FR2865862A1 - Thermal switch for use in motor vehicle, has prong made of thermofusible material, placed between free ends of pins of case, where prong melts at temperature of electronic component to disconnect electrical continuity between pins - Google Patents
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Abstract
Description
2865862 12865862 1
COMMUTATEUR THERMIQUE POUR COMPOSANT THERMAL SWITCH FOR COMPONENT
ELECTRONIQUE.ELECTRONIC.
La présente invention concerne un commutateur thermique servant à protéger un composant électronique contre un échauffement anormal. The present invention relates to a thermal switch for protecting an electronic component against abnormal heating.
La présente invention concerne plus particulièrement un commutateur thermique adapté à sa mise en place sur une carte de circuit imprimée. The present invention more particularly relates to a thermal switch adapted to its implementation on a printed circuit board.
Il est connu que dans le domaine des organes électroniques, on note une augmentation régulière des puissances électriques transitant par des cartes électroniques. Ces puissances correspondent à des intensités importantes qui circulent dans les pistes des circuits électroniques. It is known that in the field of electronic organs, there is a steady increase in electrical power passing through electronic cards. These powers correspond to important intensities which circulate in the tracks of the electronic circuits.
L'expérience, les calculs et les essais permettent de s'assurer que le dimensionnement de ces pistes est correct et les cartes actuelles ont des comportements homogènes (échauffement) tant pour les composants que pour les pistes. Experience, calculations and tests ensure that the sizing of these tracks is correct and current maps have homogeneous behaviors (heating) for both components and tracks.
Il est connu que tout organe, et particulièrement ses composants, présente des risques de dysfonctionnement couvrant des niveaux de gravité variable. Avec des puissances importantes, le risque majeur présenté par un composant est celui d'un échauffement excessif. It is known that any organ, and particularly its components, presents risks of dysfunction covering varying degrees of severity. With large powers, the major risk presented by a component is that of excessive heating.
Pour les composants de puissance nécessitant un refroidissement spécifique, comme une fixation positive sur un radiateur thermique, le contrôle en fin de fabrication de la température du composant, sollicité au maximum, garantira une quasi-absence de risque en utilisation. For power components requiring specific cooling, such as a positive attachment to a thermal radiator, the end-of-manufacture control of the component temperature, maximally applied, will ensure a near zero risk in use.
2865862 2 Par contre pour les composants fonctionnant par commutation et conçus pour protéger également le circuit qu'ils pilotent lorsque qu'un court circuit à la masse apparaît sur la ligne commandée, court circuit franc ou non, il existe un risque plus important. 2865862 2 On the other hand, for components that operate by switching and designed to also protect the circuit they drive when a short circuit to ground appears on the commanded line, short circuit free or not, there is a greater risk.
En effet, dans ce cas, un échauffement se manifeste dans le composant qui coupe alors le courant et le rétablit ensuite une fois la température normale atteinte à nouveau. Indeed, in this case, a heating is manifested in the component which then cuts the current and then restores it once the normal temperature is reached again.
Suivant le type de court circuit et la réalisation du composant, cette coupure et ce rétablissement peuvent se produire de nombreuses fois et la destruction du composant peut intervenir avant que l'utilisateur ne se soit aperçu du dysfonctionnement de l'organe commandé. Depending on the type of short circuit and the realization of the component, this cut and this recovery can occur many times and the destruction of the component may occur before the user is aware of the malfunction of the controlled organ.
La destruction du composant peut prendre alors deux formes: Soit il reste "ouvert", c'est à dire isolé, et le courant est définitivement coupé: L'utilisateur perd la fonction correspondante; soit il reste en position "fermé", ou "presque fermé", il se met alors à chauffer fortement ce qui peut conduire à une destruction de la carte électronique et de son environnement si des précautions ne sont pas prises pour limiter à la source les conséquences de ces échauffements. The destruction of the component can then take two forms: Either it remains "open", ie isolated, and the current is definitively cut off: The user loses the corresponding function; either it remains in the "closed" position, or "almost closed", it then starts to heat up strongly which can lead to a destruction of the electronic card and its environment if precautions are not taken to limit to the source the consequences of these warm-ups.
