FR2882476A1 - Alternator field coil excitation circuit for motor vehicle, has boost circuit delivering voltage which is clipped by switches controlled by regulator such that average voltage at coil terminals is in same order of electrical network voltage - Google Patents
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Abstract
Description
CIRCUIT D'EXCITATION D'UN ALTERNATEUR, NOTAMMENT POUR VEHICULECIRCUIT FOR EXCITATION OF AN ALTERNATOR, IN PARTICULAR FOR A VEHICLE
AUTOMOBILEAUTOMOBILE
La présente invention est relative à un circL.it d'alimentation d'un inducteur d'alternateur, notamment pour véhicule automobile. The present invention relates to a supply circuit of an alternator inductor, in particular for a motor vehicle.
La plupart des alternateurs pour véhicule automobile comportent un stator dont les bobinages délivrent une tension à un réseau de bord, et un rotor entraîné par le moteur du véhicule et qui présente un bobinage inducteur destiné à engendrer un champ magnétique tournant qui induit une tension alternative aux bornes des bobinages du stator. Most of the alternators for a motor vehicle comprise a stator whose windings deliver a voltage to an on-board network, and a rotor driven by the motor of the vehicle and which has an inductive winding intended to generate a rotating magnetic field which induces an alternating voltage terminals of the stator windings.
Le bobinage inducteur est alimenté par le réseau de 15 bord, c'est-à-dire qu'il tire son énergie d'une batterie du véhicule ou de l'alternateur luimême. The inductor coil is powered by the on-board network, i.e. it draws its energy from a battery of the vehicle or the alternator itself.
Ainsi, le bobinage inducteur est alimenté au maximum à la même tension que celle fournie par l'alternateur. En cas de baisse de charge du réseau de bord, la tension d'alimentation de l'inducteur est inférieure à la tension du réseau de bord. La commande de la tension du bobinage inducteur est, par exemple, effectuée à l'aide d'un interrupteur en série avec le bobinage inducteur et qui est fermé pendant des durées d'impulsions fonction de la tension de charge. Thus, the field winding is powered at the maximum voltage at the same voltage as that provided by the alternator. In the event of a load reduction of the on-board electrical system, the supply voltage of the inductor is lower than the voltage of the on-board electrical system. The control of the voltage of the inductor winding is, for example, carried out by means of a switch in series with the inductor winding and which is closed during pulse times depending on the charging voltage.
L'invention résulte de la constatation qu'un tel alternateur nécessite une durée non négligeable pour atteindre son fonctionnement en régime permanent. Ce retard constitue un inconvénient gênant, notamment en cas de variation rapide de la charge du réseau de bord. The invention results from the observation that such an alternator requires a significant duration to reach its operation in steady state. This delay is an inconvenient disadvantage, especially in case of rapid variation of the load of the onboard network.
Ainsi, le circuit d'alimentation d'un inducteur conforme à l'invention comporte un circuit d'élévation de tension ou boost qui fournit une tension sensiblement supérieure à celle fournie par l'alternateur et par le réseau de bord, ce circuit d'élévation de tension fournissant une tension découpée au bobinage inducteur afin qu'en valeur moyenne cette tension d'inducteur soit du même ordre de grandeur que la tension du réseau de bord. Thus, the supply circuit of an inductor according to the invention comprises a voltage boost circuit or boost which provides a voltage substantially greater than that provided by the alternator and the onboard network, this circuit of voltage rise providing a voltage cut to the inductor winding so that in average value this inductor voltage is of the same order of magnitude as the voltage of the onboard network.
Ainsi, on confère momentanément au bobinage inducteur une puissance importante, ce qui diminue le temps d'établissement du régime permanent de l'alternateur. Par exemple, en faisant appel à une tension augmentée à 100 volts alors que la tension des batteries est de 12 volts, le régime permanent de l'alternateur peut être atteint en environ 30 millisecondes, alors qu'il est atteint en 150 millisecondes lorsqu'on découpe directement la tension de 12 volts. Thus, the inductor winding is given a significant power momentarily, which decreases the time of establishment of the steady state of the alternator. For example, by using an increased voltage at 100 volts while the battery voltage is 12 volts, the steady state of the alternator can be reached in about 30 milliseconds, while it is reached in 150 milliseconds when we directly cut the voltage of 12 volts.
