FR2700914A1 - Dispositif de protection d'un circuit éléctronique vis-à-vis de signaux électriques parasites d'origine électromagnétique et organe de contact électrique utilisable dans un tel dispositif . - Google Patents

Abstract

Le dispositif est conçu pour protéger un circuit électronique vis-à-vis de signaux électriques parasites d'origine électromagnétique, le circuit étant disposé dans un boîtier (1') en matériau conducteur de l'électricité et connecté à une masse, les broches (8, 9, 10) d'un connecteur porté par le boîtier établissant une liaison entre un faisceau de fils électriques et le circuit. Le dispositif comprend des moyens (13i , 15) pour dériver de chaque broche du connecteur les signaux parasites induits dans le fil correspondant du faisceau, une surface (16) aménagée sur le support (6') du circuit pour collecter les signaux parasites ainsi dérivés et une liaison conductrice (17) répartie entre cette surface collectrice et la paroi (11) du boîtier.

Description

La présente invention est relative à un dispositif de protection d'un circuit électronique vis-à-vis de signaux électriques parasites d'origine électromagnétique et, plus particulièrement, à un tel dispositif conçu pour protéger un circuit disposé dans un boîtier en matériau conducteur de l'électricité et connecté à une masse, les broches d'un connecteur portées par le boîtier établissant une liaison entre un faisceau de fils électriques et le circuit.

Les véhicules automobiles sont aujourd'hui couramment équipés d'actionneurs et de capteurs variés, raccordés à des boîtiers électroniques de traitement de signaux et de génération d'ordres de commande. Ces boîtiers sont connectés entre eux et à une source d'alimentation électrique constituée par la batterie du véhicule, par des faisceaux de fils électriques ou câbles qui jouent malheureusement aussi le rôle d'antenne vis-à-vis de nombreux signaux parasites de haute fréquence (de quelques kHz à quelques GHz) dus à des rayonnements électromagnétiques d'origine interne au véhicule, ou d'origine externe quand le véhicule se trouve dans un environnement couvert par le rayonnement d'un émetteur, de radiodiffusion ou de télévision par exemple.

Ces signaux parasites ainsi induits dans le câble peuvent provoquer des perturbations de mode différentiel ou de mode commun dans le fonctionnement des composants du circuit électronique contenu dans le boîtier. Dans les boîtiers électroniques équipant les véhicules automobiles, ces perturbations sont, pour l'essentiel, des perturbations de mode commun.

On a schématisé à la figure 1 du dessin annexé, la circulation de signaux de courant parasites induits dans un boîtier électronique 1 tel qu'un boîtier de commande d'allumage et/ou d'injection du fait de l'effet d'antenne d'un des fils d'un faisceau 2 raccordant un circuit électronique contenu dans le boîtier 1, à divers organes périphériques tels que capteurs ou actionneurs, ou à la batterie 3 du véhicule, ou encore éventuellement à d'autres boîtiers électroniques. Classiquement, la borne négative de la batterie 3 est connectée au châssis 4 du véhicule.

Un courant parasite i de haute fréquence, induit dans un fil du faisceau 2, peut être transmis dans le boîtier 1 par l'intermédiaire d'un connecteur 5 raccordé à un support ou "carte" 6 portant classiquement les divers composants et le circuit imprimé de pistes conductrices d'un circuit électronique de commande d'allumage et/ou d'injection, par exemple. Un tel circuit comprend couramment des composants de puissance tel que celui référencé 7 pour l'émission de signaux de commande d'actionneurs tels que des injecteurs de carburant par exemple. Ces composants sont classiquement disposés au voisinage d'un côté du boîtier opposé à celui qui porte le connecteur 5 et ses rangées de broches d'interconnexion.

Le courant parasite rencontre, lors de sa propagation, diverses capacités elles aussi "parasites". C'est ainsi qu'il existe une capacité parasite C0 répartie entre le fil et le châssis 4 du véhicule, une capacité C1 répartie entre le circuit 6 et l'enveloppe du boîtier 1, une capacité C3 également répartie entre le fond de cette enveloppe et le châssis 4 du véhicule, et enfin une capacité C2 entre les composants de puissance tels que 7 et cette enveloppe. Pour assurer le refroidissement de ces composants, ceux-ci sont montés sur une partie du boîtier constituée en dissipateur thermique, par l'intermédiaire d'une plaquette isolante très mince, en mica par exemple. L'impédance de la capacité C2 ainsi constituée est alors très faible pour certaines bandes de signaux parasites de haute fréquence.Il en résulte qu'un courant parasite i2 peut s'écouler dans la masse à travers la capacité C2 plutôt qu'à travers les capacités C0,C1, C3 qui dérivent des courants parasites iot il, i3 respectivement, le courant parasite i2 ainsi dérivé dans la capacité C2 ayant traversé tout le circuit, d'un bord à l'autre. Sur son passage, il y a alors risque de déclenchements ou de basculements erratiques de composants logiques tels que des portes, propres à perturber gravement le fonctionnement du circuit, voire à le mettre en panne.

