FR2794580A1 - Onduleur - Google Patents
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Abstract
Onduleur hautement fiable de petite taille.L'onduleur comprend des éléments de commutation (5a à 5f) pour produire une alimentation alternative par découpage, une unité de circuit d'attaque (6) pour attaquer les éléments de commutation, des condensateurs de lissage (2) pour lisser la sortie d'une source d'alimentation à courant continu à appliquer aux éléments de commutation, un substrat isolé (23) pour monter les éléments de commutation, une carte de circuit d'attaque (32) pour monter le circuit d'attaque, et un substrat de condensateur de lissage (30) pour monter les condensateurs de lissage entre le substrat isolé et la carte de circuit d'attaque, dans lequel on utilise des condensateurs céramique (5) comme condensateurs de lissage et le substrat de condensateur de lissage sert de plaque de blindage électromagnétique.
Description
-1-
ONDULEUR
Arrière-plan de l'invention La présente invention a trait à la disposition et à la structure de condensateurs de lissage dans un convertisseur de courant tel qu'un onduleur. La figure 8 est un schéma fonctionnel de circuit d'un onduleur pour tranformer une alimentation à courant continu en alimentation à courant alternatif triphasé pour commander une charge alternative telle qu'un moteur à courant alternatif triphasé. Dans la figure 8, le numéro de référence 1 désigne une source d'alimentation à courant continu pour fournir une tension de courant continu, 2a, des condensateurs de lissage de capacité relativement grande pour lisser la tension de la source d'alimentation à courant continu 1, 3, un câble d'entrée de courant continu connecté aux côtés positifs (P) de la source d'alimentation à courant continu 1 et des condensateurs de lissage 2a, 4, un câble d'entrée de courant continu connecté aux côtés négatifs (N) de la source d'alimentation à courant continu 1 et des condensateurs de lissage 2a, 5a à 5c, des éléments de commutation dont les collecteurs sont connectés au câble d'entrée de courant continu positif (P) 3, et 5d à 5f, des éléments de commutation dont les collecteurs sont connectés aux émetteurs respectifs des éléments de commutation 5a à 5c et dont les émetteurs sont connectés
au câble d'entrée de courant continu négatif (N) 4.
Représentée par 6 est une unité de circuit d'attaque connectée aux grilles des éléments de commutation 5a à 5f pour attaquer les éléments de commutation 5a à 5f, et 7, une unité de circuit de commande pour effectuer la commande de commutation en appliquant un signal de -2- commande à l'unité de circuit d'attaque 6. L'alimentation à courant continu est transformée en alimentation à courant alternatif triphasé par l'opération de commutation des éléments de commutation 5a à 5f sous la commande de l'unité de circuit de commande 7. Les éléments de commutation 5a à 5f sont des transistors, des
transistors IGBT ou MOSFET.
Le numéro de référence 8 désigne des diodes roue libre dont les cathodes sont connectées aux collecteurs des éléments de commutation 5a à 5f et dont les anodes sont connectées aux émetteurs des éléments de commutation a à 5f pour convertir l'alimentation de courant
alternatif triphasé en alimentation de courant continu.
Le numéro 9 désigne des condensateurs d'amortissement qui sont connectés aux collecteurs des éléments de commutation Sa à 5f à une extrémité et aux émetteurs des éléments de commutation 5a à 5f à l'autre extrémité pour supprimer une pointe d'énergie engendrée dans les éléments de commutation 5a à 5d au moment de la commutation, 10u, 10v et 10w, des cables de sortie de courant alternatif connectés entre les éléments de commutation 5a et 5d, entre les éléments de commutation b et 5e et entre les éléments de commutation 5c et 5f et auxquels l'alimentation à courant alternatif triphasé (phase U, phase V, phase W) est produite, et 11, une charge alternative, par exemple, un moteur à courant alternatif triphasé connecté aux câbles de sortie de courant alternatif. Les câbles d'entrée de courant continu 3 et 4 ci-dessus, les éléments de commutation 5a à 5f, l'unité de circuit d'attaque 6, les diodes roue libre 8, les condensateurs d'amortissement 9, et les câbles de sortie de courant alternatif 10u, 10v et 10w
constituent un module d'alimentation à découpage 12.
-3-- On va décrire ci-dessous l'opération de l'onduleur, en prenant une voiture électrique comme exemple. Quand on démarre la voiture ou qu'on accélère, la production d'alimentation de la source d'alimentation à courant continu 1, qui est un accumulateur, est changée de l'alimentation à courant continu en alimentation à courant alternatif à trois phases pour conduire la charge de courant alternatif 11 qui est un moteur à courant alternatif à trois phases. Pour le freinage par régénération d'une voiture, on change l'alimentation de récupération provenant de la charge de courant alternatif 11, d'une alimentation à courant alternatif à trois phases en une alimentation à courant continu pour la
renvoyer à la source d'alimentation à courant continu 1.
Puisque les caractéristiques principales nécessaires pour les condensateurs d'amortissement 9 sont des caractéristiques excellentes en fréquence, on utilise généralement un condensateur à couche comme condensateur d'amortissement 9. Les condensateurs de lissage 2a suppriment des fluctuations dans la tension de la source d'alimentation à courant continu 1 et lissent un saut de tension ou analogue. Puisqu'une capacité suffisamment grande est nécessaire dans ce but, on utilise généralement un condensateur électrolytique à l'aluminium
qui permet d'obtenir une grande capacité avec facilité.
L'unité de circuit de commande 7 applique un signal de commande à l'unité de circuit d'attaque 6 du module d'alimentation à découpage 12 pour commander les éléments de commutation 5a à 5f. L'unité de circuit d'attaque 6 et l'unité de circuit de commande 7 sont des circuits pour attaquer et commander la charge alternative 11 telle qu'un moteur à courant alternatif triphasé ordinaire ou
analogue et donc, on omet leurs illustrations.
