FR2490890A1 - Installation pour le chargement de batteries d'accumulateurs - Google Patents
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Abstract
A.INSTALLATION POUR LE CHARGEMENT DE BATTERIE D'ACCUMULATEURS, AVEC UNE GENERATRICE 11 A EXCITATION PERMANENTE, ET, EVENTUELLEMENT, UN REDRESSEUR A COURANT CONTINU CONNECTE A LA GENERATRICE, ET AVEC UN REGULATEUR DE TENSION 18. B.INSTALLATION CARACTERISEE EN CE QUE LE REGULATEUR DE TENSION COMPREND UN ETAGE DE COMMANDE 23 ET UN MOSFET 26 A COMMANDE PAR CET ETAGE, LA JONCTION D-S DU MOSFET 26 A ETANT PLACEE DANS LE CONDUCTEUR DE LIAISON 15 RELIANT LA SORTIE A TENSION CONTINUE 13 DE LA GENERATRICE 11 A LA BORNE DE BRANCHEMENT B DE LA BATTERIE 14. C.INSTALLATION APPLICABLE A UN VEHICULE AUTOMOBILE POUR SA BATTERIE.
Description
L'invention concerne une installation de charge de
batterie d'accumulateurs, avec une génératrice excitée en per-
manence, suivie, le cas échéant, d'un redresseur de courant et
d'un régulateur de tension.
Dans les installations de chargement qui comprennent une génératrice excitée par aimant permanent, la régulation de la tension peut être effectuée de différentes manières. Une possibilité consiste à prévoir un régulateur longitudinal avec un contacteur de courant principal dans la branche longue. Une autre possibilité consiste en une régulation transversale avec
un contacteur de courant principal dans la branche transversale.
Une combinaison de ces deux modes de régulation est possible.
Cependant, dans ces deux systèmes connus, un fonctionnement
exempt d'incidents, notamment dans le cas o le système fonc-
tionne sans une batterie, n'est pas assuré, parce que, lors des
processus de connexion, il peut se produire des pointes de ten-
sion élevées.
L'invention a pour objet une installation de charge de batterie du type mentionné plus haut,- caractérisée en ce que le régulateur SX Peinsion comprend un étage de commande et un MOSFET commandé par cet étage, la jonction D-S du MOSFET étant
placée dans le conducteur de liaison reliant la sortie à ten-
sion continue de la génératrice à la borne de branchement Bu de
la batterie.
L'avantage de cette installation réside en une très faible puissance de perte et en ce qu'elle ne nécessite qu'une faible puissance de commande. Lors de coupures de charge, dans un système sans batterie, les pointes de tension produites sont supprimées par la régulation et séparées du réseau de bord. Comme autre avantage, on peut mentionner qu'aucun montage de connexion
spécial n'est nécessaire ici comme protection contre des sur-
tensions.
L'invention prévoit diverses mesures de réalisation.
Il est notamment avantageux que, en accord avec la puissance nécessaire pour l'installation, il est possible, sans problèmes, de connecter en parallèle plusieurs MOSFET sans que le montage de commande doive être modifié, ou que des organes de symétrie supplémentaire soient nécessaires. Enfin, il est possible de réaliser un fonctionnement avec génératrice excitée par aimant
permanent.
2490S90
La description ci-après se rapporte à trois exemples
de réalisation, expliqués avec référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure i montre un exemple dans lequel est prévue une génératrice triphasée excitée en permanence. - la figure 2 montre une installation de charge avec
régulation transversale.
- la figure 3 montre une installation avec une régula-
tion longitudinale et une régulation transversale.
Dans la figure 1 est représentée une génératrice triphasée à excitation permanente, à laquelle est connecté un régulateur en pont à courant triphasé 12. La puissance de sortie est disponible à la sortie en tension continue 13 pour le réseau de bord du véhicule. Un conducteur de liaison 15 réunit la sortie à tension continue 13 à la borne B+ d'une batterie 14. A la borne de batterie B+ sont raccordés les dispositifs utilisateurs
17 à travers un contacteur 6.
