FR2976763A1 - Assemblage d'un module electronique de puissance et d'une carte pcb a capteur integre - Google Patents

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Abstract

Module électronique de puissance destiné à être relié à une carte électronique de commande et au moins un capteur destiné à mesurer le courant passant du module électronique de puissance vers la carte en vue d'en effectuer la régulation par l'intermédiaire de la carte électronique de commande, le module comportant un boîtier dans lequel est reçu au moins un composant (10, 11) électronique de puissance, est caractérisé en ce que le capteur est intégré dans le boîtier du module de puissance.

Description

Assemblage d'un module électronique de puissance et d'une carte PCB à capteur intégré La présente invention se rapporte à un module électronique de puissance comportant un boîtier dans lequel est reçu au moins un composant électronique de puissance, ainsi qu'à un assemblage comportant un module de ce genre et une carte électronique de commande dite PCB reliée électroniquement au module. La présente invention se rapporte également à un bloc de puissance comportant une pluralité de modules ou d'assemblages de ce genre, notamment destiné à être disposé entre une batterie à haute tension et le réseau d'alimentation pour la recharge de la batterie, notamment dans un véhicule automobile, tel qu'un véhicule électrique par exemple.
La présente invention se rapporte aussi à un véhicule automobile, notamment électrique, comportant un tel bloc de puissance.
On connaît déjà dans l'art antérieur, notamment du brevet français n° 01 16153 déposé le 13 décembre 2001 au nom de la demanderesse, un module électronique de puissance comportant un boîtier dans lequel s'étendent une pluralité de lames de cuivre séparées les unes des autres par un matériau diélectrique isolant, des composants électroniques de puissance ou puces étant brasés sur les lames de cuivre. Le module comporte en outre des plots de connexion destinés à permettre une connexion entre les puces du module électronique de puissance et une carte électronique de commande associée au module. La carte électronique de commande est par exemple une carte de circuit imprimé ou carte PCB (« Printed Circuit Board » en anglais).
Dans l'art antérieur on connaît déjà un module de puissance associé à une carte PCB de commande et qui comporte en outre entre le boîtier du module et la carte un dispositif formant capteur destiné à mesurer le courant passant entre le module et la carte pour permettre notamment une régulation de la fonction de commande de la carte sur la base de ces informations du courant.
Ces dispositifs de l'art antérieur présentent comme inconvénient d'une part de prendre beaucoup de place, notamment pour le capteur à l'extérieur du module entre la carte PCB et le module, et d'autre part d'être coûteux, les capteurs utilisés, notamment les capteurs MELIXIS ou LEM, étant des composants coûteux.
La présente invention vise à surmonter les inconvénients de l'art antérieur en mettant à disposition un assemblage, comportant un module de puissance et une carte électronique de commande reliée au module électronique de puissance, dans lequel il est prévu une régulation de la fonction de commande de la carte en fonction du courant passant du module vers la carte, et ce à un coût faible, notamment inférieur à ceux de l'art antérieur, et avec un encombrement bien moindre, ce qui est particulièrement avantageux lorsque l'on souhaite utiliser de tels assemblages dans des applications où la place et le poids sont comptés, comme par exemple dans un véhicule automobile électrique. Par exemple, la carte électronique de commande est une carte de circuit imprimé.
Suivant l'invention, un module électronique de puissance comportant un boîtier dans lequel est logé au moins un composant électronique de puissance et un système de connexion à une carte électronique de commande à l'extérieur du boîtier, est caractérisé en ce qu'au moins un capteur destiné à mesurer le courant passant du module électronique de puissance vers la carte en vue d'en effectuer la régulation par l'intermédiaire de la carte électronique de commande, est logé dans le boîtier du module de puissance.
Autrement dit, le capteur est destiné à mesurer un courant délivré par le module par l'intermédiaire du système de connexion. En particulier, le boîtier recouvre le ou les composants électroniques. Cependant, le boîtier ne recouvre pas le système de connexion. Par exemple, le système de connexion est un plot de connexion.
Le au moins un composant électronique est par exemple une puce électronique.
