WO2019002713A1 - Convertisseur de tension, système électrique comportant un tel convertisseur de tension et procédé de fabrication d'un tel convertisseur de tension - Google Patents

Convertisseur de tension, système électrique comportant un tel convertisseur de tension et procédé de fabrication d'un tel convertisseur de tension Download PDF

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WO2019002713A1
WO2019002713A1 PCT/FR2018/051409 FR2018051409W WO2019002713A1 WO 2019002713 A1 WO2019002713 A1 WO 2019002713A1 FR 2018051409 W FR2018051409 W FR 2018051409W WO 2019002713 A1 WO2019002713 A1 WO 2019002713A1
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WO
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voltage converter
heat sink
capacitor
air
terminal
Prior art date
Application number
PCT/FR2018/051409
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Inventor
Manuel FALGUIER
Romain HENNEGUET
Ludovic Bodin
Philippe Baudesson
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
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    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure

Definitions

  • VOLTAGE CONVERTER ELECTRICAL SYSTEM COMPRISING SUCH A VOLTAGE CONVERTER, AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A VOLTAGE CONVERTER
  • the present invention relates to a voltage converter, an electrical system comprising such a voltage converter and a method of manufacturing such a voltage converter.
  • At least one controllable switch having a heat-dissipating face in thermal contact with the first heat sink
  • the object of the invention is to propose a voltage converter with improved reliability.
  • a voltage converter of the aforementioned type characterized in that the voltage converter further comprises a second heat sink and in that a heat dissipation face each capacitor is in thermal contact with the second heat sink.
  • controllable switches generally withstand a higher temperature than the capacitors, so that a heat sink adapted for the controllable switches was not necessarily for the capacitors, which led to a deterioration of these and therefore to a reduced reliability of the voltage converter.
  • the capacitors are cooled by a second heat sink, so that if the first heat sink is at a temperature too high for the capacitors, the latter are not impacted.
  • the voltage converter comprises a thermal conductive element interposed between the heat dissipation face of each capacitor and the second heat sink.
  • the voltage converter further comprises, for each capacitor, a thermal insulation interposed between the first heat sink and the capacitor.
  • the at least one capacitor has the shape of a cylinder, a first base of the cylinder forming a circular lower face of the capacitor, a second base of the cylinder forming a circular upper face of the capacitor, said lower face comprising a first terminal and a second terminal of the at least one capacitor, said dissipation face being said circular upper face.
  • the voltage converter has an air inlet and an air outlet arranged so that a suction of air through the air outlet creates a flow of air from the air inlet to the air outlet passing into contact with the second heat sink.
  • the second heat sink extends above the first heat sink.
  • a housing extends above the first heat sink and below the second heat sink, the housing receiving a printed circuit board having electrical components arranged to control the at least one controllable switch.
  • an intermediate air inlet is arranged so that an air intake through the air outlet creates an air flow between the housing and the first heat sink from the air inlet. to the air outlet passing in contact with the housing.
  • the plate of the second heat sink has a lower face, the fins projecting downwards from the underside.
  • the first heat sink has a plate having a lower face and fins projecting down from the underside of the plate.
  • the second heat sink extends above the first heat sink so that at least 40%, preferably 60%, and even more preferably 80% of the bottom surface of the second heat sink of heat above the upper surface of the first heat sink.
  • the second heat sink has a plate and fins projecting from the plate.
  • the voltage converter comprises:
  • At least one power module comprising:
  • each controllable switch having two main terminals and a control terminal for selectively opening and closing the controllable switch between its two main terminals, the first main terminal of the first controllable switch being connected at the first bus bar and the second main terminal of the second controllable switch being connected to the second bus bar,
  • a third busbar for each pair of controllable switches, a third busbar, the second main terminal of the first controllable switch and the first main terminal of the second controllable switch being connected to the third busbar,
  • a capacitor having first and second terminals respectively connected to the first and second bus bars, having a value of at least 500 Farad, preferably at least 560 Farad, and being located sufficiently close to each other; controllable switches for the busbars to define, for each pair of controllable switches, a conduction path from the first terminal of the capacitor, passing successively through each of these two controllable switches and ending at the second terminal of the capacitor, this conduction path having an inductance of at most 40 nano Henry, preferably at most 30 nano Henry.
