FR3129794A1 - Power converter having a decoupling module - Google Patents

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Abstract

La présente invention vise un convertisseur de puissance, notamment adapté pour être intégré à un véhicule automobile électrique ou hybride, le convertisseur de puissance (1) comprenant : - une pluralité de bras configurés pour être connectés d’une part à une source de tension et d’autre part à une charge, chacun de la pluralité de bras présentant un élément de commutation haut et un élément de commutation bas, les éléments de commutation bas étant connectés à une masse (GND) commune ; - des dispositifs de commande (GD) configurés pour délivrer des signaux d’ouverture/ fermeture aux éléments de commutation bas ; ledit convertisseur de puissance étant caractérisé en ce qu’il comprend une alimentation électrique commune (PSU_L) pour les dispositifs de commande (GD) des éléments de commutation bas et un module de découplage (12), les dispositifs de commande (GD) étant connectés à l’alimentation électrique commune (PSU_L) par l’intermédiaire du module de découplage (12). Figure de l’abrégé : Figure 3The present invention relates to a power converter, in particular adapted to be integrated into an electric or hybrid motor vehicle, the power converter (1) comprising: - a plurality of arms configured to be connected on the one hand to a voltage source and on the other hand to a load, each of the plurality of arms having a high switching element and a low switching element, the low switching elements being connected to a common ground (GND); - Command Devices (GD) configured to deliver open/close signals to low switching elements; said power converter being characterized in that it comprises a common power supply (PSU_L) for the control devices (GD) of the low switching elements and a decoupling module (12), the control devices (GD) being connected to the common power supply (PSU_L) via the decoupling module (12). Abstract Figure: Figure 3

Description

Convertisseur de puissance présentant un module de découplagePower converter having a decoupling module

La présente invention concerne le domaine des équipements électriques, notamment pour véhicule automobile électrique ou hybride. En particulier, la présente invention propose un convertisseur de puissance présentant un module de découplage.The present invention relates to the field of electrical equipment, in particular for electric or hybrid motor vehicles. In particular, the present invention proposes a power converter having a decoupling module.

ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

Comme cela est connu, un véhicule automobile électrique ou hybride comprend un système de motorisation électrique alimenté par une batterie d’alimentation haute tension via un réseau électrique embarqué haute tension et une pluralité d’équipements électriques auxiliaires alimentés par une batterie d’alimentation basse tension (notamment ayant une tension à ses bornes inférieure à 100 V) via un réseau électrique embarqué basse tension. La batterie d’alimentation haute tension assure une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. Plus précisément, afin de commander la machine électrique entrainant les roues du véhicule, il est connu d’utiliser un onduleur permettant de convertir la tension continue fournie par la batterie d’alimentation haute tension en une ou plusieurs tensions de commande alternatives, par exemple sinusoïdales.As is known, an electric or hybrid motor vehicle comprises an electric motorization system supplied by a high voltage supply battery via an on-board high voltage electrical network and a plurality of auxiliary electrical equipment supplied by a low voltage supply battery (in particular having a voltage at its terminals of less than 100 V) via an on-board low voltage electrical network. The high-voltage supply battery performs a function of supplying energy to the electric motorization system allowing the propulsion of the vehicle. More precisely, in order to control the electric machine driving the wheels of the vehicle, it is known to use an inverter making it possible to convert the direct voltage supplied by the high voltage supply battery into one or more alternating control voltages, for example sinusoidal .

De manière connue, l’onduleur comprend des composants électroniques de puissance, par lesquels passe l’énergie alimentant la machine électrique, et une unité électronique de contrôle, permettant de contrôler lesdits composants électroniques de puissance. Ces composants électroniques de puissance comportent notamment des éléments de commutation qui sont commandés en ouverture et en fermeture par des signaux générés par l’unité électronique de contrôle.In a known manner, the inverter comprises power electronic components, through which the energy supplying the electrical machine passes, and an electronic control unit, making it possible to control said power electronic components. These power electronic components include in particular switching elements which are controlled in opening and closing by signals generated by the electronic control unit.

