SYSTÈME DE DÉTECTION DU COURANT L'invention concerne un système de détection du courant ayant une plaquette à circuits imprimés. Des systèmes de détection du courant de ce genre trouvent souvent à s'appliquer dans des onduleurs de dispositifs ou d'appareils à haute tension et à grande intensité du courant, par exemple de 250 Aeff, notamment dans des entraînements de machines-outils ou dans des entraînements industriels, dans des véhicules électriques et/ou dans des installations solaires ou photovoltaïques. Un onduleur de ce genre comprend habituellement un boîtier, des bornes pour une source de haute tension en courant continu et pour le dispositif respectif ou l'appareil respectif, ainsi que pour la communication, des capteurs et des actionneurs, des éléments de commutations à semiconducteurs, le cas échéant, une régulation de l'entraînement et une unité de commande pour la détection de grandeurs physiques (par exemple, du courant électrique, des tensions ou de la température), ainsi qu'une électronique supplémentaire de commande des éléments de commutation à semiconducteurs. Les éléments de commutation à semiconducteurs sont habituellement réalisés sous la forme d'un module IGBT (onduleur) ayant un certain nombre de transistors et de diodes à roue libre intégrés. L'unité de commande comprend normalement une plaquette à circuits imprimés, qui est disposée judicieusement directement sur le module IGBT, de sorte que les transistors peuvent fonctionner sans panne par une électronique adéquate. Il est prévu à cet effet sur le module IGBT un certain nombre de broches de borne, qui assurent par des connecteurs spéciaux de plaquettes à circuits imprimés un contact conducteur de l'électricité avec l'unité de commande. Comme système de détection du courant, on utilise dans des onduleurs de ce genre souvent des barres conductrices ayant une résistance de shunt intégrée (matériau de shunt). La détection du courant peut s'effectuer au moyen d'une mesure de tension sur la résistance de shunt, qui est montée entre deux tronçons de la barre conductrice, laquelle est conçue, du point de vue du matériau et des dimensions, pour avoir une grande aptitude à porter le courant. La barre conductrice peut être une pièce découpée ou découpée et pliée, dans laquelle le shunt est introduit au moyen d'une technique spéciale comme d'une soudure par faisceaux d'électrons. La tension du shunt peut être prélevée par des pattes de contact ou par des broches de contact du côté de la barre conductrice, qui sont brasées à la plaquette à circuits imprimés, par exemple par une brasure sélective automatique. La fabrication de systèmes de résistance de ce genre est toutefois fastidieuse et coûteuse. En variante, des pistes de courant de la plaquette à circuits imprimés devraient, pour mettre à disposition l'aptitude nécessaire à porter le courant, avoir de grandes surfaces, ce qui exige toutefois également une technique de liaison coûteuse. L'invention vise un système de détection du courant particulièrement approprié, qui est d'une constitution particulièrement simple et qui est peu coûteux. On y parvient par un système de détection du courant, caractérisé en ce qu'il comprend une barre métallique qui sert à amener le courant, qui est reliée par une première rondelle métallique à une face d'une plaquette à circuits imprimés et qui y est mis en contact avec un certain nombre de trous métallisés prévus dans la plaquette à circuits imprimés et à distance d'un axe central, un shunt, de préférence en forme de rondelle, qui est disposé sur la face opposée de la plaquette à circuits imprimés et y est mis en contact avec les trous métallisés et qui, par deux surfaces de contact à distance l'une de l'autre et prévues dans la zone comprise entre l'axe central et les trous métallisés, est mis en contact avec la plaquette à circuits imprimés pour le prélèvement de la tension du shunt, et une deuxième rondelle métallique mise en contact avec le shunt du côté du shunt éloigné de la plaquette à circuits imprimés, de manière à ce qu'un courant électrique passant par la première rondelle métallique et par les trous métallisés sorte par le shunt en direction de l'axe central. Le matériau de résistance du shunt, réalisé de préférence sous la forme d'un shunt en rondelle, a une certaine résistivité définie, qui, en particulier, est plus grande que celle des pistes conductrices ou des surfaces de contact de la plaquette