Il n'est pas non plus possible de mettre un fusible sur le circuit, car le courant conduisant au dysfonctionnement du composant n'est pas forcément susceptible de faire fondre le fusible, que ce dernier soit disposé de façon "interchangeable par le client " ou sur le circuit électronique lui-même, "non interchangeable" par le client. De plus s'il est interchangeable, il faut un support spécifique qui prend de la place et s'il n'est pas interchangeable, la 2865862 3 totalité de la pièce est perdue et on perd l'intérêt d'une protection interne de cet élément de commutation. It is also not possible to put a fuse on the circuit, because the current leading to the malfunction of the component is not necessarily likely to melt the fuse, the latter is arranged in a way "interchangeable by the customer" or on the electronic circuit itself, "not interchangeable" by the customer. Moreover if it is interchangeable, it requires a specific support that takes up space and if it is not interchangeable, the entire 2865862 3 piece is lost and we lose the interest of an internal protection of this switching element.
On peut surveiller la température du composant en disposant sur le composant une sonde reliée à un dispositif de surveillance qui coupera de façon réversible le courant l'alimentant. Cette solution n'est pas compatible avec les coûts autorisés pour les grandes séries. The temperature of the component can be monitored by placing on the component a probe connected to a monitoring device which will reversibly cut the current feeding it. This solution is not compatible with the authorized costs for large series.
La présente invention se propose donc de remédier aux inconvénients précités en mettant en oeuvre un auto-commutateur thermique en série avec ledit composant électronique à protéger. The present invention therefore proposes to remedy the aforementioned drawbacks by implementing a thermal auto-switch in series with said electronic component to be protected.
Selon l'invention, le commutateur thermique destiné à équiper le circuit d'alimentation électrique d'un composant électronique est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens coupe-circuit sensibles à la température du composant électronique. According to the invention, the thermal switch intended to equip the electrical supply circuit of an electronic component is characterized in that it comprises circuit-breaking means sensitive to the temperature of the electronic component.
Selon une autre caractéristique du commutateur thermique objet 20 de la présente invention, les moyens coupe-circuit sont amovibles. According to another characteristic of the object thermal switch 20 of the present invention, the circuit breaker means are removable.
Selon une autre caractéristique du commutateur thermique objet de la présente invention, le commutateur comprend un boîtier comportant deux éléments conducteurs distincts connectés à une de leurs extrémités au circuit d'alimentation, ces deux éléments conducteurs étant reliés électriquement l'un à l'autre par des moyens thermofusibles conducteurs s'étendant à l'intérieur du boîtier, les moyens thermofusibles fondant à une température de commande donnée dudit composant électronique et faisant alors en sorte de rompre la continuité électrique entre les éléments conducteurs et donc de couper l'alimentation électrique dudit composant électronique. According to another characteristic of the thermal switch which is the subject of the present invention, the switch comprises a housing comprising two distinct conducting elements connected at one of their ends to the supply circuit, these two conducting elements being electrically connected to one another by conductive hot-melt means extending inside the housing, the hot-melt means melting at a given control temperature of said electronic component and then making sure to break the electrical continuity between the conductive elements and thus cut off the power supply of said electronic component.
2865862 4 Selon une autre caractéristique du commutateur thermique objet de la présente invention, les moyens thermofusibles sont disposés directement au contact du corps du composant électronique. According to another characteristic of the thermal switch object of the present invention, the hot melt means are arranged directly in contact with the body of the electronic component.
Selon une autre caractéristique du commutateur thermique objet de la présente invention, les moyens thermofusibles sont formés par une lame en alliage métallique dont le point de fusion est adapté à ladite température de commande Selon une autre caractéristique du commutateur thermique objet de la présente invention, la lame formant les moyens thermofusibles est pressée élastiquement à l'encontre de deux bornes formées respectivement aux extrémités s'étendant à l'intérieur dudit boîtier desdits éléments conducteurs. According to another characteristic of the thermal switch object of the present invention, the hot melt means are formed by a metal alloy blade whose melting point is adapted to said control temperature. According to another characteristic of the thermal switch object of the present invention, the blade forming the hot melt means is pressed elastically against two terminals respectively formed at the ends extending inside said housing of said conductive elements.
