TITRE : DISPOSITIF ELECTRIQUE AVEC ISOLATION GALVANIQUE CAPACITIVE

Domaine technique de l’invention

[0001 ] La présente invention concerne un dispositif électrique avec isolation galvanique capacitive, un engin de mobilité comportant une telle alimentation électrique et une installation comportant un tel engin de mobilité.

Arrière-plan technologique

[0002] On connaît de l’état de la technique un dispositif électrique, comportant : une borne d’entrée de phase et une borne d’entrée de neutre conçues pour être respectivement connectées à une phase et à un neutre d’un réseau électrique alternatif, le neutre étant connecté à la terre ; un circuit électrique comportant une borne de neutre conçue pour être connectée à la terre ; une branche de phase reliant la borne d’entrée de phase au circuit électrique ; une branche de neutre reliant la borne d’entrée de neutre à la borne de neutre du circuit électrique ; et un condensateur d’isolation de phase placé sur la branche de phase pour isoler galvaniquement le circuit électrique en cas de surtension sur la phase du réseau électrique.

[0003] Dans une telle alimentation électrique connue, il est en outre prévu un condensateur d’isolation de neutre placé sur la branche de neutre pour isoler galvaniquement le circuit électrique de tension dans le cas où il y aurait une inversion de polarité entraînant la connexion, d’une part, de la borne d’entrée de phase au neutre du réseau électrique, et, d’autre part, de la borne d’entrée de neutre à la phase du réseau électrique. En effet, le condensateur d’isolation de neutre est ainsi conçu pour gérer une surtension sur la phase en cas d’inversion de connexion.

[0004] Il peut être souhaité d’améliorer la sécurité pour les personnes du côté du circuit électrique. Resume de l’invention

[0005] Il est donc proposé un dispositif électrique, comportant : une borne d’entrée de phase et une borne d’entrée de neutre conçues pour être respectivement connectées à une phase et à un neutre d’un réseau électrique alternatif, le neutre étant connecté à la terre ; un circuit électrique comportant une borne de neutre conçue pour être connectée à la terre ; une branche de phase reliant la borne d’entrée de phase au circuit électrique ; une branche de neutre reliant la borne d’entrée de neutre à la borne de neutre du circuit électrique ; et un condensateur d’isolation de phase placé sur la branche de phase pour isoler galvaniquement le circuit électrique en cas de surtension sur la phase du réseau électrique ; caractérisé en ce que le dispositif électrique comporte en outre : un dispositif de détection d’une inversion de connexion, conçu pour détecter lorsque la borne d’entrée de phase est connectée au neutre du réseau électrique et/ou lorsque la borne d’entrée de neutre est connectée à la phase du réseau électrique ; et un dispositif de reconnexion conçu, suite à la détection d’une inversion de connexion, pour connecter un point intermédiaire de la branche de phase à la borne d’entrée de neutre, à la place de la borne d’entrée de phase, le condensateur d’isolation de phase étant placé entre le point intermédiaire de la branche de phase et le circuit électrique, et pour connecter un point intermédiaire de la branche de neutre à la borne d’entrée de phase, à la place de la borne d’entrée de neutre ; et en ce que la branche de neutre est dépourvue de composant électrique en dehors du dispositif de reconnexion.

[0006] Ainsi, grâce à l’invention, il est possible de prévenir l’apparition d’un courant circulant dans la branche de neutre et rebouclant par la terre, en ne prévoyant aucun composant électrique sur la branche de neutre, et en particulier pas de condensateur d’isolation galvanique. Un tel courant pourrait en effet être dangereux pour les personnes manipulant le circuit electnque. Par ailleurs, maigre I absence de condensateur d’isolation galvanique sur la branche de neutre, le dispositif électrique reste robuste en cas d’inversion de connexion des bornes d’entrée, grâce au dispositif de détection d’inversion et au dispositif de reconnexion.

[0007] L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible.

[0008] De façon optionnelle, le dispositif de détection d’une inversion de connexion comporte une borne de terre conçue pour être connectée à la terre et est conçu pour comparer un potentiel d’une parmi la borne d’entrée de phase et la borne d’entrée de neutre avec un potentiel de la borne de terre et pour détecter une inversion de polarité à partir de la comparaison.

[0009] De façon optionnelle également, le circuit électrique est un convertisseur de tension comportant une borne de sortie et conçu pour fournir une tension de sortie entre la borne de sortie et la borne de neutre.