-4- La figure 9 est une vue latérale présentant la configuration interne d'un onduleur général et la figure est une vue en plan présentant la configuration interne du module d'alimentation à découpage 12. Dans la figure 9, le numéro de référence 13 désigne un élément de refroidissement analogue à une plaque, et 14 une boîte pour recouvrir l'élément de refroidissement 13. On stocke les condensateurs de lissage 2a, le module d'alimentation à découpage 12, un substrat de condensateur d'amortissement 15 pour monter les condensateurs d'amortissement 9 et une carte de circuit de commande 16 pour monter l'unité de circuit de commande 7 dans la
boîte 14.
Le nombre des condensateurs de lissage 2a est de 3 dans ce cas. Ces condensateurs de lissage 2a sont des condensateurs électrolytiques à l'aluminium disposés en une rangée sur l'élément de refroidissement 13, et une extrémité d'une carte de câblage 17 est fixée et connectée électriquement à la portion supérieure de
chacun des condensateurs de lissage 2a par des vis 17a.
L'autre extrémité de la carte de câblage 17 est fixée et est électroniquement connectée aux câbles d'entrée de courant continu positif (P) et négatif (N) 3 et 4 du module d'alimentation à découpage d'alimentation 12 par une vis 18. Cette carte de câblage 17 est une barre de bus en cuivre, une plaque en cuivre ou analogue utilisée pour connecter les condensateurs de lissage 2a au module
d'alimentation à découpage 12.
En général, le substrat de condensateur d'amortissement 15 est disposé à proximité des câbles d'entrée de courant continu positif (P) et négatif (N) 3 et 4 et des câbles de sortie de courant alternatif de phase U, de phase V et de phase W 10u, 10v et 10w sur le -- 5-- module d'alimentation à découpage 12, et fixé et connecté électriquement au module d'alimentation à découpage 12
par des vis 18.
L'ensemble du module d'alimentation à découpage 12 se compose d'une boîte de résine 21 moulée en insérant le câble d'entrée de courant continu positif (P) 3, le câble d'entrée de courant continu négatif (N) 4, les câbles de sortie de courant alternatif de phase U, de phase V et de phase W 10u, 10v et 10w et un câble de connexion de carte de circuit d'attaque 20, un couvercle 26 pour recouvrir la boîte de résine 21 ci-dessus et une plaque de base du
module d'alimentation à découpage 22.
On dispose les câbles d'entrée de courant continu positif (P) et négatif (N) 3 et 4 en parallèle comme présenté dans la figure 10 et on les connecte aux phases U, V et W de la sortie de courant alternatif dans la plupart des cas. Ainsi, des courants de sens opposé circulent à travers le câble d'entrée de courant continu positif (P) 3 et le câble d'entrée de courant continu négatif (N) 4, et les inductances de câble se décalent l'une de l'autre par la fonction d'induction mutuelle de ces courants, réduisant ainsi l'inductance entre le cable d'entrée de courant continu positif (P) 3 et le cable
d'entrée de courant continu négatif (N) 4.
On stocke un substrat isolé 23 tel qu'un substrat de céramique pour monter les éléments de commutation 5a à 5f et les diodes roue libre 8 ainsi qu'une carte de circuit d'attaque 24 pour monter l'unité de circuit d'attaque 6
dans l'ensemble du module d'alimentation à découpage 12.
Les éléments de commutation 5a à 5f et les diodes roue libre 8 sont fixes sur la plaque de base du module d'alimentation à découpage 22 par l'intermédiaire du substrat isolé 23 ayant un tracé conducteur formé dessus -6- à l'aide d'une matière de liaison telle qu'une brasure et connecté au cable d'entrée de courant continu positif (P) 3, au câble d'entrée de courant continu négatif (N) 4, aux câbles de sortie de courant alternatif de phase U, de phase V et de phase W 10u, 10v et 10w, et au cable de connexion de carte de circuit d'attaque 20 par un conducteur de connexion 19 tel que la liaison de cable ou analogue. La carte de circuit d'attaque 24 et le cable de connexion de carte de circuit d'attaque 20 sont électriquement connectés l'un à l'autre par une brasure ou analogue. On remplit d'une charge analogue à un gel un espace entre le substrat isolé 23 et la carte de circuit d'attaque 24 et on peut remplir d'une résine telle qu'une résine époxy sur la charge analogue à un gel 25. La charge analogue à un gel 25 protège les éléments de commutation 5a à 5f, les diodes roue libre 8 et le conducteur de connexion 19 pour éviter une panne ou un dysfonctionnement des éléments de commutation 5a à 5f provoqué par l'humidité ou la poussière. La surface inférieure 24a sur le côté du substrat isolé de la carte de circuit d'attaque 24 est généralement à la masse pour obtenir un effet de blindage électromagnétique de façon à éviter un dysfonctionnement de l'unité de circuit d'attaque 6 à cause du bruit de commutation engendré par les éléments de commutation 5a à 5f au moment de l'inversion de l'alimentation. On installe l'élément de refroidissement 13 destiné à refroidir les éléments de commutation 5a à 5f avec de l'air, de l'eau ou de l'huile, au fond de la boite 14 afin de refroidir les éléments de commutation 5a à 5f par rayonnement de chaleur Joule engendrée à partir des éléments de commutation Sa à 5f vers l'élément de refroidissement 13 -7- à travers le substrat isolé 23 et la plaque de base du module d'alimentation à découpage 22. On omet les
descriptions détaillées et les illustrations de la