Selon une autre caractéristique du commutateur thermique objet de la présente invention, les éléments conducteurs électriques débouchent à l'extérieur dudit boîtier par des broches de connexion conductrices adaptées pour permettre leur clipsage sur une plaque de circuit intégré. According to another characteristic of the thermal switch object of the present invention, the electrical conductive elements open out of said housing by conductive connection pins adapted to allow their clipping on an integrated circuit board.
Selon une autre caractéristique du commutateur thermique objet de la présente invention, le boîtier s'étend directement au-dessus 25 dudit composant électronique. According to another characteristic of the thermal switch object of the present invention, the housing extends directly above said electronic component.
Selon une autre caractéristique du commutateur thermique objet de la présente invention, la température de fusion des moyens thermofusibles est choisie inférieur à la température d'auto inflammation du composant électronique ou de son support. According to another characteristic of the thermal switch object of the present invention, the melting temperature of the hot melt means is chosen to be lower than the self-ignition temperature of the electronic component or its support.
2865862 5 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 représente une carte électronique et ses composants; - la Fig. 2 représente une vue agrandie d'un élément électronique et son commutateur thermique selon l'invention; la Fig. 3 est une vue en coupe du commutateur thermique selon l'axe A-A' de la figure 2, avant sa pose sur la carte électronique; la Fig. 4 est une vue similaire à la Fig. 3, le commutateur thermique étant en place sur la carte électronique la même coupe une fois le fusible en place. The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 represents an electronic card and its components; FIG. 2 represents an enlarged view of an electronic element and its thermal switch according to the invention; FIG. 3 is a sectional view of the thermal switch along the axis A-A 'of Figure 2, before its installation on the electronic card; FIG. 4 is a view similar to FIG. 3, the thermal switch being in place on the electronic board the same cut once the fuse in place.
En se reportant sur la figure 1, on a figuré un circuit imprimé référencé 1 d'un organe tel que par exemple le système de contrôle de freinage ABS d'un véhicule automobile. Le circuit 1 comporte différents éléments de liaison et de commutation, les pistes de liaison entre les éléments n'ont pas été représentées. Referring to Figure 1, there is shown a printed circuit referenced 1 of a member such as for example the ABS brake control system of a motor vehicle. The circuit 1 comprises different connection and switching elements, the connection tracks between the elements have not been represented.
Le circuit comprend une connectique 2 de sortie vers les éléments commandés, des fusibles 3 protégeant les lignes alimentant les organes, soit directement, soit commandés par l'intermédiaire de relais 6, une connectique 4 d'entrée des différents signaux arrivant sur le circuit, un microprocesseur 5 gérant les différents ordres arrivant sur la carte par la connectique 4, des relais de puissance 6 commandés par le microprocesseur 5, des composants 2865862 6 électroniques 7 réalisant une commutation électronique, une connectique 8 d'entrée de puissance. The circuit comprises a connection 2 output to the controlled elements, fuses 3 protecting the lines supplying the organs, either directly or controlled via the relay 6, a connection 4 input of the various signals arriving on the circuit, a microprocessor 5 managing the various orders arriving on the card by the connector 4, power relays 6 controlled by the microprocessor 5, electronic components 7 performing an electronic switching, a connector 8 power input.
Conformément à l'invention chaque composant électronique 7 est protégé par un commutateur thermique 14. Ce commutateur 14 consiste en un fusible d'un type particulier, fixé sur la carte électronique, en contact thermique avec le composant 7, ce fusible venant couper définitivement le courant d'alimentation de ce dernier en cas d'échauffement important du composant 7. According to the invention, each electronic component 7 is protected by a thermal switch 14. This switch 14 consists of a fuse of a particular type, fixed on the electronic card, in thermal contact with the component 7, this fuse coming to permanently cut the supply current of the latter in case of significant heating of the component 7.