[0010] De façon optionnelle également, le convertisseur de tension comporte un bras de commutation comprenant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas présentant des premières bornes respectives connectées l’une à l’autre en un point milieu connecté à la branche de phase et des deuxièmes bornes respectives connectées respectivement à la borne de sortie et à la borne de neutre.

[0011] De façon optionnelle également, le convertisseur de tension est un convertisseur alternatif/continu conçu pour fournir une tension continue entre la borne de sortie et la borne de neutre.

[0012] De façon optionnelle également, le dispositif électrique comporte en outre un élévateur de fréquence conçu pour fournir une tension haute fréquence à partir d’une tension réseau reçues sur les bornes d’entrée, cette tension haute fréquence présentant une fréquence plus élevée que celle de la tension réseau, de sorte que le condensateur d’isolation de phase reçoive une tension à la fréquence de la tension haute fréquence.

[0013] De façon optionnelle également, la tension haute fréquence est en moyenne inférieure à la tension réseau.

[0014] De façon optionnelle également, le dispositif électrique en outre un filtre de compatibilité électromagnétique, agencé entre les points intermédiaires et le condensateur d’isolation de phase. [0015] Il est egalement propose un engin de mobilité comportant : une batterie et un dispositif électrique selon l’invention, conçu pour recharger la batterie.

[0016] Il est également proposé une installation électrique comportant : une borne de recharge présentant la phase et le neutre du réseau électrique, et un engin de mobilité selon l’invention avec la borne d’entrée de phase connectée à l’un de la phase et du neutre du réseau électrique et la borne d’entrée de neutre connectée l’autre de la phase et du neutre du réseau électrique.

Brève description des figures

[0017] L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma électrique d’une installation électrique comportant un dispositif électrique selon l’invention, connecté à un réseau électrique, et la figure 2 est un schéma électrique d’un mode de réalisation où le dispositif électrique comporte un convertisseur alternatif/continu, conçu pour recharger une première batterie à partir du réseau électrique, la figure 3 est un schéma électrique dans lequel le convertisseur alternatif/continu peut être en outre utilisé en tant que convertisseur continu/continu pour recharger l’une de la première batterie et d’une deuxième batterie à partir de l’autre, et la figure 4 est un schéma électrique d’un mode de réalisation où le dispositif électrique comporte une charge, telle qu’une résistante chauffante, alimentée par le réseau électrique.

Description détaillée de l’invention

[0018] En référence à la figure 1 , un exemple d’une installation électrique 100 dans laquelle l’invention est mise en oeuvre, va à présent être décrit.

[0019] L’installation électrique 100 comporte tout d’abord un réseau électrique 102 qui est alternatif et qui présente une phase P et un neutre N. Suivant le type de réseau, le neutre N peut être connecté à la terre ou bien déconnecté de la terre GND. Par exemple, le neutre N est connecté à la terre GND, par exemple au travers d’une résistance R. [0020] Le reseau electnque 102 est conçu pour fournir, entre sa phase P et son neutre N, une tension réseau VR qui est alternative. La tension réseau VR est généralement sinusoïdale, d’amplitude A, par exemple de 230 V, et de fréquence généralement inférieure à 100 Hz, par exemple égale à 50 Hz.

[0021] L’installation électrique 100 comporte en outre un dispositif électrique 104 conçu pour être électriquement alimenté par le réseau électrique 102. Le dispositif électrique 104 est par exemple embarqué dans un engin de mobilité tel qu’un véhicule automobile, un vélo électrique, une trottinette électrique, ou bien encore un drone.

[0022] Le dispositif électrique 104 comporte une borne d’entrée dite de neutre BEN conçue pour être connectée au neutre N du réseau électrique 102, ainsi qu’une borne d’entrée dite de phase BEP conçue pour être connectée à la phase P du réseau électrique 102. Les bornes d’entrée BEP, BEN sont par exemple regroupées dans un connecteur (non représenté) conçu pour être branché à un socle (non représenté) d’une borne de recharge (non représentée) fixée au sol et présentant la phase P et le neutre N du réseau électrique 102.

[0023] Le dispositif électrique 104 comporte en outre un circuit électrique 107 comportant une borne de neutre BN conçue pour être connectée à la terre GND, par exemple au travers d’un châssis de l’engin de mobilité.

