FR3047130B1 - POWER MODULE INPUT DAMPER FILTER - Google Patents
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Abstract
La description se rapporte notamment à un dispositif électronique comprenant : - un circuit électronique adapté pour être connecté à un blindage électromagnétique via une reprise de masse ainsi que pour être connecté entre une source de tension électrique et un circuit de commande de moteur électrique, le circuit électronique comprenant : - une première liaison électrique (1) destinée à relier une première borne de sortie de la source de tension électrique à une première borne d'alimentation électrique du circuit de commande de moteur électrique, - une deuxième liaison électrique (2) destinée à relier une deuxième borne de sortie de la source de tension électrique à une deuxième borne d'alimentation électrique du circuit de commande de moteur électrique, - un circuit RC comprenant une résistance (8) et au moins un condensateur (9, 10), connectés en série, une borne du circuit RC étant connectée à la première liaison électrique (1), l'autre borne du circuit RC étant connectée à la deuxième liaison électrique (2).The description relates in particular to an electronic device comprising: an electronic circuit adapted to be connected to an electromagnetic shield via a ground resumption as well as to be connected between a source of electrical voltage and an electric motor control circuit, the circuit electronic device comprising: - a first electrical connection (1) for connecting a first output terminal of the voltage source to a first power supply terminal of the electric motor control circuit, - a second electrical connection (2) for connecting a second output terminal of the voltage source to a second power supply terminal of the electric motor control circuit; - an RC circuit comprising a resistor (8) and at least one capacitor (9, 10), connected in series, one terminal of the RC circuit being connected to the first electrical connection (1), the other terminal e of the RC circuit being connected to the second electrical connection (2).
Description
Filtre amortisseur d’entrée de module de puissancePower Module Input Buffer Filter
La description se rapporte au domaine des modules de puissance pour moteurs électriques.The description relates to the field of power modules for electric motors.
De tels modules de puissance sont soumis à des contraintes strictes en matière d’émission de rayonnements électromagnétiques. Des normes CEM (compatibilité électromagnétique) imposent ainsi de ne pas dépasser un niveau d’émission donné pour chaque fréquence d’un large spectre électromagnétique. Ces normes définissent des gabarits, sous la forme de courbes indiquant le niveau d’émission maximal toléré pour chaque fréquence.Such power modules are subject to strict constraints on the emission of electromagnetic radiation. EMC (Electro Magnetic Compatibility) standards therefore do not exceed a given emission level for each frequency of a broad electromagnetic spectrum. These standards define templates, in the form of curves indicating the maximum emission level tolerated for each frequency.
Un module de puissance comprend parfois un blindage électromagnétique, réduisant les émissions électromagnétiques indésirables du module de puissance. Cependant, l’intégration de ce blindage électromagnétique au module de puissance est délicate. Elle conduit souvent à des problématiques mécatroniques complexes, difficiles à modéliser. La reprise de masse, c’est-à-dire la connexion de la masse du module de puissance au blindage électromagnétique, donne souvent lieu à l’apparition d’une fréquence de résonance indésirable, suffisamment importante pour dépasser le gabarit défini par une norme applicable. L’invention vise à améliorer la situation.A power module sometimes includes an electromagnetic shield, reducing unwanted electromagnetic emissions from the power module. However, the integration of this electromagnetic shield with the power module is delicate. It often leads to complex mechatronic issues that are difficult to model. Mass recovery, ie the connection of the mass of the power module to the electromagnetic shielding, often gives rise to the occurrence of an undesirable resonant frequency, large enough to exceed the template defined by a standard applicable. The invention aims to improve the situation.
Un aspect de l’invention se rapporte à un dispositif électronique comprenant : - un circuit électronique adapté pour être connecté à un blindage électromagnétique via une reprise de masse ainsi que pour être connecté entre une source de tension électrique et un circuit de commande de moteur électrique, le circuit électronique comprenant : - une première liaison électrique destinée à relier une première borne de sortie de la source de tension électrique à une première borne d’alimentation électrique du circuit de commande de moteur électrique, - une deuxième liaison électrique destinée à relier une deuxième borne de sortie de la source de tension électrique à une deuxième borne d’alimentation électrique du circuit de commande de moteur électrique, - un circuit RC comprenant une résistance et au moins un condensateur, connectés en série, une borne du circuit RC étant connectée à la première liaison électrique, l’autre borne du circuit RC étant connectée à la deuxième liaison électrique.One aspect of the invention relates to an electronic device comprising: - an electronic circuit adapted to be connected to an electromagnetic shield via a ground resumption as well as to be connected between a voltage source and an electric motor control circuit the electronic circuit comprising: - a first electrical connection for connecting a first output terminal of the electrical voltage source to a first power supply terminal of the electric motor control circuit, - a second electrical connection for connecting a second output terminal of the voltage source at a second power supply terminal of the electric motor control circuit; - an RC circuit comprising a resistor and at least one capacitor connected in series, a terminal of the RC circuit being connected at the first electrical connection, the other terminal of the RC circuit being connected to the second electrical connection.
Un tel dispositif électronique est avantageux en ce qu’il permet d’atténuer notamment une résonance parasite résultant de la reprise de masse, et ce de façon suffisante pour respecter les gabarits imposés par les normes applicables.Such an electronic device is advantageous in that it makes it possible to attenuate in particular a parasitic resonance resulting from the mass recovery, and this in a manner sufficient to respect the templates imposed by the applicable standards.
Un aspect de l’invention se rapporte à un dispositif électronique comprenant ledit circuit de commande de moteur électrique, ledit circuit de commande de moteur électrique comprenant un filtre différentiel, ledit filtre différentiel étant connecté à la première et à la deuxième liaison électrique.One aspect of the invention relates to an electronic device comprising said electric motor control circuit, said electric motor control circuit comprising a differential filter, said differential filter being connected to the first and second electrical links.