En se reportant sur la figure 2 on a figuré la piste 10 alimentant le composant protégé 7, en amont du commutateur 14, la piste 11 alimentant le composant protégé 7, en aval du commutateur 14, la piste 12 sortant du composant 7, la piste 13 commandant le composant protégé 7. FIG. 2 shows the track 10 supplying the protected component 7, upstream of the switch 14, the track 11 supplying the protected component 7, downstream of the switch 14, the track 12 coming out of the component 7, the track 13 controlling the protected component 7.
La figure 3 détaille un mode de réalisation du commutateur thermique 14 selon l'invention. Ce commutateur 14 comprend un boîtier 25 sur lequel sont fixés deux éléments conducteurs 20a et 20b destinés à connecter ledit composant au circuit imprimé 1 et de relier la piste d'alimentation 10 à la piste 11. Figure 3 details an embodiment of the thermal switch 14 according to the invention. This switch 14 comprises a housing 25 on which are fixed two conductive elements 20a and 20b intended to connect said component to the printed circuit 1 and to connect the feed track 10 to the track 11.
Ces éléments conducteurs sont par exemple des broches du type Press-Fit. Ces broches 20a et 20b sont fixées dans des pattes correspondantes 21a et 21b du boîtier 25. Entre les extrémités libres des broches 20a et 20b s'étendant à l'intérieur du boîtier 25 est positionnée une lame 22 en matériau thermofusible, fondant à une température adaptée par exemple 150 C. These conductive elements are, for example, pins of the Press-Fit type. These pins 20a and 20b are fixed in corresponding tabs 21a and 21b of the housing 25. Between the free ends of the pins 20a and 20b extending inside the housing 25 is positioned a blade 22 of hot melt material, melting at a temperature adapted for example 150 C.
La lame 22 est fixée par des connexions 24 avec les broches et repose au repos sur des plots 23 portés par le boîtier 25 et venant de moulage avec ce dernier, ces plots retenant la lame 22 sensible 2865862 7 du thermofusible. Des ressorts 26 telles que des lames souples montées entre le fond du boîtier 25 et la lame 22 forcent élastiquement cette dernière vers l'extérieur du boîtier 25 à travers une ouverture de ce dernier ménagée entre les deux broches. The blade 22 is fixed by connections 24 with the pins and rests on the pads 23 carried by the housing 25 and molded with the latter, these pads holding the blade 22 responsive 2865862 7 of hot melt. Springs 26 such as flexible blades mounted between the bottom of the housing 25 and the blade 22 elastically force the latter to the outside of the housing 25 through an opening of the latter formed between the two pins.
Lorsque le commutateur 14 est mis en place sur le circuit imprimé 1, cf. figure 4, ce dernier chevauche le composant 7, la lame 22 sous l'action des ressorts 26 venant par sa face extérieure 28 au contact du corps du composant 7. When the switch 14 is put in place on the printed circuit 1, cf. 4, the latter overlaps the component 7, the blade 22 under the action of the springs 26 coming from its outer face 28 in contact with the body of the component 7.
Le fonctionnement des commutateurs selon l'invention est alors le suivant. Sur le circuit imprimé 1 alimenté par les connecteurs 8 pour la puissance et 4 pour les signaux, un microprocesseur 5 commande des relais 6 ou des composants de puissance 7 pour alimenter des consommateurs dont la plus-part des lignes issues du connecteur 2 sont protégées par les fusibles 3. The operation of the switches according to the invention is then as follows. On the printed circuit 1 fed by the connectors 8 for the power and 4 for the signals, a microprocessor 5 controls relays 6 or power components 7 to supply consumers whose most part of the lines coming from the connector 2 are protected by fuses 3.
Chaque composant 7 reçoit son alimentation par la piste 10, cette piste contournant le composant 7 par le commutateur thermique 14 sur lequel il est en butée mécanique par sa face inférieure 27. Cette piste 10 continue en 11, après le commutateur 14, et ressort en 12 du composant 7. Each component 7 receives its power supply via the track 10, this track bypassing the component 7 by the thermal switch 14 on which it is mechanically abutted by its lower face 27. This track 10 continues at 11, after the switch 14, and comes out again. 12 of component 7.