[0024] Le dispositif électrique 104 comporte en outre une branche de phase BrP reliant la borne d’entrée de phase BEP au circuit électrique 107 et une branche de neutre BrN reliant la borne d’entrée de neutre BEN à la borne de neutre du circuit électrique 107. De cette manière, le circuit électrique 107 peut être alimenté par le réseau électrique 102. Le circuit électrique 107 est par exemple conçu pour recevoir en entrée, entre la branche de phase BrP par rapport à la branche de neutre BrN, une tension alternative VA dérivée de la tension réseau VR, possiblement égale.

[0025] La branche de phase BrP comporte un condensateur d’isolation de phase Cl conçu pour isoler galvaniquement le circuit électrique 107 en cas de surtension sur la phase P du réseau électrique 102. Ce condensateur d’isolation de phase Cl supporte de préférence une tension d’au moins 10 kV. Le dispositif électrique 104 peut en outre comporter d’autres composants sur branche de phase BrP, ainsi qu’entre la branche de phase BrP et la branche de neutre BrN, pour réaliser des fonctions électriques souhaitées. Ces autres composants électriques possibles sont symbolisés par les pointillés sur la branche de phase BrP de la figure 1 . [0026] Le dispositif électrique 104 comporte en outre un dispositif 108 de detection d’une inversion de connexion, conçu pour détecter lorsque la borne d’entrée de phase BEP est connectée au neutre N du réseau électrique 102 et/ou lorsque la borne d’entrée de neutre BEN est connectée à la phase P du réseau électrique 102.

[0027] Par exemple, le dispositif 108 de détection d’une inversion de connexion comporte une borne de terre BT conçue pour être connectée à la terre GND (par exemple, au travers du châssis de l’engin de mobilité) et est conçu pour comparer un potentiel d’une parmi la borne d’entrée de phase BEP et la borne d’entrée de neutre BEN avec un potentiel de la borne de terre BT et pour détecter une inversion de polarité à partir de la comparaison. Par exemple, une inversion de polarité est détectée lorsqu’une différence entre le potentiel de la borne de terre BT et le potentiel de la borne testée (la borne d’entrée de phase BEP ou bien la borne d’entrée de neutre BEN) est supérieure à un seuil prédéfini.

[0028] Le dispositif électrique 104 comporte en outre un dispositif 110 de reconnexion conçu, suite à la détection d’une inversion de connexion par le dispositif 108, pour connecter un premier point intermédiaire PU de la branche de phase BrP à la borne d’entrée de neutre BEN, à la place de la borne d’entrée de phase BEP, et pour connecter un premier point intermédiaire PU ’ de la branche de neutre BrN à la borne d’entrée de phase BEP, à la place de la borne d’entrée de neutre BEN. Ainsi, après reconnexion, la branche de phase BrP relie la borne d’entrée de neutre BEN au circuit électrique 107, tandis que la branche d’entrée de neutre BrN relie la borne d’entrée de phase BEP au circuit électrique 107.

[0029] Il sera apprécié que la branche de neutre BrN est dépourvue de tout condensateur d’isolation, et plus généralement de tout composant électrique résistif, inductif ou bien capacitif, en dehors du ou des composants du dispositif de reconnexion 110 présents sur la branche de neutre BrN. Généralement, ce ou ces composants du dispositif de reconnexion 110 incluent uniquement un ou plusieurs interrupteurs commandables. Ainsi, la branche de neutre BrN présente de préférence une résistance inférieure à 10 milli ohms, une inductance inférieure à 1 micro henry et une capacité nulle ou sensiblement nulle.

[0030] Ainsi, il y a une connexion directe entre la terre GND côté réseau électrique 102 et la terre côté circuit électrique 107, ce qui permet d’empêcher l’apparition d’un courant circulant dans la branche de neutre BrN et rebouclant par la terre GND. [0031] En reference a la figure 2, le dispositif electnque 104 est par exemple une alimentation électrique, par exemple un chargeur d’une batterie 106 de l’installation électrique 100, telle qu’une batterie 48 V.

[0032] La batterie 106 est par exemple embarquée dans l’engin de mobilité. L’alimentation électrique 104 peut ainsi être un chargeur embarqué (de l’anglais « On-Board Charger », également désigné par l’acronyme OBC) dans l’engin de mobilité, conçu pour charger cette batterie 106 à partir du réseau électrique 102.