Suivant un mode de réalisation préféré, le module comporte au moins un conducteur métallique, notamment sous la forme d'une lame, sur lequel est monté le au moins un composant électronique de puissance, notamment en étant brasé sur le conducteur métallique, et le capteur est constitué d'au moins un shunt monté entre le composant de puissance et le système de connexion. Cette constitution du capteur rend aisé de le loger dans le boîtier. Le shunt est par exemple un composant monté en surface (CMS).
Par exemple, le système de connexion comporte au moins 30 deux points de connexion reliés aux bornes du shunt.
De préférence, le au moins un shunt est monté sur un conducteur métallique notamment sous la forme d'une lame, formant collecteur, différent du au moins un conducteur métallique sur lequel est monté le au moins un composant électronique de puissance. En particulier, le collecteur est un bus ou une grille de connexion (« leadframe » en anglais).
Dans un exemple particulier, le shunt est à cheval entre le collecteur et un autre conducteur métallique, tel qu'une masse électrique du module électronique. Dans cet exemple particulier, le au moins un composant peut-être un interrupteur d'un circuit de pont en H, et le shunt mesure le courant entre la masse électrique et l'interrupteur du pont en H.
De préférence, le ou les shunts montés entre deux conducteurs métalliques, notamment en cuivre et en forme de lame, sont reliés à ces conducteurs par une soudure notamment une soudure laser, une soudure à ultrason ou une soudure par électro-brasure.
En effet, le cuivre est particulièrement simple d'utilisation pour y souder les shunts, notamment par soudure au laser.
Suivant un mode de réalisation préféré, le au moins un composant électronique de puissance est relié au 25 collecteur par des fils de connexion.
Suivant un mode de réalisation préféré, il est prévu en outre au moins un conducteur métallique notamment sous la forme d'une lame, sur lequel est monté au moins un composant électronique de puissance, le composant 30 électronique de puissance étant relié par des fils de connexion audit conducteur métallique dont le composant électronique de puissance est relié audit collecteur.
Par exemple, le module comprend au moins deux conducteurs métalliques en forme de lames conductrices centrales sur lesquels sont montés des composants électroniques de puissance et chaque composant électronique de puissance de chaque lame conductrice centrale est relié par des fils de connexion au collecteur.
Par exemple, le module comprend en outre deux conducteurs métalliques en forme de lames conductrices latérales dont les composants électroniques de puissance sont reliés par des fils de connexion à l'une respective des lames centrales.
En prévoyant ainsi à la fois un module électronique de puissance comportant des conducteurs métalliques sur lesquelles on peut fixer un shunt, et en même temps un shunt comme capteur du courant, on peut réaliser un montage très simple puisqu'il n'est plus nécessaire maintenant de prévoir à l'extérieur du module un capteur coûteux, et d'autre part on peut fournir directement à la carte électronique de puissance les informations nécessaires en provenance du module électronique de puissance par l'intermédiaire du shunt.
On obtient ainsi un système à la fois peu encombrant, de 25 structure simple et peu coûteux.
Suivant un mode de réalisation préféré, les conducteurs métalliques sont séparés entre eux par une matière diélectrique isolante.
Suivant un mode de réalisation préféré, des fils de connexion assurent la connectique entre les composants de puissance et les conducteurs métalliques, en formant un pontage au dessus de la matière diélectrique isolante.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, les conducteurs métalliques du module sont en cuivre.
De préférence, le ou les composants électroniques de puissance sont brasés sur leur conducteur métallique respectif.
La présente invention vise également un assemblage comportant un module suivant l'invention et une carte électronique de commande reliée au module.
La présente invention se rapporte également à un bloc de puissance constitué d'une pluralité de modules ou d'assemblages suivant l'invention. L'invention se rapporte aussi à un véhicule automobile, notamment électrique, comportant un bloc ou un assemblage suivant l'invention, notamment monté entre une batterie, notamment à haute tension, et une prise pour le secteur en vue du rechargement de la batterie.