Il faut noter encore que le circuit porté par la carte 6 comporte couramment des étages différentiels de forte sensibilité, alimenté par des pistes conductrices suivant sur la carte des trajectoires dissymétriques. Du fait de cette dissymétrie, à certaines fréquences, l'induction de courants parasites dans les lignes raccordées à ces pistes peut perturber gravement le fonctionnement de ces étages différentiels.

Il est clair qu'il faut donc protéger les circuits électroniques, en particulier ceux qui doivent fonctionner dans des environnements fortement parasités comme c'est le cas de ceux installés dans les véhicules automobiles, de tout fonctionnement inadmissible dû à ce parasitage.

Pour ce faire, on pratique couramment le blindage du faisceau et/ou du circuit, blindage qui ne peut le plus souvent être que partiel et qui ntest pas efficace à l'égard du champ magnétique.

On a aussi proposé et mis en oeuvre une technique d'isolation galvanique du circuit par rapport au faisceau auquel il est raccordé, cette isolation faisant appel à un opto-coupleur constitué d'une diode électroluminescente et d'un photo-transistor, ou à un transformateur 11d'isolation".

Cette technique n'est pas toujours praticable pour des raisons d'encombrement, de prix, de courant d'alimentation trop fort, etc ...

Suivant une autre technique, on place à l'entrée du boîtier, sur chaque fil du faisceau, une perle de ferrite pour provoquer un filtrage inductif des signaux parasites dans certaines bandes de fréquence, avant que ceux-ci ne pénètrent sur la carte 6. Malheureusement ce filtrage inductif n'est pas toujours praticable pour des raisons de coût et de difficultés de mise en oeuvre.

On pratique aussi un filtrage des signaux parasites à l'aide de condensateurs connectés entre une broche du connecteur et le "plan de masse" de la carte, connecté à la borne négative de la batterie par le fil représenté sur la figure 1. Malheureusement ce plan de masse, réparti sur la carte, provoque une réinjection des parasites filtrés un peu partout sur celle-ci, en l'absence de précautions. Celles-ci consistent ordinairement à connecter, par une liaison ponctuelle, ce plan de masse au châssis du véhicule qui peut ainsi collecter les signaux parasites filtrés. Cette collection exige néanmoins une circulation des courants parasites dans le plan de masse, vers la liaison ponctuelle, circulation qui peut perturber des étages sensibles du circuit.

La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif de protection d'un circuit électronique vis-à-vis de signaux électriques parasites d'origine électromagnétique, qui protège efficacement le circuit de l'influence de ces signaux parasites, et plus complètement que les dispositifs utilisés à cet effet dans la technique antérieure.

La présente invention a aussi pour but de réaliser un organe de contact électrique utilisable dans un tel dispositif.

On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif de protection d'un circuit disposé dans un boîtier en matériau conducteur de l'électricité et connecté à une masse, les broches d'un connecteur portées par le boîtier établissant une liaison entre un faisceau de fils électriques et le circuit. Suivant l'invention, ce dispositif, qui comprend des moyens pour dériver de chaque broche du connecteur les signaux parasites induits dans le fil correspondant du faisceau, comprend en outre a) au moins une surface aménagée sur le support du circuit pour collecter les signaux parasites ainsi dérivés et b) une liaison conductrice répartie entre cette surface collectrice et la paroi du boîtier.

Comme on le verra plus loin, grâce à cette liaison conductrice "répartie", les signaux parasites sont détournés du circuit dès leur arrivée sur celui-ci et ne peuvent donc influencer le fonctionnement des composants électroniques du circuit.

Suivant un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, la surface collectrice de signaux parasites comprend au moins une piste conductrice formée sur le support du circuit, parallèlement à une rangée de broches du connecteur. La liaison conductrice répartie est constituée avantageusement par au moins un organe élastique en un matériau tel qu'un élastomère conducteur de l'électricité, pincé entre la piste conductrice et une paroi du boîtier.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel
- la figure 1 est un schéma d'un boîtier électronique connecté à un faisceau de fils électriques décrit en préambule de la présente description pour présenter le problème que l'invention vise à résoudre,
- les figures 2 et 3 sont des schémas de deux modes de réalisation du dispositif de protection suivant l'invention d'un boîtier électronique du type de celui représenté à la figure 1,
- les figures 4 et 5 sont des vues partielles en coupe de dispositifs suivant l'invention correspondant aux schémas des figures 2 et 3 respectivement, et
- les figures 6 à 12 représentent divers modes de réalisation d'organes élastiques utilisables dans le dispositif suivant l'invention.