En référence à la , dans le cas d’une machine électrique triphasée 2, un onduleur conventionnel 4 génère, à partir de la tension délivrée par la batterie haute tension 3, trois courants de commande des trois phases de la machine électrique 2, déphasés deux à deux, par exemple de 120°. A cette fin, l’onduleur conventionnel 4 comprend trois bras 41 comportant chacun une branche haute et une branche basse, respectivement désignées de manière courante en langue anglaise « high side » et « low side ». La branche haute est connectée entre la borne positive de la batterie haute tension 3 et un point milieu du bras, et comprend un élément de commutation haut Q1. La branche basse est connectée entre le point milieu du bras et la borne négative de la batterie haute tension 3 et comprend un élément de commutation bas Q2. La borne négative de la batterie haute tension 3 correspond à une masse GND du circuit.With reference to the , in the case of a three-phase electric machine 2, a conventional inverter 4 generates, from the voltage delivered by the high voltage battery 3, three control currents for the three phases of the electric machine 2, phase shifted two by two, by example of 120°. To this end, the conventional inverter 4 comprises three arms 41 each comprising a high branch and a low branch, respectively commonly designated in the English language as “high side” and “low side”. The high branch is connected between the positive terminal of the high voltage battery 3 and a midpoint of the arm, and comprises a high switching element Q1. The low branch is connected between the midpoint of the arm and the negative terminal of the high voltage battery 3 and comprises a low switching element Q2. The negative terminal of the high voltage battery 3 corresponds to a ground GND of the circuit.

Par ailleurs, il est connu de réaliser l’unité électronique de contrôle comprenant un dispositif de commande de grille GD alimenté en électricité par une unité d’alimentation électrique 42 pour chacun des éléments de commutation hauts Q1 et bas Q2, comme illustré sur la . Autrement dit, une unité d’alimentation électrique indépendante est associée à chacun des éléments de commutation. Or, une telle configuration influe sur l’encombrement et les coûts de l’onduleur.Furthermore, it is known to produce the electronic control unit comprising a gate control device GD supplied with electricity by an electric power supply unit 42 for each of the high Q1 and low Q2 switching elements, as illustrated on the . In other words, an independent power supply unit is associated with each of the switching elements. However, such a configuration influences the size and the costs of the inverter.

Ainsi, il existe un besoin d’un convertisseur de puissance, en particulier un onduleur, présentant une compacité améliorée.Thus, there is a need for a power converter, in particular an inverter, having improved compactness.

PRESENTATION DE L’INVENTIONPRESENTATION OF THE INVENTION

Plus précisément, l’invention a pour objet un convertisseur de puissance, notamment adapté pour être intégré à un véhicule automobile électrique ou hybride, le convertisseur de puissance comprenant :
- une pluralité de bras configurés pour être connectés d’une part à une source de tension et d’autre part à une charge, chacun de la pluralité de bras présentant un élément de commutation haut et un élément de commutation bas, les éléments de commutation bas étant connectés à une masse commune ;
- des dispositifs de commande configurés pour délivrer des signaux d’ouverture/ fermeture aux éléments de commutation bas ;
ledit convertisseur de puissance étant caractérisé en ce qu’il comprend une alimentation électrique commune pour les dispositifs de commande des éléments de commutation bas et un module de découplage, les dispositifs de commande étant connectés à l’alimentation électrique commune par l’intermédiaire du module de découplage.More specifically, the subject of the invention is a power converter, in particular adapted to be integrated into an electric or hybrid motor vehicle, the power converter comprising:
- a plurality of arms configured to be connected on the one hand to a voltage source and on the other hand to a load, each of the plurality of arms having a high switching element and a low switching element, the switching elements bottom being connected to a common ground;
- control devices configured to deliver open/close signals to the low switching elements;
said power converter being characterized in that it comprises a common power supply for the control devices of the low switching elements and a decoupling module, the control devices being connected to the common power supply via the module of decoupling.

Notamment, la charge désigne un dispositif électrique alimenté par la source électrique par l’intermédiaire des bras.In particular, the load designates an electrical device powered by the electrical source via the arms.