à circuits imprimés. La valeur de la résistance entre les deux surfaces de contact court-circuitées au moyen du shunt ou du matériau de shunt de la plaquette à circuits imprimés est judicieusement comprise entre 20 p.Ohm et 70 1.20hm. L'invention part du fait que l'on peut se dispenser de procédé de fabrication coûteux d'intégration du matériau de shunt dans une barre conductrice ayant une aptitude suffisante à porter le courant, y compris de la technique d'utilisation coûteuse des prises de shunt sur la plaquette à circuits imprimés, ainsi qu'en variante de pistes de courant de grande surface sur la plaquette à circuits imprimés, si la conduite du courant s'effectue par des trous métallisés dans la plaquette à circuits imprimés vers un matériau de shunt mis en contact avec celle-ci. La conduite du courant peut s'effectuer alors par une barre conductrice habituelle d'une face de la plaquette à circuits imprimés à l'autre vers le matériau de shunt en passant par les trous métallisés. On s'est rendu compte que l'on a une conduite du courant particulièrement appropriée, lorsque le courant passe guidé d'abord concentriquement à un axe central vers l'extérieur vers les trous métallisés disposés à distance de cet axe et en lui étant de préférence concentriques, ainsi que guidé vers l'intérieur de manière ciblée sur la face opposée de la plaquette à circuits imprimés par le shunt ou par un tronçon déterminé du matériau de shunt. Le passage visé du courant de la barre conductrice aux trous métallisés s'effectue, rapporté à l'axe central, d'abord vers l'extérieur, de manière appropriée, par la première rondelle métallique. Sa dimension ou son diamètre est adapté à la distance entre les trous métallisés entre eux ou à l'axe central. Le passage visé du courant sur la face opposée de la plaquette à circuits imprimés s'effectue par le matériau de shunt vers l'intérieur en direction de l'axe central d'une manière appropriée par la deuxième rondelle métallique qui y est prévue et dont la dimension ou le diamètre est d'une manière adéquate plus petit que la dimension ou le diamètre du matériau de shunt. De cette deuxième rondelle métallique, le courant peut être prélevé, de préférence par une cosse de câble, et être conduit à l'entraînement ou analogue conformément à ce qui est exigé. Toute la structure du système de détection du courant suivant l'invention en mode d'empilage est d'une manière appropriée centrée et maintenue au moyen d'un élément de liaison représentant l'axe central, de préférence au moyen d'un boulon réalisé en boulon forcé avec un écrou vissé sur la cosse de câble. L'isolation électrique nécessaire est obtenue alors d'une manière appropriée au moyen d'une douille isolante qui entoure le boulon. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, à la fois les trous métallisés et les surfaces de contact du côté de la plaquette à circuits imprimés pour la mise en contact du matériau de shunt sont donc réalisés sous la forme d'anneaux de piste de courant circulaires concentriques à l'axe central. L'aptitude à porter du courant qui est nécessaire est ainsi obtenue par un nombre correspondant de trous métallisés (vias) disposés les uns à côté des autres dans la direction périphérique, ainsi que dans la direction radiale. Puisque à la fois les surfaces de contact de liaison du shunt ou du matériau de shunt à la plaquette à circuits imprimés et les trous métallisés sur les faces correspondantes de la plaquette à circuits imprimés sont déposés au moins légèrement, par exemple en une épaisseur de couche d'environ 100pm, il est prévu avantageusement sur les deux faces de la plaquette à circuits imprimés également des surfaces d'appui circulaires ou annulaires pour empêcher des déformations des composants voisins du système et donner l'assurance d'une mise en contact sûre. Les surfaces d'appui elles-mêmes sont sans courant. De préférence, les surfaces de contact servant au prélèvement de la tension du shunt sont disposées concentriquement, notamment circulairement, par rapport à l'axe central. Par les deux surfaces de contact pontées par le shunt et se trouvant directement sur la plaquette à circuits imprimés, une électronique d'exploitation, qui est disposée, au moins en partie, également sur la plaquette à circuits imprimés, est reliée avantageusement par des trajets de liaison internes à la plaquette à circuits imprimés. C'est ainsi, par exemple, que des condensateurs