L'installation de charge de batterie contient en outre un régulateur de tension 18. Ainsi que le redresseur 12, la batterie 18 et les charges 17, le régulateur de tension est raccordé à la masse 19 par un conducteur. L'alimentation en tension du régulateur 18 a lieu par un conducteur d'alimentation de tension 21 lequel, de son c8té, est raccordé au conducteur de liaison 15 par l'intermédiaire du contacteur de marche du
véhicule 22.
Le régulateur de tension 18 contient tout d'abord un étage de commande 23, de type de construction usuel. En outre, il est prévu un étage indicateur 24, lequel permet, au moyen d'une lampe de contr8le 25, une surveillance de l'opération de charge de la batterie. Une partie constituante importante du régulateur de tension 18 est l'organe MOSFET 26, disposé dans le parcours du conducteur de liaison 15. Le raccord de sortie D du MOSFET 26 est relié avec la sortie à tension continue 13 de la génératrice, et le raccord de source S est relié à la borne de batterie B+. Le substrat I est raccordé à la borne de source S. L'étage de commande 23 est suivi par un montage de circuits 27 pour élévation de la tension. La sortie de ce montage 27 est reliée à la borne de commande G du MOSFET 26. Enfin, le régulateur de tension 18 contient encore un dispositif 28 pour limitation de la tension, qui est raccordé à la sortie à tension continue 13 de la génératrice 1.10 Au lieu d'un seul MOSFET 26, il est possible de prévoir plusieurs de ceux-ci, montés en parallèle, selon le courant maximal passant dans le conducteur
de liaison 15.
La tension de barrage de la jonction D-S du transis- tor 26 doit se trouver supérieure à la tension de sortie de la
génératrice qui est maximale au moment de la connexion. Le dis-
positif 27 pour la limitation de la tension n'est pas absolu -
ment nécessaire pour abaisser les pointes de tension provoquées par l'inductivité de courant de la génératrice, mais il peut avantageusement être remplacé par une diode Zener. L'étage de commande 23 reçoit sa tension de commande avantageusement de la borne de raccordement B+ de la batterie. Il ne nécessite qu'une très faible puissance de commande, et, par conséquent, il peut être réalisé par un montage IC ou un montage hybride avec une commande IC appropriée. Le montage de circuits 27 destiné à l'accroissement de tension est nécessaire dans le cas d'un régulateur longitudinal parce que, pour commander l'organe MOSFETr il est nécessaire de prévoir, entre sa borne de commande
G et sa borne de source S, une tension d'environ 10 volts.
Par l'actionnement du contacteur de marche 22, la tension de la batterie est appliquée à l'étage de commande 23 et au montage de circuits 27 par l'intermédiaire du conducteur d'alimentation en tension 21 pour accroître la tension. L'étage de commande 23 met le MOSFET à l'état conducteur, lorsque la tension du réseau de bord à la borne de batterie B+ se trouve inférieure à la tension de réglage prévue. Lorsque la génératrice 1l est en service et que sa vitesse de rotation s'est accrue, le courant commence à passer, dans le conducteur de liaison 15, vers la batterie 14. Dès que la tension du réseau de bord à la borne de batterie B+ dépasse la tension de réglage, l'étage de commande 23, par l'intermédiaire du montage 27, met le dispositif MOSFET 26 à l'état barré et il sépare ainsi la génératrice ll de la batterie 14. La tension existant à travers la jonction D-S du MOSFET 26 peut être superposée avec une tension de pointe qui est provoquée par l'inductivité de courant de la génératrice l. Une telle pointe de tension peut être appliquée, par le montage 28, à la borne de drain D du MOSFET pour une limitation
de la tension.
La figure 2 montre une installation de charge de batterie avec un régulateur transversal, les parties identiques
étant désignées par les mêmes références que dans la figure 1.