L'invention concerne donc: un circuit d'alimentation du bobinage inducteur d'un alternateur, destiné à alimenter le réseau de bord d'un véhicule automobile, ce bobinage inducteur étant alimenté par l'intermédiaire du réseau de bord, la tension du bobinage inducteur étant régulée par découpage, qui est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'élévation de tension pour augmenter d'au moins un facteur deux la tension du réseau de bord afin d'alimenter par découpage le bobinage inducteur, la commande du découpage permettant de fournir aux bornes du bobinage inducteur une tension moyenne du même ordre de grandeur que la tension du réseau de bord. The invention thus relates to: a power supply circuit of the induction winding of an alternator, intended to supply the on-board network of a motor vehicle, this induction winding being supplied via the on-board network, the winding voltage inductor being controlled by cutting, which is characterized in that it comprises a voltage raising circuit for increasing the voltage of the edge network by at least a factor of two in order to power the induction coil, the control of the cutting to provide at the terminals of the inductor winding an average voltage of the same order of magnitude as the voltage of the onboard network.
Dans une réalisation, le circuit comprend un moyen pour faire dépendre la tension délivrée par le circuit d'élévation de tension du régime du moteur du véhicule automobile. In one embodiment, the circuit comprises means for making the voltage delivered by the voltage boosting circuit of the engine speed of the motor vehicle dependent.
Dans ce cas, le moyen pour faire dépendre du régime du moteur la tension fournie par le circuit d'élévation de tension peut être tel que la tension est plus faible à bas régime qu'à haut régime. In this case, the means for making the voltage supplied by the voltage rise circuit dependent on the engine speed may be such that the voltage is lower at low speed than at high speed.
Dans une réalisation, le circuit est tel qu'il comprend un moyen pour court-circuiter le bobinage inducteur en cas de diminution brusque de la charge de l'alternateur. In one embodiment, the circuit is such that it comprises means for short-circuiting the induction coil in the event of a sudden decrease in the load of the alternator.
Dans ce cas, le moyen pour court-circuiter le bobinage inducteur peut comporter tension aux bornes de ce brusque de la charge et un moyen d'inversion pour que la bobinage ait, lors de la diminution la mise en court-circuit, un signe opposé au signe de la tension imposée diminution de la charge. In this case, the means for short-circuiting the inductor winding may comprise voltage across this sudden load and an inverting means so that the winding has, during the decrease the short-circuiting, an opposite sign at the sign of the imposed tension decrease of the load.
Le moyen d'inversion et le tension peuvent être tels que, lors du dissipée alimente le réseau connecté àà ce bobinage avant la circuit d'élévation de court-circuit, l'énergie l'alternateur. The inverting means and the voltage may be such that, when the dissipation feeds the network connected to this winding before the short circuit elevation circuit, the alternator energy.
Dans une réalisation, une première borne du bobinage inducteur est reliée, d'une part, à une première sortie du circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'un premier interrupteur, et, d'autre part, à la seconde sortie du circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'une première diode, la seconde borne du bobinage inducteur est reliée, d'une part, à la seconde sortie du circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'un second interrupteur, et, d'autre part, à la première borne de sortie de ce circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'une seconde diode, et le circuit comprend un moyen pour commander l'ouverture du premier et/ou du second interrupteur lors de la détection d'une diminution de charge du réseau alimenté par l'alternateur. In one embodiment, a first terminal of the field winding is connected, on the one hand, to a first output of the voltage raising circuit via a first switch, and, on the other hand, to the second output of the voltage-raising circuit via a first diode, the second terminal of the field winding is connected, on the one hand, to the second output of the voltage-raising circuit via a second switch, and on the other hand, to the first output terminal of this voltage rise circuit via a second diode, and the circuit includes means for controlling the opening of the first and / or second switch when detecting a load decrease of the grid fed by the alternator.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, cette description étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma d'un circuit d'excitation conforme à l'invention, La figure 2 est un schéma analogue à celui de la 10 figure 1 mais pour une variante, et Les figures 3a et 3b sont des diagrammes illustrent les propriétés d'un circuit d'excitation conforme à l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1. Other features and advantages of the invention will become apparent with the description of some of its embodiments, this description being made with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a diagram of an excitation circuit FIG. 2 is a diagram similar to that of FIG. 1 but for a variant, and FIGS. 3a and 3b are diagrams illustrating the properties of an excitation circuit according to the invention. Reference is first made to FIG.