  • the electric machine extends below the first heat sink.
  • the air outlet of the voltage converter is formed through the first heat sink and the electric machine has an upper air inlet and comprises a fan designed to suck air through the air inlet. upper air so as to create an air suction through the air outlet of the voltage converter.
  • the electrical machine is located at a distance from the first heat sink of the voltage converter so as to define a second air inlet between the first heat sink of the voltage converter and the electric machine and the fan of the Electric machine is designed to suck air through the upper air inlet of the electric machine so as to create a second air flow from the second air inlet to the upper air inlet of the electric machine, the second air flow passing in contact with the first heat sink.
  • FIG. 1 is an electrical diagram of an electrical system comprising a voltage converter embodying the invention.
  • Figure 2 is a three-dimensional view of a capacitor used in the voltage converter.
  • Figure 3 is a simplified sectional view of the voltage converter and an electrical machine connected to the voltage converter.
  • Figure 4 is a sectional view of the voltage converter.
  • Figure 5 is a view similar to that of Figure 3, with air flows illustrated.
  • Figure 6 is a three-dimensional view of a power module of the voltage converter.
  • Figure 7 is a view similar to that of Figure 6, with the capacitor removed and with a conduction path between the terminals of the illustrated capacitor.
  • Figure 8 is a three-dimensional view of a low heat sink, capacitors and power modules of the voltage converter.
  • Fig. 9 is a block diagram illustrating steps of a method of manufacturing the voltage converter.
  • Figure 10 is a sectional view of a second embodiment of the voltage converter.
  • the electrical system 100 is for example intended to be implanted in a motor vehicle.
  • the electrical system 100 firstly comprises a power supply source 102 designed to deliver a DC voltage U, for example between 20 V and 100 V, for example 48 V.
  • the power source 102 comprises for example a drums.
  • the electrical system 100 further comprises an electric machine 130 having a plurality of phases (not shown) for presenting respective phase voltages.
  • the electrical system 100 further comprises a voltage converter 104 connected between the power source 102 and the electrical machine 130 to convert between the DC voltage U and the phase voltages.
  • the voltage converter 104 firstly comprises a positive busbar 106 and a negative busbar 108 intended to be connected to the power source 102 to receive the DC voltage U, the positive busbar 106 receiving a high electrical potential. and the negative bus bar 108 receiving a low electrical potential.
  • the voltage converter 104 further comprises at least one power module 110 having one or more phase bus bars 122 for respectively being connected to one or more phases of the electrical machine 130, to provide their respective phase voltages.
  • the voltage converter 104 comprises three power modules 110 each comprising two phase bus bars 122 connected to two phases of the electrical machine 130.
  • the electrical machine 130 comprises two three-phase systems each having three phases, and intended to be electrically out of phase by 120 ° relative to each other.
  • the first phase busbars 122 of the power modules 110 are respectively connected to the three phases of the first three-phase system, while the second phase busbars 122 of the power modules 110 are respectively connected to the three phases of the second three-phase system. .
  • Each power module 110 includes, for each phase bus 122, a high side switch 112 connected between the positive bus bar 106 and the phase bus 122 and a low side switch 114 connected between the phase bus 122. and the negative busbar 108.
  • the switches 112, 114 are arranged to form a hash arm, wherein the phase busbar 122 forms a midpoint.
  • Each switch 112, 114 comprises first and second main terminals 116, 118 and a control terminal 120 for selectively opening and closing the switch 112, 114 between its two main terminals 116, 118 as a function of a control signal which it is applied to him.