Un aspect de l’invention se rapporte à un dispositif électronique comprenant ledit blindage électromagnétique.One aspect of the invention relates to an electronic device comprising said electromagnetic shield.
Un aspect de l’invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel ledit blindage électromagnétique est un dissipateur thermique ou une pièce métallique additionnelle (par exemple disposée entre le rotor externe et le stator interne).One aspect of the invention relates to an electronic device wherein said electromagnetic shield is a heat sink or an additional metal piece (for example disposed between the outer rotor and the inner stator).
Un aspect de l’invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel le circuit RC comprend une résistance unique.One aspect of the invention relates to an electronic device in which the RC circuit comprises a single resistor.
Un aspect de l’invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel le circuit RC comprend un condensateur unique.One aspect of the invention relates to an electronic device in which the RC circuit comprises a single capacitor.
Un aspect de l’invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel le circuit RC comprend deux condensateurs.One aspect of the invention relates to an electronic device in which the RC circuit comprises two capacitors.
Un aspect de l’invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel les deux condensateurs sont placés de part et d’autre de la résistance.One aspect of the invention relates to an electronic device in which the two capacitors are placed on either side of the resistor.
Un aspect de l’invention se rapporte à un dispositif électronique dans lequel les deux condensateurs sont tous deux placés d’un même côté de la résistance.One aspect of the invention relates to an electronic device in which both capacitors are placed on the same side of the resistor.
Un aspect de l’invention se rapporte à un dispositif électronique comprenant un connecteur d’entrée pour connecter le circuit électronique à la source de tension électrique, dans lequel le circuit RC est implanté sous ledit connecteur d’entrée. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un module de puissance selon l’état de l’art ; - la figure 2 représente un module de puissance selon un mode de réalisation de l’invention ; - les figures 3A, 3B, 3C et 3D représentent quatre versions différentes d’un filtre RC selon des modes de réalisation de l’invention ; - la figure 4A représente l’intégration d’un filtre RC selon un mode de réalisation de l’invention sur un circuit imprimé ; - la figure 4B est une vue agrandie du filtre RC de la figure 4A ; - la figure 5A contient deux courbes, l’une illustrant les émissions parasites mesurées sur un module de puissance selon l’état de l’art dans la bande FM, l’autre illustrant les émissions parasites mesurées sur un module de puissance selon un mode de réalisation de l’invention dans la même bande FM ; - la figure 5B contient deux courbes, l’une illustrant les émissions parasites mesurées sur un module de puissance comprenant un filtre, mais pas de résistance d’amortissement, l’autre illustrant les émissions parasites mesurées sur un module de puissance selon un mode de réalisation de l’invention ; - les figures 6A, 6B et 6C présentent chacune une courbe illustrant une simulation de l’atténuation d’un filtre RC selon l’invention, en fonction de la fréquence. Les courbes se distinguent par la valeur de la résistance du filtre RC.One aspect of the invention relates to an electronic device comprising an input connector for connecting the electronic circuit to the voltage source, wherein the RC circuit is implanted under said input connector. Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the description which follows. This is purely illustrative and should be read in conjunction with the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows a power module according to the state of the art; FIG. 2 represents a power module according to one embodiment of the invention; FIGS. 3A, 3B, 3C and 3D represent four different versions of an RC filter according to embodiments of the invention; FIG. 4A represents the integration of an RC filter according to one embodiment of the invention on a printed circuit; FIG. 4B is an enlarged view of the RC filter of FIG. 4A; FIG. 5A contains two curves, one illustrating the spurious emissions measured on a power module according to the state of the art in the FM band, the other illustrating the spurious emissions measured on a power module according to a mode. embodiment of the invention in the same FM band; FIG. 5B contains two curves, one illustrating the parasitic emissions measured on a power module comprising a filter, but no damping resistor, the other illustrating the parasitic emissions measured on a power module according to a mode of embodiment of the invention; FIGS. 6A, 6B and 6C each show a curve illustrating a simulation of the attenuation of an RC filter according to the invention, as a function of frequency. The curves are distinguished by the value of the resistance of the RC filter.
La figure 1 représente un module de puissance selon l’état de l’art. Celui-ci est raccordable à une batterie via deux bornes +Vbat (référence 1) et -Vbat (référence 2). Le module de puissance comprend un circuit de pilotage ("driver") 3, pour piloter le moteur électrique. Le module comprend un filtre en PI, comprenant deux condensateurs C1 et C2 (références 4 et 5 respectivement) ainsi qu’une bobine L1 (référence 6). Le filtre en PI s’avère insuffisant pour filtrer tous les parasites générés par le module de puissance. Les deux condensateurs C1 et C2 sont en l’espèce des condensateurs polarisés.Figure 1 shows a power module according to the state of the art. It is connectable to a battery via two terminals + Vbat (reference 1) and -Vbat (reference 2). The power module comprises a driver circuit 3 for driving the electric motor. The module comprises a filter PI, comprising two capacitors C1 and C2 (references 4 and 5 respectively) and a coil L1 (reference 6). The PI filter is insufficient to filter out any noise generated by the power module. The two capacitors C1 and C2 are in this case polarized capacitors.
