WO2026068471A1 - Réserve d'énergie capacitive à courant d'appel maîtrisé et équipement embarqué doté d'une telle réserve d'énergie capacitive - Google Patents
Réserve d'énergie capacitive à courant d'appel maîtrisé et équipement embarqué doté d'une telle réserve d'énergie capacitiveInfo
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Abstract
Réserve d'énergie capacitive (108) pour un équipement embarqué (100), comprenant : une succession de condensateurs de réserve (3, 4, 5, 6), montés en parallèle et ayant chacun une capacité inférieure à 25 000μF; un condensateur tampon (2) de plus faible capacité; un interrupteur (20) permettant de connecter/déconnecter le condensateur tampon avec une alimentation (102) de l'équipement; des interrupteurs (30, 40, 50, 60) permettant de connecter/déconnecter chaque condensateur de réserve avec le condensateur précédant; un séquenceur (8), configuré pour mesurer la tension aux bornes du condensateur tampon et des condensateurs de réserve et pour, lors de la mise sous tension de l'équipement, commander les divers interrupteurs selon un processus de recharge initiale comprenant une succession de cycles de charge/décharge du condensateur tampon (2) dans la succession de condensateurs de réserve.
Description
DESCRIPTION
TITRE : Réserve d’énergie capacitive à courant d’appel maîtrisé et équipement embarqué doté d’une telle réserve d’énergie capacitive
Domaine technique
La présente demande concerne une réserve d’énergie capacitive à courant d’appel maîtrisé, un procédé de gestion de cette réserve d’énergie, et un équipement embarqué doté d’une telle réserve d’énergie.
L’invention s’applique plus particulièrement au domaine des transports, en particulier de l’aéronautique -civil ou militaire- et du ferroviaire, et au domaine du spatial, la réserve d’énergie étant destinée à alimenter un équipement ou système embarqué.
Art Antérieur
Afin d’assurer le bon fonctionnement d’un équipement embarqué en cas de microcoupure sur la tension d’alimentation de l’équipement, une réserve d’énergie capacitive réalisée à l’aide de condensateurs est prévue. Cette réserve d’énergie vise à alimenter l’équipement embarqué alors que la tension d’entrée est coupée, durant un temps dit temps de transparence qui peut être typiquement de 200ms. A noter que de telles réserve d’énergie sont aussi prévues dans le domaine du nucléaire, pour des temps de transparence plus courts.
La réserve d’énergie capacitive est rechargée lors de la mise sous tension de l’équipement. En raison de la très faible résistance série interne des condensateurs, la mise sous tension de l’équipement et de sa réserve d’énergie induit un appel de courant très élevé.
Afin de limiter ce courant d’appel, dans la majeure partie des cas, la gestion de la réserve d’énergie capacitive de l’équipement embarqué est réalisée à l’aide d’un circuit de gestion comprenant une ou plusieurs résistances séries et une ou plusieurs diodes.
L’inconvénient de cette solution est qu’elle n’est pas assez robuste eu égard aux valeurs de courant concernées. En outre, compte tenu de ces valeurs de courant, elle nécessite une ou plusieurs résistances et diodes de fort courant
et/ou de forte puissance (entre 50W et 100W), dont la taille pose problème. A titre d’exemple, une résistance de 50W telle celle commercialisée sous l’appellation RH-50 par VISHAY® mesure 50mmx28mm. De même, un condensateur de 43mF tel celui commercialisé sous la référence ALS80A433NF100 par KEMET® a la forme d’un cylindre de 105mm de long et 77mm de diamètre.
Dès lors, ni la réserve d’énergie capacitive ni son circuit de gestion ne peuvent être formés sur la carte électronique à circuits imprimés de l’équipement embarqué. Les résistances et diodes susmentionnées sont surdimensionnées pour des cartes électroniques ; elles sont montées dans le circuit de gestion par vissage et serrées à l’aides de cosses.
De façon générale, les circuits connus de gestion de charge de réserve d’énergie capacitive qui utilisent des diodes et résistances présentent un encombrement et un poids non négligeables qui pénalisent leur utilisation dans les équipements embarqués.
Outre leur encombrement propre, les composants susmentionnés présentent l’inconvénient majeur de générer une chaleur importante, ce qui interdit leur implémentation dans un équipement embarqué non ventilé ou oblige à prévoir des moyens additionnels (dissipateur) pour dissiper la chaleur que ces composants génèrent.