  • the switches 112, 114 are preferably transistors, for example metal-oxide-semiconductor ("Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”) field-effect transistors having a gate forming the control terminal. 120, and a drain and a source respectively forming the main terminals 116, 118.
  • transistors for example metal-oxide-semiconductor ("Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”) field-effect transistors having a gate forming the control terminal. 120, and a drain and a source respectively forming the main terminals 116, 118.
  • the switches 112, 114 each have the form of a plate, for example substantially rectangular, having an upper face and a lower face.
  • the first main terminal 116 extends on the lower face, while the second main terminal 118 extends on the upper face.
  • the lower face forms a heat dissipation face.
  • the voltage converter 104 further comprises, for each power module 110, a capacitor 124 having a positive terminal 126 and a negative terminal 128 respectively connected to the positive bus bar 106 and the negative bus bar 108.
  • the positive bus bar 106, the negative bus bar 108 and the bus bars 122 are rigid elements designed to withstand electrical currents of at least 1 A. They preferably have a thickness of at least 1 mm.
  • the electric machine 130 has both an alternator and an electric motor function. More specifically, the motor vehicle further comprises a heat engine (not shown) having an output axis to which the electric machine 130 is connected by a belt (not shown). The heat engine is intended to drive wheels of the motor vehicle through its output axis.
  • the electric machine in operation as an alternator, supplies electrical energy towards the power source 102 from the rotation of the output axis.
  • the voltage converter 104 then operates as a rectifier. In operation as an electric motor, the electric machine drives the output shaft (in addition to or in place of the engine).
  • the voltage converter 104 then functions as an inverter.
  • the electric machine 130 is for example located in a gearbox or in a clutch of the motor vehicle or instead of the alternator.
  • each capacitor 124 is of large size. For example, its largest dimension is at least 15 mm. Generally, this larger dimension is at least 30 mm.
  • each capacitor 124 is generally cylindrical in shape, with a radius of between 5 and 15 mm and a height of between 18 mm and 40 mm, preferably between 20 mm and 35 mm.
  • Each capacitor 124 also has a value of at least 500 Farad micro, preferably at least 560 micro
  • Each capacitor 124 is for example a chemical capacitor.
  • each capacitor 124 has a circular lower face 202 where are located a central pin forming its first terminal 126 and two peripheral pins forming its second terminal 128.
  • Each capacitor 124 further has a heat-dissipating face 204, extending in the example described on a circular upper face of the capacitor 124.
  • At least 50%, for example at least 75%, of the heat dissipated, in operation, by the capacitor 124 is dissipated by the heat-dissipating face 204, while the heat-dissipating face 204 extends at most 15%, for example not more than 10%, of the total area of this capacitor 124.
  • the voltage converter 104 firstly comprises a low heat sink 302 comprising a low plate 304 extending substantially horizontally and having an upper face 306 where the controllable switches 112, 114 are located.
  • the heat dissipating face of each of them is in thermal contact with the upper face 306 of the lower plate 304, in the example via one of the bus bars 106, 108, 122.
  • the bottom plate 304 is provided with an air outlet 308 and receiving openings 310 of the capacitors 124, these receiving openings 310 being arranged around the air outlet 308.
  • the capacitors 124 are oriented vertically with their lower face 202 directed downwards, the terminals 126, 128 extending under the lower plate 304, and their heat dissipating face 204 directed upwards.
  • the low heat sink 302 further includes low fins 312 extending on a lower face 314 of the low plate 304.
  • the voltage converter 104 further includes a top heat sink 316 extending above the low heat sink 302 away from the heat sink.
  • the top heat sink 316 has a substantially horizontal high plate 318 extending above the bottom plate 304 of the low heat sink 302.
  • the upper plate 318 has an upper face 320 in contact with the ambient air.
  • the upper heat sink 316 further includes upper fins 322 projecting downward from a lower face 324 of the top plate 318.
