FR3030997A1 - Controleur d'alimentation pour reseau de distribution d'energie electrique et procede de fabrication d'un tel controleur - Google Patents

Controleur d'alimentation pour reseau de distribution d'energie electrique et procede de fabrication d'un tel controleur Download PDF

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Abstract

Ce contrôleur d'alimentation pour réseau de distribution d'énergie électrique comprend une carte électronique de puissance sur laquelle viennent se monter des modules de puissance et sur laquelle sont montés un ensemble d'au moins un module de commande des modules de puissance. La carte électronique comporte des bus de commande disposés entre les modules de commande et des emplacements de montage de modules de puissance sur lesquels viennent sélectivement se monter les modules de puissance en fonction de l'utilisation du contrôleur, pour former une carte électronique de puissance spécifique à une utilisation du contrôleur d'alimentation.

Description

Contrôleur d'alimentation pour réseau de distribution d'énergie électrique et procédé de fabrication d'un tel contrôleur La présente invention concerne les systèmes d'alimentation pour réseau de distribution d'énergie électrique, en particulier pour réseau de distribution d'énergie électrique d'aéronef. Comme on le sait, un réseau de distribution d'énergie électrique au sein d'un aéronef a une structure pyramidale. La puissance électrique est tout d'abord produite en utilisant une partie de la puissance fournie par les moteurs de l'aéronef pour entraîner des générateurs d'énergie électrique. L'énergie électrique peut également provenir de sources secondaires, telles que des batteries ou des unités externes d'alimentation d'une installation aéroportuaire.
L'énergie électrique est fournie à un système de distribution comprenant notamment un circuit de distribution primaire d'énergie électrique et un circuit de distribution secondaire d'énergie électrique. Ces circuits de distribution primaire ou secondaire, appelés également boîtiers de distribution primaire ou secondaire, assurent la distribution de la puissance électrique provenant des diverses sources internes ou externes de l'aéronef et assurent également la protection des câbles et/ou dispositifs placés en aval. Il peut s'agir de charges utiles ou d'autres boîtiers de distribution de l'aéronef. De manière générale, les boîtiers de distribution assurent le contrôle de l'alimentation du réseau de distribution de l'aéronef. Ils comprennent des cartes électroniques qui elles-mêmes comportent plusieurs modules, à savoir des modules de puissance et des modules de commande. Les modules de puissance coopèrent avec les modules de commande pour délivrer la puissance nécessaire pour la commande de différents éléments électriques et électroniques de l'aéronef.
Les modules de puissance sont généralement constitués de cartes d'électronique de puissance et peuvent être configurés pour délivrer un courant alternatif ou continu. Les modules de commande électronique permettent généralement de commander un ou plusieurs modules de puissance et assurent la protection des charges auxquelles les modules de puissance sont raccordés en commandant l'ouverture ou la fermeture du circuit d' alimentation de la charge suivant un calibre de protection prédéterminé.
On a représenté sur la figure 1 un contrôleur d'alimentation à semiconducteur pour aéronef selon l'état de la technique. Un tel contrôleur, généralement désigné par le terme de contrôleur SSPC (« Solid State Power Controller », en anglais) comporte une carte électronique 1 sur laquelle sont montés un ensemble de modules de commande 2-1, 2-2, 2-3 et 2-4. Comme on le voit, le premier et le troisième modules de commande 2-1 et 2-3 sont ici raccordés à trois modules de puissance, tels que 3, et assurent la commande de ces modules de puissance 3 pour l'alimentation d'une charge, respectivement Cl et C3.
Deux de ces modules de puissance sont susceptibles d'être commandés par les modules de puissance 2-1 et 2-3 pour fournir quatre calibres de protection Cali, Ca12, Ca13 et Ca14, l'autre module de puissance étant commandable pour fournir un unique calibre de protection Cali.
En se référant également à la figure 2, les modules de puissance comportent chacun un commutateur de puissance S qui commande sélectivement l'alimentation d'une ligne. Des fusibles Fi et F2, ici au nombre de deux, associés chacun à une diode foudre D et D', assurent chacun la protection de la ligne à un calibre de protection déterminé. Ces fusibles assurent ainsi la protection de l'ensemble de la ligne électrique de la carte électronique 1, mais également de la ligne électrique extérieure à la carte. Les deuxième et quatrième modules de commande 2-2 et 2-4 sont raccordés à un unique module de puissance 3 piloté pour fournir un seul calibre de protection Cali pour l'alimentation de charges respectives C2 et C4. Par ailleurs, les premier et troisième modules de commande 2-1 et 2-3 et les modules de puissance 3 correspondants sont destinés à l'alimentation de charges triphasées selon les calibres de protection Cali, Ca12, Ca13 ou Ca14. Au contraire, les deuxième et quatrième modules de commande 2-2 et 2-4 et les modules de puissance 3 correspondants assurent l'alimentation d'une charge monophasée.
