rx.
L’alimentation 203 est reliée aux bornes d’un enroulement secondaire 206.2 d’un troisième transformateur 206 ayant un enroulement primaire 206.1 ayant une première borne reliée au point milieu de l’enroulement primaire 204.1, une deuxième borne reliée au point milieu de l’enroulement secondaire 205.2, et un point milieu relié à la masse mécanique du deuxième circuit 200 et/ou du deuxième appareil et au blindage 303 du câble 300 (cette masse mécanique constitue la référence de potentiel pour le deuxième appareil et le deuxième circuit 200) via un condensateur 213.1 et une résistance 213.2. L’alimentation 203 comprend un convertisseur AC/DC agencé pour convertir le signal de puissance alternatif reçu en entrée en signal de puissance continu de sortie qui soit adapté à l’alimentation du deuxième appareil.
On comprend qu’on dispose ainsi d’une solution d’isolation galvanique intégrale, aussi bien en courant continu qu’en courant alternatif à haute fréquence, qui permet de protéger le deuxième appareil des agressions de type surtension et/ou injection massive de courant (foudre et BCI). Il n’est donc pas nécessaire d’avoir recours à des composants de protection, comme des suppresseurs de surtension, qui sont difficiles à surveiller tant en fabrication qu’en opération.
La partie transmission de données est réalisée classiquement et ne sera pas plus décrite ici. On s’intéresse donc dans la suite de la description uniquement à la partie puissance.
L’alimentation 103 comprend de préférence un générateur de tension sinusoïdale ayant une fréquence d’environ 1 MHz et un déphasage angulaire (cosinus PHI) égal à 1. Ce générateur de tension sinusoïdale est agencé pour transmettre chacune de ses phases en mode commun sur la paire de conducteurs électriques 301 de la ligne Tx et sur la paire de conducteurs électriques 302 de la ligne Rx respectivement.
Un exemple de générateur de tension sinusoïdale 1030 est représenté sur la . En référence à la , le générateur de tension sinusoïdale 1030 comprend un oscillateur à cristal 1031 ayant une première borne reliée à une première entrée d’une première porte OU exclusif 1032.1 et une deuxième borne reliée à une sortie de la première porte OU exclusif 1032.1. La sortie de la sortie de la première porte OU exclusif 1032.1 est reliée à une première entrée d’une deuxième porte OU exclusif 1032.2 qui a une sortie reliée à une première entrée d’une sortie de la troisième porte OU exclusif 1032.3 et à la première entrée d’une quatrième porte OU exclusif 1032.4. Les portes OU exclusif 1032.1, 103.2 et 103.3 ont des deuxièmes entrées reliées à la masse et la quatrième porte OU exclusif 1032.4 a une deuxième entrée recevant le signal de puissance continu d’entrée. La quatrième porte OU exclusif 1032.4 a une sortie reliée à quatre amplificateurs 1033 ayant chacun une sortie reliée via une résistance 1034 à la borne positive de l’enroulement primaire 103.1 et la troisième porte OU exclusif 1032.3 a une sortie reliée à quatre amplificateurs 1035 ayant chacun une sortie reliée via une résistance 1036 à la borne négative de l’enroulement primaire 106.1. Les portes OU-Exclusif 1032 sont ainsi intégrées dans un montage dit à oscillateur à quartz et déphaseur. Les amplificateurs 1033 et 1035 appartiennent par exemple à un buffer numérique dont les courants sont répartis grâce aux résistances 1034, 1036 assurant une protection aux courts-circuits de la liaison entre le premier circuit 100 et le deuxième circuit 200.