Dans l'exemple représenté sur cette figure, l'alternateur comporte un stator 10 dont les bobinages délivrent une tension Ualt à un réseau de bord. L'alternateur comporte aussi un rotor entraîné par le moteur du véhicule qui présente un bobinage inducteur 12 produisant un champ magnétique tournent pour induire une tension alternative aux bornes des bobinages du stator 10. In the example shown in this figure, the alternator comprises a stator 10 whose coils deliver a voltage Ualt to an edge network. The alternator also comprises a rotor driven by the vehicle engine which has an inductor coil 12 producing a magnetic field rotating to induce an AC voltage across the windings of the stator 10.
Le bobinage inducteur 12 est alimenté par le réseau de bord ou par l'alternateur lui-même. The inductor winding 12 is powered by the onboard network or by the alternator itself.
Une première borne 16 de sortie de l'alternateur est reliée à la masse 14 tandis que l'autre borne 20 de sortie de l'alternateur est reliée au réseau de bord. Ainsi, les bornes 16 et 20 constituent en même temps la sortie de l'alternateur et l'entrée du réseau de bord. Entre ces bornes apparaît la tension Liait qui est appliquée à l'entrée d'un régulateur 22 destiné à commander la tension aux bornes du bobinage 12 en fonction de la charge du réseau de bord, comme décrit plus loin. A first output terminal 16 of the alternator is connected to ground 14 while the other output terminal 20 of the alternator is connected to the onboard network. Thus, the terminals 16 and 20 constitute at the same time the output of the alternator and the input of the onboard network. Between these terminals appears Liait voltage which is applied to the input of a regulator 22 for controlling the voltage across the winding 12 as a function of the load of the onboard network, as described below.
La tension Ualt est également appliquée, conformément à l'invention, à un circuit de boost 50 qui délivre, entre ses bornes de sortie 52 et 54, une tension sensiblement supérieure à la tension Ualt. Cette tension est, dans l'exemple, au moins deux :35 fois, de préférence trois fois, la tension Uait. The voltage Ualt is also applied, according to the invention, to a boost circuit 50 which delivers, between its output terminals 52 and 54, a voltage substantially greater than the voltage Ualt. This voltage is, in the example, at least two: 35 times, preferably three times, the voltage Uait.
La tension Uex apparaissant entre la borne 54, reliée à la masse, et la borne 52, est découpée à l'aide d'un interrupteur commandé 34, et/ou 40, commandé par le régulateur 22 afin que la tension moyenne aux bornes du bobinage 12 ne dépasse pas la valeur requise, de l'ordre de Uait. The voltage Uex appearing between the terminal 54, connected to ground, and the terminal 52, is cut off by means of a controlled switch 34, and / or 40, controlled by the regulator 22 so that the average voltage across the terminals of the winding 12 does not exceed the required value, of the order of Uait.
