FR2995100A1

FR2995100A1 - Equipement electronique apte a generer une tension d'alimentation destinee a alimenter un appareil nomade

Info

Publication number: FR2995100A1
Application number: FR1258291A
Authority: FR
Inventors: Alexandre Fromion
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-03-07
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: EP2893414A1; WO2014037642A1; CN104718510A; FR2995100B1

Abstract

L'invention concerne un équipement électronique (10) comportant des moyens pour générer une tension d'alimentation (V ) destinée à alimenter un appareil nomade (11) au travers d'un câble blindé (12), le blindage (13) du câble (12) étant relié à une masse d'alimentation (Gnd') de l'appareil nomade (11), l'équipement électronique (10) étant caractérisé en ce qu'il comprend : . des moyens de mesure de la tension (V ) dans le blindage (13) du câble (12) et, . des moyens de génération d'une tension régulée (V ) à partir de la tension d'alimentation (V ) et de la tension (V ) dans le blindage (13) du câble (12).

Description

EQUIPEMENT ELECTRONIQUE APTE A GENERER UNE TENSION D'ALIMENTATION DESTINEE A ALIMENTER UN APPAREIL NOMADE L'invention concerne des équipements électroniques disposant d'un connecteur apte à fournir une tension destinée à alimenter un appareil mobile. La plupart des appareils nomades (téléphones, baladeurs numériques, ...) comporte un connecteur permettant de les connecter via un câble à un équipement électronique (par exemple un ordinateur ou un 1 o calculateur multimédia de véhicule). Une telle connexion permet, d'une part, d'échanger des données entre l'appareil nomade et l'équipement électronique et, d'autre part, d'alimenter en électricité l'appareil nomade. Par exemple, une connexion respectant la norme USB 2.0 permet d'alimenter un appareil avec une tension d'alimentation comprise entre 4,75V et 5,25V. 15 L'augmentation de la longueur des câbles, en particulier dans le contexte automobile où les connexions USB sont distantes des calculateurs de gestion de la connectivité, ainsi que l'augmentation des demandes en courant des appareils nomades entraînent des chutes de tensions susceptibles de provoquer des disfonctionnements des appareils nomades. 20 En effet, l'augmentation de la consommation en courant de l'appareil ainsi que l'augmentation de la longueur des câbles impliquent que la tenue de la tension de sortie conforme à la norme USB 2.0 devient plus difficile. Le document US2011/0121801 divulgue un système prenant en compte des pertes ohmiques en amont d'un régulateur de tension en ajustant 25 le courant délivré en fonction d'une mesure de tension. Un des inconvénients d'un tel système est qu'il ne tient pas compte des pertes ohmiques en aval du régulateur de tension, autrement dit, les pertes liées au câble reliant le système à l'appareil rechargé. L'invention a donc pour but notamment de remédier à cet 30 inconvénient en proposant équipement électronique comportant des moyens pour générer une tension d'alimentation régulée comprise dans une plage de valeurs prédéterminée. Elle propose plus précisément à cet effet un équipement électronique comportant des moyens pour générer une tension d'alimentation destinée à alimenter un appareil nomade au travers d'un câble blindé, le blindage du 5 câble étant relié à une masse d'alimentation de l'appareil nomade, l'équipement électronique étant caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens de mesure de la tension dans le blindage du câble et, - des moyens de génération d'une tension régulée à partir de la 1 o tension d'alimentation et de la tension dans le blindage du câble. La solution selon l'invention tire parti de la structure du câble entre l'équipement électronique et l'appareil nomade, pour permettre de garantir la tension de sortie sur le connecteur situé à l'extrémité du câble et connecté à l'appareil nomade. 15 La solution utilise le blindage du câble, qui n'est parcouru par aucun courant et qui est relié à la masse d'alimentation de l'appareil nomade. La tension mesurée dans le blindage permet de déterminer la chute de tension dans le câble d'alimentation. Avantageusement, les moyens de mesure de la tension dans le 20 blindage du câble comportent une capacité reliée à une masse de l'équipement électronique, le blindage du câble étant connecté à la masse (Gnd) de l'équipement électronique par couplage capacitif. Avantageusement, les moyens de mesure de la tension dans le blindage du câble comportent en outre une résistance placée en parallèle de 25 la capacité. Avantageusement, les moyens de génération d'une tension régulée à partir de la tension d'alimentation et de la tension mesurée dans le blindage du câble comportent un amplificateur délivrant une tension amplifié à partir de la tension mesurée dans le blindage du câble. 30 Avantageusement, les moyens de génération d'une tension régulée à partir de la tension d'alimentation et de tension mesurée dans le blindage du câble comportent un régulateur de tension délivrant une tension régulée égale à la somme de la tension d'alimentation et de la tension amplifiée.