La liaison de l’enroulement primaire 105.1 et de l’enroulement secondaire 104.2 à l’enroulement secondaire 106.2 va être détaillé. Le point milieu du transformateur primaire 105.1 est relié à une première borne d’un premier condensateur 107.1 ayant une deuxième borne reliée au point milieu du transformateur secondaire 104.2. L’enroulement secondaire 106.2 a une première borne reliée à la première borne du condensateur 107.1 par une première ligne 108.1 et une deuxième borne reliée à la deuxième borne du condensateur par une deuxième ligne 108.2. La première ligne 108.1 comprend deux bobines 109.1 en série qui sont polarisées de la même manière et la deuxième ligne 108.2 comprend deux bobines 109.2 en série qui sont polarisées de manière opposée aux bobines 109.1. Chaque bobine 109.1, 109.2 a donc une inductance propre et chaque paire de bobines 109.1, 109.2 en regard présente une inductance mutuelle. Un deuxième condensateur 107.2 s’étend entre le point de connexion des bobines 109.1 entre elles et le point de connexion des bobines 109.2 entre elles. Le point milieu de l’enroulement secondaire 106.2 est relié à la masse mécanique M-Gnd via un troisième condensateur 107.3 et une résistance 107.4 pour réaliser une adaptation en ligne en mode commun. On forme ainsi un filtre passe-bas LC, du quatrième ordre et à faible perte du fait de l’absence de composant résistif, assurant l’élimination des composantes hautes-fréquences du signal sinusoïdal qui est transmis avec chaque potentiel sur le mode commun d’une des paires 301, 302 et avec la composante continue en mode commun.
Le deuxième circuit 200, selon un premier mode de réalisation, va être décrit en relation avec la .
Le premier étage comprend un filtre 207 et un pont redresseur 208. Le filtre 207 est un filtre LC en Pi qui comprend une paire de bobines 2071, 2072, de polarisations opposées et en regard l’une de l’autre, présentant chacune une inductance propre et ensemble une inductance mutuelle, ayant chacune une première borne reliée à une des bornes de l’enroulement secondaire 206.2 et une deuxième borne reliée à une des bornes d’entrée du pont redresseur 208. Un premier condensateur 2073 relie l’une à l’autre les premières bornes des bobines 2071, 2072 et un deuxième condensateur 2074 relie l’une à l’autre les deuxièmes bornes des bobines 2071, 2072. Le pont redresseur 208 est ici un pont redresseur double alternance de type classique, ici de type GRAETZ. Le filtre 207 est un circuit analogique qui assure un préfiltrage permettant d’atténuer les bruits de commutation du pont redresseur 208. On comprend que le premier étage assure une conversion du signal de puissance alternatif en un signal de puissance continu ayant une tension redressée double alternance égale à la moyenne de la tension sinusoïdale.
Le deuxième étage est agencé pour former un consommateur de courant 209 suiveur de la tension redressée et comprend une première ligne 209.1 et une deuxième ligne 209.2 qui s’étendent chacune depuis une des bornes de sortie du pont redresseur 208 jusqu’à une des bornes d’entrée du troisième étage. La deuxième ligne comprend en série une résistance 2091 et un transistor 2092, de type NPN, ayant un émetteur relié à la résistance 2091 et un collecteur relié comme indiqué précédemment à l’une des bornes d’entrée du troisième étage. Le deuxième étage comprend également un amplificateur opérationnel 2090 ayant une entrée positive reliée à un diviseur de tension 2093 reliant les lignes 209.1 et 209.2, une entrée négative reliée à la deuxième ligne 209.2 entre la résistance 2091 et le transistor 2092, une broche d’alimentation positive reliée à cathode d’une diode 2094 ayant une anode reliée à la première ligne 209.1, une broche d’alimentation négative reliée à la deuxième ligne 209.2, et une sortie reliée via une résistance 2095 à une base du transistor 2092. Un condensateur 2096 relie en outre la cathode de la diode 2094 à la deuxième ligne 209.2. Le deuxième étage constitue une charge électronique permettant de simuler un comportement résistif de la charge en formant un consommateur asservi en courant sur la forme d’onde de la tension redressée double alternance. Le deuxième étage permet donc au câble 300 de « voir » une charge constante.
Le troisième étage comprend un filtre 210 LC en Pi analogue au filtre 207. Le filtre 210 comprend une paire de bobines 2101, 2102, de polarisations opposées et en regard l’une de l’autre, présentant chacune une inductance propre et ensemble une inductance mutuelle. La première bobine 2101 a une première borne reliée à la première ligne 209.1 du deuxième étage et une deuxième borne reliée à une première ligne 211.1 du quatrième étage. La deuxième bobine 2102 a une première borne reliée à la deuxième ligne 209.2 du deuxième étage et une deuxième borne reliée à une deuxième ligne 211.2 du quatrième étage. Un premier condensateur 2103 relie l’une à l’autre les premières bornes des bobines 2101, 2102 et un deuxième condensateur 2104 relie l’une à l’autre les deuxièmes bornes des bobines 2101, 2102. On comprend que le filtre 210 permet d’extraire la tension moyenne résultante.
