FR3074365A1 - Systeme d'alimentation electrique des modules d'acquisition d'une antenne acoustique lineaire remorquee - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un module (16) réalisant l'alimentation en énergie électriques de modules (12) d'acquisition (HUBs) de données capteurs à partir d'une ligne d'alimentation électrique (14) à courant continu constant. Ledit module comporte principalement un étage régulateur (21) alimenté par la ligne d'alimentation électrique et produisant une tension de shunt constante, de faible valeur; un premier étage convertisseur DC-DC (22) et second étage convertisseur DC-DC (23) dont les mises en service sont pilotée respectivement par l'application d'un premier signal de commande (SHDN) et d'un second signal de commande (RUN). Le module comporte en outre un premier réservoir d'énergie, alimenté par l'étage régulateur de tension (21) et configuré pour fournir l'énergie nécessaire pour assurer le démarrage du premier étage convertisseur DC-DC (22), ainsi qu'un second réservoir d'énergie, alimenté par le premier étage convertisseur DC-DC (22) et configuré pour fournir l'énergie nécessaire pour assurer le démarrage du second étage convertisseur DC-DC (23).
Description
Système d'alimentation électrique des modules d'acquisition d'une antenne acoustique linéaire remorquée.
[001] L’invention concerne le domaine des antennes acoustiques linéaires remorquées numériques, de technologie électro-acoustique conventionnelle et plus particulièrement les systèmes électroniques de télémétrie assurant la numérisation des signaux générés par l’ensemble des hydrophones acoustiques constituant une telle antenne et par des capteurs non acoustiques ou NAS selon l'acronyme de la dénomination anglosaxonne Non Acoustic Sensor (capteurs de température, d'immersion, de cap, de roulis/tangage, etc....) nécessaires au traitement de signal des voies Sonar et à leur exploitation.
[002] L’invention concerne directement un procédé et un système d'alimentation en énergie électrique des différents modules constituant le système électronique de télémétrie d'une antenne acoustique linéaire remorquée.
[003] De façon globale dans le domaine de la lutte anti-sous-marine, la capacité d’écoute en très basses fréquences reste un défi permanent et un enjeu majeur, et il est constamment recherché des solutions techniques (matérielles et/ou traitements signal sonar...) afin d’augmenter les distances de détection.
[004] Durant les décennies précédentes, les systèmes de détection basées sur des technologies d’antennes linéaires remorquées très basse fréquence (ETBF) ont radicalement fait progresser les capacités d’écoute sous-marine jusqu'à rendre possible la détection d'objets d'intérêt par grands fonds, parfois au-delà de la première zone de convergence.
[005] Depuis quelques années cependant, sont apparus de nouveaux risques liés à la détection et à la contre-détection par des ondes sonores en Ultra Basse Fréquence (« 100 Hz), qui ont mis en exergue le besoin de compléter les moyens d’écoute actuels par des moyens adaptés à cette gamme de fréquences.
[006] A ce jour, la meilleure réponse qui puisse être apportée consiste en la réalisation d’antenne linéaire remorquée de très grande longueur, typiquement de plusieurs centaines de mètres de longueur, avec un nombre croissant de senseurs acoustiques ou hydrophones.
[007] Cependant la réalisation de telles antennes a entraîné la survenue de problèmes induits, liés notamment à la nécessité de disposer d'antennes de plus faible diamètre (section) de façon à limiter l'accroissement de l'encombrement des antennes du fait de leur accroissement de longueur. Cette recherche d'un diamètre comparativement plus réduit, se traduit par une recherche corolaire de réduction de la densité du câblage présent dans l'antenne, réduction qui se traduit par un allègement global qui a pour effet attendu une amélioration de la flottabilité et un meilleur équilibrage. Toutefois, cette recherche de réduction de la densité du câblage doit naturellement s'opérer avec pour objectif de ne pas sacrifier la robustesse système, en termes de tolérance aux pannes et de fonctionnement en mode dégradé.
Par ailleurs l'augmentation du nombre de capteurs conduit à rechercher des solutions permettant de satisfaire les besoins en énergie de telles antennes avec un nombre de lignes d’alimentation réduit, voire avec une seule ligne, tout en limitant la tension d'alimentation de façon à ne pas accroître les contraintes de tension d’isolement limitée au-delà des valeurs usuelles, au niveau notamment des liaisons câblés, des connecteurs de jonction des modules d’antennes et au niveau du gréement de remorque ainsi que les contraintes d’alimentation antenne.