Par ailleurs, le montage d'alimentation du bobinage inducteur 12 est tel que la tension d'excitation présente, en régime permanent, une polarité déterminée, par exemple la polarité de la tension Ualt, alors qu'en cas de diminution brusque de la charge sur le réseau, la tension aux bornes du bobinage inducteur 12 présente momentanément une polarité opposée afin de réduire les surtensions fournies transitoirement par l'alternateur. On sait que ces surtensions sont dangereuses pour les composants du réseau de bord et obligent aussi à surdimensionner les divers composants ou à prévoir c.es protections onéreuses. Furthermore, the power supply of the inductor winding 12 is such that the excitation voltage has, in steady state, a determined polarity, for example the polarity of the voltage Ualt, whereas in the event of a sudden decrease in the load on the network, the voltage across the inductor winding 12 momentarily has an opposite polarity to reduce transient overvoltages provided by the alternator. It is known that these overvoltages are dangerous for the components of the on-board network and also make it necessary to oversize the various components or to provide these costly protections.
Ainsi, la première borne 32 du bobinage 12 est reliée à la masse, et donc à la sortie 54 du circuit 50, par l'intermédiaire de l'interrupteur 34 commandé par le régulateur 22. Cette première borne 32 du bobinage 12 est également connectée à la borne 52 du circuit 50 par l'intermédiaire d'une diode 36 dont l'anode est directement connectée à la borne 32. Thus, the first terminal 32 of the winding 12 is connected to ground, and therefore to the output 54 of the circuit 50, via the switch 34 controlled by the regulator 22. This first terminal 32 of the winding 12 is also connected. at the terminal 52 of the circuit 50 via a diode 36 whose anode is directly connected to the terminal 32.
De façon analogue, la seconde borne 38 du bobinage inducteur 12 est connectée, d'une part, à la borne 52 du circuit 50 par l'intermédiaire de l'interrupteur 40 commandé par le circuit régulateur 22, et, d'autre part, à la masse (et donc à la borne 54 du circuit 50) par l'intermédiaire d'une diode 42 dont la cathode est connectée directement à la borne 38. Similarly, the second terminal 38 of the inductor coil 12 is connected, on the one hand, to the terminal 52 of the circuit 50 via the switch 40 controlled by the regulator circuit 22, and, on the other hand, to the ground (and therefore to the terminal 54 of the circuit 50) via a diode 42 whose cathode is connected directly to the terminal 38.
:30 Le fonctionnement est le suivant: Au démarrage du moteur, les interrupteurs 34 et 40 sont fermés. Ainsi, l'inducteur 12 est alimenté en permanence par l'intermédiaire du réseau de bord, à travers le circuit de boost 50. Le régulateur 22 impose une consigne à la tension du bobinage inducteur en commandant par découpage l'interrupteur 34. Ainsi, quand la tension Ualt apparaissant à l'entrée du régulateur 22, est inférieure à la consigne, l'interrupteur 34 reste constamment fermé comme l'interrupteur 40. Ensuite, quand la consigne est atteinte, l'interrupteur 34 est alternativemeflt ouvert et fermé, par exemple, à une fréquence de l'ordre de 20 kHertz, la largeur d'impulsion dépendant de l'écart entre la consigne et la valeur mesurée. Dans cet exemple, les interrupteurs 34 et 40 sont des transistors MOS. The operation is as follows: When the motor starts, the switches 34 and 40 are closed. Thus, the inductor 12 is continuously supplied via the on-board network, through the boost circuit 50. The regulator 22 imposes a set point on the voltage of the inductor coil by switching the switch 34. when the voltage Ualt appearing at the input of the regulator 22 is lower than the setpoint, the switch 34 remains constantly closed like the switch 40. Then, when the setpoint is reached, the switch 34 is alternately open and closed, for example, at a frequency of the order of 20 kHertz, the pulse width depending on the difference between the setpoint and the measured value. In this example, the switches 34 and 40 are MOS transistors.