Avantageusement, l'ensemble comprenant l'amplificateur et le régulateur de tension est réalisé par un unique composant intégré. Avantageusement, l'équipement électronique selon l'invention, comporte un premier connecteur Cri conforme à la norme USB. L'invention concerne aussi un système d'alimentation en électricité 1 o comportant un équipement électronique selon l'invention et un câble blindé apte à être branché sur ledit équipement électronique. L'invention concerne aussi un véhicule comportant un équipement électronique selon l'invention ou un système d'alimentation selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à 15 l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 illustre un équipement électronique selon l'invention relié à un appareil nomade par un câble blindé. Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. 20 La figure 1 montre un équipement électronique 10 selon l'invention relié à un appareil nomade 11 par un câble blindé 12. On suppose par exemple que l'équipement électronique 10 est un calculateur multimédia, que l'appareil nomade 11 est un téléphone mobile et qu'ils sont reliés par une connexion de type USB (pour Universal Serial Bus). 25 L'équipement électronique 10 comporte un premier connecteur Cri . L'appareil nomade 11 comporte un second connecteur Cr2. Le câble 12 comporte à ces extrémités un troisième Cr3 et un quatrième Cr4 connecteur. Le quatrième connecteur Cr4 est par exemple branché sur le premier connecteur Cri . Le troisième connecteur Cr est alors branché sur le 30 deuxième connecteur Cr2. Le câble comporte un premier 12.1 et un second 12.2 conducteur dans lesquels circule un courant lusb consommé par l'appareil nomade 11. Le premier conducteur 12.1 relie l'alimentation fournit par l'équipement embarqué à l'équipement nomade. Le deuxième conducteur 12.2 relie la masse Gnd de l'équipement électronique 10 à la masse Gnd' de l'appareil nomade 11. Les deux fils conducteurs 12.1 12.2 sont identiques (réalisés dans la même matière, et présentent une résistance linéique identique) et sont soumis à la même température (du fait de leur confinement), et au même stress mécanique. On peut donc considérer qu'ils ont sensiblement la même résistance (à quelques pourcents près). Les résistances de chaque conducteur 12.1, 12.2 et des connecteurs associés Cri, Cr2, Cr3, Cr4 sont représentées par une résistance Rc sur chacun des fils conducteurs. Le câble 12 comporte en outre un autre conducteur D+/D- destinée à l'échange de données entre l'équipement électronique 10 et l'appareil nomade 11 et qui n'est pas utilisé dans le cadre de l'invention. Le blindage 13 du câble 12 est relié à la masse d'alimentation Gnd' de l'appareil nomade 11, lorsque le connecteur du câble Cr3 est relié à celui Cr2 de l'appareil nomade 11. Les connecteurs et le câble d'alimentation provoquent une chute de tension qui implique que la tension au niveau du connecteur Cri de l'équipement électronique 10 est différente la tension appliquée à l'appareil nomade 11. La tension VBuse appliquée à l'équipement nomade 11 vaut : VBuse = Vcri - 2 *l c * lusb- Avec Vcri la tension délivrée au niveau du premier connecteur Cri, Rc est la résistance totale du premier conducteur 12.1 et donc du deuxième conducteur 12.2 (qui ont la même résistance comme expliqué plus haut), lusb est le courant consommé par l'équipement nomade 11.