Or, en l'état de l'art actuel aucune des structures mise en œuvre pour réaliser les systèmes de télémétrie des antennes linéaires remorquées actuelles n'est en mesure de répondre à ces différentes contraintes.
RRESEftnλ TfON O£ i iNVENTiON [008] Un but de l'invention est de proposer un moyen permettant de répondre aux contraintes évoquées précédemment.
[009] A cet effet l'invention a pour objet un module d'alimentation destiné à alimenter en énergie les éléments composant un module d'acquisition des données produites par un ensemble de capteurs, ou HUB, à partir d'une ligne d'alimentation électrique fournissant un courant continu constant. Le module selon l'invention comporte principalement à cet effet:
- un étage régulateur configuré pour être alimenté par la ligne d'alimentation électrique et produire une tension de shunt de faible valeur;
- un premier étage convertisseur DC-DC, ou convertisseur principal, dont la mise en service est pilotée par l'application d'un premier signal de commande (SHDN) sur une entrée de commande,
- un second étage convertisseur DC-DC, ou convertisseur secondaire, dont la mise en service est pilotée par l'application d'un second signal de commande (RUN) sur une entrée de commande.
Le module selon l'invention comporte en outre un premier réservoir d’énergie, ou réservoir amont, alimenté par l'étage régulateur de tension et configuré pour fournir l'énergie nécessaire pour assurer un démarrage du premier étage convertisseur DC-DC lorsque le premier signal de commande (SHDN) est activé, ainsi qu'un second réservoir d’énergie, ou réservoir aval, alimenté par le premier étage convertisseur DC-DC (et configuré pour fournir l'énergie nécessaire pour assurer un démarrage du second étage convertisseur DC-DC lorsque le second signal de commande (RUN) est activé.
[0010] Selon différentes dispositions pouvant être considérées chacune séparément ou en combinaison avec d'autres, le module selon l'invention peut comporter diverse dispositions énumérées ci-après.
[0011] Selon une première disposition, le module selon l'invention comporte un mécanisme redondant de protection de la ligne d'alimentation en courant, la protection consistant en l'établissement d'un court-circuit (bypass) entre ses bornes de connexion à la ligne d'alimentation en cas de panne d'un élément électronique au sein du HUB.
[0012] Selon une autre disposition, le mécanisme de protection est configuré de telle façon qu'en cas de panne de circuits électroniques dans le HUB de nature à interrompre la chaîne d’alimentation en courant, il assure l'isolement du HUB par rapport à la ligne d'alimentation de l'antenne. Ledit mécanisme de protection comporte un premier niveau de protection et un second niveau de protection qui assure la protection de la ligne d'alimentation de l'antenne en cas de défaillance des circuits constituant le premier niveau de protection.
[0013] Selon une autre disposition, le premier niveau de protection est mis en œuvre par un circuit à transistors, et le second niveau de protection est mis en œuvre par un circuit à thyristor.
[0014] Selon une autre disposition, le module selon l'invention comporte en outre un premier circuit de démarrage qui mesure la charge du réservoir d'énergie amont et active le premier signal de commande (SHDN) lorsque la pleine charge du réservoir d'énergie amont est détectée, ainsi qu'un second circuit de démarrage qui mesure la charge du réservoir d'énergie aval et active le second signal de commande (RUN) lorsque la pleine charge du réservoir d'énergie aval est détectée.
[0015] Selon une autre disposition, le module selon l'invention comporte en outre un circuit contrôleur configuré pour contrôler l'établissement des tensions de sorties Vsn des convertisseurs du second étage convertisseur DC-DC secondaires, de façon à assurer l'établissement des différentes tensions Vsn selon une séquence permettant le démarrage des circuits programmables et mémoires constituant le HUB.
[0016] Selon une autre disposition, les convertisseurs constituant le premier et le second étage convertisseur DC-DC sont synchronisés par une même fréquence choisie de façon à ne pas générer d’interférences électromagnétiques conduites et/ou rayonnées avec les éléments de l'antenne dans laquelle le HUB est intégré.
[0017] Selon une autre disposition, le réservoir d'énergie électrique amont et le réservoir d'énergie électrique aval sont deux dispositifs capacitifs.