En général, les modules de commande et les modules de puissance ne sont pas configurables. Ils sont certes programmables pour changer de calibre de protection, dans une certaine mesure, mais, dans ce cas, il est nécessaire de prévoir plusieurs broches de sortie par configuration programmée.
Dans le cadre de l'utilisation d'un contrôleur d'alimentation pour aéronef, la configuration de charges de l'aéronef est très variée ce qui ne permet pas de définir une configuration de modules de commande et de puissance identique pour toutes les cartes. En tout état de cause, comme le montre la figure 1, la carte prévoit un connecteur de sortie C pour chaque calibre de protection, ce qui impose un nombre relativement important de connecteurs de sortie pour l'ensemble de contrôleur d'alimentation. Au vu de ce qui précède, il est nécessaire de prévoir sur chaque contrôleur SSPC, l'ensemble des modules de commande et des modules de puissance nécessaires pour l'alimentation de toutes les charges selon tous les calibres de protection pour couvrir toutes les utilisations possibles au sein des boîtiers de distribution. Il est en outre nécessaire de prévoir divers types de cartes pour répondre à l'ensemble des besoins.
Un contrôleur d'alimentation SSPC est dès lors équipé de tous les modules de puissance, déjà calibrés, alors que, en définitive, seuls quelques uns seront utilisés. Comme on le conçoit, ce type de solution est désavantageuse en termes de coût, mais également de poids dans la mesure où elle nécessite de monter dans les boîtiers de distribution des cartes électroniques comprenant des modules et des connecteurs qui ne seront pas utilisés. Le but de l'invention est donc de pallier cet inconvénient.
L'invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un contrôleur d' alimentation pour réseau de distribution d' énergie électrique, comprenant une carte électronique de puissance sur laquelle viennent se monter des modules de puissance et sur laquelle sont montés un ensemble d'au moins un module de commande des modules de puissance. La carte électronique comporte des bus de commande disposés entre les modules de commande et des emplacements de montage de modules de puissance sur lesquels viennent sélectivement se monter des modules de puissance en fonction de l'utilisation du contrôleur, pour former une carte électronique de puissance spécifique à une utilisation du contrôleur. Le contrôleur d'alimentation peut dès lors être configuré selon son utilisation finale et non pas selon l'ensemble des utilisations potentielles au sein d'un boîtier de distribution.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la carte électronique comporte des premiers emplacements de connexion de modules de puissance dédiés à l'alimentation triphasée d'une charge et reliés par des bus triphasés à un module de commande, et des deuxièmes emplacements de connexion de modules de puissance dédiés à l'alimentation monophasée d'une charge et reliés par des bus monophasés à un module de commande. Avantageusement, les emplacements de connexion sont chacun dédiés à un calibrage de disjonction. Selon encore une autre caractéristique, la carte électronique comporte des moyens de reconnaissance des modules de puissance lors de leur montage sur les emplacements de connexion, la commande de la connexion d'une charge au module de puissance étant réalisée en fonction de la nature des modules de puissance.
Par exemple, ces moyens de reconnaissance comportent des moyens de décodage d'un code par broche de raccordement des modules de puissance. Dans une application particulièrement intéressante de l'invention, le contrôleur d'alimentation selon l'invention constitue un contrôleur de réseau de distribution électrique pour aéronef. L'invention a également pour objet, selon un autre aspect, un procédé de fabrication d'un contrôleur d'alimentation pour réseau de distribution d' énergie électrique, dans lequel on raccorde sélectivement un ou plusieurs modules de puissance sur des emplacements de montage d'une carte électronique sur laquelle sont montés un ensemble d'au moins un module de commande des modules de puissance et comprenant des bus de commande disposés entre les modules de commande et les emplacements de montage de modules de puissance pour former une carte électronique de puissance spécifique à une utilisation du contrôleur d'alimentation. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, dont il a déjà été fait mention, illustre l'agencement d'un contrôleur d' alimentation selon l'état de la technique ; - la figure 2 montre schématiquement la mise en oeuvre de la fonction de protection du contrôleur d'alimentation de la figure 1; - les figures 3 et 4 illustrent l'agencement d'un contrôleur d'alimentation selon l'invention, respectivement avant montage des modules de puissance, et après montage de ceux-ci ; - la figure 5 montre un autre exemple de montage de modules de puissance sur le contrôleur d'alimentation de la figure 1 ; - la figure 6 est un schéma synoptique d'une voie SSPC du contrôleur de la figure 4 ; et - la figure 7 montre schématiquement la mise en oeuvre de la fonction de protection du contrôleur d'alimentation de la figure 3.