La figure 2 représente un module de puissance selon un mode de réalisation de l’invention. Le circuit de pilotage n’est pas représenté. Dans ce module de puissance, le filtre en PI de l’état de l’art est amélioré par l’ajout d’une bobine L2 (référence 7). Cette bobine supplémentaire est avantageuse notamment en ce qu’elle permet de réduire le courant de mode commun, en particulier pour des fréquences qui sont supérieures à 76MHz. Cette amélioration est optionnelle et un filtre en PI conventionnel pourrait également être utilisé.FIG. 2 represents a power module according to one embodiment of the invention. The control circuit is not represented. In this power module, the IP filter of the state of the art is improved by adding an L2 coil (reference 7). This additional coil is particularly advantageous in that it makes it possible to reduce the common-mode current, in particular for frequencies that are greater than 76 MHz. This improvement is optional and a conventional PI filter could also be used.
Par ailleurs, un circuit RC (appelé "snubber") est placé en amont du filtre en PI (entre ce filtre en PI et la source de tension). Ce circuit RC comprend une résistance R1 (référence 8) et deux condensateurs C3 et C4 (références 9 et 10 respectivement). Ces deux condensateurs C3 et C4 (en l’espèce non polarisés) peuvent être vus comme un condensateur unique C34. Ce circuit RC permet d’atténuer une résonnance issue d’une reprise de masse du module de puissance avec un blindage électromagnétique.Furthermore, an RC circuit (called "snubber") is placed upstream of the PI filter (between this PI filter and the voltage source). This RC circuit comprises a resistor R1 (reference 8) and two capacitors C3 and C4 (references 9 and 10 respectively). These two capacitors C3 and C4 (in this case unpolarized) can be seen as a single capacitor C34. This RC circuit makes it possible to attenuate a resonance resulting from a mass recovery of the power module with an electromagnetic shielding.
Les figures 3A, 3B, 3C et 3D représentent quatre versions différentes d’un filtre RC (de type "snubber", dit également filtre amortisseur) selon des modes de réalisation de l’invention. Ces versions peuvent remplacer le filtre RC composé de la résistance R1 et des condensateurs C3 et C4 de la figure 2.FIGS. 3A, 3B, 3C and 3D represent four different versions of an RC filter (of the "snubber" type, also called damping filter) according to embodiments of the invention. These versions can replace the RC filter composed of the resistor R1 and capacitors C3 and C4 of Figure 2.
La figure 3A montre ainsi un filtre RC comprenant une résistance R4 (référence 11) placée en série entre deux condensateurs C7 et C9 de 220 nF chacun (références 12 et 13). Les bornes des condensateurs C7 et C9 non connectées à la résistance R4 sont connectées respectivement à une première liaison électrique connectable à la borne +Vbat d’une batterie et à une deuxième liaison électrique connectable à la borne -Vbat d’une batterie.FIG. 3A thus shows a filter RC comprising a resistor R4 (reference 11) placed in series between two capacitors C7 and C9 of 220 nF each (references 12 and 13). The terminals of the capacitors C7 and C9 not connected to the resistor R4 are respectively connected to a first electrical connection connectable to the terminal + Vbat of a battery and to a second electrical connection connectable to the terminal -Vbat of a battery.
La figure 3B montre un filtre RC comprenant une résistance R2 (référence 14) placée en série avec deux condensateurs C5 et C8 de 220 nF chacun (références 15 et 16). Une borne de la résistance R2 est connectée à une première liaison électrique connectable à la borne +Vbat d’une batterie, alors que la seconde borne de la résistance R2 est connectée à une borne du condensateur C5. L’autre borne du condensateur C5 est connectée à une borne du condensateur C8. L’autre borne du condensateur C8 est connectée à une deuxième liaison électrique connectable à la borne -Vbat de la batterie.FIG. 3B shows a filter RC comprising a resistor R2 (reference 14) placed in series with two capacitors C5 and C8 of 220 nF each (references 15 and 16). A terminal of the resistor R2 is connected to a first electrical connection connectable to the terminal + Vbat of a battery, while the second terminal of the resistor R2 is connected to a terminal of the capacitor C5. The other terminal of the capacitor C5 is connected to a terminal of the capacitor C8. The other terminal of the capacitor C8 is connected to a second electrical connection connectable to the terminal -Vbat of the battery.
La figure 3C montre un filtre RC comprenant une résistance R3 (référence 17) placée en série avec un condensateur C6 de 100 nF (référence 18). La borne de la résistance R3 non connectée au condensateur C6 est connectée à une première liaison électrique connectable à la borne +Vbat d’une batterie. La borne du condensateur C6 non connectée à la résistance R3 est connectée à une deuxième liaison électrique connectable à la borne -Vbat de la batterie.FIG. 3C shows a filter RC comprising a resistor R3 (reference 17) placed in series with a capacitor C6 of 100 nF (reference 18). The terminal of the resistor R3 not connected to the capacitor C6 is connected to a first electrical connection connectable to the terminal + Vbat of a battery. The terminal of the capacitor C6 not connected to the resistor R3 is connected to a second electrical connection connectable to the terminal -Vbat of the battery.
La figure 3D montre un filtre RC comprenant une résistance R5 (référence 19) placée en série avec un condensateur C10 de 100 nF (référence 20). La borne du condensateur C10 non connectée à la résistance R5 est connectée à une première liaison électrique connectable à la borne +Vbat d’une batterie. La borne de la résistance R5 non connectée au condensateur C10 est connectée à une deuxième liaison électrique connectable à la borne -Vbat de la batterie.FIG. 3D shows a filter RC comprising a resistor R5 (reference 19) placed in series with a capacitor C10 of 100 nF (reference 20). The terminal of the capacitor C10 not connected to the resistor R5 is connected to a first electrical connection connectable to the terminal + Vbat of a battery. The terminal of the resistor R5 not connected to the capacitor C10 is connected to a second electrical connection connectable to the terminal -Vbat of the battery.