[0018] Selon une autre disposition le module d'alimentation selon l'invention est configuré pour mettre en œuvre une phase de fonctionnement en mode nominal durant laquelle il assure l'alimentation des différents éléments du HUB et une phase de fonctionnement en mode de démarrage transitoire, qui assure l'établissement progressif des tensions délivrées par le module.
La seconde phase de fonctionnement en mode démarrage de comporte trois phases principales.
- une première phase, qui consiste en l'établissement d’une tension shunt régulée Vreg .de valeur faible, à partir du courant continu circulant sur la ligne d'alimentation générale de l’antenne; la durée de cette première phase étant fonction du temps Τη nécessaire à l'obtention d'une tension Vreg parfaitement établie et stable, et du temps ΤΊ nécessaire obtenir une charge du réservoir d’énergie amont suffisante pour assurer le démarrage et le fonctionnement nominal du premier étage de conversion DC-DC;
- une deuxième phase qui consiste dans le démarrage du convertisseur DC-DC principal après exécution de la première phase; la durée de cette deuxième phase étant fonction du temps Tr2 nécessaire à l'obtention d'une tension stabilisée Vm en sortie de l'étage de conversion DC-DC principal, et du temps T2 nécessaire pour obtenir une charge du réservoir d’énergie aval suffisante pour assurer le démarrage et le fonctionnement nominal du second étage de conversion DC-DC;
- une troisième phase qui consiste dans le démarrage des convertisseurs de l'étage de conversion DC-DC secondaires chargé de la production des tensions Vsn, après exécution de la deuxième phase.
[0019] Avantageusement le dispositif d'alimentation selon l'invention permet à la fois :
- de créer les tensions usuelles (5 Vdc; 3,3 Vdc; 2,5 Vdc et 1,2Vdc par exemple) permettant d'alimenter les différents circuits électroniques d'un HUB à partir d’une tension shunt locale de valeur réduite (2,2 Vdc par exemple);
- de gérer correctement la phase de démarrage antenne, c'est-à-dire la phase de mise en marche des différents circuits de l'antenne, en réalisant la gestion des appels de courant intrinsèques tout en fournissant l’énergie nécessaire au démarrage des différents modules électroniques;
- d’offrir une fonction de sécurisation de l'alimentation antenne via un dispositif de bypass automatique redondé, en cas d’avarie de l’électronique d’un module HUB, le dispositif selon l'invention assurant le maintien de la propagation du courant d’alimentation globale antenne aux autres modules HUBs.
Le dispositif selon l'invention permet en outre, avantageusement, d'alimenter séparément chaque module d'acquisition (HUB) à partir d'une ligne d'alimentation commune sans qu'aucun module d'alimentation spécifique global ni aucun câblage associé soient nécessaires.
[0020] Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui s'appuie sur les figures annexées qui présentent:
la figurel, une représentation schématique fonctionnelle d'un système de télémétrie original pour antenne acoustique linéaire, dans lequel le dispositif selon l'invention peut être intégré;
la figure 2, une représentation schématique fonctionnelle du module d'alimentation selon l'invention;
la figure 3, une représentation schématique illustrant le principe de fonctionnement du module d'alimentation selon l'invention.
Il est à noter que, sur les figures annexées, un même élément fonctionnel ou structurel porte de préférence un même symbole repère.
[0021] Un système classique de télémétrie d'une antenne acoustique linéaire remorquée comporte généralement les fonctions suivantes :
- une fonction de distribution de synchronisation antenne (top échantillonnage antenne, horloge rapide...);
- une fonction d’acquisition de données, constituée d'une pluralité de modules d'acquisition ou DAU ( acronyme de la dénomination anglo-saxonne Digital Acquisition Module), classiquement réalisée par des modules de traitement analogique et de numérisation, répartis régulièrement à l’intérieur d’une antenne ou de différents tronçons d’antenne en suivant l’agencement linéaire des hydrophones (ou des groupes d’hydrophones). Ces modules sont synchronisés par un signal de synchro antenne généré par un ou plusieurs modules de Synchronisation et alimentés via des modules d’alimentation;
- une fonction de collecte des données antenne réalisant l'acheminement de l’ensemble des données antenne numérisées vers le récepteur qui en réalise le traitement généralement placé à bord du vaisseau qui tracte (remorque) l'antenne. Cette fonction est classiquement réalisée par un ou plusieurs modules de Multiplexage antenne, synchronisés par le signal de synchro antenne et alimentés via les modules d’alimentation.