On se référera tout d'abord à la figure 3 qui illustre l'architecture générale d'un exemple de réalisation d'un contrôleur d'alimentation selon l'invention. Dans l'exemple de réalisation représenté, le contrôleur d'alimentation, désigné par la référence numérique générale 4, est destiné à constituer un contrôleur d'alimentation SSPC pour réseau de distribution d'énergie électrique d'aéronef. Ce contrôleur 4 est destiné à être intégré à un boîtier de distribution du système de distribution électrique de l'aéronef.
Le contrôleur 4 comporte une carte électronique 5 sur laquelle sont montés des modules de commande 6-1, 6-2, 6-3 et 6-4, ici au nombre de quatre. Le nombre de modules de commande utilisés est purement illustratif, le contrôleur 4 pouvant comporter un nombre quelconque de tels modules de commande, notamment un unique module de commande capable d'assurer la commande de l'ensemble des modules de puissance du contrôleur. La carte 5 comporte par ailleurs des bus de commande, tels que 7, et des emplacements 8 de montage de modules de puissance qui communiquent aux modules de commande 6-1, ...6-4 par l'intermédiaire des bus de commande 7. Le contrôleur d'alimentation illustré sur la figure 3 est constitué par une carte configurable, chaque module de commande pouvant assurer la commande d'un ou de plusieurs modules de puissance montés ou non sur les emplacements de montage 8 suivant les besoins dans l'armoire de distribution. En d'autres termes, les modules de puissance sont montés sur les emplacements de montage 8 uniquement s'ils sont effectivement utilisés au sein du boîtier de distribution. Par ailleurs, contrairement à l'état de la technique, les modules de commande 6-1 et 6-3 qui communiquent par l'intermédiaire des bus de commande 7 à trois emplacements de connexion peuvent être utilisés pour assurer la commande d'une charge triphasée ou pour assurer la commande de trois charges monophasées, suivant les besoins.
La même carte peut ainsi être utilisée soit en monophasé, soit en triphasé. Par exemple, en référence à la figure 4, le premier module de commande 6-1 assure la commande d'un seul module de puissance 9 au calibre de protection Ca13, le deuxième module de commande 6-2 assure la commande d'un module de puissance 9 au calibre Cali, le troisième module de commande 6-3 assure la commande d'un seul module de puissance 9 au calibre 1 et le quatrième module de commande 6-4 assure la commande d'un module de puissance 9 au calibre Cali de protection. Ainsi, la carte est équipée par des modules de puissance au calibre voulu seulement pour les charges finalement utilisées. Si une charge est ajoutée, il suffit simplement de rajouter un module de puissance au calibre souhaité. Ainsi, la carte SSPC est dépourvue de module de puissance non utilisé. Dans un autre mode de mise en oeuvre visible sur la figure 5, le premier module de commande est utilisé pour assurer la commande de trois modules de puissance 9 au calibre de protection 3 ; aucun module de puissance n'est raccordé au deuxième module de commande 6-2 ; deux modules de puissance 9 au calibre de protection Cali sont raccordés au troisième module de commande 6-3 ; et le quatrième module de commande 6-4 assure la commande d'un module de puissance 9 au calibre de protection Cali. On notera par ailleurs que les emplacements de connexion 8 et le module de commande 6-1 à 6-4 communiquent entre eux, en particulier pour assurer une détection du type de modules de puissance raccordés aux emplacements de connexion 8. Ainsi, les modules de commande sont capables d'assurer un calibrage de la protection, c'est-à-dire d'adapter le niveau de courant ou de tension de disjonction en fonction du type de modules de puissance montés sur les emplacements de connexion. Le module de commande comporte à cet égard des moyens de reconnaissance du type de module de puissance qui vient se monter sur les emplacements de connexion, comprenant des moyens de détection du type de broches de raccordement du module de puissance. Ces moyens de reconnaissance constituent des moyens de décodage d'un code constitué par exemple par le nombre et la disposition des broches de raccordement des modules de puissance.