On décrit maintenant uniquement à titre d'exemple un mode de réalisation de l'invention en se reportant aux dessins dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective de dessus d'un 25 module de puissance d'un assemblage suivant l'invention dont le couvercle a été retiré ; la figure 2 est une vue schématique en coupe de côté d'un module suivant l'invention ; la figure 3 est une représentation d'un assemblage suivant l'invention comportant le module de la figure 1 ; et la figure 4 est un schéma synoptique représentant un véhicule électrique incorporant un assemblage de la figure 3.
Aux figures, il est représenté un module électronique de puissance constitué d'un boîtier ayant un fond 1, une paroi latérale 2 qui en fait le tour et un couvercle 3 (qui n'est pas présent aux figures 1 et 2). Sur le fond 1 de ce boîtier s'étendent deux lames conductrices 4 et 5 latérales et deux lames conductrices 6 et 7 centrales. Ces lames 4, 5, 6, 7 peuvent notamment être en cuivre. Elles sont séparées les unes des autres par des interstices remplis de matière diélectrique isolante. En outre un conducteur métallique en forme de lame formant collecteur, dit lame collectrice 8, assure la connexion entre les lames conductrices centrales et deux plots de connexion 14, 15 destinés à la connexion du module à une carte 18 électronique de commande électronique, telle qu'une carte PCB.
Sur chaque lame 4, 5, 6 et 7 sont montées des composants électroniques de puissance 9, 10, 11 et 12 qui peuvent notamment être des éléments choisis parmi une diode, un transistor de type MOS, un transistor de type IGBT et un circuit intégré de type ASIC, ou analogue.
Des fils 13 de connexion assurent la connectique entre le composant électronique 9 à 12 et la lame 4, 5, 6 et 7 respective sur laquelle il est monté. D'autre part, des fils 13 de connexion assurent la connectique entre le composant 9, 12 respectif monté sur une lame latérale 4 ou 5 et la lame centrale 6 ou 7 voisine ainsi que la connectique entre le composant 10, 11 respectif monté sur une lame centrale 6 ou 7 et la lame 8 conductrice collectrice. Par exemple, les fils 13 de connexion sont brasés sur les composants 9, 10, 11, 12 et les lames 4, 5, 6, 7, 8.
En outre, les lames 6, 7 centrales font saillie à l'extérieur du boîtier de part et d'autre de la paroi 2 latérale du boîtier pour assurer la connexion avec un réseau de puissance.
Du boîtier partent en saillie deux plots 14 et 15 de connexion avec la carte PCB 18. A la figure 1, les plots 14, 15 comportent chacun 9 points de connexion avec la carte PCB. On pourrait bien évidemment en prévoir un nombre différent. La carte 18 de commande électronique est connectée au module de puissance par l'intermédiaire des plots de connexion 14, 15 comme représenté schématiquement à la figure 3.
Le module décrit ci-dessus peut notamment être un module comme décrit dans le brevet français n° 01 16153 déposé le 13 décembre 2001 au nom de la demanderesse. En particulier, le fond 1 peut être constitué des lames conductrices 4 à 8 et une matière diélectrique isolante peut être disposée dans les interstices entre les lames conductrices. En outre, le boîtier peut être réalisé en matière plastique et empli d'un gel, par exemple de silicone, ou d'une résine, par exemple de type époxy, pour protéger les composants de puissance 9, 10, 11, 12.
La carte électronique 18 de commande assure une commande 30 électronique en fonction du courant qui passe dans les composants électroniques de puissance 9 à 12 et qui est transmis à la carte 18. Pour permettre à la carte 18 de connaître avec précision le courant qui passe dans le module électronique de puissance afin de le réguler. Le module comprend des capteurs. Par exemple, il est monté à l'intérieur même du module des capteurs sous la forme de shunts 19, 20. Dans un exemple particulier ce sont des shunts CMS (Composants montés en Surface) qui sont soudés sur la lame 8 conductrice collectrice. Les shunts 19, 20 se trouvent ainsi sur le chemin du courant sortant de l'ensemble des composants 9 à 12 électroniques de puissance vers la carte 18 et en permettent ainsi la mesure facilement. En outre, les shunts 19 et 20 prennent très peu de place, notamment comparativement à des capteurs MELIXIS OU LEM extérieurs au module comme utilisé dans l'art antérieur. Les shunts 19, 20 sont ensuite reliés par l'intermédiaire de la lame 8 conductrice collectrice et des plots 14, 15 de connexion à la carte PCB 18 pour fournir directement l'information concernant le courant qu'ils ont mesurés.