- une fonction d'alimentation en énergie électrique, qui assure l'alimentation en énergie électrique des autres modules. Cette fonction est classiquement réalisée par des modules d’alimentation antenne, ou PSU selon l'acronyme de la dénomination anglo-saxonne de Power Supply Unit. Ces modules PSU sont généralement eux-mêmes alimentés depuis une alimentation bord à courant continu constant et assurent l'alimentation des différents modules d'acquisition (DAU).
[0022] Dans le cadre de la présente demande on décrit le module d'alimentation en énergie selon l'invention dans un exemple de mise en œuvre destiné à l'alimentation en énergie électrique des éléments constituant un système de télémétrie original pour antenne acoustique linéaire; système dont la structure est illustrée schématiquement par la figure 1.
La mise en œuvre du module d'alimentation selon l'invention n'est cependant pas limitée à ce seul exemple. Le module d'alimentation selon l'invention peut en effet trouver son application dans d'autre types d'équipement, antennes linéaires remorquées ou autres, comportant des équipements alimentés par une ligne d'alimentation électrique à courant constant, pour lesquels on cherche, d'une part, à limiter les appels de courant induits sur la ligne d'alimentation au moment du démarrage des équipement alimentés à partir de cette ligne, de façon à ne pas devoir surdimensionner la puissance transmise par l'alimentation générale, et d'autre part, à empêcher qu'un élément alimenté à partir de la ligne d'alimentation et présentant une avarie de fonctionnement puisse venir interrompre (ouvrir) la chaîne d’alimentation en courant et ainsi empêcher l'alimentation en énergie électrique des autres éléments alimentés à partir de cette ligne d'alimentation.
[0023] Le système de télémétrie illustré par la figure 1 est principalement constitué des éléments suivants:
- une pluralité de dispositif d’acquisition 12 (HUB), chaque HUB regroupant astucieusement plusieurs fonctions système, principalement:
- la gestion des modules d'acquisition avec multiplexage local des données produites par ces modules,
- la collecte de ces données et leur remontée vers la tête antenne et le système chargé du traitement et de l'exploitation de ces données,
- la gestion 17 des signaux de synchronisation des différents éléments constituant le HUB ainsi que
- la gestion 16 de l'alimentation en énergie de ces différents éléments.
Les données capteurs collectées sont remontées par les différents HUB selon un mécanisme de chaînage série faisant intervenir un ou plusieurs bus de données 15.
- un module de Synchronisation Antenne (SYNC) délivrant sur un bus de synchronisation 13 une synchronisation générale utilisée par les différents HUBs pour générer les signaux de synchronisation internes aux HUBs.
- un module de génération d'énergie électrique placé à bord du navire remorqueur et délivrant un courant d'alimentation constant sur une ligne d'alimentation 14.
De manière optionnelle le système peut comporter également, lorsque cela est nécessaire, un (ou plusieurs) module d’adaptation en tête d’antenne (HUB Tête) qui permet d'adapter le flux de données remontées pour s’adapter, le cas échéant, aux capacités de transmission de la ligne de remorque de l'antenne (réduction débit antenne, avant transmission vers le récepteur bord via le gréement remorque). Il est à noter que ce (ou ces) module peut présenter une structure similaire à celle d'un HUB (HUB personnalisé).
[0024] Le système de télémétrie présenté ici permet avantageusement grâce à l'introduction de module d'acquisition des données capteurs originaux (HUBs) présentant une structure identique, de simplifier le mécanisme de collecte et de remontée, vers la tête antenne, des données délivrées par les différents capteurs constituant l'antenne, ainsi que le mécanisme de synchronisation et d'alimentation en énergie de l'ensemble, tant du fait de la standardisation des composants mis en oeuvre que du fait de la simplification du câblage que cette introduction induit.
[0025] Le module d'alimentation en énergie 16 qui constitue l'objet de la présente invention peut avantageusement être intégré à la structure d'un module d'acquisition 12 de type HUB pour assurer la gestion de l'alimentation en énergie des différents éléments constituant le HUB, à partir du courant d'alimentation délivré par le module de génération d'énergie électrique de l'antenne sur la ligne d'alimentation 14.
Le module d'alimentation selon l'invention a pour avantage de rendre possible l'accroissement du nombre de modules d'acquisition que peut compter une antenne tout en maintenant le courant constant délivré par le module d'alimentation général de l'antenne à une valeur usuelle classique, de l'ordre de 2A par exemple.