Le composant 7 est commandé par le microprocesseur 5 au moyen de la ligne 13. La piste 12 va directement vers le connecteur 2 sans passer par les fusibles 3. Les fusibles 3 sont utilisés pour les sorties transitant par les relais 6 ou simplement depuis l'alimentation 8. The component 7 is controlled by the microprocessor 5 by means of the line 13. The track 12 goes directly to the connector 2 without passing through the fuses 3. The fuses 3 are used for the outputs passing through the relays 6 or simply since the power supply 8.
Le commutateur 14 est fixé sur le circuit 1 grâce aux broches 20a, 20b suivant la technique dite de Press-Fit ou l'élasticité transversale des broches et celle du circuit imprimé 1 se combinent 2865862 8 pour assurer un maintient mécanique des broches et une liaison électrique. Ce maintient mécanique permet à la face inférieure 27 du commutateur 14 de s'appuyer sur le composant 7 et à la face extérieure 28 de la lame fusible 22 d'être en appui sur la face supérieure du composant 7. The switch 14 is fixed on the circuit 1 by means of the pins 20a, 20b according to the so-called Press-Fit technique or the transverse elasticity of the pins and that of the printed circuit 1 are combined 2865862 8 to ensure a mechanical maintenance of the pins and a link electric. This mechanical hold allows the lower face 27 of the switch 14 to rest on the component 7 and the outer face 28 of the fuse blade 22 to bear on the upper face of the component 7.
La lame fusible souple 22, retenue à l'état libre par les plots 23 et poussée par les ressorts 26 s'appuie alors sur la surface supérieure du composant 7. Grâce à ses formes centrales et latérales qui lui confère une certaine souplesse dans un sens vertical, la lame vient en contact mécanique et thermique avec le composant 7 sur lequel les ressorts 26 la maintiennent plaquée. Un espace existe entre le corps du commutateur et le circuit imprimé pour absorber différentes épaisseurs de composant 7. The flexible fuse blade 22, retained in the free state by the studs 23 and pushed by the springs 26 then rests on the upper surface of the component 7. Thanks to its central and lateral shapes which gives it a certain flexibility in one direction vertical, the blade comes into mechanical and thermal contact with the component 7 on which the springs 26 keep it plated. A gap exists between the switch body and the printed circuit board to absorb different component thicknesses 7.
Le courant alimentant le composant 7 passe dans la lame 22 par les liaisons 24 entre broche et lame. Lorsque le composant 7 se trouve défaillant, la température de sa surface monte, et par voie de conséquence celle de la lame 22. The current supplying the component 7 passes into the blade 22 via the links 24 between pin and blade. When the component 7 is defective, the temperature of its surface rises, and consequently that of the blade 22.
En utilisant pour cette lame fusible un métal fondant en dessous du point d'auto inflammation du circuit 1 et suffisamment au-dessus du point de fonctionnement maxi du composant 7, le ruban fusible va fondre et interrompre ainsi le courant alimentant le composant avant de provoquer une plus grande destruction. By using for this fuse blade a metal melting below the self-ignition point of the circuit 1 and sufficiently above the maximum operating point of the component 7, the fuse strip will melt and thus interrupt the current supplying the component before causing greater destruction.
Ainsi, c'est le contact thermique direct avec le composant 7 que l'on surveille et le commutateur 14 qui met sensiblement à la même température le composant 7 et l'élément thermofusible 22 du commutateur thermique. En cas d'élévation anormale de la 2865862 9 température du composant ou de son support, l'élément sensible fond et interrompt définitivement le courant l'alimentant. Thus, it is the direct thermal contact with the component 7 that is monitored and the switch 14 which substantially at the same temperature the component 7 and the hot melt element 22 of the thermal switch. In the event of an abnormal rise in the temperature of the component or its support, the sensing element melts and permanently interrupts the current supplying it.
Il est à noter que le commutateur 14 s'adapte automatiquement à l'épaisseur du composant 7 puisque la surface du composant fait office de butée de fin de course et donc qu'un même type commutateur peut être utilisé pour des composants de formes et d'épaisseurs diverses. It should be noted that the switch 14 automatically adapts to the thickness of the component 7 since the surface of the component serves as a limit stop and therefore the same type of switch can be used for components of shapes and shapes. various thicknesses.
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2005
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20141031 |