La sortie de l'étage de commande 23 est maintenant reliée à la borne decommande G d'un dispositif MOSFET 26b dont la jonction D-S est connectée en parallèle avec la sortie à tension continue 13-19 de la génératrice et à la masse. Dans cet exemple, peuvent
également être prévus plusieurs MOSFET 26b connectés en parallèle.
La tension de barrage de la jonction D-S du MOSFET 26b doit ici, au contraire du premier exemple de réalisation, se trouver simplement supérieure à la tension de réseau de bord maximale éventuelle, c'est-àdire à la tension de sortie de la génératrice 11 à la borne 13. Un montage de circuits pour l'accroissement de la tension de bornes de la batterie 14 n'est pas nécessaire dans cet exemple, car la tension aux bornes de la batterie 14 met à disposition un potentiel suffisamment élevé par rapport à la masse. Ici également, le régulateur de tension peut être réalisé par un montage IC ou un montage hybride avec commande IC. Dans ce second exemple, il est nécessaire de prévoir une diode de découplage 29 pour découpler la jonction
D-S de la batterie.
Dans ce second exemple, le réseau de bord est égale-
ment protégé contre des surtensions, lorsque l'installation fonctionne sans batterie et qu'une charge 17 est déconnectée, et cela sans qu'il soit nécessaire de prévoir des installations
de circuits supplémentaires.
Par actionnement du contacteur de marche 22, la ten-
sion d'alimentation est appliquée au régulateur 18. Si la ten-
sion du réseau de bord, par exemple la tension aux bornes de la batterie 14, est inférieure à la tension de réglage prévue, la jonction du MOSFET 26b reste barrée. Lorsque la génératrice 11 atteint sa vitesse de rotation, le courant commence à être délivré à la batterie 14. Lorsque maintenant la tension du réseau de bord dépasse la tension de réglage, la tension de commande à la borne de commande G du MOSFET 26b, s'élève à une valeur telle que la jonction D-S devient conductrice et que,
pratiquement, la sortie de génératrice 13, 19 est court-circuitée.
A travers la jonction D-S du MOSFET subsiste seulement encore une tension restante faible et la diode de découplage 29 est à l'état de barrage. Ainsi, la génératrice 11 est séparée du
conducteur de liaison 15, et ainsi du réseau de bord.
Dans le cas de déconnexion de charge, sans la pré-
sence d'une batterie 14, il ne peut pas se produire de pointes de tension à la sortie 13, 19 de la génératrice ll1 de sorte qu'elle est pratiquement court-circuitée à travers la jonction DUS du MOSFET 26b. La figure 3 montre un exemple de réalisation dans lequel sont réalisées une régulation longitudinale ainsi qu'une régulation transversale. A partir de l'étage de commande 23, le MOSFET 26b, qui est connecté en parallèle avec la sortie 13, 19 de la génératrice 11, est commandé directement Le MOSFET 26A, qui est monté dans le conducteur de liaison entre la sortie à tension continue 13 de la génératrice 11 et la batterie 14, est
commandé par un montage de circuits 27, pour réaliser une éléva-
tion de la tension aux bornes de la batterie 14.
Dans cet exemple, il est également possible de prévoir plusieurs MOSFET 26, connectés en parallèle. L'avantage ici réside en ce que la tension de barrage aussi bien du MOSFET
longitudinal 26a que du MOSFET transversal 26b, ne doit être.
choisie seulement pour qu'elle soit supérieure à la tension de
réseau de OLd normale. Les types dé MOSFET avec une faible ten-
sion de barrage possèdent un courant permanent admissible plus élevée avec une résistance de passage plus faible, que des types
à tension de barrage plus élevée.
Dans ce troisième exemple est encore prévu un étage de connexion 31 qui assure que, d'une part, lorsque le MOSFET longitudinal 26a est conducteur, le MOSFET transversal 26b est barré, et que le MOSFET 26b, lorsque le MOSFET longitudinal
26a est barré, n'est commandé pour devenir conducteur que lors-
que la tension existant à sa jonction D-S a dépassé une valeur
prédéterminée.
Par un conducteur palpeur 32, une entrée de l'étage de commande 23 du régulateur de tension est reliée avec la
sortie à tension continue de la génératrice 11.