[0026] A cet effet, il comporte différents moyens :
- des moyens pour créer les tensions continues nécessaires pour alimenter les différents circuits électroniques qui constituent le HUB (5Vdc; 3,3Vdc; 2,5Vdc; 1,2Vdc). Selon l'invention, ces tensions sont obtenues à partir d’une tension de shunt locale, de valeur réduite.
- des moyens pour gérer, de manière économique du point de vue l'alimentation générale de l'antenne, les appels de courant intrinsèques à la phase de démarrage de l'ensemble des modules, tout en fournissant l’énergie nécessaire au démarrage des différents blocs fonctionnels des modules d'acquisition constituant le HUB.
- des moyens pour sécuriser la distribution du courant d'alimentation général de l'antenne, en cas notamment d'avarie d'un circuit électronique d'un élément du HUB entraînant la rupture (ouverture) de la chaîne d’alimentation en courant, notamment en réalisant un isolement automatique du HUB endommagé vis-à-vis de la boucle générale d'alimentation en courant. Le module d'alimentation selon l'invention permet ainsi d’assurer le maintien de l'alimentation en courant des autres HUBs par le module d'alimentation globale de l'antenne.
[0027] La figure 2 présente le synoptique fonctionnel global du module d’alimentation 16 intégré à chaque HUB 12.
Comme on peut le constater sur la figure, ce module comporte un ensemble d'étages fonctionnels distincts:
- un étage régulateur de tête 21, connecté directement sur la ligne d'alimentation générale 14 et configuré pour délivrer une tension continue Vreg régulée de valeur donnée, égale à 2,2 V par exemple;
- un premier étage convertisseur DC-DC principal 22, configuré pour délivrer un tension continue VM de valeur donnée, égale à 5V par exemple, à partir de laquelle les tensions continues nécessaires au fonctionnement des différents modules du HUB sont produites;
- un second étage convertisseur DC-DC secondaire 23, configuré pour produire à partir de la tension VM les tensions continues Vsn nécessaires au fonctionnement des différents modules du HUB, une tension Vsi de 3,3 V et une tension Vs2 de 1,6 V par exemple.
Selon l'invention, le premier étage convertisseur 22 et le second étage convertisseur 23 sont contrôlés par des modules de démarrage, le module 24 et le module 25 respectivement, qui ont pour fonction, en phase de démarrage de temporiser la mise en marche des étages convertisseurs de façon à limiter le courant d'appel absorbé par le module d'alimentation 16 sur la ligne d'alimentation générale à courant constant 14.
[0028] Selon l'invention également, l'étage régulateur de tête 21 est configuré pour se comporter comme un shunt (i.e. un élément de faible impédance) vis-à-vis de la ligne d'alimentation en courant 14.
La mise en œuvre de l'étage régulateur 21 ainsi constitué permet avantageusement d'utiliser une alimentation globale de l'antenne ayant une valeur usuelle raisonnable (de l'ordre 500 Vdc par exemple) et évite avantageusement d’avoir à gérer des hautes tensions au niveau de l’antenne et en particulier au niveau de la ligne de remorquage. Ceci se traduit avantageusement par des exigences moindres concernant la tenue en tension d’isolement au niveau du câblage, des connecteurs de cartes électroniques et des jonctions d’antenne...).
[0029] Par ailleurs l'étage de tête 21 est également configuré pour se comporter comme un mécanisme redondant de protection de la ligne d'alimentation en courant 14, la protection consistant en l'établissement d'un court-circuit (bypass) entre ses bornes de connexion à la ligne d'alimentation 14 en cas de panne d'un élément électronique au sein du HUB.
[0030] Le mécanisme de protection ainsi réalisé comporte par exemple un premier niveau de protection, mis en œuvre via un circuit à transistors, qui permet d'isoler le HUB auquel il appartient, de la ligne d'alimentation de l'antenne 14 en cas de panne de circuits électroniques du HUB de nature à mettre la ligne d'alimentation 14 en court-circuit avec la masse et un second niveau de protection, mis en œuvre via un circuit à thyristor, qui permet d’assurer une protection identique en cas de panne des éléments constituant la protection de premier niveau.
[0031] le premier étage convertisseur DC-DC 22, convertisseur principal, est un convertisseur DC-DC de structure classique connue. Cependant, dans la cadre de l'invention, sa mise en service est pilotée par une entrée de commande sur laquelle il est nécessaire d'appliquer un signal permettant la mise en marche du convertisseur.
