FR2944657A1 - Agencement de circuit pour le fonctionnement d'un moteur a courant continu - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un agencement de circuit (1) pour le fonctionnement d'un moteur à courant continu (3), comprenant une unité électronique de commande (5, 6) et comprenant une unité électronique de puissance pilotée par celle-ci avec un circuit en pont (15) formé de commutateurs à semi-conducteurs (16 à 19), dont la branche transversale (26, 27) est reliée à des éléments de contact (13, 14) d'un contact de moteur (2) pour venir en contact avec des contacts antagonistes (28, 29) du moteur à courant continu (3), dans lequel l'unité électronique de puissance (16 à 19) est intégrée dans le contact de moteur (2). L'agencement de circuit (1) convient particulièrement pour un dispositif d'entraînement d'un élément mobile dans un véhicule automobile, de préférence pour un lève-vitre.

Description

La présente invention concerne un agencement de circuit pour le fonctionnement d'un moteur à courant continu comprenant une unité électronique de commande et une unité électronique de puissance pilotée par celle-ci avec un circuit en pont formé de commutateurs à semi-conducteurs, dont la branche transversale est reliée à un contact de moteur destiné à venir en contact avec un contact antagoniste du moteur à courant continu.

Dans un véhicule automobile on utilise souvent des dispositifs d'entraînement équipés de moteurs électriques sous la forme de moteurs à courant continu pour des systèmes de fermeture ou de réglage, comme par exemple un lève-vitre électrique, un réglage de siège électrique et un dispositif d'actionnement de porte ou de volet électrique. Les moteurs à courant continu, souvent désignés également comme moteurs à commutation sont pilotés par une unité électronique de commande et de puissance. Ici, l'unité électronique de puissance peut être formée de relais, de semi-conducteurs de puissance (commutateurs à semi-conducteurs) ou d'une combinaison de ceux-ci.

Un dispositif de commande d'un dispositif de réglage qui comporte un moteur d'entraînement dans un véhicule automobile avec quatre transistors à effet de champ ou transistors à effet de champ en technologie métal-oxyde (MOSFET) à titre de semi-conducteurs de puissance est connu par exemple du document DE 10 2006 019 981 Al. En outre, on connaît du document DE 10 2006 028 634 Al d'intégrer une telle unité électronique de commande et de puissance dans un circuit intégré spécifique ASIC et d'agencer ce composant ASIC conjointement avec d'autres composants électroniques sur une carte à circuit imprimés et de la doter de contacts de raccordement pour une alimentation électrique et pour un système de bus de données. L'objectif sous-jacent à l'invention est de proposer un agencement de circuit particulièrement approprié, en particulier de faible encombrement. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par un agencement de circuit du type indiqué en introduction dans lequel l'unité électronique de puissance est intégrée dans le contact de moteur. Ainsi, il est prévu d'intégrer le circuit en pont formé de commutateurs à semi-conducteurs dans le contact mécanique de moteur. L'unité électronique de puissance intégrée dans le contact de moteur comprend, de façon appropriée, quatre commutateurs à semi-conducteurs, par exemple sous la forme de transistors à effet de champ ou de transistors à effet de champ en technologie métal-oxyde sur silicium (MOSFET), réalisés dans le circuit en pont, également désigné comme pont en H, avec quatre transistors à effet de champ identiques, par exemple du type à canal N. En variante, le circuit en pont peut également être constitué de deux transistors à effet de champ du type à canal N et de transistors à effet de champ du type à canal P. Le contact de moteur est réalisé par exemple sous la forme d'une pièce estampée ou d'une tôle poinçonnée avec une enveloppe en matière plastique à titre de boîtier de contact. Le contact de moteur comprend deux éléments de contact par exemple deux éléments de contact en forme de fourche fonctionnant comme contacts à pincement. Les contacts antagonistes du moteur à courant continu sont alors des contacts plats semblables à des languettes, qui viennent en contact avec serrage avec les éléments de contact du contact de moteur lors de la mise en contact de l'unité électronique de puissance avec le moteur à courant continu. Les éléments de contact du contact de moteur peuvent aussi être réalisés sous forme de contacts plats ou de tiges de contact et les contacts antagonistes du moteur peuvent être réalisés sous la forme d'éléments de pincement ou de douilles de contact semblables à des manchons. A l'intérieur du contact, les éléments de contact du contact de moteur sont reliés chacun à un point milieu d'une branche respective du circuit en pont. Le point milieu respectif se trouve dans le trajet drain-source entre deux commutateurs à semi-conducteurs branchés en série (transistors de puissance) de la branche respective du pont. Le moteur à courant continu raccordé au contact de moteur se trouve donc dans la branche transversale du pont formé entre les deux points milieux. Dans un mode de réalisation avantageux, le contact de moteur comprend deux bornes d'alimentation pour la liaison à une tension d'alimentation, c'est à dire à son pôle positif et à son pôle négatif (masse ou terre). En outre, le contact de moteur comprend de façon appropriée un nombre de bornes de commande qui sont reliées à l'intérieur du contact aux entrées de commande des commutateurs à semi-conducteurs. En outre, le contact de moteur comprend, dans une réalisation avantageuse, ce que l'on appelle deux bornes de détection. Au moyen de ces bornes de mesure, on peut détecter le niveau de tension au niveau des éléments de contact du contact de moteur reliés au moteur à courant continu, et ainsi la tension dans la branche transversale du pont (tension transversale du pont). De plus, la chute de tension dans la branche conductrice respective du pont peut être mesurée, en particulier pour la limitation de courant.