position d'installation et le procédé de fixation de la carte de circuit de commande 16. Résumé de l'invention Chacun des condensateurs de lissage 2a doit avoir une capacité suffisamment grande pour lisser la sortie de la source d'alimentation de courant continu 1 appliquée aux éléments de commutation 5a à 5f et ainsi ils sont grands. Quand on utilise un condensateur électrolytique à l'aluminium comme condensateur de lissage 2a, la quantité de chaleur engendrée à l'intérieur du condensateur de lissage 2a est accrue par un courant équivalent à un changement dans la tension ondulée d'un courant continu engendré au moment de la commutation parce que la résistance interne du condensateur est grande. Pour supprimer cette génération de chaleur, on doit refroidir le condensateur de lissage 2a par l'élément de refroidissement 13 ci-dessus avec une structure compliquée, ou bien la capacité doit être augmentée. Dans ce but, dans l'onduleur de la technique antérieure, la surface et le volume du condensateur de lissage 2a deviennent grands, aboutissant à une augmentation en taille de l'onduleur. De plus, le condensateur électrolytique à l'aluminium possède une gamme de température de fonctionnement étroite et une courte durée de vie de service due à l'influence de fuite d'un électrolyte provoquée par la détérioration dans les propriétés d'étanchéité. Puisque la surface et le volume du condensateur de lissage 2a sont grands, la longueur de la carte de câblage 17 pour connecter le module -8- d'alimentation à découpage 12 et les condensateurs de lissage 2a devient grande. Ainsi, l'inductance de câble entre les éléments de commutation 5a à 5f et les condensateurs de lissage 2a devient grande, entraînant une possibilité que les éléments de commutation 5a à 5f puissent être détruits par une pointe d'énergie importante engendrée au moment de la commutation. Donc, on doit installer les condensateurs d'amortissement 9 à proximité des câbles d'entrée de courant continu 3 et 4 et des câbles de sortie de courant alternatif 10u, 10v et w du module d'alimentation à découpage 12. Dans le module d'alimentation à découpage 12, on effectue la blindage électromagnétique en mettant à la masse la surface inférieure 24a sur le côté du substrat isolé de la carte de circuit d'attaque 24 de façon à éviter un dysfonctionnement de l'unité de circuit d'attaque 6 à cause du bruit rayonné engendré à partir des éléments de commutation 5a à 5f. Donc, on peut monter des pièces seulement sur le côté supérieur de la carte de circuit
d'attaque 24.
C'est un but de la présente invention, qui a été réalisée, de résoudre les problèmes ci-dessus de la technique antérieure afin de fournir un onduleur
hautement fiable de petite taille.
Selon un premier aspect de la présente invention, on fournit un onduleur, dans lequel on utilise des
condensateurs céramique comme condensateurs de lissage.
Selon un deuxième aspect de la présente invention, on fournit un onduleur, dans lequel un substrat de condensateur de lissage sert de plaque de blindage électromagnétique. Selon un troisième aspect de la présente invention, on fournit un onduleur, dans lequel on utilise des -9condensateurs céramique comme condensateurs de lissage et un substrat de condensateur de lissage sert de plaque de
blindage électromagnétique.
Selon un quatrième aspect de la présente invention, on fournit un onduleur, dans lequel on utilise deux substrats de condensateur de lissage, les condensateurs de lissage sont montés entre les deux substrats de condensateur de lissage, le côté positif de la source d'alimentation à courant continu est connecté au substrat du condensateur de lissage sur un côté de substrat isolé, et le côté négatif de la source d'alimentation à courant continu est connecté au substrat de condensateur de
lissage sur un côté de carte de circuit d'attaque.
Selon un cinquième aspect de la présente invention, on fournit un onduleur, dans lequel des câbles spécialisés sont connectés aux côtés négatifs et positifs de la source d'alimentation à courant continu à une extrémité et au substrat de condensateur de lissage à l'autre extrémité et les condensateurs de lissage sont disposés à des positions correspondant aux phases
respectives de la sortie de courant alternatif.
Selon un sixième aspect de la présente invention, on fournit un onduleur, dans lequel on utilise une vis pour fixer le substrat de condensateur de lissage pour connecter électriquement le substrat du condensateur de lissage aux côtés positif et négatif de la source
d'alimentation à courant continu.
Les buts ci-dessus, particularités et autres avantages de l'invention apparaîtront plus clairement
d'après la description suivante quand on prend en compte
les dessins annexes.
Brève description des dessins annexes
-10- La figure 1 est un schéma fonctionnel présentant la configuration de circuit d'un onduleur selon la forme de réalisation 1 de la présente invention; La figure 2 est une vue latérale présentant la configuration interne de l'onduleur selon la forme de réalisation 1 de la présente invention; La figure 3 est une vue en plan présentant la configuration interne d'un module d'alimentation à découpage selon la forme de réalisation 1 de la présente invention; La figure 4 est une vue en plan d'une variante de la configuration interne du module d'alimentation à découpage selon la forme de réalisation 1 de la présente invention; La figure 5 est une vue latérale présentant la configuration interne d'un onduleur selon la forme de réalisation 2 de la présente invention; La figure 6 est une vue en plan présentant la configuration interne d'un module d'alimentation à découpage selon la forme de réalisation 2 de la présente invention; La figure 7 est une vue en plan d'une variante de la configuration interne du module d'alimentation à découpage selon la forme de réalisation 2 de la présente invention; La figure 8 est un schéma fonctionnel présentant la configuration du circuit d'un onduleur de la technique antérieure; La figure 9 est une vue latérale présentant la configuration interne de l'onduleur de la technique antérieure; et -11- La figure 10 est une vue en plan présentant la configuration interne d'un module d'alimentation à
découpage de la technique antérieure.