[0032] Ce signal de commande (SHDN) est produit par le module de démarrage 24 qui active ce signal dès lors que la tension Vreg est établie et suffisamment stable pour supporter l'appel de courant dû au démarrage du convertisseur DC-DC principal 22.
[0033] Pour obtenir de telles conditions l'étage régulateur 21 comporte un réservoir d’énergie (non représenté sur la figure) dimensionné de manière appropriée pour fournir en temps utile l'énergie nécessaire pour assurer un démarrage du convertisseur DC-DC principal 22 sans aucune instabilité transitoire non maîtrisée (oscillation de la tension de sortie du convertisseur DC-DC par exemple). Ce réservoir d'énergie dit réservoir amont est par exemple un réservoir capacitif alimenté par l'étage régulateur de tension 21.
[0034] Par suite c'est la détection de la pleine charge du réservoir d'énergie qui induit le passage à l'état actif du signal SHDN de commande de la mise en marche du convertisseur DC-DC principal 22.
[0035] Du point de vue de la réalisation le convertisseur DC-DC principal 22 ainsi que le module de démarrage 24 sont par exemple des étages à transistors dont la structure, connue par ailleurs, n'est pas détaillée ici.
[0036] Le second étage convertisseur DC-DC 23, convertisseur secondaire, est un convertisseur DC-DC multitensions de structure classique également connue. Cependant, dans la cadre de l'invention, sa mise en service est, comme pour le premier étage convertisseur 22, pilotée par une entrée de commande sur laquelle il est nécessaire d'appliquer un signal permettant la mise en marche du convertisseur.
[0037] Ce signal de commande (RUN) est produit par le module de démarrage 25 qui active ce signal dès lors que la tension VM est établie et suffisamment stable pour supporter l'appel de courant du au démarrage des convertisseurs DC-DC secondaires.
[0038] Pour obtenir de telles conditions le premier étage convertisseur 22 comporte également un réservoir d’énergie (non représenté sur la figure) dimensionné de manière appropriée pour fournir en temps utile l'énergie nécessaire pour assurer un démarrage sans instabilité transitoire des convertisseurs DC-DC secondaires du second étage 23. Ce réservoir d'énergie dit réservoir aval est par exemple un réservoir capacitif alimenté par le premier étage convertisseur DC-DC 22.
[0039] Par suite c'est la détection de la pleine charge du réservoir d'énergie aval qui induit le passage à l'état actif du signal RUN de commande de la mise en marche des convertisseurs DC-DC secondaires formant le second étage de conversion 23.
En ce qui concerne le second étage 23 de conversion DC-DC, un circuit contrôleur 26 séquence de manière précise l'établissement (i.e. le temps de montée) des tensions de sorties Vsn des convertisseurs DC-DC secondaires, de façon à garantir la séquence d'établissement des différentes tensions Vsn, les tensions Vsi= 3,3 V et VS2=1,6 V par exemple, nécessaire pour respecter les exigences des circuits programmables et mémoires que peuvent comporter les modules constituant le HUB 12.
[0040] Il est à noter ici que, les convertisseurs DC-DC constituant le premier et le second étage convertisseur 22 et 23 sont synchronisés par une fréquence système adéquate afin de ne pas générer d’interférences électromagnétiques conduites et/ou rayonnées.
Il est à noter également qu'en fonction des nécessités, l'étage secondaire de conversion 23 peut être suivi d’un étage de régulation (régulation linéaire) destiné à créer d’autres tensions usuelles (2,5 V, 1,2 V, ...etc.).
[0041] Compte tenu de la structure du module d'alimentation selon l'invention telle qu'elle a été décrite précédemment, le fonctionnement de ce module en mode démarrage (mode transitoire d'établissement des tensions délivrées) comporte, comme l'illustre la figure 3, trois phases principales.
[0042] La première phase (phase 1), consiste en l'établissement d’une tension shunt régulée Vreg de valeur faible, typiquement inférieure à 3 V, ou tension shunt, à partir du courant continu circulant sur la ligne d'alimentation générale 14 de l’antenne.
[0043] La durée de cette première phase est fonction du temps Tr nécessaire à l'obtention d'une tension Vreg parfaitement établie et stable, et du temps T! nécessaire à la charge d’un réservoir d’énergie amont de capacité suffisante pour assurer le démarrage séquencé du premier étage 22 de conversion DC-DC sans aucune instabilité (i.e. sans oscillation du convertisseur DC-DC principal).