Sur le schéma de ce dispositif représenté à la figure 2, on a repéré 81,82,.. 8# les n connexions d'un connecteur tel que 5 (voir figure 1) qui comprend classiquement plusieurs rangées de broches de connexion, avec un circuit électronique porté par une carte telle que la carte 6 de la figure 1.

Ces connexions apparaissent sous une forme matérielle sur la vue en coupe d'un connecteur 5' représenté à la figure 4, comprenant plusieurs rangées 8,9,10 de broches.

Comme cela apparaît sur cette figure, une carte 6' est enfermée dans un boîtier 1' comprenant un fond moulé 11 et un couvercle 12. Le connecteur 5' est monté à travers une paroi du boîtier 1' dont le reste n'est pas représenté, étant de structure classique. Les extrémités extérieures 8'i, 9'i #et lO'i (i = 1 à n) des broches des rangées 8,9 et 10 sont connectées aux fils d'un faisceau (non représenté) tel que le faisceau 2 de la figure 1.

On revient au schéma de la figure 2 où il apparaît que chaque broche d'une rangée telle que la rangée 8 est couplée par une capacité 131,132, ... 13n à un "plan de masse" 14 constitué par une surface de la carte recouverte d'un matériau conducteur, cette surface étant connectée à la broche de raccordement au pôle négatif -Vbat de la batterie 3, prévue dans le connecteur 5'. C'est cette surface ou "plan" qui constitue la masse "électrique" pour les divers composants du circuit distribués sur la carte. A ce titre, cette surface ou "plan" de masse électrique du circuit est répartie sur toute la carte sous la forme de pistes conductrices.

Les valeurs des capacités 131...13n sont choisies pour filtrer les signaux parasites de haute fréquence injectés dans le circuit au niveau des extrémités .... . 8# des broches, ces signaux se trouvant ainsi immédiatement détournés vers le "plan de masse" 14.

Comme on l'a indiqué ci-dessus, ce plan de masse "électrique" est cependant largement "réparti" sur la carte 6', cette répartition étant susceptible de provoquer des réinjections des signaux parasites dans le circuit en divers points de celui-ci, si ces signaux parasites sont laissés libres de se propager dans le plan de masse.

Suivant la présente invention, on empêche de telles propagations de ces signaux en établissant une deuxième liaison capacitive "répartie" 15 entre le plan de masse 14 et une surface collectrice 16 des signaux parasites, ellemême mise en contact avec une surface du boîtier 1' en matériau conducteur, par une liaison conductrice 16' ellemême également répartie. On a vu plus haut que le boîtier 1' est intrinsèquement couplé capacitivement au châssis du véhicule pour l'évacuation des signaux parasites de haute fréquence qu'il recueille.

On comprend que les signaux parasites arrivant sur la surface collectrice 16 sont immédiatement évacués par la liaison conductrice "répartie" 17 (et donc non ponctuelle) qui empêche les signaux de circuler sur la surface 16. Ainsi les signaux parasites induits dans le faisceau et injectés dans le circuit par les broches du connecteur, sont-ils empêchés de se propager dans le circuit par leur dérivation directe vers la masse constituée par l'enveloppe conductrice du boîtier 1', immédiatement après leur point d'injection sur la carte. Les composants du circuit portés par la carte sont ainsi protégés efficacement et complètement de tous les déclenchements dommageables qu'auraient pu provoquer autrement lesdits signaux parasites, dont l'intensité atteint couramment plusieurs dizaines de milliampères et, plus exceptionnellement, l'ampère.

La liaison capacitive répartie 15 peut être constituée par une pluralité de capacités connectées d'une part sur la surface 14 aux points de connexion des capacités 131.. l3# ou au voisinage de ces points et, d'autre part, sur la surface 16 en des points régulièrement distribués parallèlement à la liaison conductrice 17. Sur la figure 2, on n'a représenté que les capacités associées à un jeu de broches (8), pour la clarté du dessin.

Suivant un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention, la liaison conductrice 17 peut être établie à l'aide d'un organe élastique conducteur de l'électricité tel qu'un cordon profilé en matériau élastomère conducteur (voir figure 4) comprimé entre une piste conductrice, continue ou non 16, formée sur une face de la carte 6' pour constituer la surface collectrice de signaux parasites, et le fond d'une rainure 18 prévue dans le fond 11 du boîtier pour accueillir ce cordon.