ou des résistances montés sur la plaquette à circuits imprimés sont reliés à au moins l'une des deux faces de contact. Au moyen de la tension du shunt détectée entre les surfaces de contact, on peut, sur la base de la valeur connue de la résistance du matériau de shunt, déterminer l'intensité du courant électrique qui passe entre les deux surfaces de contact. Cela s'effectue, par exemple, au moyen d'une micro-unité de commande, qui est montée de préférence également sur la plaquette à circuits imprimés. Le shunt ainsi réalisé ne nécessite pas, pour la mise en contact des surfaces de contact se trouvant à l'intérieur entre l'axe central et les trous métallisés, de technique de liaison spéciale et d'élément de connexion spécial de liaison à la plaquette à circuits imprimés. Bien plutôt, la liaison conductrice de l'électricité s'effectue, par exemple, simplement par brasage et ainsi, de préférence, dans la technique SMD. Il devient ainsi possible avantageusement d'utiliser des techniques normalisées simples et peu coûteuses dans la fabrication du système de détection du courant. De préférence : - une cosse de câble est mise en contact avec la deuxième rondelle métallique du côté de la rondelle éloigné du shunt ; - une première surface d'appui est prévue entre la première rondelle métallique et la plaquette à circuits imprimés dans la zone comprise entre ses trous métallisés ; - une deuxième surface d'appui est prévue entre le shunt et la plaquette à circuits imprimés dans la zone comprise entre ses trous métallisés ; - le shunt est déposé sur la plaquette à circuits imprimés au moyen de la technique SMD ; - il est prévu un corps isolant concentrique à l'axe central, qui est traversé par un boulon, notamment par un boulon forcé ayant un filetage et un écrou pour l'immobilisation des composants du système. La plaquette à circuits imprimés est disposée dans un onduleur, par exemple d'un moteur électrique d'un véhicule électrique ou d'un entraînement de machine-outil ou d'un entraînement d'entraînement d'installation industrielle. De l'onduleur, du courant passe pendant le fonctionnement par la barre métallique, réalisée de préférence en cuivre, et par les trous métallisés vers le shunt, ainsi que par celui-ci, vers la prise de courant respective. La plaquette à circuits imprimés du système de détection du courant est ainsi montée dans l'onduleur, qui est relié du côté du courant alternatif au moyen de la prise de courant sous la forme, de préférence, de la cosse de câble, directement avec un enroulement du moteur (enroulement de phase du moteur) du moteur électrique.
L'évacuation principale de la chaleur s'effectue, au moins pour l'essentiel, par les barres métalliques ou de cuivre. L'intégration du système de détection du courant suivant l'invention peut s'effectuer d'une manière analogue aussi dans l'onduleur d'une installation solaire ou photovoltaïque ou analogue. L'invention vise donc aussi un dispositif, notamment un véhicule électrique, un entraînement de machine-outil ou un entraînement industriel ou une installation solaire ou une M installation photovoltaïque, ayant un onduleur qui est monté en aval d'une source de haute tension en courant continu, qui comprend un système de détection du courant suivant l'invention. Des exemples de réalisation de l'invention sont 15 explicités d'une manière plus précise dans ce qui suit au moyen d'un dessin, dans lequel : la figure 1 représente schématiquement une batterie de haute tension d'un véhicule électrique, une commande de marche, un onduleur relié au 20 moteur électrique et ayant une détection du courant, la figure 2 est une vue en coupe du système de détection du courant suivant l'invention, la figure 3 est une vue par en dessous en perspective 25 d'un mode de réalisation du système de détection du courant ayant une barre en cuivre et une partie d'une plaquette à circuits imprimés, la figure 4 est une représentation suivant la figure 3 30 du système de détection du courant sans barre de cuivre, la figure 5 est une vue en plan en perspective sur une cosse de câble du système de détection du courant suivant la figure 4, et la figure 6 représente le système de détection du courant suivant la figure 5 avec vue sur la plaquette à circuits imprimés. Des parties et des dimensions qui se correspondent sont munies dans toutes les figures des mêmes repères. La figure 1 représente schématiquement un onduleur 2 pour 10 un