Par exemple, pour un appareil consommant 1A, si la tension Vcri délivrée au niveau du premier connecteur Cri est de 5V, alors la tension VBuse peut facilement tomber en dessous de 4,75V (pour résistance totale Rc supérieure à 0,25 Ohm) qui correspond à la tension minimum de service définie par la norme USB2.0.

L'équipement électronique 10 comporte des moyens (non représentés) pour générer une tension d'alimentation VBus. L'équipement électronique 10 comprend en outre : - des moyens de mesure de la tension Vend' dans le blindage 13 du câble 12 et, . des moyens de génération d'une tension régulée Vgus à partir de la tension d'alimentation VBus et de la tension VGna, mesurée dans le blindage 13. Le blindage 13 du câble 12 (relié à la masse du côté de l'appareil nomade 11) est utilisé comme capteur de la chute de tension due à la résistance du conducteur de masse (autrement dit du deuxième conducteur 12.2). Par extension, la valeur de cette chute de tension peut être utilisée pour déterminer la chute de tension liée au conducteur d'alimentation électrique (autrement dit le premier conducteur 12.1) et des connecteurs Cri, Cr2, Cr3 et Cr4.

Une fois la chute de tension mesurée, il est alors possible d'effectuer une compensation de la chute de tension due au câble en pilotant la tension d'alimentation qui est délivrée sur le premier connecteur Cri. La tension délivrée au niveau du premier connecteur Cri est augmentée de façon à obtenir la tension souhaitée (autrement dit la tension d'alimentation VBus) au niveau du troisième connecteur Cr3. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de mesure de la tension Vend' dans le blindage 13 du câble 12 comportent une capacité C reliée à la masse Gnd de l'équipement électronique 10, le blindage 13 du câble 12 étant connecté à la masse Gnd de l'équipement électronique 10 par couplage capacitif. Avantageusement, les moyens de mesure de la tension VGnd, dans le blindage 13 du câble 12 comportent en outre une résistance R placée en parallèle de la capacité C. La résistance R est aussi connectée à la masse Gnd de l'équipement électronique 10. La résistance R présente une forte impédance 10 à 100 K Ohms dont la valeur est très grande devant la résistance du câble. Ceci permet de fixer un potentiel continu de ce point de connexion et éviter un potentiel flottant variable (par charge électrostatique). La capacité C assure la connexion à la masse de l'équipement en radio-fréquence et permet donc de maintenir l'effet d'écran du blindage du câble USB.

Les moyens de génération d'une tension régulée VBus à partir de la tension d'alimentation VBus et de la tension Vend' mesurée dans le blindage 13 comporte un amplificateur A délivrant une tension amplifié VA à partir de la tension Vend' mesurée dans le blindage 13. Les moyens de génération d'une tension régulée Vsus à partir de la tension d'alimentation VBus et de la tension VGna, mesurée dans le blindage 13 comporte en outre un régulateur de tension 20 délivrant une tension régulée VBus égale à la somme de la tension d'alimentation VBus et de la tension amplifiée VA. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble comprenant l'amplificateur A et régulateur de tension 20 est réalisé par un unique composant intégré. La tension mesurée Vgnd' à l'entrée de l'équipement électronique 10 au point S est égale à lusb * Rb (avec lusb le courant consommé par l'appareil nomade 11 et Rb la résistance du second conducteur 12.2 et des connecteurs 25 associés). Comme expliqué précédemment, on considère que le premier conducteur 12.1 et le second conducteur 12.2 ont sensiblement la même résistance. La tension mesurée Vgnd' est multipliée par deux par l'amplificateur A. 30 La tension de sortie VA de l'amplificateur A représente donc la chute de tension totale générée par le courant lusb sur les deux conducteurs 12.1, 12.2 d'alimentation du câble 12. La tension de sortie VA de l'amplificateur A est sommée à la tension d'alimentation VBUS (qui est comprise entre 4,75V et 5,25V, conformément à la norme USB 2.0, par exemple 5V) au niveau de régulateur de tension 20.