Des solutions plus évoluées existent, comme par exemple l’utilisation de composants spécifiques de limitation de courant, tels qu’un convertisseur bidirectionnel. L’inconvénient de ces solutions est qu’elles sont monosources, c’est-à-dire développées et proposées par un seul fournisseur et donc entièrement dépendantes de celui-ci. Dès lors, un composant défectueux ou obsolète ne peut être remplacé ni rapidement ni à un coût maîtrisé. Toute solution monosource est de ce fait jugée non pérenne.
Une autre solution plus simple serait d’augmenter la puissance de l’alimentation pour qu’elle puisse fournir le courant nécessaire lors de la phase de charge des condensateurs, mais cette solution n’est pas envisageable pour un système embarqué dans un aéronef. En effet, non seulement cette solution est incompatible avec les normes aéronautiques mais de plus elle induirait une
augmentation indésirable de la taille de l’alimentation, généralement incompatible avec le volume disponible. Prévoir une « grosse » alimentation, de 100W à 300W par exemple, uniquement pour assurer la phase de charge de la réserve d’énergie n’est pas satisfaisant.
L’invention vise à pallier au moins l’un des inconvénients précités en proposant une réserve d’énergie capacitive pour équipement embarqué qui ne soit pas monosource et/ou génère suffisamment peu de chaleur pour être adaptée à un équipement embarqué non ventilé et/ou présente un volume réduit.
Exposé de l’invention
Pour ce faire, l’invention propose une réserve d’énergie capacitive pour équipement embarqué, ladite réserve d’énergie capacitive comprenant :
- une borne d’entrée pour connecter la réserve d’énergie capacitive à une alimentation de l’équipement embarqué,
- une borne de sortie, pour connecter la réserve d’énergie capacitive à un bus de tension de l’équipement embarqué,
- une succession de condensateurs, dits condensateurs de réserve, montés en parallèle et ayant chacun une capacité inférieure à 25 000 pF, par exemple de l’ordre de 10 000 pF, la succession de condensateurs de réserve comprenant un premier condensateur de réserve, un dernier condensateur de réserve et optionnellement un ou plusieurs condensateurs de réserve intermédiaires,
- un interrupteur, dit interrupteur de sortie, situé entre le dernier condensateur de réserve et la borne de sortie,
- un circuit de gestion de charge entre la borne d’entrée et le premier condensateur de réserve.
La réserve d’énergie capacitive selon l’invention est caractérisée en ce que :
- le circuit de gestion de charge comprend un condensateur, dit condensateur tampon, de plus faible capacité que les condensateurs de réserve, ledit condensateur tampon étant relié d’une part à la borne d’entrée de la réserve d’énergie capacitive, et d’autre part à une entrée de la succession de condensateurs de réserve,
- le circuit de gestion de charge comprend un interrupteur, dit interrupteur de charge du condensateur tampon, situé entre la borne d’entrée et le condensateur tampon, et permettant de connecter/déconnecter le condensateur tampon avec l’alimentation de l’équipement lorsque la borne d’entrée est branchée sur ladite alimentation ;
- la réserve d’énergie capacitive comprend, pour chacun des condensateurs de réserve, un interrupteur de charge dudit condensateur de réserve, situé en amont du condensateur de réserve et permettant de connecter/déconnecter ledit condensateur de réserve avec le condensateur de réserve précédant et/ou le condensateur tampon,
- le circuit de gestion de charge comprend un séquenceur, configuré pour mesurer la tension aux bornes du condensateur tampon et aux bornes de chacun des condensateurs de réserve, et pour, lors de la mise sous tension de l’équipement, commander les divers interrupteurs de la réserve d’énergie capacitive selon un processus de recharge initiale durant lequel l’interrupteur de sortie reste ouvert, ledit processus de recharge initiale comprenant une succession de cycles de charge/décharge du condensateur tampon, chacun desdits cycles comprenant :
-- une étape de charge du condensateur tampon, dans laquelle l’interrupteur de charge du condensateur tampon est fermé et l’interrupteur de charge du premier condensateur de réserve est ouvert, le circuit de gestion de charge étant de ce fait isolé de la succession de condensateurs de réserve tandis que le condensateur tampon est alimenté,
-- une étape de décharge du condensateur tampon dans la succession de condensateurs de réserve, dans laquelle l’interrupteur de charge du condensateur tampon est ouvert et l’interrupteur de charge du premier condensateur de réserve est fermé,
- lorsque la tension (V3) aux bornes du premier condensateur de réserve égale la tension (V2) aux bornes du condensateur tampon, la succession de condensateurs de réserve est déconnectée du circuit de gestion de charge par ouverture de l’interrupteur de charge (30) du premier condensateur de réserve, ce qui met fin audit cycle de charge/décharge du condensateur tampon.