Les diodes de roue libre (diodes de protection ou diodes à effet Bulk) avec lesquelles les commutateurs à semi-conducteurs sont connectés en polarité de blocage, servent à la protection vis-à-vis d'une surtension lors de la mise à l'arrêt du moteur à courant continu. A cet effet, les diodes de roue libre sont branchées en parallèle sur le moteur à courant continu de telle façon que les diodes sont soumises à la tension d'alimentation dans la direction de blocage, c'est-à-dire que celles-ci sont reliées du côté cathode à la borne d'alimentation formant pôle positif et du côté anode à la borne d'alimentation formant pôle négatif, ou masse du contact de moteur. La commande des commutateurs à semi-conducteurs du circuit électronique de puissance intégrés dans le contact de moteur, est réalisée de préférence au moyen d'un microprocesseur. Celui-ci peut recevoir en entrée des ordres de commande externes. Du côté sortie, le microprocesseur est relié de façon appropriée à un régulateur de tension ou à un circuit d'attaque de grille qui est lui-même relié aux commutateurs à semi-conducteurs en vue de leur pilotage. Au moyen d'une commande à modulation en largeur d'impulsion (PWM) de l'unité électronique de puissance, il est possible de régler, en particulier de réguler, la puissance fournie par le moteur et par conséquent la vitesse de rotation. Dans le cas d'un dispositif d'entraînement pour un élément mobile dans un véhicule automobile, on prévoit des ordres de commande externes, par exemple un ordre de mise en marche ou d'arrêt, pour mettre le moteur à courant continu en marche ou à l'arrêt, ou un ordre de sens de rotation, afin d'inverser le sens de rotation du moteur pour inverser le sens de déplacement de l'élément mobile. Comme le circuit en pont est relié par les semi-conducteurs de puissance internes au contact au pôle positif et à la masse de la tension d'alimentation, l'une des deux diagonales du circuit en pont est conductrice du courant quand un commutateur à semi-conducteurs de l'une des branches du pont et un commutateur à semi-conducteurs de l'autre branche du pont sont conducteurs. Au contraire, si ces deux commutateurs à semi-conducteurs sont fermés, ou si les deux commutateurs à semi- conducteurs de l'autre diagonale du pont sont ouvertes, le courant s'écoule alors à travers le moteur à courant continu dans la direction opposée avec pour conséquence que le moteur à courant continu se déplace dans le sens de rotation opposé, et l'élément mobile accouplé se déplace dans la direction opposée.

De façon appropriée, l'unité électronique de commande et le contact de moteur sont montés avec l'unité électronique de puissance sur une carte à circuits imprimés commune. Sur celle-ci, on monte avantageusement également le microprocesseur, le circuit d'attaque de grille, ainsi qu'avantageusement une protection (en option) contre des erreurs de polarité, et une barrette de raccordement. La barrette de raccordement amène en particulier l'alimentation électrique ainsi qu'un certain nombre de lignes de commande et/ou de données par exemple d'un système de bus LIN.