Description détaillée des formes de réalisation préférées
On va décrire ci-dessous les formes de réalisation préférées de la présente invention en référence aux
dessins joints.
Forme de réalisation 1 On va décrire ci-dessous un onduleur pour attaquer un moteur à courant alternatif triphasé ou analogues
selon la forme de réalisation 1 de la présente invention.
Toutefois, on doit comprendre que l'on puisse appliquer la présente invention à tous les types d'onduleurs. On donne aux éléments identiques ou correspondant à ceux de la technique antérieure ci-dessus, les mêmes symboles de
référence et on omet leurs descriptions. La figure 1 est
un schéma fonctionnel de circuit d'un onduleur selon la forme de réalisation 1 de la présente invention, la figure 2 est une vue latérale présentant la configuration interne de l'onduleur selon la forme de réalisation 1 de la présente invention, et la figure 3 est une vue en plan présentant la configuration interne d'un module d'alimentation à découpage selon la forme de réalisation
1 de la présente invention.
Comme présenté dans la figure 1, la présente invention diffère de la technique antérieure présentée dans la figure 8 en ce que l'on utilise des condensateurs céramique S comme condensateurs de lissage 2 à la place des condensateurs électrolytiques à l'aluminium de la technique antérieure et on les incorpore dans le module d'alimentation à découpage 12, on omet les condensateurs -12- d'amortissement 9, et on incorpore l'unité de circuit de
commande 7 dans le module d'alimentation à découpage 12.
Comme présenté dans la figure 2, la présente invention diffère de plus de la technique antérieure présentée dans la figure 9 en ce que l'on ajoute un substrat de condensateur de lissage 30 ayant les condensateurs de lissage 2 montés sur la surface inférieure, au module d'alimentation à découpage 12, disposé au-dessus des éléments de commutation 5a à 5f et fixé presqu'à la position centrale de la boite de résine 21 par des vis 31. Ce substrat de condensateur de lissage sert en tant que plaque de blindage électromagnétique dont la surface supérieure est recouverte d'une feuille de cuivre pour protéger du bruit de commutation des éléments de commutation 5a à 5f comme on va le décrire ci-dessous. On dispose une carte de circuit d'attaque 32 ayant l'unité de circuit de commande 7 et l'unité de circuit d'attaque 6 montées sur les deux côtés, au-dessus du substrat de condensateur de lissage 30 et on l'intègre comme substrat de commande pour un onduleur, éliminant ainsi le besoin d'une carte de circuit de commande 16 de la technique antérieure. A savoir, on fournit le substrat de condensateur de lissage 30 ayant les condensateurs céramique S montés dessus comme les condensateurs de lissage 2, entre le substrat isolé 23 ayant les éléments de commutation 5a à 5f montés dessus et la carte de circuit d'attaque 32 et sert de plaque de blindage électromagnétique. On omet la carte de câblage 17 et les vis 17a pour connecter le module d'alimentation à découpage 12 et les condensateurs de lissage 2a dans la technique antérieure, -13- et on omet également le substrat de condensateur
d'amortissement 15.
On utilise le condensateur céramique S comme condensateur de lissage 2 qui est une pièce de montage en surface à des fins générales et une pluralité des condensateurs céramique S est connectée en parallèle pour assurer la capacité nécessaire pour lisser l'alimentation à courant continu. Dans ce cas, on dispose six condensateurs céramique dans une rangée. On monte la pluralité des condensateurs céramique S sur la surface inférieure 30a sur le côté du substrat isolé du substrat
de condensateur de lissage 30.
Puisque la résistance interne et l'inductance interne du condensateur céramique S sont d'environ 1/10 de celles du condensateur électrolytique à l'aluminium utilisé dans la technique antérieure, on peut rendre la capacité du condensateur céramique S beaucoup plus petite
que celle du condensateur électrolytique à l'aluminium.
Puisque le condensateur céramique S comme le condensateur de lissage 2 est composé d'un diélectrique solide, il est exempt de fuite d'électrolyte provoquée par la détérioration dans les propriétés d'étanchéité et possède une longue de durée de vie de service. Bien que la résistance interne du condensateur électrolytique à l'aluminium de la technique antérieure soit grande et que la capacité du condensateur électrolytique à l'aluminium doive être augmentée pour supprimer la génération de chaleur du condensateur, on peut réduire la taille de l'onduleur et on peut améliorer la fiabilité de l'onduleur en utilisant le condensateur céramique S. De plus, on réduit l'inductance de câble entre les éléments de commutation 5a à 5f et les condensateurs de lissage 2 en incorporant les condensateurs de lissage 2 dans le -14- module d'alimentation à découpage 12 et on peut supprimer une pointe d'énergie engendrée au moment de la commutation à proximité des éléments de commutation 5a à g en utilisant les condensateurs céramique S ayant des caractéristiques excellentes en fréquence comme les condensateurs de lissage 2, rendant ainsi possible d'omettre les condensateurs d'amortissement 9 et le substrat du condensateur d'amortissement 15 qui sont nécessaires dans la technique antérieure. Puisque l'on supprime la pointe d'énergie, on peut étendre la gamme de commande de la charge de courant alternatif 11 en fixant la tension d'alimentation de la source d'alimentation à courant continu 1 à un niveau élevé. De plus, on peut utiliser les éléments de commutation 5a à 5g ayant une faible résistance à haute tension du fait de la suppression d'une surtension, rendant ainsi possible de réduire la taille et le coût de chacun des éléments de commutation 5a à 5f. De plus, on peut augmenter la vitesse de commutation, on peut réduire une perte de chacun des éléments de commutation 5a à 5f, et on peut améliorer la capacité de commande et on peut supprimer le bruit au moment de la commutation en fixant la fréquence
porteuse à un niveau élevé.