L'élasticité de celui-ci permet d'établir un bon contact électrique entre la piste 16 et la rainure 18, grâce à des particules métalliques d'argent et/ou d'aluminium qui chargent le matériau élastomère constituant le cordon 17.

Sur la figure 4, il apparaît que la surface 14 prend la forme d'une piste conductrice intercalée entre deux rangées de capacités 13i et 15 respectivement, sur une face de la carte 6', parallèlement à la piste 16 collectrice de signaux parasites sur laquelle s'appuie le cordon 17.

On a représenté à la figure 3 un schéma d'un deuxième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, ce deuxième mode tirant son origine de l'observation suivant laquelle, dans le mode de réalisation de la figure 1, les jeux de capacités 131,...13n et 15 sont disposés en série et peuvent donc être remplacés par un jeu unique de capacités si l'on renonce au passage par la masse électrique -Vbat du circuit, masse électrique dont on sait qu'elle est "flottante" dans un véhicule automobile.

C'est ainsi que le dispositif de la figure 3 ne comprend qu'un seul jeu de capacités l91...19n, entre les extrémités ..... . 8# d'un jeu de broches et une surface collectrice répartie 16' analogue à la surface 16 du mode de réalisation précédent.

Une forme matérielle de ce mode de réalisation est représentée à la figure 5. On y retrouve le jeu de capacités 19i connectées électriquement entre une rangée de broches 9' d'un connecteur 5" à deux rangées de broches 9',l0', porté par le fond 11' d'un boîtier en matériau conducteur, et la surface collectrice 16' prenant la forme d'une piste conductrice similaire à la piste 16 du mode de réalisation de la figure 4.

Dans le mode de réalisation de la figure 5, on a représenté une variante de la liaison conductrice établie à la figure 4 par le cordon 17. Cette variante prend la forme d'une pièce métallique 20 pincée entre le connecteur 5" et le fond 11' du boîtier. Cette pièce s'étend sensiblement sur toute la longueur du connecteur et comprend, réparties sur cette longueur, une pluralité de pattes élastiques telles que 21, qui s'appuient sur la piste 16' pour établir un contact électrique entre celle-ci et le boîtier 11'. Le contact électrique entre ces pattes et la piste peut être renforcé par une soudure étain/plomb par exemple. Des vis telles que 22 assurent la fixation du connecteur 5'' sur le boîtier avec pincement de la pièce métallique 20.

Préalablement à cette fixation, la pièce métallique est montée sur le connecteur et maintenue sur celui-ci par des linguets d'ancrage 23,24 qui facilitent le maintien des pattes 21 sur la piste 16' pendant leur soudure sur celleci.

On a représenté aux figures 6 à 12 divers autres modes de réalisation d'organes de contact électrique élastiques utilisables dans le dispositif suivant l'invention. A ces figures, des références numériques identiques à des références utilisées sur les figures 1 à 5 repèrent des éléments analogues ou similaires.

La pièce métallique 25 représentée en coupe à la figure 6 et en perspective à la figure 7 est ainsi conformée pour prendre place dans une rainure 18 d'un fond 11 de boîtier, comme le cordon 17 de la figure 4. Elle comprend une pluralité de pattes élastiques incurvées 26 agencées pour être pressées contre la piste conductrice 16 formée sur la carte 6 pour collecter les signaux parasites, quand cette carte est montée dans son boîtier de protection mécanique.

La pièce comporte autant de pattes que le connecteur compte de broches adjacentes 8i. On notera que des linguets d'ancrage 27 servent à fixer la pièce 25 dans la rainure 18.

En variante, comme représenté en coupe à la figure 8 et en perspective à la figure 9, on peut remplacer la pièce métallique 25 par une pluralité de pièces métalliques 28 distribuées au long de la rainure 18 et fixées sur des tétons 29 formés dans celle-ci par un groupe circulaire de griffes 30. Chaque pièce comporte une patte élastique 31 qui joue le rôle d'une des pattes élastiques 26 du mode de réalisation des figures 6 et 7.

En variante du cordon 17 de la figure 4, on peut utiliser l'organe élastique 32 de la figure 10 qui peut être constitué par un profilé de section rectangulaire en matériau élastomère conducteur de l'électricité, collé sur la piste collectrice de signaux parasites de la carte 6 à l'aide d'un produit adhésif 33 conducteur de l'électricité.