moteur 4 électrique d'un véhicule électrique ou d'un entraînement d'une machine-outil ou analogue. L'onduleur 2 comprend un boîtier 6, un module IGBT 8 comme circuit d'onduleur, un condensateur 10 de circuit intermédiaire, une unité 14 de commande mise en oeuvre sur 15 la plaquette 12 à circuits imprimés, une régulation 16 d'entraînement, trois barres 18 métalliques en cuivre pour le couplage électrique du module IGBT 8 à respectivement un système 20 de détection du courant pour la détection du courant i passant par l'intermédiaire 20 d'une cosse 22 de câble dans l'un de trois enroulements 24 de phase du moteur 4 électrique. Le système 20 de détection du courant est mis en oeuvre également sur la plaquette 12 à circuits imprimés. Le module IGBT 8 comprend six transistors IGBT, qui ne 25 sont pas représentés d'une manière plus précise, ayant des diodes de roue libre. Le montage est en parallèle et en série, de manière à ce que le module IGBT 8 transforme une tension continue d'une source 26 de haute tension en courant continu en une tension en courant alternatif 30 triphasé pour faire fonctionner le moteur 4 électrique. Pour chaque phase du courant alternatif, il est prévu l'une des barres 18 de cuivre, un système 20 de détection du courant et une cosse 22 de câble de connexion à respectivement une tresse de connexion, seulement respectivement l'un de ces ensembles étant muni des repères aux figures. Le condensateur 10 de circuit intermédiaire est, pour empêcher des fluctuations des pointes des tensions de circuit intermédiaire, par exemple en raison d'inductances parasites, monté entre la batterie de haute tension et le module IGBT 8. Le module IGBT 8 est refroidi pendant le fonctionnement au moyen d'un refroidissement par de l'eau, qui n'est représenté de manière précise. La régulation 16 de l'entraînement et l'unité 14 de commande de la plaquette 12 à circuits imprimés sont essentiellement respectivement une micro-unité de commande, sur laquelle est mis en oeuvre respectivement un programme de commande adéquat. En variante, on peut utiliser par exemple aussi un circuit intégré spécifique à une application (ASIC) ou ce que l'on appelle un Field Programmable Gate Array (FPGA) pour la commande de l'onduleur 2. En fonctionnement, il est émis par une commande 28 un signal M de couple de rotation de consigne pour le moteur 4 électrique vers la régulation 16 de l'entraînement, qui envoie un signal correspondant à l'unité 14 de commande pour la régulation de la production de la tension alternative du module IGBT 8. Pendant le fonctionnement, l'unité 14 de commande détecte, d'une manière qui n'est pas représentée de façon précise, le courant Izk passant dans le condensateur 10 intermédiaire et la tension Un qui s'y applique.
L'unité 14 de commande exploite le courant i alternatif triphasé passant pendant le fonctionnement du moteur 4 électrique dans les barres 16 conductrices, courant qui est déterminé au moyen du système 20 de détection du 5 courant. Il est enregistré, en outre, un signal P de moteur proportionnel au régime et/ou à la position du moteur 4 électrique par un codeur 30 couplé en technique du signal au moteur 4 électrique et ce signal est transmis è l'unité 14 de commande. Ces données sont 10 prises en compte dans la commande du module IGBT 8 au moyen de l'unité 14 de commande. Les figures 2 à 6 représentent de manière détaillée le couplage en technique du signal d'une partie de la plaquette 12 à circuits imprimés associée au système 20 15 de détection du courant à la cosse 22 de câble respective. La plaquette 12 à circuits imprimés en un composé époxyde est couplée électriquement à l'agencement d'onduleur du module IGBT 8 au moyen de la barre 18 de cuivre. La barre 18 de cuivre a une section transversale 20 comprise entre 60=2 et 100=12. Avantageusement, les dimensions de la section transversale sensiblement rectangulaire sont de 20mm et 4mm. Comme le représente schématiquement la figure 2, le système 20 de détection du courant comprend la barre 18 25 de cuivre qui sert à conduire le courant et qui est reliée par un anneau 32 de cuivre et une (première) rondelle 34 de cuivre montée en aval de celui-ci à une face (face inférieure) de la plaquette 12 à circuits imprimés. La première rondelle 34 de cuivre y est mise en 30 contact avec un certain nombre de trous 38 métallisés prévus dans la plaquette 12 à circuits imprimés et à distance d'un axe 35 central.