En plus du condensateur céramique S, un condensateur à couche est disponible sous forme de condensateur composé d'un diélectrique solide et ayant une petite résistance interne et des caractéristiques excellentes en fréquence. Toutefois, le condensateur à couche possède une gamme de température de fonctionnement étroite dont la limite supérieure est de 105 C, par rapport à 125 C du condensateur céramique S, rendant ainsi difficile de l'utiliser dans l'environnement de fonctionnement à température élevée d'une automobile ou analogue. A vrai -15- dire, le condensateur à couche possède une capacité plus petite par surface unitaire et est plus grand que le condensateur céramique S ayant la même capacité que le
condensateur à couche.
La demande de brevet japonais mise à l'inspection du public n 10-304680 a déjà décrit un onduleur comprenant des condensateurs céramique S. La présente invention est caractérisée en ce que les condensateurs céramique de type de montage en surface à des fins générales S sont montés sur le substrat de condensateur de lissage 30 et le substrat de condensateur de lissage 30 sert de plaque de blindage électromagnétique comme on va le décrire ci-après. De plus, comme on va le décrire ci- après, la présente invention diffère complètement de la technique antérieure en refroidissant les moyens pour supprimer la
génération de chaleur du condensateur de lissage 2.
On utilise le substrat de condensateur de lissage 30 pour monter les condensateurs de lissage 2 qui sont des condensateurs céramique S sous forme de puce en tant que pièces de montage en surface à usage général et sert de plaque de blindage électromagnétique pour empêcher le bruit rayonné engendré des éléments de commutation 5a à f au moment de l'inversion d'alimentation de se transmettre à l'unité de circuit d'attaque 6 et à l'unité de circuit de commande 7. Plus spécifiquement, on utilise la surface opposée à la surface de montage du condensateur céramique sous forme de puce du substrat de condensateur de lissage 30 comme masse (N: négatif) pour obtenir un effet de blindage électromagnétique. On peut utiliser un substrat de résine époxy vitreux recouvert d'une feuille en cuivre comme substrat de condensateur de lissage 30 si on peut l'utiliser pour monter les condensateurs de lissage 2 et protéger du bruit de -16- commutation afin d'éviter un dysfonctionnement de l'unité de circuit d'attaque 6 et l'unité de circuit de commande 7. Comme on l'a déjà décrit dans la section de la technique antérieure, dans le module d'alimentation à découpage 12 de la technique antérieure, on effectue un blindage en utilisant la surface inférieure 24a sur le côté du substrat isolé de la carte de circuit d'attaque 24 comme masse pour éviter un dysfonctionnement de l'unité de circuit d'attaque 6 à cause du bruit rayonné engendré à partir des éléments de commutation 5a à 5f et donc, on peut monter des pièces seulement sur un côté de la carte de circuit d'attaque 24. Toutefois, on élimine la restriction ci-dessus en fournissant la fonction d'une plaque de blindage électromagnétique au substrat de condensateur de lissage 30, rendant ainsi possible de monter des pièces sur les deux côtés de la carte de circuit d'attaque 32 et de monter à la fois l'unité de circuit d'attaque et l'unité de circuit de commande 7 sous forme de circuit intégré avec le résultat que l'on peut obtenir un onduleur à fonction élevée de petite taille. Quand la distance entre la source d'alimentation à courant continu 1 et l'onduleur est longue ou quand le courant régénérateur di/dt de la charge alternative 11 doit être augmentée selon un système à construire, on doit de plus augmenter la capacité du condensateur de lissage 2. Dans ce cas, on accroît la capacité en connectant un condensateur de lissage supplémentaire aux bornes de sortie externes des câbles d'entrée de courant continu positif (P) et négatif (N) 3 et 4 du module d'alimentation à découpage 12, obtenant ainsi un effet important de lissage de la capacité. Le type du - 17 - condensateur de lissage supplémentaire à connecter aux bornes de sortie externes des câbles d'entrée de courant continu 3 et 4 du module d'alimentation à découpage 12 n'est pas limité à un condensateur céramique S. Le condensateur de lissage 2 engendre de la chaleur à cause d'un courant ondulé engendré au moment de la commutation.Puisque l'on utilise le condensateur céramique S ayant une petite résistance interne comme condensateur de lissage 2 dans la présente invention, la quantité de chaleur engendrée par le condensateur de lissage 2 est plus petite que celle de la technique antérieure. Toutefois, quand on utilise le condensateur de lissage 2 dans l'environnement à température élevée d'une automobile ou analogue, la marge de température de fonctionnement devient stricte. A savoir, dans ce cas, la capacité du condensateur de lissage 2 doit encore être accrue, ou bien on doit effectuer le refroidissement par certains moyens pour supprimer la génération de chaleur
du condensateur de lissage 2.
La présente invention fait un usage efficace de la charge analogue à un gel 25 pour protéger les éléments de commutation 5a à 5f, les diodes roue libre 8 et le conducteur de connexion 19, qui est chargé dans l'espace entre le substrat isolé 23 et le substrat de condensateur de lissage 30 dans le module d'alimentation à découpage 12. Etabli plus spécifiquement, on transfère la chaleur Joule engendrée à partir du condensateur de lissage 2 à l'élément refroidissant 13 pour refroidir les éléments de commutation 5a à 5f dans le module d'alimentation à découpage 12 par l'intermédiaire de la charge analogue à un gel 25 pour refroidir les éléments de commutation 5a à 5f. Cette charge analogue à un gel 25 est une matière
isolante ayant une conductivité thermique élevée.