En variante encore, ce profilé peut être pincé dans une monture 34 réalisée en un matériau métallique soudable, en 35, sur la carte 5, comme représenté à la figure 11. Dans les deux cas, la hauteur H de l'organe de contact élastique ainsi constitué est choisie pour que cet organe soit comprimé entre la carte 6 et le fond 11 du boîtier quand la carte est montée dans celui-ci.

On a représenté en perspective à la figure 12 une variante particulièrement commode du mode de réalisation de la figure 11. L'organe de contact 36 représenté à cette figure 12 prend la forme d'une pièce cylindrique 37 en un matériau élastique et conducteur tel que l'élastomère mentionné ci-dessus, pièce dont une extrémité est sertie dans une monture 38 en un matériau métallique soudable.

Un tel organe présente un intérêt tout particulier dans la fabrication de circuits comprenant des composants de type
CMS, à montage en surface. En effet, il peut être manipulé comme ces composants par les machines de positionnement de ceux-ci sur les circuits imprimés. On multiplie alors le nombre de ces organes de manière à obtenir la liaison électrique répartie suivant la présente invention, entre chaque broche et le boîtier métallique, par exemple.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Ainsi, l'invention est applicable à tout boîtier électronique utilisé dans un environnement fortement parasité et non pas seulement à des boîtiers électroniques montés sur un véhicule automobile. Egalement, l'efficacité des liaisons capacitives réparties utilisées pourrait être améliorée en intercalant une self entre le connecteur et la liaison capacitive répartie.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de protection d'un circuit électronique vis-à-vis de signaux électriques parasites d'origine électromagnétique, le circuit étant disposé dans un boîtier (1) en matériau conducteur de l'électricité et connecté à une masse, les broches d'un connecteur (5;5';5") porté par le boîtier établissant une liaison entre un faisceau (2) de fils électriques et le circuit, ce dispositif, qui comprend des moyens pour dériver de chaque broche du connecteur les signaux parasites induits dans le fil correspondant du faisceau, étant caractérisé en ce qu'il comprend a) au moins une surface (16;16') aménagée sur le support (6;6';6") du circuit pour collecter les signaux parasites ainsi dérivés et b) une liaison conductrice (17;17';20;25;28;32;37) répartie entre cette surface collectrice et la paroi (11,11') du boîtier.

2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une liaison capacitive répartie (13i,15,19i) entre les broches et la surface collectrice (16;16').

3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la surface collectrice (16') est isolée de la masse électrique (-Vbat) du circuit.

4. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ladite liaison capacitive répartie est subdivisée en deux parties, l'une (131,...13n) installée entre les broches et une surface de masse électrique (14) du circuit et l'autre entre cette surface de masse (14) et la surface collectrice (16) de signaux parasites.

5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface collectrice (16;16') de signaux parasites comprend au moins une piste conductrice formée sur le support (6';6") du circuit, parallèlement à une rangée de broches du connecteur (5;5' ;5"

6. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que la liaison conductrice répartie est assurée par au moins un organe (17;32) en un matériau élastique conducteur de l'électricité et pincé entre ladite piste conductrice (16) et une paroi (11) du boîtier.

7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que ledit organe (17;32) prend la forme d'un cordon continu.

8. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'organes élastiques (36) distincts, distribués au long de la piste conductrice.

9. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que le ou les organes élastiques conducteurs (32;36) sont collés sur le support (6) du circuit au niveau de la piste conductrice, à l'aide d'un produit adhésif conducteur de l'électricité.

10. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que la liaison conductrice répartie est assurée par au moins une pièce métallique (20;25;28) dont déborde au moins une patte élastique (21;26;31) agencée pour s'appuyer sur la piste conductrice du support du circuit et sur le boîtier.

11. Dispositif conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que la pièce métallique (20) est fixée sur le boîtier (11') par pincement entre ce boîtier et le connecteur (5").

12. Dispositif conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que ladite pièce métallique (25) comporte une pluralité de pattes élastiques (26).

13. Dispositif conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que la liaison conductrice répartie est assurée par une pluralité de pièces élastiques (28) fixées sur le boîtier.

14. Organe de contact électrique utilisable dans la liaison conductrice répartie du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce (32;37) en matériau élastique conducteur de l'électricité sertie dans une monture (34;38) en un matériau conducteur de l'électricité et soudable sur la piste conductrice formée sur le support, la hauteur (H) de l'organe étant telle que celui-ci est comprimé contre le boîtier (1) lorsque le support (6) de circuit sur lequel on le soude est monté dans le boîtier.

15. Organe conforme à la revendication 14, caractérisé en ce qu'il prend la forme d'un composant du type CMS.