A noter que, dans toute la description, les termes « amont » et « aval », « précédent » et « suivant », « premier » et « dernier », etc. s’entendent relativement au sens de circulation du courant délivré par l’alimentation de l’équipement dans la réserve d’énergie capacitive.
L’invention s’étend à un procédé de gestion de charge de la réserve d’énergie capacitive, caractérisé par le processus de recharge initiale précédemment défini.
Selon des modes de réalisation particuliers de l’invention, la réserve d’énergie capacitive et/ou le procédé de gestion de charge de celle-ci présentent de plus les caractéristiques suivantes, mises en œuvre individuellement ou selon toute combinaison techniquement possible et opérante.
Dans certains modes de réalisation, le circuit de gestion de charge comprend de plus un limiteur de courant relié à la borne d’entrée, lequel limiteur de courant est configuré pour imposer à sa sortie une valeur de courant limitée prédéterminée. Le condensateur tampon est donc alimenté par un courant d’intensité limitée. Sa capacité étant choisie relativement faible, cette limitation de courant n’empêche pas la charge complète et efficace du condensateur tampon. Dans le même temps, la limitation de courant contribue à limiter la chaleur dissipée par le circuit de gestion de charge, ce qui, combiné à l’utilisation de condensateurs de réserve de capacité relativement restreinte, rend la réserve d’énergie capacitive selon l’invention compatible avec un équipement non ventilé.
Dans certains modes de réalisation, le séquenceur est configuré pour, durant chaque étape de charge du condensateur tampon, maintenir fermés les interrupteurs de charge de tous les condensateurs de réserve à l’exception de l’interrupteur de charge du premier condensateur de réserve (ce dernier permettant d’isoler la succession de condensateurs de réserve du circuit de gestion de charge pendant la charge du condensateur tampon), aux fins d’équilibrage des charges entre les condensateurs de réserve.
Ainsi, pendant que le condensateur tampon se charge, les charges accumulées lors des cycles précédents dans la succession de condensateurs de réserve se répartissent dans les divers condensateurs de réserve jusqu’à l’équilibre ; en d’autres termes, le premier condensateur de réserve, qui a
accumulé des charges supplémentaires (par rapport aux autres condensateurs de réserve) lors de l’étape de décharge du condensateur tampon du cycle précédent, se décharge en cascade dans les condensateurs de réserve suivants, jusqu’à ce que tous les condensateurs de réserve présentent la même quantité d’énergie.
Dans certains modes de réalisation, le processus de recharge initiale de la réserve d’énergie capacitive comprend :
- une phase de charge indirecte à l’aide du condensateur tampon, laquelle phase de charge indirecte comprend les cycles de charge/décharge du condensateur tampon précédemment définis,
- et une phase de charge directe, dans laquelle l’interrupteur de charge (20) du condensateur tampon et les interrupteurs de charge (30, 40, 50, 60) de tous les condensateurs de réserve sont fermés. Durant cette phase, les condensateurs de réserve sont donc reliés à l’alimentation de l’équipement et directement chargés par celle-ci.
Si les condensateurs de réserve n’étaient pas au moins partiellement chargés grâce à la phase de charge indirecte précédente, leur liaison à l’alimentation de l’équipement générerait un appel de courant important indésirable. Puisqu’ils sont déjà partiellement chargés, cet appel de courant est limité et acceptable.
Afin de garantir que cet appel de courant soit réellement limité, et par exemple inférieur à une valeur donnée, le séquenceur peut être configuré pour :
- à la fin de chaque cycle de charge/décharge du condensateur tampon (en phase de charge indirecte), déterminer un taux de charge du premier condensateur de réserve, défini comme étant le rapport (Vs/Vaiim) entre la tension (V3) aux bornes du premier condensateur de réserve et la tension (Vaiim) de l’alimentation de l’équipement,
- et passer de la phase de charge indirecte à la phase de charge directe si le taux de charge du premier condensateur est supérieur à une valeur seuil prédéterminée. Cette valeur seuil peut être comprise entre 70% et 90% ; elle est par exemple égale à 80%, ou démarrer un nouveau cycle de
charge/décharge du condensateur tampon (c’est-à-dire poursuivre la phase de charge indirecte) dans le cas contraire.
En variante, le séquenceur peut être configuré pour passer de la phase de charge indirecte à la phase de charge directe au bout d’un nombre prédéterminé de cycles de charge/décharge du condensateur tampon.