-18- Comme présenté dans la figure 3, on fournit dans la présente invention des câbles spécialisés 33 et 34 connectés au câble d'entrée de courant continu positif (P) 3 et au câble d'entrée de courant continu négatif (N) 4 à une extrémité et au substrat de condensateur de lissage 30 à l'autre extrémité, qui connectent électriquement le substrat de condensateur de lissage 30 au câble d'entrée de courant continu positif (P) 3 et au câble d'entrée de courant continu négatif (N) 4 avec des vis 31 pour fixer le substrat de condensateur de lissage sur l'autre côté de l'extrémité. A savoir, les côtés positif (P) et négatif (N) de la source d'alimentation à courant continu 1 et du substrat de condensateur de lissage 30 sont électriquement connectés l'un à l'autre et le substrat de condensateur de lissage 30 est fixé à la boîte de résine 20 par les vis 31. Ainsi, on peut les connecter facilement sans perte et sans panne. Dans la
figure 3, on omet la carte de circuit d'attaque 32.
On peut installer trois jeux de câbles spécialisés 33 et 34 et les condensateurs de lissage 2. A savoir, comme présenté dans la figure 4, on fournit trois paires de câbles spécialisés 33 et 34 pour connecter le câble d'entrée de courant continu positif (P) 3, le cable d'entrée de courant continu négatif (N) 4 et le substrat de condensateur de lissage 30, et on les dispose séparément à des positions correspondant aux phases U, V et W de la sortie de courant alternatif, et on dispose trois groupes de condensateurs de lissage 2 à monter sur le substrat de condensateur de lissage 30, séparément à
des positions correspondant aux positions ci-dessus.
Ainsi, on peut grandement réduire l'inductance de câble entre les éléments de commutation 5a à 5f et les condensateurs de lissage 2 pour les phases U, V et W de -19- la sortie de courant alternatif, et on peut grandement supprimer une pointe d'énergie au moment de la commutation. De plus, le chemin d'un courant transitoire circulant au moment de la commutation devient le plus court, réduisant ainsi le bruit de commutation. De plus, on dispose les condensateurs de lissage 2 à proximité des câbles d'entrée de courant continu 3 et 4 pour minimiser la longueur d'un tracé conducteur sur le substrat de condensateur de lissage 30 connecté aux condensateurs de lissage 2, ainsi on réduit encore l'inductance de câble entre les éléments de commutation a à 5f et les condensateurs de lissage 2 et le chemin d'un courant transitoire circulant au moment de la commutation est encore raccourci, augmentant ainsi l'effet de réduction du bruit de commutation et supprimant une pointe d'énergie. Dans la figure 4, on
omet la carte de circuit d'attaque 32.
Puisque la charge de courant alternatif 11 est un moteur à courant alternatif triphasé, on installe trois jeux de câbles spécialisés 33 et 34 et les condensateurs de lissage 2. Quand la charge de courant alternatif 11 est un moteur à courant alternatif, on peut installer deux jeux ou une pluralité de jeux de câbles spécialisés
33 et 34 et des condensateurs de lissage 2.
Forme de réalisation 2 La figure 5 est une vue latérale présentant la configuration interne d'un onduleur selon la forme de réalisation 2 de la présente invention, et la figure 6 est une vue en plan présentant la configuration interne d'un module d'alimentation à découpage selon la forme de réalisation 2 de la présente invention. On donne aux éléments identiques ou correspondant à ceux de la forme -20- de réalisation 1 les mêmes symboles de référence et on
omet leurs descriptions. Dans la figure 6, on omet la
carte de circuit d'attaque 32.
Dans la figure 5 et la figure 6, on dispose deux substrats de condensateur de lissage supérieur et inférieur 30A et 30B au- dessus des éléments de commutation 5a à 5f à la place du substrat de condensateur de lissage 30 présenté dans la figure 2. La surface supérieure entière du substrat de condensateur de lissage inférieur 30B est recouverte d'un tracé conducteur, à savoir, une feuille en cuivre, et le câble d'entrée de courant continu positif (P) 3 est connecté au tracé conducteur. La surface inférieure entière du substrat de condensateur de lissage supérieur 30A est recouverte d'un tracé conducteur, à savoir, une feuille en cuivre, et le câble d'entrée de courant continu négatif (N) 4 est connecté au tracé conducteur. Les condensateurs de lissage 2 sont montés entre les substrats de condensateur de lissage supérieurs et inférieurs 30A et 30B. Comme on va le décrire ci-après, puisque le tracé conducteur du substrat de condensateur de lissage 30A est connecté au cable d'entrée de courant continu négatif (N) 4, il fonctionne comme une masse et
sert de plaque de blindage électromagnétique.
A savoir, le substrat de condensateur de lissage 30B sur le côté du substrat isolé 23 est connecté au câble d'entrée de courant continu positif (P) 3, et le substrat de condensateur de lissage 30A sur le côté de la carte de circuit d'attaque 32 est connecté au câble d'entrée de courant continu négatif (N) 4. Le substrat de condensateur de lissage 30A sur le côté de la carte de circuit d'attaque 32 connecté au câble d'entrée de -21- courant continu négatif (N) 4 sert de plaque de blindage électromagnétique. Puisque des courants de sens opposé circulent à travers les tracés conducteurs formés sur les substrats de condensateur de lissage supérieurs et inférieurs 30A et 30B, les inductances des substrats de condensateur de lissage 30A et 30B se décalent l'une de l'autre par la fonction d'induction mutuelle de ces courants, réduisant ainsi l'inductance de cable des tracés conducteurs formés
sur les substrats de condensateur de lissage 30A et 30B.