Selon un mode de réalisation, le module de découplage comprend des dispositifs de découplage associés chacun à un dispositif de commande respectif.According to one embodiment, the decoupling module comprises decoupling devices each associated with a respective control device.

Selon un mode de réalisation, chacun des dispositifs de découplage comprend une self de mode commun connectée entre l’alimentation électrique commune et le dispositif de commande d’un élément de commutation bas correspondant.According to one embodiment, each of the decoupling devices comprises a common mode choke connected between the common power supply and the control device of a corresponding low switching element.

Selon un mode de réalisation, la pluralité de bras consiste en trois bras.According to one embodiment, the plurality of arms consists of three arms.

Selon un mode de réalisation, le convertisseur de puissance est un onduleur ou un convertisseur continu-continu ou un chargeur électrique.According to one embodiment, the power converter is an inverter or a DC-DC converter or an electric charger.

Selon un mode de réalisation, le convertisseur de puissance comprend un module électronique de puissance dans lequel les bras sont intégrés, ledit module électronique de puissance comprenant une borne électrique externe destinée à être connectée à ladite masse commune et des liaisons électriques, internes au module électronique de puissance, entre ladite borne électrique externe et des bornes respectives desdits élément de commutation bas.According to one embodiment, the power converter comprises an electronic power module in which the arms are integrated, said electronic power module comprising an external electrical terminal intended to be connected to said common ground and electrical connections, internal to the electronic module power, between said external electrical terminal and respective terminals of said low switching element.

Notamment les bras, en particulier, les interrupteurs sont encapsulés dans un boitier commun qui réalise l’intégration mécanique des interrupteurs. Les interrupteurs forment en particulier un circuit intégré encapsulé dans un seul boitier.In particular the arms, in particular, the switches are encapsulated in a common box which performs the mechanical integration of the switches. The switches in particular form an integrated circuit encapsulated in a single box.

Selon un mode de réalisation, les liaisons électriques présentent des inductances parasites différentes entre elles.According to one embodiment, the electrical connections have different parasitic inductances between them.

Selon un mode de réalisation, lesdits dispositifs de commande sont à l’extérieur dudit module électronique de puissance, le module électronique de puissance comprenant de deuxièmes bornes électriques externes destinées à être connectées aux dits dispositifs de commande.According to one embodiment, said control devices are outside of said power electronic module, the power electronic module comprising second external electrical terminals intended to be connected to said control devices.

Selon un mode de réalisation, le module de découplage et les dispositifs de commande sont montés sur une carte électronique qui est extérieure audit module électronique de puissance.According to one embodiment, the decoupling module and the control devices are mounted on an electronic card which is external to said electronic power module.

PRESENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF FIGURES

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :The invention will be better understood on reading the following description, given solely by way of example, and referring to the accompanying drawings given by way of non-limiting examples, in which identical references are given to similar objects. and on which:

: la est une représentation schématique d’un convertisseur de puissance conventionnel ; : there is a schematic representation of a conventional power converter;

: la est une représentation schématique d’un convertisseur de puissance selon un exemple de l’invention ; : there is a schematic representation of a power converter according to an example of the invention;

: la est une représentation schématique partielle d’un convertisseur de puissance selon un exemple de l’invention. : there is a partial schematic representation of a power converter according to an example of the invention.

: la est une représentation schématique partielle d’un convertisseur de puissance selon un exemple de l’invention comprenant un module électronique de puissance. : there is a partial schematic representation of a power converter according to an example of the invention comprising an electronic power module.

Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour permettre de mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.It should be noted that the figures expose the invention in detail to enable the invention to be implemented, said figures can of course be used to better define the invention if necessary.