Les quatre configurations des figures 3A à 3D ont sensiblement les mêmes performances, mais en termes de placement certaines configurations peuvent être plus intéressantes que d’autres selon le circuit électronique considéré.The four configurations of Figures 3A to 3D have substantially the same performance, but in terms of placement some configurations may be more interesting than others depending on the electronic circuit considered.
La figure 4A représente l’intégration d’un filtre RC selon un mode de réalisation de l’invention sur un circuit imprimé. Le circuit imprimé du dispositif électronique selon un mode de réalisation de l’invention comprend un connecteur 21, agencé pour établir une connexion électrique avec une source de tension telle qu’une batterie de véhicule automobile. Les connexions +Vbat et -Vbat sont représentées par les références 1 et 2. Le filtre RC est intégré sous le connecteur. Le filtre RC est composé d’une résistance d’amortissement R52 (référence 22), suivie, en série, de deux condensateurs C46 et C45 (références 23 et 24). La figure 4B présente une vue agrandie du filtre RC de la figure 4A.FIG. 4A represents the integration of an RC filter according to an embodiment of the invention on a printed circuit. The printed circuit of the electronic device according to one embodiment of the invention comprises a connector 21, arranged to establish an electrical connection with a voltage source such as a motor vehicle battery. The + Vbat and -Vbat connections are represented by the references 1 and 2. The RC filter is integrated under the connector. The RC filter is composed of a damping resistor R52 (reference 22), followed, in series, by two capacitors C46 and C45 (references 23 and 24). Figure 4B shows an enlarged view of the RC filter of Figure 4A.
La figure 5A présente deux courbes. La courbe 25 illustre les émissions parasites mesurées sur un module de puissance selon l’état de l’art (dénué de filtre RC selon l’invention, mais comprenant un filtre en PI traditionnel modifié par ajout d’une bobine correspondant à la bobine 7 sur la figure 2). La courbe 26 illustre les émissions parasites mesurées sur un module de puissance selon un mode de réalisation de l’invention, comprenant un filtre en PI traditionnel modifié par ajout d’une bobine correspondant à la bobine 7 sur la figure 2 ainsi qu’un filtre RC selon l’invention, le filtre RC comprenant une résistance de 100 mO et deux condensateurs de 220 nF chacun. Les mesures sont effectuées dans la bande FM, plus précisément dans une plage un peu plus large, de 76 MHz à 108 MHz. Ces mesures sont effectuées avec une bande passante de résolution (RBW, de l’anglais "resolution bandwidth") de 120 khz. Chaque point de la courbe correspond donc à une mesure d’une largeur de 120 kHz. Les mesures effectuées sont des mesures de type QPEAK (sigle provenant de l’expression anglaise "quasi peak detector"), c’est-à-dire des mesures qui visent à détecter des maxima locaux (le maximum sur la plage de 120kHz considérée) et non, par exemple, des moyennes locales (qui correspondraient chacune à la moyenne des valeurs sur la plage de 120kHz considérée). Les mesures sont effectuées en RSIL-. Ceci signifie que les mesures sont effectuées au niveau d’un réseau de stabilisation d’impédance de ligne (RSIL) connecté sur la borne -Vbat de la batterie.Figure 5A shows two curves. Curve 25 illustrates the parasitic emissions measured on a power module according to the state of the art (devoid of RC filter according to the invention, but comprising a traditional IP filter modified by adding a coil corresponding to the coil 7 in Figure 2). Curve 26 illustrates the spurious emissions measured on a power module according to one embodiment of the invention, comprising a traditional PI filter modified by adding a coil corresponding to the coil 7 in FIG. 2 as well as a filter RC according to the invention, the RC filter comprising a resistance of 100 mO and two capacitors of 220 nF each. The measurements are made in the FM band, more precisely in a slightly larger range, from 76 MHz to 108 MHz. These measurements are performed with a resolution bandwidth (RBW) of 120 khz. Each point of the curve corresponds to a measurement with a width of 120 kHz. The measurements made are QPEAK-type measurements (that is to say, measurements intended to detect local maxima (the maximum over the 120kHz range considered). and no, for example, local averages (which would each correspond to the average of the values over the 120kHz range considered). The measurements are made in RSIL-. This means that measurements are made at a line impedance stabilization network (RSIL) connected to the battery terminal -Vbat.
On constate que la courbe pour le module de puissance selon l’état de l’art est au-dessus de la norme BMW_EC_Q (correspondant au gabarit représenté par une ligne pointillée 27) sur toute la plage de 76 MHz à environ 105 MHz. La courbe ne passe en dessous du gabarit qu’entre environ 105 MHz et 108 MHz. Les niveaux d’émission excèdent donc les seuils fixés par les normes sur la majeure partie du spectre de la bande FM. En revanche, la courbe pour le module de puissance selon l’invention est systématiquement en dessous du gabarit, et respecte donc la norme BMW_EC_Q.It can be seen that the curve for the power module according to the state of the art is above the standard BMW_EC_Q (corresponding to the template represented by a dotted line 27) over the entire range from 76 MHz to approximately 105 MHz. The curve falls below the template only between about 105 MHz and 108 MHz. The emission levels therefore exceed the thresholds set by the standards for most of the spectrum of the FM band. On the other hand, the curve for the power module according to the invention is systematically below the jig, and therefore complies with the BMW_EC_Q standard.