En d'autres termes, on réduit l'inductance de cable entre les éléments de commutation Sa à 5f et les condensateurs de lissage 2, rendant ainsi possible de supprimer une
pointe d'énergie engendrée au moment de la commutation.
Puisque l'on forme un tracé conducteur sur les substrats de condensateur de lissage 30A et 30B, on peut disposer librement un grand nombre de condensateurs de lissage 2, ainsi on élargit la gamme de choix de capacité, on augmente le courant permis du tracé conducteur, et on peut supprimer la génération de chaleur des condensateurs
de lissage 2 et des tracés conducteurs.
Quant à la fixation des substrats de condensateur de lissage supérieurs et inférieurs 30A et 30B, on forme une différence de niveau dans la boîte de résine 21 du module d'alimentation à découpage 12 aux portions de connexion du câble d'entrée de courant continu 3 et 4 des substrats de condensateur de lissage 30A et 30B, et on fournit une base 34 entre les substrats de condensateur de lissage supérieur et inférieur 30A et 30B à une autre portion de sorte que les substrats de condensateur de lissage supérieur et inférieur 30A et 30B sont fixés à la boîte de résine 21 du module d'alimentation à découpage 12 par des vis, empêchant ainsi le gauchissement des substrats -22- de condensateur de lissage 30A et 30B et en les fixant
avec facilité et certitude.
Pour permettre au substrat de condensateur de lissage 30B sur le côté du substrat isolé 23 d'être connecté au câble d'entrée de courant continu positif (P) 3 par la vis, un évidement 30j est formé dans la portion de connexion du substrat de condensateur de lissage supérieur 30A de sorte que le substrat de condensateur de lissage inférieur 30B est fixé et est électriquement connecté au câble d'entrée de courant continu positif (P) 3 par la vis 31a, logée dans cet évidement 30j. De plus, pour éviter la différence de niveau formée dans la boîte de résine 21 du module d'alimentation à découpage 12, un évidement 30k est formé dans la portion de connexion du substrat de condensateur de lissage 30B de sorte que le substrat de condensateur de lissage 30A est fixé et est électriquement connecté au câble d'entrée de courant
continu négatif (N) 4 par la vis 31.
De même, dans cette forme de réalisation 2, on peut installer trois jeux de câbles spécialisés 33 et 34 et les condensateurs de lissage 2. A savoir, comme présenté dans la figure 7, on fournit trois paires de câbles spécialisés 33 et 34 pour connecter électriquement le câble d'entrée de courant continu positif (P) 3, le câble d'entrée de courant continu négatif (N) 4 et les substrats de condensateur de lissage 30A et 30B, et on les dispose séparément à des positions correspondant aux phases U, V et W de la sortie de courant alternatif et on dispose trois groupes des condensateurs de lissage 2 à monter sur les substrats de condensateur de lissage 30A
et 30B, à des positions correspondant à ces positions.
Selon cette forme de réalisation, on peut obtenir le même effet que décrit ci-dessus. A savoir, on peut -23- grandement réduire l'inductance de câble entre les éléments de commutation 5a à 5f et les condensateurs de lissage 2 pour les phases U, V et W de la sortie de courant alternatif et on peut grandement supprimer une pointe d'énergie au moment de la commutation. Puisque le chemin d'un courant transitoire circulant au moment de la commutation devient le plus court, on réduit également le bruit de commutation. De plus, en disposant les condensateurs de lissage 2 à proximité des câbles d'entrée de courant continu 3 et 4, on réduit encore l'inductance de câble entre les éléments de commutation 5a à 5f et les condensateurs de lissage 2, et on raccourcit encore le chemin d'un courant transitoire circulant au moment de la commutation, augmentant ainsi l'effet de suppression d'une pointe d'énergie et l'effet de réduction du bruit de commutation. Dans la figure 7,
on omet la carte de circuit d'attaque 32.
Comme déjà décrit ci-dessus, selon le premier aspect de la présente invention, puisque la résistance interne et l'inductance interne du condensateur céramique utilisé comme condensateur de lissage sont beaucoup plus petites que celles du conducteur électrolytique à l'aluminium de la technique antérieure, il est possible de réduire grandement la capacité et de réduire la taille du condensateur de lissage, à savoir, la taille de l'onduleur. Puisque le condensateur de lissage est composé d'un diélectrique solide, il n'y a aucune possibilité de fuite d'électrolyte provoquée par la détérioration dans les propriétés d'étanchéité, améliorant ainsi la fiabilité. De plus, puisque l'on incorpore les condensateurs de lissage dans le module d'alimentation à découpage, on peut omettre une carte de câblage et les vis utilisées pour connecter le module -24- d'alimentation à découpage aux condensateurs de lissage externes, rendant ainsi possible de réduire grandement la taille d'un onduleur. Puisque l'on peut réduire l'inductance de cable entre les éléments de commutation et les condensateurs de lissage en incorporant les condensateurs de lissage dans le module d'alimentation à découpage et que l'on peut supprimer une. pointe d'énergie engendrée au moment de la commutation en utilisant des condensateurs céramique ayant des caractéristiques excellentes en fréquence comme condensateurs de lissage, on peut omettre les condensateurs d'amortissement et le substrat du condensateur d'amortissement qui sont nécessaires dans la technique antérieure. De plus, on peut réduire la résistance à haute tension des éléments de commutation, et on peut réduire la taille et le coût de l'élément de commutation. En outre, on peut agrandir la gamme de commande d'une charge alternative en fixant la tension d'alimentation de courant continu à un niveau élevé. On peut supprimer un saut en alimentation de courant continu au moment de la commutation, rendant ainsi possible d'augmenter la vitesse de commutation et de réduire une perte des éléments de commutation, et on améliore la capacité de commande et on peut supprimer le bruit engendré au moment de la commutation en fixant la
fréquence de la porteuse à un niveau élevé.