Dans ce qui suit, on va expliquer plus en détail des modes de réalisation de l'invention en se référant à des dessins, dans lesquels : la figure 1 montre un agencement de circuit selon l'invention comprenant un contact de moteur, monté sur une carte à circuits imprimés, avec une unité électronique de puissance intégrée, la figure 2 montre schématiquement une vue latérale du contact de moteur avec quatre commutateurs à semi-conducteurs intégrés du type à canal n avec circuit en pont, et la figure 3 montre, de façon similaire à la figure 2, le contact de moteur avec deux commutateurs à semi-conducteurs du type à canal n et deux commutateurs à semi-conducteurs du type à canal p.

Dans toutes les figures, les éléments qui se correspondent mutuellement sont dotés des mêmes numéros de référence. La figure 1 montre un circuit schématique d'un agencement de circuit 1, désigné dans ce qui suit comme unité électronique, avec un contact de moteur 2 destiné à être mis en contact avec un moteur à courant continu, désigné dans ce qui va suivre comme moteur électrique ou moteur à commutation 3, avec une unité électronique qui est composée essentiellement d'une électronique de commande et d'une électronique de puissance. Cet agencement de circuit 1 est employé de préférence comme unité électronique pour un entraînement d'organe déplaçable dans un véhicule automobile, en particulier un entraînement à moteur électrique pour un lève-vitre, un système de réglage de siège, un toit coulissant, une porte ou un volet de hayon.

Le contact de moteur 2 est monté sur une carte à circuits imprimés 4, et au niveau de celle-ci, il est raccordé par soudure, d'une manière qui n'est pas illustrée plus en détail, à des pistes conductrices pour établir des contacts conformément à sa destination. Un microprocesseur 5 de l'agencement de circuit 1 est également monté sur la carte à circuits imprimés 4. Les entrées 1 et 2 du microprocesseur sont reliées au contact de moteur 2 via des résistances ohmiques R1 et R2. Un régulateur de tension, ou circuit d'attaque de grille 6 de l'agencement de circuit est 1 également monté sur la carte à circuits imprimés 4, et est relié au contact de moteur 2 via des résistances R3 à R6. Des condensateurs C3 à C6 sont insérés entre d'une part les liaisons respectives entre les résistances individuelles R3 à R6 et le contact de moteur 2 et d'autre part un potentiel de référence (masse) d'une tension d'alimentation Uv. D'autres condensateurs Cl, C2, reliés du côté sortie au régulateur de tension 6 sont branchés en série avec les résistances respectivement R1 et R2, et leur liaison vers le contact de moteur a lieu via des points intermédiaires respectivement 7 et 8. Le microprocesseur 5 et le circuit d'attaque de grille 6 forment essentiellement l'unité électronique de commande.

Le contact de moteur 2 est en outre relié, via une protection (optionnelle) 9 vis-à-vis des erreurs de polarité, à une borne d'alimentation 10 (pôle de tension positif) pour la tension d'alimentation Uv, qui est prélevée sur la batterie dans un véhicule automobile.

Le circuit d'attaque de grille 6 est relié à une barrette de raccordement 11 via plusieurs liaisons. Le circuit d'attaque de grille 6 peut être piloté directement de l'extérieur via plusieurs liaisons et via la barrette de raccordement 1l, par exemple via un appareil de commande centralisé.

Dans le cas d'une unité électronique qui fonctionne manière autonome, en particulier dans le cadre d'une unité électronique intégrée pour lève-vitres avec protection anti-pincement, le circuit d'attaque de grille 6 peut être intégralement raccordé au microprocesseur 5, en particulier également pour le pilotage, par exemple via un système de bus LIN.