[0044] La deuxième phase (phase 2), consiste dans le démarrage du convertisseur DC-DC principal 22 après une temporisation (Tempo 1) suffisante (i.e. au moins égale à Τη+Τι) pour permettre le déroulement complet de la première phase (i.e. stabilisation du shunt basse tension et charge du réservoir d’énergie amont).
[0045] Cette deuxième phase est fonction du temps Tr2 nécessaire à l'obtention d'une tension stabilisée Vm en sortie de l'étage de conversion DC-DC principal 22, et du temps T2 nécessaire à la charge d’un réservoir d’énergie aval suffisante pour assurer le démarrage séquencé des convertisseurs formant le second étage 23 de conversion DC-DC, sans aucune instabilité (i.e. sans oscillation des convertisseurs DC-DC secondaires).
[0046] En fin de deuxième phase, l'étage convertisseur DC-DC principal 22 assure une élévation de tension stable de la tension VREg (2,2 Vdc) à la tension Vm (5 Vdc). Il permet ainsi de s’accommoder de la basse tension shunt, Vreg (2,2 Vdc), délivrée par l'étage de régulation 21.
[0047] L'énergie emmagasinée par le réservoir d’énergie capacitif aval permet de disposer de l'énergie nécessaire pour absorber les courants de démarrage (Inrush currents) des convertisseurs DC-DC secondaires sans toutefois nécessiter la délivrance d'un courant de sortie excessif de la part du de l'étage de conversion DC-DC principal, courant qui nécessiterait de surdimensionner cet étage, simplement pour satisfaire la demande des convertisseurs DC-DC secondaires au démarrage.
[0048] La troisième phase consiste dans le démarrage des convertisseurs de l'étage de conversion DC-DC secondaires 23, chargé de la production des tensions Vsn (tensions Vsi = 3,3 V et VS2 = 1,6 V par exemple).
Cette phase débute après une temporisation Tempo 2 suffisante (i.e. au moins égale à Tr2 + T2) pour permettre le déroulement complet de la deuxième phase.
[0049] Durant cette troisième phase, le démarrage des convertisseurs DC-DC secondaires est séquencé et finement contrôlé (temps de montée Trn des alimentations secondaires et temporisations Tempo n), pour s’accommoder d’une part de l’énergie disponible en sortie de l'étage de conversion DC-DC principal 22 et d’autre part pour garantir, comme cela a été dit précédemment, le respect des exigences des circuits programmables et mémoires.
Les temporisations et le contrôle des temps de monté de chaque alimentation permettent de répartir au mieux l’énergie nécessaire au démarrage de chaque convertisseur de tension tout en assurant le respect des exigences des circuits programmables (FPGA) et mémoires vis-à-vis de l’établissement de leurs tensions d’alimentation.
[0050] Il est à noter que, comme il a été dit précédemment, l'étage 21 régulateur de tension délivre une tension shunt, Vreg, de faible niveau et que la délivrance d'une tension shunt plus élevée (6,8 V au lieu de 2,2 V par exemple) permettrait d’obtenir à volume comparable un réservoir d’énergie amont présentant une capacité beaucoup plus importante, capable donc de fournir une énergie beaucoup plus élevée au démarrage et, de ce fait, de relaxer les contraintes de séquencement de démarrage du DC-DC principal. La délivrance d'une tension shunt plus élevée pourrait même sous certaines 5 conditions permettre un fonctionnement sans réservoir d’énergie.
Cependant, la délivrance d'une tension shunt plus élevée nécessiterait la production d'une tension d’alimentation générale en tête d’antenne beaucoup plus élevée (correspondant à la production de plusieurs dizaines, voire de centaines, de tensions shunt locales), ce qui est incompatible de la 10 recherche du maintien de la tension d'alimentation à une valeur usuelle.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Module d'alimentation destiné à alimenter en énergie les éléments composant un module d'acquisition des données produites par un ensemble de capteurs, ou HUB, à partir d'une ligne d'alimentation électrique fournissant un courant continu constant, caractérisé en ce que ledit module d'alimentation comporte principalement:un étage régulateur (21) configuré pour être alimenté par la ligne d'alimentation électrique et produire une tension de shunt de faible valeur;- un premier étage convertisseur DC-DC (22), ou convertisseur principal, dont la mise en service est pilotée par l'application d'un premier signal de commande (SHDN) sur une entrée de commande,- un second étage convertisseur DC-DC (23), ou convertisseur secondaire, dont la mise en service est pilotée par l'application d'un second signal de commande (RUN) sur une entrée de commande;Le module comportant en outre un premier réservoir d’énergie, ou réservoir amont, alimenté par l'étage régulateur de tension (21) et configuré pour fournir l'énergie nécessaire pour assurer un démarrage du premier étage convertisseur DC-DC (22) lorsque le premier signal de commande (SHDN) est activé, ainsi qu'un second réservoir d’énergie, ou réservoir aval, alimenté par le premier étage convertisseur DC-DC (22) et configuré pour fournir l'énergie nécessaire pour assurer un démarrage du second étage convertisseur DC-DC (23) lorsque le second signal de commande (RUN) est activé.