En cas de baisse de charge dans le réseau, baisse qui est détectée par le régulateur 22, ce régulateur commande l'ouverture de l'interrupteur 34 et/ou de l'interrupteur '0. Dans ces conditions, les diodes 36 et 42 deviennent passantes et on obtient aux bornes du bobinage inducteur 12 une tension qui est l'opposé de la tension Uex entre les bornes 52 et 54. En conséquence, l'intensité du courant, qui garde toujours le même sens dans le bobinage inducteur 12, diminue rapidement. L'énergie accumulée dans le bobinage 12 est évacuée vers le circuit de boost 50, et ce dernier la restitue au réseau de bord. A cet effet, le circuit de boost est réversible en courant. In the event of a load drop in the network, which is detected by the regulator 22, this regulator controls the opening of the switch 34 and / or the switch '0. Under these conditions, the diodes 36 and 42 become conductive and there is obtained at the terminals of the inductor coil 12 a voltage which is the opposite of the voltage Uex between the terminals 52 and 54. Consequently, the intensity of the current, which always keeps the same direction in the inductor coil 12, decreases rapidly. The energy accumulated in the winding 12 is discharged to the boost circuit 50, and the latter restores it to the on-board network. For this purpose, the boost circuit is reversible in current.
Ainsi, on récupère dans ce réseau de bord une partie de l'énergie, ce qui diminue la consommation en énergie électrique. Thus, it recovers in this network edge a portion of the energy, which reduces the consumption of electrical energy.
Comme montré par les diagrammes des figures 3a et:-:;b, par rapport à un circuit d'excitation dépourvu de circuit de boost 50, l'établissement du régime permanent de l'alternateur s'effectue de façon plus rapide. En particulier, quand intervient une diminution brusque de la charge du réseau de bord, la durée des éventuelles surtensions produites par l'alternateur est sensiblement réduite. As shown by the diagrams of FIGS. 3a and b, with respect to an excitation circuit without a boost circuit 50, the establishment of the steady state of the alternator takes place more rapidly. In particular, when there is a sudden decrease in the load of the onboard network, the duration of any overvoltages produced by the alternator is substantially reduced.
Ces diagrammes correspondent au cas où la tension normale de l'alternateur est de 14 volts et la tension fournie par le circuit de boost est de l'ordre de 42 volts. These diagrams correspond to the case where the normal voltage of the alternator is 14 volts and the voltage supplied by the boost circuit is of the order of 42 volts.
Le diagramme de la figure 3a est un diagramme sur lequel on a porté en ordonnées l'intensité, en ampères, du courant électrique en sortie de l'alternateur, d'une part, pour une réalisation classique et, d'autre part, pour une réalisation selon l'invention correspondant à la figure 1. The diagram of FIG. 3a is a diagram on which the intensity, in terms of amperes, of the electric current at the output of the alternator, on the one hand, for a conventional embodiment, and, on the other hand, for an embodiment according to the invention corresponding to FIG.
La courbe 70 correspond au circuit classique tandis que la courbe 72 correspond au circuit selon l'invention. The curve 70 corresponds to the conventional circuit while the curve 72 corresponds to the circuit according to the invention.
Dans l'exemple représenté sur cette figure, au temps t = 0,05 seconde, la charge de l'alternateur augmente de 60 Ampères environ et au temps t = 0, 1 seconde, cette charge disparaît. In the example shown in this figure, at time t = 0.05 seconds, the load of the alternator increases by about 60 amps and at time t = 0, 1 second, this charge disappears.
On voit qu'avec l'invention (courbe 72), l'intensité du courant de sortie de l'alternateur s'établit en quelques millisecondes après apparition de la charge supplémentaire tandis que dans le cas classique (courbe 70), l'intensité n'a pas eu le temps de se stabiliser avant que la surcharge disparaisse. It can be seen that with the invention (curve 72), the intensity of the output current of the alternator is established in a few milliseconds after appearance of the additional charge while in the conventional case (curve 70), the intensity did not have time to stabilize before the overload disappeared.
Quand la surcharge disparaît, avec l'invention l'intensité du courant de sortie de l'alternateur se rétablit en quelques millisecondes, alors qu'avec un montage classicue (courbe 70), il faut environ 60 millisecondes avant cue l'intensité retrouve sa valeur d'origine. When the overload disappears, with the invention the intensity of the output current of the alternator is restored in milliseconds, whereas with a conventional assembly (curve 70), it takes about 60 milliseconds before cue intensity regains its original value.