Dans certains modes de réalisation, le circuit de gestion de charge comprend un filtre de protection agencé entre le limiteur de courant et le condensateur tampon, par exemple entre le limiteur de courant et l’interrupteur de charge du condensateur tampon.
Dans certains modes de réalisation, la réserve d’énergie capacitive comprend une diode idéale entre l’interrupteur de sortie et la borne de sortie.
Dans certains modes de réalisation, la succession de condensateurs de réserve comprend quatre condensateurs ayant chacun une capacité de l’ordre de 10 000pF, et le condensateur tampon présente une capacité de l’ordre de 2 200pF.
L’invention s’étend à un équipement embarqué comprenant un bus de tension et une alimentation, le bus de tension étant relié à l’alimentation par un circuit d’alimentation. L’équipement embarqué selon l’invention est caractérisé en ce qu’il comprend une réserve d’énergie capacitive telle que précédemment décrite, agencée en parallèle dudit circuit d’alimentation, la borne d’entrée de la réserve d’énergie capacitive étant reliée à l’alimentation de l’équipement embarqué et la borne de sortie de la réserve d’énergie capacitive étant reliée au bus de tension de l’équipement embarqué.
Brève description des dessins
L’invention, selon un exemple de réalisation, sera bien comprise et ses avantages apparaitront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, donnée à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : o la figure 1 est un schéma électrique représentant un exemple de réalisation d’un équipement doté d’une réserve d’énergie capacitive selon l’invention ;
o la figure 2 représente une partie de la réserve d’énergie capacitive de la figure 1 durant une étape de charge de son condensateur tampon ; o la figure 3 représente une partie de la réserve d’énergie capacitive des figures 1 et 2 durant une étape de décharge dudit condensateur tampon.
Description détaillée
Les éléments identiques représentés sur les figures précitées sont identifiés par des références numériques identiques.
La figure 1 représente un équipement 100, qui est par exemple un équipement embarqué dans un aéronef ou un engin spatial. Cet équipement 100 comprend :
- une alimentation électrique 102, qui est par exemple une alimentation de 32V délivrant un courant continu,
- un bus de tension sécurisé 104, électriquement alimenté par l’alimentation électrique 102 par l’intermédiaire d’un circuit d’alimentation 106 comportant une diode idéale 1062 qui garantit que le courant ne peut circuler que dans le sens alimentation 102 vers bus de tension 104 de l’équipement ;
- une réserve d’énergie capacitive 108 selon l’invention.
Cette réserve d’énergie capacitive 108 comprend une borne d’entrée 1081 par laquelle elle est reliée à l’alimentation 102 de l’équipement, et une borne de sortie 1082 par laquelle elle est reliée au bus de tension 104 de l’équipement. A noter que le terme « borne » n’implique pas ici la présence d’une électrode ou autre connecteur ou contact matériel ; il désigne juste un point du circuit.
La réserve d’énergie capacitive 108 comprend de plus :
- une succession de condensateurs de réserve 3 à 6 montés en parallèle. Les condensateurs de réserve sont choisis parmi les condensateurs courants disponibles dans le commerce afin de ne pas dépendre d’un unique fournisseur, et suffisamment petits pour pouvoir être directement montés sur la carte électronique à circuit imprimé qui constitue l'unité de commande de l’équipement. Ces condensateurs de réserve présentent de plus l’avantage de ne pas dissiper de chaleur. Le nombre et la capacité des condensateurs de
réserve sont choisis d’une part en fonction de la capacité totale nécessaire pour assurer le bon fonctionnement de l’équipement en cas de microcoupure dans l’alimentation électrique de l’équipement, et d’autre part en fonction des contraintes de construction en termes de place disponible, de chaleur tolérée, etc. Dans l’exemple illustré, la réserve d’énergie capacitive comprend quatre condensateurs de réserve 3, 4, 5, 6 et chacun de ces condensateurs de réserve a une capacité de 10 OOOpF. Dans cet exemple, la succession de condensateurs de réserve possède donc une capacité de 40 OOOpF. Chaque condensateur de réserve est relié au circuit par un interrupteur de charge 30, 40, 50, 60. Compte tenu de l’architecture du circuit et de la position desdits interrupteurs de charge 30-60, les condensateurs de réserve sont reliés en parallèle et leurs capacités s’additionnent lorsque tous les interrupteurs de charge 30-60 sont fermés, et l’ouverture de l’interrupteur de charge de l’un des condensateurs de réserve (par exemple l’interrupteur de charge 40) isole du circuit non seulement ledit condensateur de réserve (en l’exemple le condensateur 4) mais aussi les condensateurs de réserve qui suivent dans l’architecture du circuit (c’est-à-dire les condensateurs 5 et 6) ;