Par exemple, pour un module de puissance selon l’état de l’art (dénué du filtre RC selon l’invention), on mesure +2db/pV à 85MHz par rapport au gabarit (la limite est à 19 db/pV). On constate qu’avec l’ajout du filtre selon l’invention, on obtient 7 dbpV de gain à 85Mhz par rapport au module de puissance de l’état de la technique (et -5 dBpV par rapport au gabarit). Le filtre RC selon l’invention permet également de passer à -2dbpV par rapport au gabarit à 100Mhz. Les valeurs mesurées par l’analyseur au niveau des deux curseurs (notés 1 et 2 sur la capture d’écran) permettent de constater plus précisément -7,01 dbpV entre les deux curseurs, donc environ 7 dbpV de gain à la fréquence considérée (qui est égale en l’espèce à 84,64 MHz). La valeur relevée au niveau du curseur 1 est de 21,16 dbpV à 84,64 Mhz. L’indication -80 kHz correspond au décalage temporel entre les deux curseurs (décalage négligeable par rapport à 85MHz). Les deux curseurs peuvent donc être considérés comme étant tous deux à environ 85 MHz.For example, for a power module according to the state of the art (devoid of the RC filter according to the invention), one measures + 2db / pV at 85MHz compared to the template (the limit is 19 db / pV). It is found that with the addition of the filter according to the invention, one obtains 7 dbpV of gain at 85Mhz compared to the power module of the state of the art (and -5 dBpV compared to the template). The RC filter according to the invention also makes it possible to go to -2dbpV relative to the template at 100Mhz. The values measured by the analyzer at the level of the two cursors (denoted 1 and 2 on the screenshot) make it possible to observe more precisely -7.01 dbpV between the two cursors, thus about 7 dbpV of gain at the frequency considered ( which in this case is equal to 84.64 MHz). The value found at slider 1 is 21.16 dbpV at 84.64 Mhz. The -80 kHz indication corresponds to the time offset between the two sliders (negligible offset from 85MHz). The two sliders can therefore be considered as being both about 85 MHz.
La figure 5B présente deux courbes. La courbe 28 illustre les émissions parasites mesurées sur un module de puissance équipé d’un filtre (formé par une capacité de 100 nF), mais sans résistance d’amortissement. La courbe 29 illustre les émissions parasites mesurées sur un module de puissance avec un filtre RC comprenant une résistance d’amortissement de 100mQ et un condensateur de 100nF. La courbe 5B permet de montrer l’effet (et plus précisément l’intérêt) de la résistance d’amortissement. Dans les deux cas (courbe 28 et courbe 29) un filtre est ajouté. L’effet du filtre est mis en évidence par comparaison avec la courbe 5A (avec ou sans filtre).Figure 5B shows two curves. Curve 28 illustrates the spurious emissions measured on a power module equipped with a filter (formed by a capacity of 100 nF), but without damping resistor. Curve 29 illustrates the spurious emissions measured on a power module with an RC filter comprising a damping resistor of 100mΩ and a capacitor of 100nF. Curve 5B makes it possible to show the effect (and more precisely the interest) of the damping resistor. In both cases (curve 28 and curve 29) a filter is added. The effect of the filter is highlighted by comparison with curve 5A (with or without filter).
Les mesures sont effectuées dans une bande très large incluant la bande AM et la bande FM, plus précisément dans une plage de 150 kHz à 108MHz. Ces mesures sont effectuées avec une RBW de 9 kHz entre 150kHz et 76 MHz et avec une RBW de 120 khz entre 76 MHz et 108 MHz. Les mesures effectuées sont des mesures de type AV (sigle provenant de l’expression anglaise "average" signifiant "moyenne"), c’est-à-dire des mesures qui visent à détecter des moyennes locales (la moyenne des valeurs sur la plage de 120kHz considérée). Les mesures sont effectuées en RSIL+. Ceci signifie que les mesures sont effectuées au niveau d’un réseau de stabilisation d’impédance de ligne connecté sur la borne +Vbat de la batterie.The measurements are made in a very wide band including the AM band and the FM band, more precisely in the range of 150 kHz to 108 MHz. These measurements are performed with an RBW of 9 kHz between 150 kHz and 76 MHz and with a RBW of 120 kHz between 76 MHz and 108 MHz. The measurements made are AV-type measurements ("average" meaning "averages"), that is to say, measurements aimed at detecting local averages (the average of the values in the range). of 120kHz considered). The measurements are made in RSIL +. This means that measurements are made at a line impedance stabilization network connected to the + Vbat terminal of the battery.
On constate que la courbe pour le module de puissance avec un filtre sans résistance d’amortissement est au-dessus de la norme BMW_EC_A (correspondant au gabarit représenté par une ligne pointillée 30) sur une plage d’environ 3MHz à environ 4MHz. Les niveaux d’émission excèdent donc les seuils autorisés par la norme BMW_EC_A sur cette partie du spectre considéré. En revanche, la courbe pour le module de puissance selon l’invention est systématiquement en dessous du gabarit, et respecte donc la norme BMW_EC_A. Ceci démontre l’intérêt du filtre RC.It is found that the curve for the power module with a filter without damping resistor is above the standard BMW_EC_A (corresponding to the template represented by a dotted line 30) over a range of about 3MHz to about 4MHz. The emission levels therefore exceed the thresholds allowed by the BMW_EC_A standard for this part of the spectrum considered. In contrast, the curve for the power module according to the invention is always below the template, and therefore complies with the standard BMW_EC_A. This demonstrates the interest of the RC filter.