La figure 2 montre le contact de moteur 2 avec un boîtier de contact 12. Deux éléments de contact 13,14, sous la forme de contacts à serrage en forme de fourche, dépassent hors du boîtier, par exemple depuis un côté étroit du boîtier. Un circuit en pont 13 avec quatre commutateurs à semi-conducteurs (semi-conducteurs de puissance) 16, 17 et 18,19, est intégré dans le contact de moteur 2. Les commutateurs à semi-conducteurs 16 à 19 sont, de façon appropriée, des transistors à effet de champ, en particulier du type MOSFET. Chacun des commutateurs à semi-conducteurs 16 à 19 est relié suivant une polarité de blocage à une diode de roue libre respective 20 à 23. Les deux commutateurs à semi-conducteurs 16 et 17 forment ici une première branche du circuit en pont 15, tandis que les deux autres commutateurs à semi-conducteurs 18 et 19 forment la seconde branche du circuit en pont 15. Les branches 16, 17 et 18, 19 du pont sont reliées, à l'intérieur du contact, via les bornes de drain des commutateurs à semi-conducteurs 16 et 19, à une borne d'alimentation ou de tension (pôle positif) 24 du contact de moteur 2. Une autre liaison interne au contact vers une autre borne d'alimentation ou de masse 25 du contact de moteur 2 est reliée conjointement aux bornes de source des deux autres commutateurs à semi-conducteurs 16 et 18. La borne de tension 24 du contact de moteur 2 est branchée, via la protection 9 vis-à-vis des erreurs de polarité de l'agencement de circuit 1, au pôle positif 10 de la tension d'alimentation Uv. De façon analogue, la borne 25 du contact de moteur 2 est reliée à l'intérieur de l'agencement de circuit 1 au pôle négatif de la tension d'alimentation Uv. Celui-ci est montré sur la figure 1 en tant que masse. Les éléments de contact 13 et 14 du contact de moteur 2 sont reliés, à l'intérieur du contact, à des points milieux 26 et 27 respectivement entre les commutateurs à semi-conducteurs 16 et 17 de la première branche du pont et entre les commutateurs à semi-conducteurs 18 et 19 de la seconde branche du pont. Les deux éléments de contact 13 et 14 du contact de moteur 2 sont ainsi mis en contact avec la branche transversale du circuit en pont 15, représentée par les deux points centraux 26 et 27. A cet endroit, il est possible de prélever ce que l'on appelle la tension transversale UB du pont. Au moyen de cette tension transversale UB du pont, via les éléments de contact 13, 14 du contact de moteur 2 et via les contacts antagonistes 28 ou 29 qui se trouvent en contact avec ces éléments de contact 13 et 14 et qui sont reliés au moteur à courant continu 3, on alimente ainsi le moteur à courant continu 3. Ici, la tension UB est réglée, au moyen du circuit d'attaque de grille 6 à une valeur de tension qui est par exemple UB = 3V.

A l'intérieur du contact, deux bornes de détection 30 et 31 sont reliées aux points milieux 26 et 27 du circuit en pont 15. Celles-ci sont dans l'agencement de circuit 1 reliées du côté entrée au microprocesseur 5 via les résistances R1 et R2. Via ces bornes de détection 30 et 31, le microprocesseur 5 de l'agencement de circuit 1 reçoit la valeur instantanée de la tension transversale UB du pont et à partir de la chute de tension dans le circuit en pont, obtient le courant en tant que valeur réelle. Au moyen de ces informations, avec le microprocesseur 5 et via le circuit d'attaque de grille 6, une régulation de la puissance de sortie et/ou de la vitesse de rotation peut être réalisée.

Chaque commutateur à semi-conducteurs 16 à 19 est relié par son entrée de commande (grille) à une borne de commande 32 à 35, à l'intérieur du contact. A l'intérieur de l'agencement de circuit 1, ces bornes de commandes 32 à 35 sont reliées au côté sortie du circuit d'attaque de grille 6.

La figure 3 montre le contact de moteur 2 avec circuit en pont intégré 15 qui comprend aussi quatre commutateurs à semi-conducteurs 16, 17 et 18, 19. Ceux-ci sont également reliés à des diodes de roue libre 20 à 23. A la différence du mode de réalisation de la figure 2, dans lequel le circuit en pont 15 est constitué de quatre commutateurs à semi-conducteurs 16 à 19 du type à canal N, le circuit en pont 15 du mode de réalisation de la figure 3 est constitué de deux commutateurs à semi-conducteurs 16, 18 du type à canal N et de deux commutateurs à semi-conducteurs 17 et 19 du type à canal P. Pour le reste, le contact de moteur 2 de la figure 3 correspond au contact de moteur 2 selon le mode de réalisation de la figure 2. Le contact de moteur 2 peut, pour ce qui concerne les éléments de contact et les bornes de contact mécaniques, être réalisé sous la forme d'une pièce estampée et fabriquée à partir d'une tôle poinçonnée. Au moins dans la région du circuit en pont 15, le contact de moteur 2 est enveloppé par exemple au moyen d'un boîtier en matière plastique. A l'intérieur du contact, les bornes ou les broches de drain, de source et de grille des commutateurs à semi-conducteurs 16 à 19 sont reliées de manière à conduire l'électricité, c'est-à-dire en contact avec les pièces poinçonnées correspondantes dans la configuration de raccordement illustré.