Après actionnement du contacteur de marche 22, sont connectés à l'étage de commande 23, le montage indicateur 24, le montage de circuits 27 pour l'accroissement de la tension, et l'étage de connexion 31 de la tension d'alimentation. Si la tension du réseau de bord se trouve au-dessous de la tension de réglage prévue, le MOSFET transversal 26b est barré et le MOSFET longitudinal 26a est conducteur. Si la tension de réglage dépasse, par l'apport de courant de la génératrice 11, la valeur
prédéterminée, le MOSFET longitudinal 26a passe à l'état barré.
Le MOSFET transversal 26b reste barré tant que le potentiel à la borne de drain D des deux MOSFET 26a, 26b reste inférieur à la tension de barrage maximale permise. Lorsque la vitesse de rotation de la génératrice est très élevée et que, ainsi, la tension de marche à vide de la génératrice; si le MOSFET longitudinal 26a n'est pas conducteur, se trouve au-dessus de la tension de barrage maximale admise pour les deux MOSFET 26, le régulateur de tension 23 agit, par le conducteur palpeur 32, sur la régulation transversale et
commande le MOSFET transversal 26b vers son état conducteur.
Dans ce troisième exemple de réalisation également,
peuvent 9tre utilisés des MOSFET 26 à basse tension de barrage.
Ces MOSFET à faible tension de barrage possèdent un courant per-
manents maximal autorisé, avec en m9me temps une basse résis-
tante de passage, plus élevé que les MOSFET à tension de barrage plus élevée. Ainsi, le régulateur de tension 18 fonctionne avec une tension de perte plus faible et le nombre d'éléments de puissance nécessaires est plus faible. En outre, la puissance
de perte totale de l'installation de génératrice est très fai-
ble, étant donné que le régulateur de tension intervient comme
régulateur longitudinal, jusqu'à une tension de barrage prédé-
terminée.
Claims (4)
- 2 ) Installation suivant la revendication 1, caracté-risée en ce que le régulateur de tension (18) comprend en outre un montage de circuits (27) pour une augmentation de la tension aux bornes de la batterie (14), la borne de commande (G) duMOSFET (26a) étant reliée à la sortie de ce montage (27).3 0) Installation suivant l'une des revendications 1ou 2, caractérisée.par un dispositif de limitation de tension(28) qui est monté en parallèle avec la sortie à tension con-tinue (13, 19) de la génératrice (11).
- 4 ) Installation de charge de batterie, avec généra-trice (11) à excitation permanente, un redresseur de tension (12) et un régulateur de tension (18) suivant l'une quelconque desrevendications 1 à 3e caractérisée en ce que le régulateur detension (18) comprend un étage de commande (23) commandant un MOSFET (26b) , dont la jonction (D-S) est montée en parallèleavec la sortie à tension continue -(13, 19) de la génératrice (11).) Installation suivant la revendication 4, caracté- risée en ce qu'une diode de découplage (29) est montée dans le conducteur de liaison (15) entre la sortie A tension continue (13) de la génératrice (11) et la borne de branchement B+ de labatterie (14).
- 6 ) Installation suivant l'une quelconque des revendi-cations 1 à 5, caractérisée en ce que le régulateur de tension (18) comprend un étage de commande (23) commandant deux MOSFET (26a, 26b), la Jonction (D-S) de l'un (26a) étant placée dans le conducteur de liaison (15) entre la sortie de puissance de tension continue (13) de la génératrice (11) et la borne de branchement (B+) de la batterie (14), tandis que la jonction (D-S) de l'autre (26b) est placée en parallèle avec la sortiea tension continue (13, 19) de la génératrice (11).
- 7 ) Installation suivant la revendication 6, caracté-risée en ce que le régulateur de tension (18) comprend en outre un montage de circuits (27) pour l'élévation de la tension aux bornes de la batterie (14), la borne de commande (G) de l'un des MOSFET (26a) ét.ant reliée à la sortie de ce montage (27).
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