Le quatrième étage forme une charge proportionnelle à la tension redressée reçue en entrée et donc un consommateur asservi en courant sur la tension continue reçue pour fournir une tension constante au deuxième appareil (i.e. la charge utilisatrice). Le quatrième étage comprend un générateur de courant 211 analogue au consommateur de courant 209. La première ligne 211.1 et la deuxième ligne 211.2 sont reliées, à l’opposé du troisième étage, à un régulateur de tension 212 qui comprend en parallèle un composant de type diode Zener 2121 et un condensateur 2122 et qui est relié au deuxième appareil. La deuxième ligne 211.2 comprend en série une résistance 2111 et un transistor 2112, de type NPN, ayant un émetteur relié à la résistance 2111 et un collecteur relié comme indiqué précédemment au régulateur de tension 212. Le quatrième étage comprend également un amplificateur opérationnel 2110 ayant une entrée positive reliée à un diviseur de tension 2113 reliant les lignes 211.1 et 211.2, une entrée négative reliée à la deuxième ligne 211.2 entre la résistance 2111 et le transistor 2112, une broche d’alimentation positive reliée à cathode d’une diode 2114 ayant une anode reliée à la première ligne 211.1, une broche d’alimentation négative reliée à la deuxième ligne 211.2, et une sortie reliée via une résistance 2115 à une base du transistor 2112. Un condensateur 2116 relie en outre la cathode de la diode 2114 à la deuxième ligne 211.2. Le régulateur de tension 212 permet de désensibiliser le dispositif aux variations de charge. Le courant consommé varie donc dans une faible proportion, dépendante de la variation de la tension d’entrée reçue. Ce courant traverse l’équivalent d’une diode Zener, aux bornes de laquelle on trouve une tension constante quel que soit le courant qui la traverse.
Le deuxième circuit consomme donc une tension à l’image de la tension de référence pour maintenir constante la charge « vue » par le câble. Le câble est par exemple chargé par le deuxième circuit à 100 ohms réels (i=u/r) par exemple. On comprend que la tension redressée égale à la moyenne de la tension sinusoïdale reçue en entrée sert de tension de référence pour les générateurs de courant.
De préférence, les transformateurs et les inductances couplées sont réalisés en technologie PCB, c’est-à-dire en enfouissant les noyaux dans les plaques de PCB et en réalisant les bobines par des pistes conductrices, car cette technologie garantit des performances électriques reproductibles et des symétries telles que la rejection des modes communs en est grandement améliorée. Cette technologie est par exemple connue des documents FR-A-2201553 et FR-A-3110780.
Dans la variante de la , le régulateur de tension 212 est remplacé par un régulateur de tension linéaire à faible chute de tension ou LDO également relié à la masse.
Le régulateur de tension LDO est un régulateur de tension « série » analogique capable de fonctionner avec une très faible chute de tension entre son entrée et sa sortie. Par ailleurs, il restitue en sortie une tension plus précise et il est souvent plus facile d’ajuster la tension de sortie par simple changement de valeurs de résistances qui ne sont pas représentées sur la figure.
Il est alors possible d’utiliser dans le premier étage un filtre 207 LC passe bas du troisième ordre (et non plus du quatrième ordre) car son rôle est juste de limiter la réinjection du bruit de commutation des diodes du pont redresseur 208 dans le câble 300.
Le deuxième circuit 200, selon un deuxième mode de réalisation, va être décrit en relation avec la . Le deuxième circuit 200 comprend également quatre étages. Le premier étage et le deuxième étage sont identiques à ceux de la variante ci-dessus.
Le deuxième circuit 200 selon le deuxième mode de réalisation diffère de la variante du premier mode de réalisation premièrement en ce que les enroulements 204.2, 206.2 et 205.1 ont des points milieux reliés via des condensateurs 2041, 2061 et 2051 à la masse mécanique Boîtier senseur-Gnd du deuxième circuit 200 et du deuxième appareil.