La soudure des shunts 19, 20 sur la lame 8 conductrice collectrice peut se faire notamment par laser, ultrason, électro-brasure ou analogue. L'utilisation de cuivre pour les lames conductrices est particulièrement favorable en ce qu'elle facilite la brasure des composants de puissance et des shunts.
On obtient ainsi un assemblage constitué du module de puissance et de la carte électronique 18 de commande peu encombrant.
On peut notamment utiliser ce type d'assemblage module - carte 18 dans un bloc 30 de puissance (constitué d'une pluralité d'assemblages de ce genre, par exemple 6 comme représenté à la figure 4), notamment dans un véhicule électrique 40, le bloc 30 étant monté entre une batterie 50, par exemple à haute tension, et une prise 60 pour le secteur pour le rechargement de la batterie, avec interposition éventuelle de filtres 70.
Dans le cadre de la présente demande, une électronique de puissance désigne un composant, un module ou un bloc aptes à transmettre un signal électrique ayant une puissance comprise entre 40 et 100kW par exemple. L'électronique de puissance assure par exemple l'alimentation d'un moteur électrique. En outre, toujours dans le cadre de la présente demande, une électronique de commande assure notamment la commande des composants de l'électronique de puissance.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Module électronique de puissance comportant un boîtier dans lequel est logé au moins un composant (10, 11) électronique de puissance, et un système de connexion (14, 15) à une carte électronique (18) de commande à l'extérieur du boîtier, caractérisé en ce qu'au moins un capteur destiné à mesurer le courant passant du module électronique de puissance vers la carte (18) en vue d'en effectuer la régulation par l'intermédiaire de la carte électronique (18) de commande, est logé dans le boîtier du module de puissance.
  2. 2. Module suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le module comporte au moins un conducteur (6, 7) métallique, notamment sous la forme d'une lame, sur lequel est monté le au moins un composant (10, 11) électronique de puissance, et le capteur est constitué d'au moins un shunt (19, 20) monté entre le composant (10, 11) de puissance et le système de connexion (14, 15).
  3. 3. Module suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le au moins un shunt (19, 20) est monté sur un conducteur métallique (8) notamment sous la forme d'une lame, formant collecteur, différent du au moins un conducteur métallique (6, 7) sur lequel est monté le au moins un composant (10, 11) électronique de puissance.
  4. 4. Module suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le au moins un composant (10, 11) électronique depuissance est relié au collecteur (8) par des fils (13) de connexion.
  5. 5. Module suivant l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est prévu en outre au moins un conducteur métallique (4, 5) notamment sous la forme d'une lame, sur lequel est monté au moins un composant (9, 12) électronique de puissance, le composant (9, 12) électronique de puissance étant relié par des fils (13) de connexion audit conducteur métallique (6, 7) dont le composant (10, 11) électronique de puissance est relié audit collecteur (8).
  6. 6. Module suivant l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les conducteurs métalliques (4, 5, 6, 7, 8) sont séparés entre eux par une matière diélectrique isolante.
  7. 7. Module suivant la revendication 6, caractérisé en ce que des fils (13) de connexion assurent la connectique entre les composants (9, 10, 11, 12) de puissance et les conducteurs (6, 7,
  8. 8) métalliques, en formant un pontage au dessus de la matière diélectrique isolante. 8. Module suivant l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les conducteurs (4, 5, 6, 7, 8) métalliques du module sont en cuivre.
  9. 9. Module suivant l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le ou les composants (9, 10, 11, 12) électroniques de puissance sont brasés sur leur conducteur (4, 5, 6, 7) métallique respectif. 5
  10. 10. Assemblage comportant un module suivant l'une des revendications précédentes et une carte électronique (18) de commande reliée au module.
  11. 11. Véhicule électrique comportant un assemblage suivant la revendication 10.
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