Selon le deuxième aspect de la présente invention, puisque l'on utilise le substrat de condensateur de lissage pour monter les condensateurs de lissage comme plaque de blindage électromagnétique pour protéger l'unité de circuit d'attaque et l'unité de circuit de commande du bruit de commutation, il est possible de rendre efficace l'utilisation du substrat de condensateur de lissage et de monter les pièces sur les deux côtés de -25- la carte de circuit d'attaque de la technique antérieure, ainsi on peut réduire la taille de la carte de circuit d'attaque et on peut augmenter le nombre de fonctions en montant à la fois l'unité de circuit d'attaque et l'unité de circuit de commande sous forme de circuit intégré. Selon le troisième aspect de la présente invention, puisque l'on utilise un condensateur céramique comme condensateur de lissage et que l'on utilise le substrat de condensateur de lissage pour monter les condensateurs de lissage sous forme de plaque de blindage électromagnétique pour protéger l'unité de circuit d'attaque et l'unité de circuit de commande du bruit de commutation, il est possible de réduire la taille de l'onduleur, d'améliorer la fiabilité de l'onduleur et de monter des pièces sur les deux côtés de la carte de circuit d'attaque de la technique antérieure, ainsi on peut réduire la taille de la carte de circuit d'attaque et on peut augmenter le nombre de fonctions en montant à la fois l'unité de circuit d'attaque et l'unité de
circuit de commande sous forme de circuit intégré.
Selon le quatrième aspect de la présente invention, on utilise deux substrats de condensateur de lissage, on monte les condensateurs de lissage entre les deux substrats de condensateur de lissage, on connecte le substrat de condensateur de lissage sur le côté du substrat isolé au côté positif (P) de la source d'alimentation à courant continu, et on connecte le substrat de condensateur de lissage sur le côté de la carte de circuit d'attaque au côté négatif (N) de la source d'alimentation à courant continu. Donc, des courants de sens opposé circulent à travers les substrats de condensateur de lissage, et les inductances des substrats de condensateur de lissage se décalent l'une de -26- l'autre par la fonction d'induction mutuelle de ces courants, ainsi on peut réduire linductance de câble entre les éléments de commutation et les condensateurs de lissage et on peut supprimer une pointe d'énergie engendrée au moment de la commutation. De plus, on peut disposer librement un grand nombre de condensateurs de lissage en utilisant les substrats de condensateur de lissage ayant un tracé conducteur solide formé dessus, élargissant ainsi la gamme de choix de capacité, en augmentant le courant permis du tracé conducteur et en supprimant la génération de chaleur des condensateurs de
lissage et du tracé conducteur.
Selon le cinquième aspect de la présente invention, on dispose les câbles spécialisés connectés aux côtés positif et négatif de la source d'alimentation à courant continu à une extrémité et aux substrats de condensateur de lissage à l'autre extrémité et les condensateurs de lissage, séparément à des positions correspondant aux phases de sortie de courant alternatif, rendant ainsi possible de réduire grandement l'inductance de câble entre les éléments de commutation et les condensateurs de lissage pour les phases de sortie de courant alternatif et de supprimer grandement une pointe d'énergie engendrée au moment de la commutation. Puisque le chemin d'un courant transitoire circulant au moment de la commutation devient plus court, on réduit également le bruit de commutation. Selon le sixième aspect de la présente invention, puisque l'on utilise une vis pour fixer le substrat de condensateur de lissage pour connecter électriquement le substrat de condensateur de lissage au côté positif et au côté négatif de la source d'alimentation à courant -27continu, on peut effectuer avec facilité la connexion
électrique et la fixation.
-28-
Claims (5)
1. Onduleur comprenant: - des éléments de commutation (5a à 5f) pour produire une alimentation alternative par découpage; - une unité de circuit d'attaque (6) pour attaquer les éléments de commutation; - des condensateurs de lissage (2) pour lisser la sortie d'une source d'alimentation à courant continu à appliquer aux éléments de commutation; - un substrat isolé (23) pour monter les éléments de commutation; - une carte de circuit d'attaque (32) pour monter le circuit d'attaque; et - un substrat de condensateur de lissage (30) pour monter les condensateurs de lissage entre le substrat isolé et la carte de circuit d'attaque, caractérisé en ce qu'on utilise des condensateurs
céramique (5) comme condensateurs de lissage.
2. Onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat de condensateur de lissage sert de
plaque de blindage électromagnétique.
3. Onduleur selon la revendication 1, dans lequel on utilise deux substrats de condensateur de lissage (30A, 30B), on monte les condensateurs de lissage (2) entre les deux substrats de condensateur de lissage, un substrat de condensateur de lissage (30B) sur le côté du substrat isolé (23) est connecté au côté positif (P) de la source d'alimentation à courant continu, et un substrat de condensateur de lissage (30A) sur le côté de la carte de circuit d'attaque (32) est connecté au côté négatif (N) de la source d'alimentation à courant continu. -29-
4. Onduleur selon la revendication 1, dans lequel des câbles spécialisés (33, 34) connectés au côté positif (P) et au côté négatif (N) de la source d'alimentation à courant continu à une extrémité et au substrat de condensateur de lissage (30) à l'autre extrémité et les condensateurs de lissage sont disposés séparément à des positions correspondant aux phases de sortie de courant alternatif.
5. Onduleur selon la revendication 1, dans lequel on utilise une vis (31) pour fixer le substrat de condensateur de lissage pour connecter électriquement le substrat de condensateur de lissage au côté positif (P) et au côté négatif (N) de la source d'alimentation à
courant continu.
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