La tension sortie du régulateur VBUS' vaut : Vgus = Vgus ± 2 X Vgnd' VBUS' est donc la tension de sortie de l'équipement au niveau du connecteur USB automobile. La tension d'alimentation de l'équipement nomade connecté au câble 1 o est : VBUSe = VBUS' - 2 *l b * lusb Comme VBUS' = VBUS ± 2 X Vgnd, et Vgnd' = Rc lusb Alors VBuse = Vgus (la tension nominale de la norme USB). La tension d'alimentation VBUSe de l'appareil nomade est donc 15 maintenue à une valeur conforme quel que soit sa consommation de courant (dans la limite de capacité du régulateur en courant et en tension de sortie) et quelques soient les variations, en température et/ou en vieillissement, de la résistance du câble et de la résistance de contact des connecteurs. Ce montage permet par exemple d'alimenter un périphérique de type 20 USB avec une tension nominale conforme à la norme USB 2.0 pour des courants supérieurs à la norme USB 2.0 (500mA) soit de 1 à 2A par exemple. Il est malgré tout nécessaire de respecter les spécifications maximales du câble. L'invention a pour avantage d'être compatible avec d'autre norme que 25 l'USB 2.0, par exemple la norme USB 3.0 prévoyant une augmentation du courant de sortie minimum (900mA au lieu de 500mA pour l'USB 2.0). L'invention concerne aussi un système d'alimentation en électricité comportant un équipement selon l'une des revendications précédentes et un câble blindé branché sur ledit équipement.

L'invention concerne aussi un véhicule comportant un équipement électronique selon l'invention ou un système d'alimentation selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Equipement électronique (10) comportant des moyens pour générer une tension d'alimentation (VBus) destinée à alimenter un appareil nomade (11) au travers d'un câble blindé (12), le blindage (13) du câble (12) étant relié à une masse d'alimentation (Gnd') de l'appareil nomade (11), l'équipement électronique (10) étant caractérisé en ce qu'il comprend : la - des moyens de mesure de la tension (Vend) dans le blindage (13) du câble (12) et, - des moyens de génération d'une tension régulée (VBus) à partir de la tension d'alimentation (VBus) et de la tension (Vend) dans le blindage (13) du câble (12). 15
2. Equipement électronique (10) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de mesure de la tension (Vend) dans le blindage (13) du câble (12) comportent une capacité (C) reliée à une masse (Gnd) de l'équipement électronique (10), le blindage (13) du câble (12) étant connecté à la masse 20 (Gnd) de l'équipement électronique (10) par couplage capacitif.
3. Equipement électronique (10) selon la revendication 2, dans lequel les moyens de mesure de la tension (Vend) dans le blindage (13) du câble (12) comportent en outre une résistance (R) placée en parallèle de la capacité (C). 25
4. Equipement électronique (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de génération d'une tension régulée (VBus) à partir de la tension d'alimentation (VBus) et de la tension (Vend) mesurée dans le blindage (13) du câble (12) comportent un amplificateur (A) délivrant une 30 tension amplifié (VA) à partir de la tension (Vend) mesurée dans le blindage (13) du câble (12).
5. Equipement électronique (10) selon la revendication 4, dans lequel les moyens de génération d'une tension régulée (VBus) à partir de la tension d'alimentation (VBus) et de tension (Vend) mesurée dans le blindage (13) du câble (12) comportent un régulateur de tension (20) délivrant une tension régulée (VBus) égale à la somme de la tension d'alimentation (VBus) et de la tension amplifiée (VA).
6. Equipement électronique selon la revendication 5, dans lequel l'ensemble comprenant l'amplificateur (A) et le régulateur de tension (20) est réalisé par ,o un unique composant intégré.
7. Equipement électronique (10) selon l'une des revendications précédentes, comportant un premier connecteur Cri conforme à la norme USB. 15
8. Système d'alimentation en électricité comportant un équipement électronique (10) selon l'une des revendications précédentes et un câble (12) blindé apte à être branché sur ledit équipement électronique (10).
9. Véhicule comportant un équipement électronique (10) selon l'une des 20 revendications 1 à 7 ou un système d'alimentation selon la revendication 8.