[0033] La batterie 106 présente une borne positive + et une borne négative -, cette dernière étant connectée à une masse électrique de l’engin de mobilité, par exemple, dans le cas d’un véhicule automobile, un châssis de ce dernier. Cette masse électrique est généralement connectée à la terre GND, au moins pendant la recharge de la batterie 106 par l’alimentation électrique 104.

[0034] Le circuit électrique 107 comporte par exemple, en plus de la borne de neutre BN une borne de sortie BS. Le circuit électrique 104 est alors conçu pour fournir une tension de sortie U1 entre sa borne de neutre BN et sa borne de sortie BS.

[0035] Le circuit électrique 107 est par exemple un convertisseur alternatif/continu de sorte que la tension de sortie U1 est continue. Dans ce cas, la borne de neutre BN et la borne de sortie BS peuvent alors être conçues pour être connectées respectivement à la borne négative - et à la borne positive + de la batterie 106, comme dans l’exemple illustré, pour recharger la batterie 106 à partir du réseau électrique 102.

[0036] L’alimentation électrique 104 comporte par exemple un filtre 112 de compatibilité électromagnétique (également désigné par l’acronyme CEM) conçu pour filtrer la tension réseau VR pour fournir une tension filtrée VR*. Le filtre 112 est par exemple connecté en entrée entre les premiers points intermédiaires PU , PU ’ pour recevoir la tension VR et en sortie entre un deuxième point intermédiaire PI2 de la branche de phase BrP et la branche de neutre BrN pour fournir la tension filtrée VR*. Le filtre 112 est par exemple conçu pour bloquer les harmoniques de commutation des commutateurs qui seront décrits par la suite.

[0037] Le filtre 112 est par exemple d’un filtre passe bas, comme un filtre passe bas du deuxième ordre. Dans l’exemple décrit, il s’agit d’un filtre LC comportant une inductance L _C EM connectée sur la branche de phase BrP, entre ses premier et deuxieme points intermediaires PU , PI2, et une capacité CCEM entre le deuxieme point intermédiaire PI2 de la branche de phase BrP et la branche de neutre BrN.

[0038] L’alimentation électrique 104 comporte en outre par exemple un élévateur de fréquence 114 conçu pour fournir une tension alternative haute fréquence VHF à partir de la tension réseau VR, par exemple à partir de la tension filtrée VR* en présence du filtre 112. La tension alternative haute fréquence VHF présente une fréquence beaucoup plus élevée que la tension réseau VR, par exemple au moins cent fois plus élevée. Par exemple, l’élévateur de fréquence 114 est connecté en entrée entre le deuxième point intermédiaire PI2 de la branche de phase BrP et la branche de neutre BrN pour recevoir la tension filtrée VR* et en sortie entre un troisième point intermédiaire PI3 de la branche de phase BrP et la branche de neutre BrN pour fournir la tension alternative haute fréquence VHF.

[0039] L’élévateur de fréquence 114 comporte par exemple un bras de commutation connecté entre le deuxième point intermédiaire PI2 et la branche de neutre BrN et comprenant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas connectés l’un à l’autre en un point milieu connecté au troisième point intermédiaire PI3 de la branche de phase BrP. Ainsi, l’élévateur de fréquence 114 est conçu pour réaliser un découpage haute fréquence de la tension filtrée VR* (ou bien de la tension réseau VR en cas d’absence du filtre 112), de sorte que la tension haute fréquence VHF est alternativement égale à zéro et à la tension filtrée VR*. Ainsi, la moyenne de la tension haute fréquence VHF est inférieure à la tension réseau VR.

[0040] L’alimentation électrique 104 comporte en outre le condensateur d’isolation de phase Cl de la branche de phase BrP, connecté entre le troisième point intermédiaire PI3 et un quatrième point intermédiaire PI4 de la branche de phase BrP.

[0041] L’alimentation électrique 104 comporte en outre une inductance Ll en série avec le condensateur d’isolation de phase Cl sur la branche de phase BrP, par exemple entre ses troisième et quatrième points intermédiaires PI3, PI4. Cette inductance Ll est conçue pour résonner avec le condensateur d’isolation de phase Cl à une fréquence proche, par exemple supérieure, de la fréquence de découpage de l’élévateur de fréquence 114 et/ou du circuit électrique 107. Ainsi, l’inductance Ll et le condensateur d’isolation de phase Cl forment une maille résonnante.