Le deuxième circuit 200 selon le deuxième mode de réalisation diffère de la variante du premier mode de réalisation deuxièmement en ce que le générateur de courant 211 est supprimé et est remplacé par un circuit récupérateur de tension 220. Le circuit récupérateur de tension 220 comprend une diode 2201 ayant une anode reliée à la première ligne 209.1 et au collecteur du transistor NPN 2092 et une cathode reliée au régulateur de tension LDO. Le circuit récupérateur de tension 220 comprend également un condensateur 2202 ayant une première borne reliée à la cathode de la diode 2021 et à une première branche du régulateur de tension LDO et une deuxième borne reliée à une deuxième branche du régulateur de tension LDO et à la masse mécanique.
L’ensemble diode 2021, condensateur 2022 et régulateur de tension LDO forme un étage à charge variable pour fournir une tension constante au deuxième appareil. La consommation est variable de telle manière que la somme du courant à l’émetteur du transistor 2092 et de la deuxième branche du LDO est la même qu’à l’entrée positive de l’amplificateur 2090. Le transistor 2092 sert de variable d’ajustement de ce que consomme le deuxième circuit 200 sous réserve qu’aucune tension ne soit présente à l’entrée négative de l’amplificateur 2090. On notera que la consommation via la diode 2093 est très faible, ce qui influence très peu la consommation globale du deuxième circuit 200.
La compatibilité électromagnétique vis-à-vis des injections massives de courant résultant d’impulsions haute fréquence type radar qui produisent des perturbations en mode commun est obtenue par la symétrie des lignes, la connexion à la masse mécanique et le raccordement de l’inductance double en différentiel. Le condensateur 2061 évacue en outre les perturbations de mode commun.
L’inductance de mode commun quadripolaire des bobines 2071 et 2072 s’applique sur l’ensemble de la ligne quadrifilaire afin de présenter une impédance élevée aux signaux parasites de mode commun à haute fréquence. Les transformateurs 204, 205, 206 se chargent de l’isolation en courant continu et à basse fréquence. A la résonnance série de cet ensemble (autour de 100MHz), le système étant très symétrique du fait de la technologie PCB, les courants sont équilibrés, opposés et s’écoulent quasi intégralement vers le blindage 303 du câble 300 via la résistance 213.2. La valeur de la résistance 213.2 est égale à la valeur d’impédance caractéristique du câble 300 en mode commun, comprise entre 50 et 100 ohms, ceci afin de ne pas créer d’ondes stationnaires susceptibles d’augmenter les courants ou tensions de mode commun dans certaines parties du câble, et donc de créer des perturbations sur les signaux utiles par mauvaise rejection de mode commun.
Les tensions résiduelles de mode commun sont toutes transmises à l’équipotentielle de la masse mécanique, elle-même reliée à la structure proche du porteur. Ainsi, les courants de foudre et de BCI ne peuvent pas créer de tensions différentielles dangereuses pour l’électronique du présent senseur. Pour cela, les condensateurs 2041, 2051 et 2061 présentent une impédance faible vis-à-vis des tensions hautes fréquences de mode commun exacerbées lors de la mise en résonnance des couples LC série formés par :
- l'inductance de mode commun des bobines 2071 et 2072 et le transformateur 204 ;
- l’inductance de mode commun des bobines 2071 et 2072 et le transformateur 205 ;
- l’inductance de mode commun des bobines 2071 et 2072 et le transformateur 206.
Ainsi, les courants hautes fréquences sont principalement rebouclés vers la référence de potentiel de proximité du deuxième appareil. Cela se traduit par une tension haute fréquence de mode commun, appliquée sur l’électronique du deuxième appareil, qui est complétement minimisée et donc sans conséquence sur le fonctionnement du deuxième appareil.
L’invention est tout particulièrement utilisable dans un aéronef A comprenant un appareil de traitement de données A1 relié au premier circuit 100 du dispositif selon l’invention et au moins un capteur A2 relié au deuxième circuit 200 de ce dispositif.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.
En particulier, tout générateur de signal sinusoïdal est utilisable comme générateur de courant. Le générateur de signal sinusoïdal peut en outre être agencé pour fournir un signal ayant une fréquence différente de 1 MHz.