Sur la face opposée (face supérieure) de la plaquette 12 à circuits imprimés est monté un shunt 47, réalisé de préférence sous la forme d'un shunt en rondelle, et ce shunt est mis en contact avec les trous 38 métallisés. Le shunt 47 est, pour le prélèvement de la tension Ush de shunt, mis en contact avec la plaquette 12 à circuits imprimés par des surfaces 42, 44 de contact prévues dans la zone comprise entre l'axe 35 central et les trous 38 métallisés. Une deuxième rondelle 48 de cuivre est mise en contact avec le shunt 47 du côté du shunt éloigné de la plaquette 12 à circuits imprimés. Les dimensions et diamètre de cette rondelle sont plus petits que ceux du shunt 47. En fonctionnement, du courant venant du module IGBT 8, comme illustré par les flèches à la figure 2, passe dans la barre 18 de cuivre et, en passant par l'anneau 32 de cuivre, ainsi que par la rondelle 34 de cuivre, va concentriquement (radialement) vers l'extérieur aux trous 38 métallisés. Comme le montre la figure 3, les trous 38 métallisés sont disposés, de préférence, sur une surface annulaire et forment ainsi sur la face inférieure de la plaquette 12 à circuits imprimés une surface de cuivre annulaire correspondante. Le courant i électrique, passant d'une manière quasiment axiale par les trous 38 métallisés, passe, en raison des dimensions radiales relativement petites de la deuxième rondelle 48 de cuivre, par le shunt 47 (radialement) concentriquement vers l'intérieur en direction de l'axe 35 central. Les trous 38 métallisés sont disposés sur la face supérieure de la plaquette 12 à circuits imprimés, à nouveau de préférence sur une surface annulaire, et y forment ainsi également une surface de cuivre annulaire d'une manière correspondante. Par cette deuxième rondelle 48 de cuivre et la cosse 22 de câble qui est en contact avec elle, le courant i passe dans l'enroulement 24 du moteur ou l'enroulement 24 de phase.
Comme notamment les trous 38 métallisés, mais aussi les surfaces 42, 44 de contact de liaison plaquette 12 à circuits imprimés, sont légèrement par exemple à raison de 100 sur la plaquette 12 à circuits imprimés M de la plaquette entre celle-ci de cuivre, ainsi que du côté du shunt 47 à la déposés au moins pin, il est prévu du côté inférieur et la première rondelle 34 supérieur de la plaquette entre celle-ci et le shunt 47, respectivement une surface 36 et 46 de cuivre, de préférence à nouveau annulaire, qui sont sans courant et qui assument 15 seulement une fonction d'appui. Les figures 3 à 6 montrent une structure concrète préférée du système 20 de détection du courant suivant des vues différentes, certains composants du système étant retirés en partie. Comme le montre les figures 3 et 20 4, la (première) rondelle 34 de cuivre est brasée du côté inférieur de la plaquette, de préférence au moyen du procédé SMD, sur la surface 36 de cuivre et sur la surface de cuivre concentrique à cela formée par les trous 38 métallisés. La (première) rondelle 34 de cuivre 25 donne l'assurance que le système 20 dispose d'une capacité suffisante à porter le courant. On reconnaît aussi la surface 36 d'appui intérieure concentrique. La face du côté de la cosse de câble de la plaquette 12 à circuits imprimés est représentée d'une manière plus 30 précise dans la figure 6. Dans la surface de métal ou de cuivre concentrique du côté de la face supérieure de la plaquette formée par les trous 38 métallisés, sont disposées les autres surfaces métalliques ou de cuivre concentriques, c'est-à-dire les surfaces 42, 44 de contact de shunt et les surfaces 46 d'appui, en ayant un rayon décroissant.