On se référera enfin aux figures 6 et 7 qui montrent un mode de réalisation particulier d'une voie SSPC du contrôleur d'alimentation de la figure 4. Sur la figure 6, on a fictivement repris la deuxième voie SSPC du contrôleur de la figure 4, comprenant le module de commande référencé 6-2 et le module de puissance 9 correspondant.
Comme on le voit, le module de puissance 9 est associé, en sortie, à une unique diode foudre Df. Le module de puissance 9 intègre un fusible de puissance F3 associé au calibre de protection Cali, Ca12, Ca13 ou Ca14 du module de puissance.
En d'autres termes, ce fusible de puissance F3 permet de définir la caractéristique de protection du module de puissance. Ce mode de réalisation est avantageux, par rapport à l'état de la technique décrit précédemment en référence à la figure 2, dans la mesure où une unique diode foudre est nécessaire, au lieu d'une diode foudre pour chaque calibre de protection. Par ailleurs, le module de puissance comporte un unique fusible dimensionné au calibre de protection effectivement utilisé et non plusieurs fusibles. On notera néanmoins que la diode foudre peut être intégrée à la carte 5, voire être intégrée au module de puissance. On notera enfin que le raccordement des modules de puissance à la carte 5 peut être réalisé par tous moyens appropriés. Il peut par exemple s'agir de monter les modules par vissage, ce qui présente l'avantage de permettre un montage souple et aisé, en atelier de maintenance, et de stocker des modules génériques pour réaliser la configuration souhaitée juste avant le montage de la carte sur l'aéronef. Le montage des modules de puissance peut également se faire part soudure, notamment par soudure CMS (pour « soudure de composants de surface »), par clipsage, le montage par soudure étant avantageux dans la mesure où il permet une optimisation en masse, une bonne fiabilité et un encombrement réduit de la carte.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Contrôleur d'alimentation pour réseau de distribution d'énergie électrique, comprenant une carte électronique de puissance (5) sur laquelle viennent se monter des modules de puissance (9) et sur laquelle sont montés un ensemble d'au moins un module de commande (6-1, 6-2, 6-3, 6-4) des modules de commande, caractérisé en ce que la carte électronique comporte des bus de puissance disposés entre les modules de commande et des emplacements de montage de modules de puissance sur lesquels viennent sélectivement se monter les modules de puissance en fonction de l'utilisation du contrôleur, pour former une carte électronique de puissance spécifique à une utilisation du contrôleur d'alimentation.
  2. 2. Contrôleur selon la revendication 1, dans lequel la carte électronique de puissance comporte des premiers emplacements de connexion de modules de puissance reliés par trois bus d'alimentation à un module de commande pour l'alimentation d'une charge triphasée ou de trois charges monophasées et des deuxièmes emplacements de connexion de modules de puissance dédiés à l'alimentation monophasée d'une charge et reliés par un unique bus à un module de commande.
  3. 3. Contrôleur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les emplacements de connexion sont chacun dédiés à un calibrage de disjonction différent.
  4. 4. Contrôleur d'alimentation selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la carte électronique comporte des moyens de reconnaissance des modules de puissance lors de leur montage sur les emplacements de connexion, la commande de la connexion d'une charge aux modules de puissance étant réalisée en fonction de la nature des modules de puissance.
  5. 5. Contrôleur selon la revendication 4, dans lequel les moyens de reconnaissance comportent des moyens de décodage d'un code par broches de raccordement des modules de puissance.
  6. 6. Contrôleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il constitue un contrôleur de réseau de distribution électrique pour aéronef.
  7. 7. Procédé de fabrication d'un contrôleur d'alimentation pour réseau de distribution d'énergie électrique, caractérisé en ce que l'on raccorde sélectivement un ou plusieurs modules de puissance sur des emplacements de montage d'une carte électronique sur laquelle sont montés un ensemble d'au moins un module de commande des modules de puissance et comprenant des bus de commande disposés entre les modules de commande et les emplacements de montage de modules de puissance pour former une carte électronique de puissance spécifique à une utilisation du contrôleur d'alimentation.
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