[0042] Le convertisseur de tension 107 est ainsi connecté en entrée au quatrième point intermédiaire PI4 pour recevoir la tension alternative VA, présente entre le quatrième pont intermédiaire PI4 et la branche de neutre BrN. [0043] Pour avoir une branche de neutre BrN dépourvue de composant electnque, le convertisseur de tension 107 doit avoir une structure adaptée. Par exemple, il peut comporter un bras de commutation comprenant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas présentant des premières bornes respectives connectées l’une à l’autre en un point milieu connecté à la branche de phase BrP et des deuxièmes bornes respectives connectées respectivement à la première borne de sortie BS et à la borne de neutre BN, comme dans l’exemple illustré.

[0044] Il sera apprécié que chaque interrupteur du dispositif de reconnexion 110 et/ou de l’élévateur de fréquence 114 et/ou du convertisseur de tension 107 est de préférence un interrupteur commandable à semi-conducteur, comme par exemple un interrupteur à transistor tel qu’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (de l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme MOSFET) ou bien un transistor bipolaire à grille isolée (de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor » également désigné par l’acronyme IGBT) ou bien un transistor à effet de champ à Nitrure de gallium (également désigné par l’acronyme GaN FET).

[0045] Un exemple de fonctionnement de l’installation 100 va à présent être décrit.

[0046] Les bornes d’entrée BEP, BEN sont tout d’abord supposées correctement connectées à la phase P et au neutre N.

[0047] En cas de surtension sur la phase P, le condensateur d’isolation de phase Cl empêche une propagation de courant résultant de la surtension vers le convertisseur de tension 107.

[0048] En cas de surtension sur la phase N, cette dernière étant connectée à la terre le courant résultant de la surtension est directement ramené à la terre GND.

[0049] Par ailleurs, l’absence de composant électrique sur la branche de neutre BrN permet d’éviter l’apparition d’un courant intempestif dans cette branche de neutre BrN lorsque le neutre N du réseau électrique 102 et la borne négative de la batterie 106 sont tous les deux connectées à la terre GND. En effet, dans ce dernier cas, la terre GND forme une ligne de retour rendant possible la circulation de ce courant intempestif. En particulier, si une capacité d’isolation galvanique était présente sur la branche de neutre BrN, cette capacité d’isolation galvanique pourrait recevoir une tension haute fréquence résultant des commutations d’un ou plusieurs bras de commutation de I alimentation electnque 104. Cette tension haute frequence entraînerait alors un courant haute fréquence qui pourrait reboucler par la terre GND.

[0050] Les bornes d’entrée BEP, BEN sont à présent supposées connectées de manière inversée à la phase P et au neutre N.

[0051] Dans ce cas, grâce à la détection de cette inversion et au dispositif de reconnexion 110, la branche de phase BrP est toujours connectée à la phase P (par la borne d’entrée de neutre BEN) et la branche de neutre BrN est toujours connectée au neutre (par la borne d’entrée de phase BEP). Ainsi, les surtensions sont gérées de la même manière que précédemment.

[0052] En référence à la figure 3, dans certains modes de réalisation, le convertisseur de tension 107 peut être conçu pour passer dans un mode de conversion continu/continu en remplacement de la conversion alternatif/continu. Le convertisseur de tension 107 est alors par exemple connecté à une deuxième batterie 302 et conçu pour recharger l’une des deux batteries 106, 302 à partir de l’autre.

[0053] Par exemple, en reprenant la structure illustrée sur la figure 2, ce mode continu/continu peut être réalisé en connectant en série une inductance L et un interrupteur SW avec la deuxième batterie 302, tous les trois entre la borne de neutre BN et le point milieu du bras de commutation du convertisseur de tension 107. Ainsi, pour permettre le mode continu/continu, l’interrupteur SW est fermé et l’alimentation électrique 104, hors du convertisseur de tension 107, est désactivée. Ainsi, le convertisseur de tension 107 peut être utilisé pour la conversion continu/continu. En revanche, l’interrupteur SW est ouvert pour le mode alternatif/continu décrit précédemment.

[0054] En référence à la figure 4, l’invention n’est pas limitée à un circuit électrique 107 convertisseur de tension. Par exemple, le circuit électrique 107 pourrait comporter une charge, telle qu’une résistance chauffante Rf, alimentée par la tension alternative VA.

[0055] En conclusion, il apparaît clairement qu’un dispositif électrique à isolation galvanique capacitive tel que ceux décrits précédemment permet d’assurer une isolation galvanique capacitive sans risquer de générer des courants rebouclant par la terre. [0056] On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci- dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. [0057] Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.