Un tel contact de moteur 2 avec circuit en pont intégré comprend ainsi déjà les éléments fonctionnels électromécaniques du contact de moteur 2 et en outre l'unité électronique de puissance pour le pilotage d'un moteur à courant continu 3 à l'intérieur d'un système d'entraînement, constitué habituellement du moteur électrique et d'une transmission à démultiplication ainsi que d'une unité électronique, pour un élément mobile d'un véhicule automobile. Ici, il s'agit de préférence d'un lève-vitre du véhicule automobile destiné à déplacer une vitre de fenêtre entre une position ouverte et une position fermée, ce pourquoi on régule ou on commande habituellement aussi bien la vitesse que le sens de rotation du moteur à courant continu 3. Grâce à l'intégration de l'unité électronique de puissance sous la forme du circuit en pont 15 avec les commutateurs à semi-conducteurs 16 à 19 dans le contact de moteur 2, on rend possible une configuration particulièrement économe en encombrement de l'agencement de circuit 1 selon la figure 1. Ainsi, il suffit de monter, sur la carte à circuits imprimés 4 de l'agencement de circuit 1, réalisée avec des dimensions comparativement petites, uniquement l'unité électronique de commande sous la forme essentiellement du microprocesseur 5 et du circuit d'attaque de grille 6, ainsi que les composants additionnels cités. Ainsi, l'agencement de circuit 1 peut être assemblé d'une manière comparativement économe en encombrement, ce qui conduit à une unité électronique comparativement économe en encombrement, qui nécessite alors un boîtier correspondant de petit volume à l'intérieur de l'unité d'entraînement.

Claims (11)

1. Revendications1. Agencement de circuit (1) pour le fonctionnement d'un moteur à courant continu (3), en particulier d'un dispositif d'entraînement pour un élément mobile dans un véhicule automobile, comprenant une unité électronique de commande (5, 6) et une unité électronique de puissance pilotée par celle-ci avec un circuit en pont (15) formé de commutateurs à semi-conducteurs (16 à 19), dont la branche transversale est reliée à des éléments de contact (13, 14) d'un contact de moteur (2) pour venir en contact avec des contacts antagonistes (28, 29) du moteur à courant continu (3), caractérisé en ce que l'unité électronique de puissance (16 à 19) est intégrée dans le contact de moteur (2).
2. 2. Agencement de circuit (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de contact (13, 14) du contact de moteur (2) sont reliés, à l'intérieur du contact, à un point milieu (26, 27) d'une branche (16,17 ; 18,19) du circuit en pont (15).
3. 3. Agencement de circuit (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le contact de moteur (2) comprend un nombre de bornes de commande (32 à 35) qui correspond au nombre des commutateurs à semi-conducteurs (16 à 19), et qui sont reliées, à l'intérieur du contact, à leurs entrées de commandes.
4. 4. Agencement de circuit (1) selon l'une quelconque des revendications 1à3 caractérisé en ce que le contact de moteur (1) comprend une borne de tension (24) et une borne de masse (25).
5. 5. Agencement de circuit (1) selon l'une quelconque des revendications 1à4, caractérisé en ce que le contact de moteur (2) comprend au moins une borne de détection (30, 31).
6. 6. Agencement de circuit (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'unité électronique de commande comprend un microprocesseur (5) pour la commande des commutateurs à semi- conducteurs (16 à 19).
7. 7. Agencement de circuit (1) selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le microprocesseur (5) est relié du côté entrée à la borne de détection (30, 31) du contact de moteur (2).
8. 8. Agencement de circuit (1) selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le microprocesseur (5) est relié du côté sortie à un circuit d'attaque de grille (6) pour piloter les commutateurs à serni- conducteurs (16 à 19).
9. 9. Agencement de circuit (1) selon l'une quelconque des revendications 6à8, caractérisé en ce que le microprocesseur (5) et/ou le circuit d'attaque de grille (6) est relié à une barrette de raccordement (Il) pour l'échange externe de données et/ou de signaux.
10. 10. Agencement de circuit (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le circuit électronique de commande et le contact de moteur (5) avec unité électronique de puissance intégrée sont montés sur une carte à circuits imprimés commune (4.).
11. 11. Contact de moteur (2) avec commutateurs à semi-conducteurs intégrés (16 à 19) pour la venue en contact avec un contact antagoniste (28, 29) d'un moteur à courant continu (3), en particulier pour un dispositif d'entraînement d'un élément mobile dans un véhicule automobile.