Les figures 6A, 6B et 6C présentent chacune une courbe illustrant une simulation de l’atténuation d’un filtre RC selon l’invention, en fonction de la fréquence. La plage de fréquences considérées est la plage 10kHz -100MHz. Les courbes se distinguent par la valeur de la résistance du filtre RC. La courbe de la figure 6A correspond à un dispositif électronique selon l’invention dans lequel la résistance du filtre RC est supprimée. On constate alors un pic à 3,7619MHz qui monte jusqu’à -29,90164dB. En plaçant une résistance de 100mQ au sein du filtre RC (figure 6B), on constate que le pic (à 3,6667MHz) n’atteint plus que -41,62248dB. Enfin, avec une résistance de 250mO (figure 6C), le pic apparaît à 3,0908MHz, et n’atteint plus que -46,53938dB. En pratique, une résistance de 1Ω donne de bons résultats. Toute valeur comprise entre 250mO et 1Ω est particulièrement appropriée, des valeurs sortant de cette plage étant également possibles.FIGS. 6A, 6B and 6C each show a curve illustrating a simulation of the attenuation of an RC filter according to the invention, as a function of frequency. The frequency range considered is the 10kHz -100MHz range. The curves are distinguished by the value of the resistance of the RC filter. The curve of FIG. 6A corresponds to an electronic device according to the invention in which the resistance of the filter RC is suppressed. There is then a peak at 3.7619MHz which rises to -29.90164dB. By placing a 100mΩ resistor within the RC filter (FIG. 6B), it can be seen that the peak (at 3.6667MHz) only reaches -41.62248dB. Finally, with a resistance of 250mO (Figure 6C), the peak appears at 3.0908MHz, and only reaches -46.53938dB. In practice, a resistance of 1Ω gives good results. Any value between 250mO and 1Ω is particularly appropriate, values coming out of this range are also possible.
Selon un premier mode de réalisation, un dispositif électronique comprend un circuit électronique adapté pour être connecté à un blindage électromagnétique via une reprise de masse. Le circuit électronique est adapté être connecté entre une source de tension électrique et un circuit de commande de moteur électrique. Le dispositif électronique est par exemple un module de puissance du moteur électrique. Le moteur électrique est par exemple un moteur électrique sans balais. Des moteurs électriques sans balais sont utilisables par exemple au sein de ventilateurs d’habitacles de véhicules automobiles. Il s’agit par exemple de ventilateurs HVAC (acronyme venant de l’expression anglaise « heating, ventilation and air conditioning ») c’est-à-dire de ventilateurs destinés à assurer un habitacle confortable pour les passagers du véhicule via son chauffage, sa ventilation ou sa climatisation.According to a first embodiment, an electronic device comprises an electronic circuit adapted to be connected to an electromagnetic shield via a mass recovery. The electronic circuit is adapted to be connected between a voltage source and an electric motor control circuit. The electronic device is for example a power module of the electric motor. The electric motor is for example a brushless electric motor. Brushless electric motors can be used, for example, in motor vehicle interior fans. These are for example HVAC fans (acronym from the English term "heating, ventilation and air conditioning") that is to say, fans designed to ensure a comfortable passenger compartment for the vehicle via its heating, its ventilation or air conditioning.
Le circuit électronique comprend une première liaison électrique destinée à relier une première borne de sortie de la source de tension électrique à une première borne d’alimentation électrique du circuit de commande de moteur électrique. Cette première liaison électrique est par exemple une liaison connectable à une première borne +Vbat d’une batterie. La première borne +Vbat délivre typiquement +12V, en continu, par rapport à une deuxième borne notée -Vbat de la batterie. Par « borne >>, on entend généralement (et dans l’ensemble de la description) tout moyen établissant une connexion électrique (par soudure, etc.). Le terme « borne >> n’implique en aucun cas la possibilité de déconnexion, bien qu’une borne permettant une déconnexion mécanique et électrique soit possible.The electronic circuit includes a first electrical connection for connecting a first output terminal of the electrical voltage source to a first power supply terminal of the electric motor control circuit. This first electrical connection is for example a connection connectable to a first terminal + Vbat of a battery. The first terminal + Vbat typically delivers + 12V, continuously, with respect to a second terminal noted -Vbat battery. By "terminal" is generally meant (and throughout the description) any means establishing an electrical connection (by welding, etc.). The term "terminal" in no way implies the possibility of disconnection, although a terminal allowing a mechanical and electrical disconnection is possible.
Le circuit électronique comprend une deuxième liaison électrique destinée à relier une deuxième borne de sortie de la source de tension électrique à une deuxième borne d’alimentation électrique du circuit de commande de moteur électrique. Cette deuxième liaison électrique est par exemple une liaison connectable à la borne -Vbat précitée de la batterie (qui est typiquement reliée à la masse du véhicule automobile dans lequel la batterie est installée).The electronic circuit includes a second electrical connection for connecting a second output terminal of the voltage source to a second power supply terminal of the electric motor control circuit. This second electrical connection is for example a connection connectable to the aforementioned -Vbat terminal of the battery (which is typically connected to the mass of the motor vehicle in which the battery is installed).
Cette fréquence de résonance est liée notamment au fait que le circuit électronique hache un signal à une fréquence assez haute, pour piloter le moteur électrique. Le circuit RC a une fonction tout à fait différente de celle des circuits RC que l’on trouve parfois aux bornes du moteur électrique, il opère dans des bandes de fréquences différentes.This resonant frequency is related in particular to the fact that the electronic circuit chops a signal at a high enough frequency to drive the electric motor. The RC circuit has a function quite different from that RC circuits that are sometimes found at the terminals of the electric motor, it operates in different frequency bands.
Selon une mise en œuvre possible, le circuit de commande est conventionnel et comprend de manière classique un filtre en PI (références 4, 5, 6 sur la figure 1) ainsi qu’un circuit de pilotage du moteur (référence 3 sur la figure 1). Selon une mise en œuvre améliorée, le circuit de commande comprend une bobine supplémentaire (référence 7 sur la figure 2).According to one possible implementation, the control circuit is conventional and conventionally comprises a PI filter (references 4, 5, 6 in FIG. 1) as well as a motor control circuit (reference 3 in FIG. 1). ). According to an improved implementation, the control circuit comprises an additional coil (reference 7 in FIG. 2).