- un interrupteur de sortie 70, entre le dernier condensateur de réserve 6 et la borne de sortie 1082, afin de pouvoir connecter/déconnecter la succession de condensateurs de réserve 3 à 6 avec le bus de tension 104 de l’équipement ;
- un condensateur tampon 2, ayant une capacité de 2 200pF par exemple, lequel condensateur tampon est monté en parallèle et en amont de la succession de condensateurs de réserve 3 à 6 ; sa capacité étant moins moindre comparée à la capacité de chacun des condensateurs de réserve et à la capacité totale de la succession de condensateurs de réserve, la charge de ce condensateur tampon (lorsqu’il est séparé de la succession de condensateurs de réserve) génère un appel de courant bien inférieur à celui que générerait la succession de condensateurs de réserve si elle était directement branchée à l’alimentation 102 ; la capacité du condensateur tampon est choisie suffisamment faible pour générer un appel de courant acceptable, selon l’alimentation 102 et l’environnement de l’équipement ;
- un limiteur de courant 10 immédiatement en aval de la borne d’entrée 1081 de la réserve d’énergie capacitive ; ce limiteur de courant 10 limite l’intensité du courant, fourni par l’alimentation 102, qui pénètre dans les condensateurs de la réserve d’énergie capacitive 108, et en particulier dans le condensateur tampon 2 ;
- un filtre de protection 12 agencé entre le limiteur de courant 10 et l’interrupteur de charge 20 du condensateur tampon 2,
- un séquenceur 8 de commande et de mesure de tension, qui est configuré pour commander les interrupteurs de charge 20, 30, 40, 50, 60 de chacun des condensateurs (de réserve et tampon) ainsi que l’interrupteur de sortie 70, par l’intermédiaire de fils de commande 22, 32, 42, 52, 62 et 72 respectivement ; le séquenceur est aussi configuré pour mesurer la tension aux bornes de chacun des condensateurs (de réserve et tampon) par l’intermédiaire de fils de mesure 24, 34, 44, 54, 64.
La réserve d’énergie capacitive 108 peut aussi comprendre une diode idéale 14 entre l’interrupteur de sortie 70 et la borne de sortie 1082 afin de garantir que le courant ne puisse circuler que dans le sens réserve d’énergie capacitive 108 vers bus de tension 104.
Le circuit formé par le limiteur de courant 10, le filtre de protection 12, le condensateur tampon 2, l’interrupteur de charge 20 de celui-ci et le séquenceur 8 constitue un circuit de gestion de charge qui permet de gérer la charge (et la décharge dans l’équipement) de la réserve d’énergie.
Lorsque l’équipement est mis sous tension, c’est-à-dire lorsque sa connexion à l’alimentation 102 est activée, un processus de recharge initiale de la réserve d’énergie capacitive, géré par le séquenceur 8, débute.
Ce processus comporte deux phases : une phase de charge indirecte et une phase de charge directe. Durant tout le processus de recharge initiale de la réserve d’énergie capacitive, l’interrupteur de sortie 70 est maintenu ouvert par le séquenceur 8 afin de déconnecter la réserve d'énergie capacitive du bus de tension 104.
La phase de charge indirecte consiste à utiliser le condensateur tampon 2 pour charger progressivement la succession de condensateurs de
réserve 3 à 6, à la manière des vases communicants, en réitérant des cycles de charge/décharge du condensateur tampon.
Chaque cycle comprend tout d’abord une étape de charge du condensateur tampon 2, illustrée à la figure 2. Pour initier cette étape, le séquenceur 8 commande l’ouverture de l’interrupteur de charge 30 du premier condensateur de réserve et la fermeture de l’interrupteur de charge 20 du condensateur tampon. Le circuit situé en amont de la succession de condensateurs de réserve est alors fermé et isolé de ladite succession de condensateurs de réserve. Le condensateur tampon 2 est alimenté par l’alimentation 102 de l’équipement. Le courant circule uniquement dans la partie amont de la réserve d’énergie capacitive, situé, à gauche (sur la figure) de l’interrupteur de charge 30. La circulation du courant est matérialisée par un trait en pointi liées. L’intensité de ce courant est limitée, en raison de la faible capacité du condensateur tampon 2. Le séquenceur 8 surveille la tension aux bornes du condensateur tampon. La charge dudit condensateur tampon est terminée lorsque cette tension atteint la tension imposée par l’alimentation 102, c’est-à- dire ici 32V.