La figure 3b représente la variation de l'intensité du courant d'excitation dans la même situation que celle décrite ci-dessus, c'est-àdire avec une surcharge de 60 Ampères au temps t = 0,05 seconde et la disparition de cette surcharge au temps t = 0,1 seconde. FIG. 3b shows the variation of the intensity of the excitation current in the same situation as that described above, that is to say with an overload of 60 amperes at time t = 0.05 seconds and the disappearance of this overload at time t = 0.1 seconds.
Avec le circuit selon l'invention, cette intensité du courant d'excitation (courbe 74) suit, de façon quasi immédiate, les variations de la charge alors qu'avec un circuit classicue (courbe 76), le courant d'excitation réagit de façon beauccup plus lente aux variations de la charge. With the circuit according to the invention, this intensity of the excitation current (curve 74) follows, almost immediately, the variations of the load, whereas with a conventional circuit (curve 76), the excitation current reacts from way beauccup slower to the variations of the load.
Le mode de réalisation représenté sur la figure 2 se distingue de celui représenté sur la figure 1 par le fait cue l'on prévoit un seul interrupteur de découpage 60 et une seule diode de roue libre 62. De façon plus précise: la borne 52 du circuit 50 est reliée à une borne 64 qui est connectée directement à une borne 122 du bobinage 12 et qui est connectée aussi à la borne 54 à la masse par l'intermédiaire de la dicde 62 dont l'anode est reliée directement à la borne 54. L'autre borne 121 du bobinage 12 est également reliée à la borne 54. The embodiment shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in that only one switching switch 60 and one freewheeling diode 62 are provided. More precisely: terminal 52 of FIG. circuit 50 is connected to a terminal 64 which is connected directly to a terminal 122 of the winding 12 and which is also connected to the terminal 54 to the ground via the dicde 62 whose anode is connected directly to the terminal 54 The other terminal 121 of the winding 12 is also connected to the terminal 54.
Le régulateur 22 module la largeur d'impulsion de fermeture de l'interrupteur 60 pour que la tension moyenne aux bornes du bobinage 12 ait la valeur désirée, de l'ordre de Uait Contrairement au circuit représenté sur la figure 1, lors d'une diminution brusque de la charge du réseau de bord, par exemple lors de la déconnexion d'une charge dans ce réseau, la tension appliquée au bobinage 12, ne change pas de signe. Ainsi, par rapport au circuit représenté sur la figure 1, la réalisation montrée sur la figure 2 est plus simple mais est moins efficace pour limiter les surtensions produites par l'alternateur. Toutefois, le circuit 50 de boost permet, par rapport à un montage classique, de limiter ces surtensions. The regulator 22 modulates the closing pulse width of the switch 60 so that the average voltage across the winding 12 has the desired value, of the order of Uait. Unlike the circuit shown in FIG. sudden decrease in the load of the on-board network, for example when disconnecting a load in this network, the voltage applied to the coil 12, does not change sign. Thus, with respect to the circuit shown in FIG. 1, the embodiment shown in FIG. 2 is simpler but is less effective in limiting the overvoltages produced by the alternator. However, the boost circuit 50 allows, compared to a conventional mounting, to limit these overvoltages.
Dans une réalisation (non montrée), on fait dépencre la tension de boost du régime du moteur. En particulier, il est préférable que la tension fournie par le circuit 50 soit, à bas régime, notamment au ralenti, inférieure à la tension lorsque le régime est plus important, car le circuit 50 provoque, notamment en cas de variation brusque de la charge du réseau de bord, un appel de puissance qui entraîne un appel de couple pouvant faire caler le moteur lorsque celui-ci est à bas régime. In one embodiment (not shown), the boost voltage is decelerated from the engine speed. In particular, it is preferable that the voltage supplied by the circuit 50 is, at low speed, especially at idle, lower than the voltage when the speed is higher, because the circuit 50 causes, especially in case of sudden change in the load of the on-board network, a power call that causes a torque call that can stall the engine when it is at low speed.
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