  • the plate 318 further includes downwardly directed bosses 326 with which the heat dissipating faces 204 of the capacitors 124 are respectively in thermal contact.
  • a thermal conductive element 328 is interposed between the heat dissipating face 204 and the boss 326.
  • the thermal conductive element is for example thermal glue.
  • the voltage converter 104 further includes a printed circuit board 336 having electrical components arranged to control the controllable switches 112, 114.
  • the voltage converter 104 further comprises a housing 330 for receiving the printed circuit board 336 extending between the low heat sink 302 and the top heat sink 316.
  • the housing 330 has a substantially horizontal intermediate plate 332 located between the plate 304 of the low heat sink 302 and the plate 318 of the top heat sink 316.
  • the printed circuit board 336 extends on an upper face 338 of the plate Intermediary 332.
  • the intermediate plate 332 is provided with passage openings 334 or capacitors 124, respectively.
  • the upper heat sink 316 and the housing 330 delimit between them a high lateral air inlet 340, giving on the upper fins 322.
  • the electrical machine 130 extends below the low heat sink 302, away from the latter so as to define an air passage having a low side air inlet 342 giving on the lower fins 312.
  • the electric machine 130 has an upper air inlet 344 and a side air outlet 346 and includes a fan 348 actuated by a rotor (not shown) of the electric machine 130 and arranged to draw air through the inlet upper air 344.
  • the voltage converter 104 further comprises, for each capacitor 124, a housing 402, for example plastic, surrounding the capacitor 124 and forming a thermal insulator.
  • the housing 402 extends into the receiving opening 310 of the capacitor 124 formed in the bottom plate 304 so as to be interposed between the low heat sink 302 and the capacitor 124.
  • the capacitor 124 is isolated heat sink heat sink 302.
  • the housing 402 rises to the high heat sink 316 passing through the passage opening 334 formed in the intermediate plate 332.
  • the housing 402 rises to to the boss 326 associated with the capacitor 124, and is sealed to this boss 326 by glue 404.
  • a lower portion of the housing 402 extends below the bottom face 202 of the capacitor 124.
  • the capacitor 124 is thermally insulated from its environment, except at its heat-dissipating face 204 which is in thermal contact with the top heat sink 316.
  • the terminals 126, 128 of the capacitor 124 and the portions of the busbars 106, 108 located at the terminals 126, 128 are embedded in the lower portion of the housing 402.
  • the fan 348 of the electric machine 130 draws air through the upper air inlet 344 of the electric machine 130 and discharges it through the side air outlet 346 of the electric machine 130.
  • This air suction creates a first air flow 502 from the high side air inlet 340 to the air outlet 308 passing in contact with the top heat sink 316, and more precisely the upper fins 322.
  • This first air flow 502 thus evacuates the heat from the top heat sink 316 and thereby cools the capacitors 124 which are in thermal contact with the top heat sink 316.
  • the air intake by the fan 348 creates a second air flow 504 from the low side air inlet 342 to the upper air inlet 344 of the electrical machine 130, passing contact of the low heat sink 302, and more precisely of the low fins 312.
  • This second air flow 504 thus evacuates the heat of the low heat sink 302 and thereby cools the controllable switches 112, 114 which are in thermal contact with the low heat sink 302.
  • the air surrounding the voltage converter 104 is at an ambient temperature generally around 120 ° C.
  • the air leaving the thermal machine 130 by its side air outlet 346 is heated by the stator of the thermal machine 130, so that the air at this side air outlet 346 is at a temperature so-called hot, a few degrees higher than the ambient temperature, for example it is worth 125 ° C.
  • the second air stream 504 causes the voltage converter 104 to enter the air at room temperature. hot. This poses no problem for the cooling of the controllable switches 112, 114 because they can withstand high temperatures.