A cet instant débute une étape de décharge du condensateur tampon 2 dans la succession de condensateurs de réserve, illustrée à la figure 3. Pour initier cette étape, dès que la tension aux bornes du condensateur tampon 2 atteint 32V, le séquenceur 8 commande l’ouverture de l’interrupteur de charge 20 du condensateur tampon et la fermeture de l’interrupteur de charge 30 du premier condensateur de réserve. Le courant généré durant cette étape de décharge du condensateur tampon est matérialisé sur la figure par un trait en pointillés. Les charges accumulées dans le condensateur tampon 2 se déchargent vers le premier condensateur de réserve 3, et ce tant que la tension aux bornes du condensateur tampon 2 est supérieure à la tension aux bornes du premier condensateur de réserve 3. Lorsque ces tensions s’équilibrent, afin d’éviter que les charges transférées au condensateur de réserve 3 ne circulent dans l’autre sens, le séquenceur 8 ouvre l’interrupteur de charge 30, mettant fin à la phase de décharge du condensateur tampon 2.
Au fur et à mesure de l’avancement de la phase de charge indirecte des condensateurs de réserve, le condensateur de réserve 3 se remplit et l’écart de tension existant entre les bornes du condensateur tampon 2 et celles du premier condensateur de réserve 3 en début de cycle diminue. L’étape de décharge du condensateur tampon 2 dans le premier condensateur de réserve 3 devient donc de plus en plus courte et de moins en moins efficace. L’écart de tension diminuant au fur et à mesure de l’avancement du processus, il arrive un stade où la tension aux bornes du condensateur tampon 2 en fin d’étape de charge n’excède pas la tension aux bornes du condensateur de réserve 3, rendant toute décharge vers ce condensateur impossible.
Le condensateur tampon 2 ne peut alors plus être utilisé pour charger la succession de condensateurs de réserve, et le processus de recharge initiale se poursuit par la phase de charge directe, dans laquelle les condensateurs de réserve sont directement reliés à l’alimentation 102. A cette fin, le séquenceur 8 commande la fermeture de l’interrupteur de charge 20 du condensateur tampon et des interrupteurs de charge 30, 40, 50 et 60 de tous les condensateurs de réserve.
Puisque la succession de condensateur de réserve est déjà partiellement chargée, l’appel de courant qui est généré lorsque la phase de charge directe est moindre comparé à celui qui serait généré en l’absence de phase de charge indirecte préalable. Toutefois, afin de limiter plus encore cet appel de courant, la phase de charge indirecte est de préférence optimisée comme suit. En outre, la présence du limiteur de courant 10 garantit que le courant circulant dans la réserve d’énergie capacitive reste limité.
Durant les étapes de charge du condensateur tampon 2, les interrupteurs de charge 40, 50, 60 de tous les condensateurs de réserve sont fermés à l’exception de l’interrupteur de charge 30 du premier condensateur de réserve qui est ouvert. Les charges accumulées dans la succession de condensateurs de réserve lors des précédents cycles de charge/décharge du condensateur tampon se répartissent alors de façon égale entre tous les condensateurs de réserve, ce qui limite la quantité de charges présentes dans le premier condensateur 3 et maintient par conséquent, durant un certain nombre
de cycles, un écart de tension entre le condensateur tampon et le premier condensateur de réserve (écart mesuré en fin d’étape de charge du condensateur tampon) suffisant pour permettre que les charges accumulées dans le condensateur tampon durant l’étape de charge soient déchargées, au moins en partie, vers le premier condensateur de réserve.
Durant la phase de charge indirecte, à la fin de chaque cycle de charge/décharge du condensateur tampon, la tension V3 aux bornes du premier condensateur de réserve 3 est mesurée et comparée à la tension de l’alimentation 102 Vaiim (ici 32V). Si le taux de charge Vs/Vaiim du premier condensateur de réserve à la fin du cycle, qui correspond aussi au rapport V3/V2 à la fin de l’étape de charge du cycle suivant (où V2 désigne la tension aux bornes du condensateur tampon 2) est supérieur ou égal à une valeur seuil prédéterminé, par exemple 80%, on estime que la charge indirecte ne sera plus assez efficace au cycle suivant et le processus se poursuit avec la phase de charge directe. Donc si à la fin d’un cycle Vs/Vaiim est passé au-dessus de 80%, le séquenceur 8 ferme les interrupteurs 20, 30, 40, 50 et 60 pour que tous les condensateurs de réserve soient connectés à l’alimentation 102 et se chargent directement.