Le circuit électronique comprend un circuit RC comprenant une résistance et au moins un condensateur, connectés en série. Une borne du circuit RC est connectée à la première liaison électrique, l’autre borne du circuit RC étant connectée à la deuxième liaison électrique. Le circuit RC est ainsi prévu pour être monté en parallèle avec le circuit de commande de moteur électrique ainsi qu’avec l’alimentation électrique que constitue la source de tension. Le circuit RC permet d’atténuer la fréquence de résonance créée lorsque le circuit électronique est connecté électriquement au blindage électromagnétique via la reprise de masse.The electronic circuit comprises an RC circuit comprising a resistor and at least one capacitor connected in series. One terminal of the RC circuit is connected to the first electrical connection, the other terminal of the RC circuit being connected to the second electrical connection. The RC circuit is thus provided to be mounted in parallel with the electric motor control circuit as well as with the power supply that constitutes the voltage source. The RC circuit makes it possible to attenuate the resonance frequency created when the electronic circuit is electrically connected to the electromagnetic shield via the resumption of ground.
Selon une mise en œuvre possible, cette fréquence de résonance apparaît à une fréquence d’environ 4MHz. Pour une fréquence de résonance de cet ordre de grandeur, il est avantageux d’utiliser pour le circuit RC une résistance d’au minimum 100mO (une valeur de 250mO voire de 1Ω étant tout à fait appropriée), et un condensateur d’environ 110 nF (ou un ensemble de condensateurs dont la capacité collective est d’environ 110 nF, par exemple deux condensateurs de 220 nF en série).According to one possible implementation, this resonant frequency appears at a frequency of approximately 4 MHz. For a resonant frequency of this order of magnitude, it is advantageous to use for the RC circuit a resistance of at least 100mO (a value of 250mO or even 1Ω being entirely appropriate), and a capacitor of about 110. nF (or a set of capacitors whose collective capacitance is about 110 nF, for example two capacitors of 220 nF in series).
Selon un deuxième mode de réalisation, un dispositif électronique selon le premier mode de réalisation comprend ledit circuit de commande de moteur électrique. Ledit circuit de commande de moteur électrique comprend à son entrée (prévue pour être connectée à la source de tension) un filtre différentiel, également appelé filtre de puissance. Ce filtre différentiel est connecté à la première et à la deuxième liaison électrique. Le filtre différentiel est par exemple un filtre en PI, comprenant deux condensateurs et une bobine. Un premier condensateur du filtre en PI est placé en parallèle avec le circuit électronique ainsi qu’en parallèle avec la source de tension lorsqu’elle est connectée. Il est donc connecté par une borne à la première liaison électrique et par sa deuxième borne à la deuxième liaison électrique. Le deuxième condensateur du filtre en PI est connecté par l’une de ses deux bornes à l’une des deux bornes de la bobine ainsi qu’à une borne du reste du circuit de commande (à savoir la partie du circuit de commande située en aval du filtre en PI par rapport à la source de tension). Le deuxième condensateur du filtre en PI est connecté par sa deuxième borne à la deuxième liaison électrique ainsi qu’à l’autre borne du reste du circuit de commande. La bobine est connectée par son autre borne à la première liaison électrique.According to a second embodiment, an electronic device according to the first embodiment comprises said electric motor control circuit. Said electric motor control circuit comprises at its input (intended to be connected to the voltage source) a differential filter, also called a power filter. This differential filter is connected to the first and second electrical connections. The differential filter is for example a PI filter, comprising two capacitors and a coil. A first capacitor of the PI filter is placed in parallel with the electronic circuit and in parallel with the voltage source when connected. It is connected by a terminal to the first electrical connection and by its second terminal to the second electrical connection. The second capacitor of the PI filter is connected by one of its two terminals to one of the two terminals of the coil as well as to a terminal of the remainder of the control circuit (ie that part of the control circuit located in downstream of the PI filter with respect to the voltage source). The second capacitor of the PI filter is connected by its second terminal to the second electrical connection as well as to the other terminal of the rest of the control circuit. The coil is connected by its other terminal to the first electrical connection.
La résistance du circuit RC permet d’atténuer une résonance pouvant être créée par le(s) condensateur(s) du circuit RC et le premier condensateur du filtre en PI (qui est monté en parallèle avec le filtre RC).The resistance of the RC circuit serves to attenuate a resonance that can be created by the capacitor (s) of the RC circuit and the first capacitor of the PI filter (which is connected in parallel with the RC filter).
Selon un troisième mode de réalisation, le dispositif électronique selon l’un des premier et deuxième modes de réalisation comprend ledit blindage électromagnétique. Ce dernier peut par exemple être connecté au circuit électronique via une connexion en forme d’anneau, faisant office de reprise de masse. Plus les dimensions de la reprise de masse sont importantes, plus le blindage est efficace. Par exemple, un anneau métallique de diamètre intérieur d’environ 8 mm et de diamètre extérieur d’environ 1 cm donne une relativement bonne reprise de masse. Une bonne reprise de masse doit avoir une résistance faible (par exemple de l’ordre de quelques mO au maximum), ce que facilite une grande surface de contact entre le blindage électromagnétique et le circuit électronique.According to a third embodiment, the electronic device according to one of the first and second embodiments comprises said electromagnetic shielding. The latter can for example be connected to the electronic circuit via a ring-shaped connection, acting as a mass recovery. The larger the mass recovery dimensions, the more effective the shielding. For example, a metal ring with an inside diameter of about 8 mm and an outside diameter of about 1 cm gives a relatively good mass recovery. A good mass recovery must have a low resistance (for example of the order of a few mO maximum), which facilitates a large contact area between the electromagnetic shielding and the electronic circuit.