Claims (9)

Convertisseur de puissance (1), notamment adapté pour être intégré à un véhicule automobile électrique ou hybride, le convertisseur de puissance (1) comprenant :
  • une pluralité de bras (11) configurés pour être connectés d’une part à une source de tension (3) et d’autre part à une charge (2), chacun de la pluralité de bras (11) présentant un élément de commutation haut (Q1) et un élément de commutation bas (Q2), les éléments de commutation bas (Q2) étant connectés à une masse (GND) commune ;
  • des dispositifs de commande (GD) configurés pour délivrer des signaux d’ouverture/ fermeture aux éléments de commutation bas (Q2) ;
ledit convertisseur de puissance étant caractérisé en ce qu’il comprend une alimentation électrique commune (PSU_L) pour les dispositifs de commande (GD) des éléments de commutation bas (Q2) et un module de découplage (12), les dispositifs de commande (GD) étant connectés à l’alimentation électrique commune (PSU_L) par l’intermédiaire du module de découplage (12).Power converter (1), in particular adapted to be integrated into an electric or hybrid motor vehicle, the power converter (1) comprising:
  • a plurality of arms (11) configured to be connected on the one hand to a voltage source (3) and on the other hand to a load (2), each of the plurality of arms (11) having a high switching element (Q1) and a low switching element (Q2), the low switching elements (Q2) being connected to a common ground (GND);
  • control devices (GD) configured to supply open/close signals to the low switching elements (Q2);
said power converter being characterized in that it comprises a common electrical power supply (PSU_L) for the control devices (GD) of the low switching elements (Q2) and a decoupling module (12), the control devices (GD ) being connected to the common power supply (PSU_L) via the decoupling module (12). Convertisseur de puissance (1), selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de découplage (12) comprend des dispositifs de découplage associés chacun à un dispositif de commande (GD) respectif.Power converter (1), according to Claim 1, characterized in that the decoupling module (12) comprises decoupling devices each associated with a respective control device (GD). Convertisseur de puissance (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce chacun des dispositifs de découplage comprend une self de mode commun (CMD) connectée entre l’alimentation électrique commune (PSU_L) et le dispositif de commande (GD) d’un élément de commutation bas (Q2) correspondant.Power converter (1) according to the preceding claim, characterized in that each of the decoupling devices comprises a common mode choke (CMD) connected between the common electrical power supply (PSU_L) and the control device (GD) of an element low switch (Q2) corresponding. Convertisseur de puissance (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pluralité de bras (11) consiste en trois bras.Power converter (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the plurality of arms (11) consists of three arms. Convertisseur de puissance (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, étant un onduleur ou un convertisseur continu-continu ou un chargeur électrique.Power converter (1) according to any one of Claims 1 to 4, being an inverter or a DC-DC converter or an electric charger. Convertisseur de puissance (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un module électronique de puissance (100) dans lequel les bras (11) sont intégrés, ledit module électronique de puissance (100) comprenant une borne électrique externe destinée à être connectée à ladite masse commune (GND) et des liaisons électriques, internes au module électronique de puissance, entre ladite borne électrique externe et des bornes respectives desdits élément de commutation bas (Q2).Power converter (1) according to any one of the preceding claims, comprising an electronic power module (100) in which the arms (11) are integrated, said electronic power module (100) comprising an external electrical terminal intended to be connected to said common ground (GND) and electrical connections, internal to the electronic power module, between said external electrical terminal and respective terminals of said low switching element (Q2). Convertisseur de puissance selon la revendication précédente, dans lequel les liaisons électriques présentent des inductances parasites (Lp) différentes entre elles.Power converter according to the preceding claim, in which the electrical connections have different parasitic inductances (Lp) between them. Convertisseur de puissance selon la revendication 6 ou 7, dans lequel lesdits dispositifs de commande (GD) sont à l’extérieur dudit module électronique de puissance (100), le module électronique de puissance (100) comprenant de deuxièmes bornes électriques externes destinées à être connectées aux dits dispositifs de commande(GD).Power converter according to Claim 6 or 7, in which the said control devices (GD) are outside the said power electronic module (100), the power electronic module (100) comprising second external electrical terminals intended to be connected to said control devices (GD). Convertisseur de puissance selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le module de découplage (12) et les dispositifs de commande (GD) sont montés sur une carte électronique (150) qui est extérieure audit module électronique de puissance.Power converter according to one of the preceding claims, in which the decoupling module (12) and the control devices (GD) are mounted on an electronic card (150) which is external to the said electronic power module.
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