Lorsque la tension mesurée aux bornes de chacun des condensateurs de réserve 3 à 6 atteint 32V, le processus de recharge initiale de la réserve d’énergie capacitive est terminé ; ladite réserve est opérationnelle et le séquenceur 8 commande l’ouverture de l’interrupteur de sortie 70 afin que l’énergie emmagasinée puisse être délivrée au bus de tension 104 de l’équipement en cas de microcoupure de la tension d’alimentation de l’équipement. Les interrupteurs de charge des condensateurs de réserve et du condensateur tampon restent fermés.
Claims
1. Réserve d’énergie capacitive (108) pour équipement embarqué (100), ladite réserve d’énergie capacitive comprenant :
- une borne d’entrée (1081 ) pour connecter la réserve d’énergie capacitive à une alimentation (102) de l’équipement embarqué,
- une borne de sortie (1082) pour connecter la réserve d’énergie capacitive à un bus de tension (104) de l’équipement embarqué,
- une succession de condensateurs, dits condensateurs de réserve, montés en parallèle et ayant chacun une capacité inférieure à 25 OOOpF, la succession de condensateurs de réserve comprenant un premier condensateur de réserve (3), un dernier condensateur de réserve (6) et optionnellement un ou plusieurs condensateurs de réserve intermédiaires (4, 5),
- un interrupteur (70), dit interrupteur de sortie, situé entre le dernier condensateur de réserve (6) et la borne de sortie (1082),
- un circuit de gestion de charge (110) entre la borne d’entrée (1081 ) et le premier condensateur de réserve (3), caractérisée en ce que:
- le circuit de gestion de charge (110) comprend un condensateur (2), dit condensateur tampon, de plus faible capacité que les condensateurs de réserve (3-6), ledit condensateur tampon étant relié, d’une part à la borne d’entrée (1081 ), et d’autre part à une entrée de la succession de condensateurs de réserve (3-6), - le circuit de gestion de charge (110) comprend un interrupteur (20), dit interrupteur de charge du condensateur tampon, situé entre la borne d’entrée (1081 ) de l’équipement et le condensateur tampon (2) et permettant de connecter/déconnecter le condensateur tampon (2) avec l’alimentation (102) de l’équipement lorsque la borne d’entrée est branchée sur ladite alimentation,
- la réserve d’énergie capacitive comprend, pour chacun des condensateurs de réserve (3, 4, 5, 6), un interrupteur de charge (30, 40, 50, 60) dudit condensateur de réserve, situé en amont du condensateur de réserve et permettant de connecter/déconnecter ledit condensateur de réserve avec le condensateur de réserve précédant et/ou le condensateur tampon,
- le circuit de gestion de charge (110) comprend un séquenceur (8), configuré pour mesurer la tension aux bornes du condensateur tampon (2) et aux bornes de chacun des condensateurs de réserve (3-6), et pour, lors de la mise sous tension de l’équipement (100), commander les divers interrupteurs (20, 30, 40, 50, 60, 70) de la réserve d’énergie capacitive selon un processus de recharge initiale durant lequel l’interrupteur de sortie (70) reste ouvert, ledit processus de recharge initiale comprenant une succession de cycles de charge/décharge du condensateur tampon (2), chacun desdits cycles comprenant :
-- une étape de charge du condensateur tampon (2) dans laquelle l’interrupteur de charge (20) du condensateur tampon est fermé et l’interrupteur de charge (30) du premier condensateur de réserve est ouvert, le circuit de gestion de charge étant de ce fait isolé de la succession de condensateurs de réserve tandis que le condensateur tampon est alimenté,
-- une étape de décharge du condensateur tampon (2) dans la succession de condensateurs de réserve (3-6), dans laquelle l’interrupteur de charge (20) du condensateur tampon est ouvert et l’interrupteur de charge (30) du premier condensateur de réserve est fermé,
- lorsque la tension (V3) aux bornes du premier condensateur de réserve égale la tension (V2) aux bornes du condensateur tampon, la succession de condensateurs de réserve est déconnectée du circuit de gestion de charge (110) par ouverture de l’interrupteur de charge (30) du premier condensateur de réserve, ce qui met fin audit cycle de charge/décharge du condensateur tampon.
2. Réserve d’énergie capacitive selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le circuit de gestion de charge (110) comprend un limiteur de courant (10) relié à la borne d’entrée (1081 ), lequel limiteur de courant est configuré pour imposer à sa sortie une valeur de courant limitée prédéterminée.