- 2. Module d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme redondant de protection de la ligne d'alimentation en courant (14), la protection consistant en l'établissement d'un court-circuit (bypass) entre ses bornes de connexion à la ligne d'alimentation (14) en cas de panne d'un élément électronique au sein du HUB (12).
- 3. Module d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme de protection est configuré de telle façon qu'en cas de panne de circuits électroniques dans le HUB (12) de nature à interrompre la chaîne d’alimentation en courant, il assure l'isolement du HUB (12) par rapport à la ligne d'alimentation de l'antenne (14), ledit mécanisme de protection comportant un premier niveau de protection et un second niveau de protection qui assure la protection de la ligne d'alimentation de l'antenne (14) en cas de défaillance des circuits constituant le premier niveau de protection.
- 4. Module d'alimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier niveau de protection est mis en œuvre par un circuit à transistors, et le second niveau de protection est mis en œuvre par un circuit à thyristor.
- 5. Module d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un premier circuit de démarrage (24) qui mesure la charge du réservoir d'énergie amont et active le premier signal de commande (SHDN) lorsque la pleine charge du réservoir d'énergie amont est détectée, ainsi qu'un second circuit de démarrage (25) qui mesure la charge du réservoir d'énergie aval et active le second signal de commande (RUN) lorsque la pleine charge du réservoir d'énergie aval est détectée.
- 6. Module d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit contrôleur (26) configuré pour contrôler l'établissement des tensions de sorties Vsn des convertisseurs du second étage convertisseur DC-DC (23) secondaires, de façon à assurer l'établissement des différentes tensions Vsn selon une séquence permettant le démarrage des circuits programmables et mémoires constituant le HUB (12).
- 7. Module d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les convertisseurs constituant le premier et le second étages convertisseurs DC-DC (22, 23) sont synchronisés par une même fréquence choisie de façon à ne pas générer d’interférences électromagnétiques conduites et/ou rayonnées avec les éléments de l'antenne dans laquelle le HUB est intégré.
- 8. Module d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réservoir d'énergie électrique amont et le réservoir d'énergie électrique aval sont deux dispositifs capacitifs.
- 9. Module d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est configuré pour mettre en œuvre une phase de fonctionnement en mode nominal durant laquelle il assure l'alimentation des différents éléments du HUB (12) et une phase de fonctionnement en mode de démarrage transitoire, qui assure l'établissement progressif des tensions délivrées par le module, cette phase de fonctionnement en mode démarrage de comportant trois phases principales.- une première phase, qui consiste en l'établissement d’une tension shunt régulée VREg ,de valeur faible, à partir du courant continu circulant sur la ligne d'alimentation générale (14) de l’antenne; la durée de cette première phase étant fonction du temps Τη nécessaire à l'obtention d'une tension Vreg parfaitement établie et stable, et du temps Τί nécessaire obtenir une charge du réservoir d’énergie amont suffisante pour assurer le démarrage et le fonctionnement nominal du premier étage de conversion DC-DC (22);- une deuxième phase qui consiste dans le démarrage du convertisseur DC-DC principal (22) après exécution de la première phase; la durée de cette deuxième phase étant fonction du temps Tr2 nécessaire à l'obtention d'une tension stabilisée VM en sortie de l'étage de conversion DC-DC principal (22), et du temps T2 nécessaire pour obtenir une charge du réservoir d’énergie aval suffisante pour assurer le démarrage et le fonctionnement nominal du second étage de conversion DC-DC (23);- une troisième phase qui consiste dans le démarrage des convertisseurs de l'étage de conversion DC-DC secondaires (23) chargé de la production des tensions Vsn, après exécution de la deuxième phase.
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