Selon un quatrième mode de réalisation, le blindage électromagnétique d’un dispositif électronique selon le troisième mode de réalisation est un dissipateur thermique. Il peut s’agir d’un radiateur métallique pour dissiper l’énergie thermique que dégage le dispositif en même temps qu’il opère une fonction de blindage.According to a fourth embodiment, the electromagnetic shielding of an electronic device according to the third embodiment is a heat sink. It may be a metal radiator to dissipate the thermal energy released by the device at the same time it operates a shielding function.
Selon un cinquième mode de réalisation, le circuit RC d’un dispositif électronique selon l’un des premier au quatrième mode de réalisation comprend une résistance unique. Cette résistance prend de préférence une valeur comprise entre 100mO et 1Ω. Des valeurs différentes sont également possibles.According to a fifth embodiment, the RC circuit of an electronic device according to one of the first to the fourth embodiment comprises a single resistor. This resistance preferably takes a value between 100mO and 1Ω. Different values are also possible.
Selon un sixième mode de réalisation, le circuit RC d’un dispositif électronique selon l’un des premier au cinquième mode de réalisation comprend un condensateur unique. Ceci est plus simple, et un peu moins onéreux. La résistance peut être placée devant ou derrière le condensateur (les deux alternatives fonctionnent).According to a sixth embodiment, the RC circuit of an electronic device according to one of the first to the fifth embodiment comprises a single capacitor. This is simpler, and a little less expensive. Resistance can be placed in front of or behind the capacitor (both alternatives work).
Selon un septième mode de réalisation le circuit RC d’un dispositif électronique selon l’un des premier au cinquième mode de réalisation comprend deux condensateurs (seulement deux, selon une mise en oeuvre possible). Ceci est très avantageux, car les condensateurs sont placés sur une ligne de batterie, et si l’un des condensateurs claque, en avoir un deuxième en état de fonctionnement évite un court-circuit potentiellement dangereux (la sécurité est donc améliorée). Les condensateurs sont par exemple des condensateurs à céramique. De manière avantageuse, les deux condensateurs sont placés à 90° l’un par rapport à l’autre (comme illustré sur la figure 4B). Cela diminue fortement la probabilité de court-circuiter les deux condensateurs (par exemple en cas de torsion ou déformation du circuit imprimé). Le surcoût associé à un second condensateur est relativement mineur, il est donc préférable de prévoir deux condensateurs plutôt qu’un seul. Avec deux condensateurs de 220nF, chacun en série, on obtient l’équivalent d’un condensateur de 110nF. C’est un ordre de grandeur tout à fait approprié.According to a seventh embodiment, the circuit RC of an electronic device according to one of the first to the fifth embodiment comprises two capacitors (only two, according to one possible implementation). This is very advantageous because the capacitors are placed on a battery line, and if one of the capacitors slams, having a second in operating state avoids a potentially dangerous short circuit (security is improved). Capacitors are, for example, ceramic capacitors. Advantageously, the two capacitors are placed at 90 ° with respect to each other (as illustrated in FIG. 4B). This greatly reduces the probability of short-circuiting the two capacitors (for example in the case of twisting or deformation of the printed circuit). The extra cost associated with a second capacitor is relatively minor, so it is better to provide two capacitors rather than one. With two 220nF capacitors, each in series, the equivalent of a 110nF capacitor is obtained. This is an order of magnitude quite appropriate.
Selon un huitième mode de réalisation, les deux condensateurs d’un dispositif électronique selon le septième mode de réalisation sont placés de part et d’autre de la résistance.According to an eighth embodiment, the two capacitors of an electronic device according to the seventh embodiment are placed on either side of the resistor.
Selon un neuvième mode de réalisation, qui constitue une alternative au huitième mode de réalisation, les deux condensateurs d’un dispositif électronique selon le septième mode de réalisation sont tous deux placés d’un même côté de la résistance.According to a ninth embodiment, which constitutes an alternative to the eighth embodiment, the two capacitors of an electronic device according to the seventh embodiment are both placed on the same side of the resistor.
Selon un dixième mode de réalisation, un dispositif électronique selon l’un des premier au neuvième mode de réalisation comprend un connecteur d’entrée pour connecter le circuit électronique à la source de tension électrique. Le circuit RC est alors implanté sous ledit connecteur d’entrée, il est ainsi au plus proche de la source de tension. Ceci permet de minimiser les longueurs de pistes, et donc de réduire les effets inductifs. Ceci permet également de placer le filtre RC au plus proche de la source de tension. La source de tension est susceptible de générer des rebonds de signaux électriques, que le filtre RC permet de couper. Le connecteur est légèrement évidé afin de permettre aux composants du filtre RC, soudés sur le circuit imprimé, de disposer de la place suffisante.According to a tenth embodiment, an electronic device according to one of the first in the ninth embodiment comprises an input connector for connecting the electronic circuit to the voltage source. The RC circuit is then implanted under said input connector, it is thus closer to the voltage source. This makes it possible to minimize the lengths of tracks, and thus to reduce the inductive effects. This also makes it possible to place the RC filter as close as possible to the voltage source. The voltage source is likely to generate bounces of electrical signals that the RC filter can cut. The connector is slightly recessed to allow the RC filter components, soldered on the printed circuit, to have sufficient space.
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