3. Réserve d’énergie capacitive selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le séquenceur (8) est configuré pour, durant chaque étape de charge du condensateur tampon (2), maintenir fermés les interrupteurs (40, 50, 60) de charge de tous les condensateurs de réserve à l’exception de
l’interrupteur de charge (30) du premier condensateur de réserve, aux fins d’équilibrage des charges entre les condensateurs de réserve (3-6).
4. Réserve d’énergie capacitive selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le processus de recharge initiale comprend :
- une phase de charge indirecte à l’aide du condensateur tampon, laquelle phase de charge indirecte comprend les cycles de charge/décharge du condensateur tampon,
- et une phase de charge directe, dans laquelle l’interrupteur de charge (20) du condensateur tampon et les interrupteurs de charge (30, 40, 50, 60) de tous les condensateurs de réserve sont fermés.
5. Réserve d’énergie capacitive selon la revendication 4, caractérisée en ce que le séquenceur (8) est configuré pour :
- à la fin de chaque cycle de charge/décharge du condensateur tampon, déterminer un taux de charge du premier condensateur de réserve (3), défini comme étant le rapport (Vs/Vaiim) entre la tension (V3) aux bornes du premier condensateur de réserve et la tension (Vaiim) de l’alimentation de l’équipement,
- et passer la phase de charge indirecte à la phase de charge directe si le taux de charge du premier condensateur (Vs/Vaiim) est supérieur à une valeur seuil prédéterminée ou démarrer un nouveau cycle de charge/décharge du condensateur tampon dans le cas contraire.
6. Réserve d’énergie capacitive selon la revendication 4, caractérisée en ce que le séquenceur (8) est configuré pour passer de la phase de charge indirecte à la phase de charge directe au bout d’un nombre prédéterminé de cycles de charge/décharge du condensateur tampon.
7. Réserve d’énergie capacitive selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de gestion de charge comprend un filtre de protection (12) agencé entre le limiteur de courant (10) et le condensateur tampon (2).
8. Réserve d’énergie capacitive selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’elle comprend une diode idéale (14) entre l’interrupteur de sortie (70) et la borne de sortie (1082).
9. Réserve d’énergie capacitive selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la succession de condensateurs de réserve comprend quatre condensateurs de réserve (3, 4, 5, 6) ayant chacun une capacité de l’ordre de 10 OOOpF, et en ce que le condensateur tampon (2) présente une capacité de l’ordre de 2 200pF.
10. Equipement embarqué (100) comprenant un bus de tension (104) et une alimentation (102), le bus de tension étant relié à l’alimentation par un circuit d’alimentation (106), caractérisé en ce qu’il comprend une réserve d’énergie capacitive (108) conforme à l’une des revendications 1 à 9, agencée en parallèle dudit circuit d’alimentation, la borne d’entrée (1081 ) de la réserve d’énergie capacitive étant reliée à l’alimentation (102) de l’équipement embarqué et la borne de sortie (1082) de la réserve d’énergie capacitive étant reliée au bus de tension (104) de l’équipement embarqué.
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| FR2410304A FR3166767A1 (fr) | 2024-09-26 | 2024-09-26 | Réserve d’énergie capacitive à courant d’appel maîtrisé et équipement embarqué doté d’une telle réserve d’énergie capacitive |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2026068471A1 true WO2026068471A1 (fr) | 2026-04-02 |
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| PCT/EP2025/077221 Pending WO2026068471A1 (fr) | 2024-09-26 | 2025-09-23 | Réserve d'énergie capacitive à courant d'appel maîtrisé et équipement embarqué doté d'une telle réserve d'énergie capacitive |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN1024614C (zh) * | 1989-07-27 | 1994-05-18 | 五十铃汽车有限公司 | 电源装置 |
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| US10205400B2 (en) * | 2014-09-13 | 2019-02-12 | The Regents of the University of Colorado, a body corporated | Stacked switched capacitor energy buffer circuit |
| CN117547348A (zh) * | 2023-12-13 | 2024-02-13 | 深圳市爱诗恩科技有限公司 | 一种产生超长脉宽强脉冲光的脱毛仪及其实现方法 |
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2024
- 2024-09-26 FR FR2410304A patent/FR3166767A1/fr active Pending
-
2025
- 2025-09-23 WO PCT/EP2025/077221 patent/WO2026068471A1/fr active Pending
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| Publication number | Publication date |
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| FR3166767A1 (fr) | 2026-03-27 |
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