Sur les surfaces 38 ou 42, 44 et 46 de trous métallisés et de contact en cuivre, est brasé, également suivant la technique de procédé MSD, le shunt 47 conducteur de l'électricité à paroi mince de section sensiblement circulaire que l'on voit à la figure 6. Les dimensions radiales du shunt ou du matériau 47 de shunt sont sensiblement les mêmes que celles de la première rondelle 34 de cuivre, mais peuvent toutefois en différer aussi. La prise de la tension Ush du shunt, qui suivant la loi d'ohm (U = R - I) sert de mesure du courant qui passe, s'effectue par les surfaces 42 et 44 de contact au moyen d'autres composants électroniques (non représentés) de la plaquette 12 à circuits imprimés. La liaison en technique du signal vers une électronique de traitement du signal de l'unité 14 de commande s'effectue au moyen de couches intérieures conductrices de l'électricité de la plaquette 12 à circuits imprimés ou au moyen de pistes conductrices. Par la paire de pistes conductrices médianes, il s'effectue pendant le fonctionnement une mesure de la tension au shunt par l'électronique d'exploitation montée sur la plaquette à circuits imprimés. La cosse 22 de câble est fixée au moyen d'un boulon 50 forcé de dimensions M6, M8 ou M10, d'un écrou 52 correspondant, d'une rondelle élastique ou d'un ressort 54 à disque et d'une rondelle 56 d'ajustage sur la plaquette 12 à circuits imprimés et sur la barre 18 de cuivre. Pour empêcher un flux de courant direct allant à la cosse 22 de câble par le boulon 50, un corps 58 isolant en un matériau non-conducteur de l'électricité est mis autour du boulon 50. Le corps 58 isolant est un corps creux sensiblement en forme de T, la branche horizontale du T étant sous la forme d'un prolongement du cylindre creux. Le corps 58 isolant sépare le boulon 50 galvaniquement de la première barre 18 de cuivre, de l'anneau 32 de cuivre, de la rondelle 34 de cuivre et de la plaquette 12 à circuits imprimés, du shunt 47 de la deuxième rondelle 48 de cuivre et de la cosse 22 de câble. Dans un dimensionnement approprié, la (première) rondelle 34 de cuivre a un diamètre extérieur compris entre 30= et 50= et une épaisseur comprise entre 0,4= et 0, 6 =. On préfère particulièrement que le diamètre extérieur soit égal à 40= et/ou que l'épaisseur soit égale à 0,5 =. L'anneau 32 de cuivre sert essentiellement d'intercalaire entre la barre 18 de cuivre et la plaquette 12 à circuits imprimés, de manière qu'il ne se produise pas pendant le fonctionnement d'échauffement sans nécessité de la plaquette 12 circuits imprimés et des composants électroniques de l'unité 14 de commande.
Le shunt 20 a aussi de manière appropriée un diamètre extérieur d'environ 40= et une épaisseur ou hauteur d'environ 0,5 mm. La barre 18 de cuivre a une longueur d'environ 20= et une largeur de 4 =. Le boulon 50 est de préférence un boulon M8. La partie du côté du courant alternatif de l'onduleur 2 et en conséquence également le système 20 de détection du courant sont conçus de manière appropriée pour au moins 250 Aeff et de préférence jusqu'à 300 Aeff - L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment. Bien plutôt, l'homme du métier peut en déduire aussi d'autres variantes de l'invention, sans sortir de la portée de l'invention. En particulier, toutes les caractéristiques individuelles décrites en relation avec l'exemple de réalisation peuvent aussi être combinées entre elles d'une autre façon, sans sortir de la portée de l'invention. C'est ainsi que le système de détection du courant suivant l'invention convient non seulement pour la détection de courant de sortie d'onduleurs, mais notamment aussi pour la détection de courants du côté du réseau (convertisseur), ainsi que de courants de circuit intermédiaire et analogues.