La structure décrite est particulièrement simple. En effet, le signal sinusoïdal reçu doit être chargé par une résistance « réelle » égale à l’impédance caractéristique de la ligne (une centaine d’ohms dans le cas du câble Quadrax) et la puissance à transmettre est faible, de l’ordre du Watt : pour que le système soit le plus simple possible, une solution purement analogique est ici privilégiée, malgré son faible rendement. Toutefois, une solution à base de composants numériques peut être envisagée.
Cette solution est également avantageuse car de nombreux composants utilisables pour la mettre en œuvre se trouvent facilement dans le commerce.
L’invention est applicable à tout type d’installation, fixe ou mobile, et à tout véhicule.
Claims (12)
- Dispositif de transmission de puissance et données, comprenant un premier circuit (100), un deuxième circuit (200) et un câble (300) reliant le premier circuit et le deuxième circuit et comportant une première paire (301) et une deuxième paire (302) de conducteurs électriques pour transmettre un signal de données et un signal de puissance, le signal de données étant transmis en mode différentiel dans un premier sens sur la première paire de conducteurs électriques et dans un deuxième sens sur la deuxième paire de conducteurs électriques ; caractérisé en ce que le premier circuit est agencé pour émettre en mode différentiel le signal de puissance sur une porteuse sinusoïdale en utilisant les modes communs des deux paires de conducteurs et le deuxième circuit est agencé pour recevoir ledit signal de puissance en maintenant vis-à-vis du câble une impédance réelle égale à une impédance itérative du câble.
- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier circuit (100) comprend un premier transformateur (104) relié à la première paire (301) de conducteurs électriques, un deuxième transformateur (105) relié à la deuxième paire (302) de conducteurs électriques, et un troisième transformateur (106) en mode commun sur les deux paires de conducteurs électriques.
- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième circuit (200) comprend un premier transformateur (204) relié à la première paire (301) de conducteurs électriques, un deuxième transformateur (205) relié à la deuxième paire (302) de conducteurs électriques, et un troisième transformateur (206) en mode commun sur les deux paires de conducteurs électriques.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier circuit (100) est agencé pour que le signal de puissance ait une tension alternative ayant une haute fréquence, de préférence de l’ordre du mégahertz.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième circuit (200) comprend :
- un convertisseur alternatif/continu (208) recevant en entrée le signal de puissance et fournissant en sortie un signal de puissance continu ayant une tension redressée ;
- une charge électronique agencée pour être proportionnelle à la tension redressée.
- Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le convertisseur alternatif/continu (208) est associé à un filtre (207) agencé pour atténuer des bruits de commutation du convertisseur alternatif/continu.
- Dispositif selon la revendication 6, dans lequel le filtre (207) comprend une inductance mutuelle (2071, 2072) de mode commun.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel la charge électronique comprend un consommateur de courant (209) suiveur de la tension redressée et relié à la sortie du convertisseur alternatif/continu (208).
- Dispositif selon la revendication 8, comprenant un filtre (210) passe-bas Pi disposé en sortie du consommateur de courant (209) et adapté sur l’impédance itérative du câble (300).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel le deuxième circuit (200) comprend un régulateur de tension (212) à diode Zener.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel le deuxième circuit (200) comprend un régulateur de tension linéaire à faible chute (LDO).
- Aéronef comprenant un appareil de traitement de données relié au premier circuit (100) d’un dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins un capteur relié au deuxième circuit (200) de ce dispositif.
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|---|---|---|---|
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| FR2304360 | 2023-04-28 | ||
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Citations (3)
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-
2023
- 2023-04-28 FR FR2304360A patent/FR3148338B1/fr active Active
-
2024
- 2024-04-24 WO PCT/EP2024/061245 patent/WO2024223658A1/fr unknown
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| FR2201553A1 (fr) | 1972-10-03 | 1974-04-26 | Itt | |
| FR3049790A1 (fr) | 2016-03-31 | 2017-10-06 | Sagem Defense Securite | Dispositif de transmission par courants porteurs en ligne dans un aeronef |
| FR3110780A1 (fr) | 2020-05-20 | 2021-11-26 | Safran Electronics & Defense | Système de connexion pour l’échange de signaux électriques à connecteurs symétriques magnétiques. |
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| WO2024223658A1 (fr) | 2024-10-31 |
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