  • the capacitors 124 on their side support a lower temperature, which could be exceeded if they were cooled by the low heat sink 302, which is cooled by the second air stream 504 using hot air temperature .
  • the capacitors 124 being arranged, as will be explained in more detail in the description of FIGS. 6 to 8, very close to the switches 112, 114, the heat emitted by these switches 112, 114 in the low heat sink 302 would make it even more difficult to use the low heat sink 302 to cool the capacitors 124.
  • the use of the high heat sink 316 makes it possible to cool the capacitors 124.
  • the fact that the high lateral air inlet 340 is situated higher than the Low side air inlet 342 avoids cooling the top heat sink 316 from the air rejected by the side air outlet 346 of the electric machine 130.
  • Fig. 10 shows a second embodiment.
  • the elements in common with the embodiment described in Figure 5 bear the same reference numbers and are not described again.
  • the housing 330 has intermediate fins 352 extending on the underside of the intermediate plate 332.
  • the case 330 forms an intermediate heat sink for the printed circuit board 336.
  • the housing 330 and the low heat sink 302 delimit between them an intermediate side air inlet 350.
  • the intermediate side air inlet is arranged so that an air intake through the air outlet 308 creates a third air flow 506 between the housing 330 and the first heat sink 302 from the air inlet 350 to the air outlet 308 by contacting the housing 330.
  • the third air flow 506 comes into contact with the housing 330, and more precisely with the fins 352.
  • the third air flow thus evacuates the heat of the case 330 and thereby cools the circuit board 336.
  • the third air flow 506 comes into contact with the intermediate fins 352.
  • the fan 348 of the electric machine 130 draws air through the intermediate side air inlet 350 and discharges it through the side air outlet 346 of the electric machine 130.
  • the third air stream 506 has a generally horizontal orientation from the intermediate side air inlet 350 to the outlet 308 where it takes a generally vertical orientation.
  • the air flow then takes a generally horizontal and centrifugal direction in the blower 348 before exiting through the side air outlet 346.
  • the first air stream 502 has a generally horizontal orientation from the upper side air inlet 340 to the through openings 334 where it takes an oblique direction to the outlet 308 and then a generally vertical orientation.
  • the air flow then takes a generally horizontal and centrifugal direction in the blower 348 before exiting through the side air outlet 346.
  • the second air stream 504 has a generally horizontal orientation from the lower side air inlet 342 to the upper air inlet 344 where it takes a vertical orientation.
  • the airflow then takes a generally horizontal and centrifugal direction in the fan 348 before exiting through the side air outlet 346.
  • the housing 330 does not have fins 352.
  • the third air flow 506 also exists and has the same characteristics.
  • the air flow 506 comes into contact with the housing 330 and thus allows cooling of the housing 330 and the printed circuit board 336.
  • the first air flow 502, the second air flow 504 and the third flow of air Air 506 therefore respectively allow the cooling of the capacitors 124, switches 112 and 114 and the printed circuit board 336.
  • bus bars 106 With reference to FIG. 6, in the example described, the bus bars 106,
  • 108, 122 respectively comprise planar portions 6202, 6204, 6206 horizontal and coplanar, and extending next to each other, on the low plate 304 of the low heat sink 302.
  • each controllable switch 112, 114 extends over at least a portion of its lower face, while its second main terminal 118 extends over at least a portion of its upper face.
  • the lower face of the first switch 112 is pressed against one of the planar portion 6202 of the first bus bar 106 and the planar portion 6206 of the third bus bar 122, so as to connect its first main terminal 116 to the first busbar 106 or to the third busbar 122.
  • the underside of the first controllable switch 112 is pressed against the planar portion 6202 of the first busbar 106.
  • the upper face of the first switch 112 is connected via at least one conductive strip 6208 to the other of the flat portion 6202 of the first bus bar 106 and the flat portion 6206 of the third bus bar 122, so as to connect its second main terminal 116 to the first bus bar 106 or to the third bus bar 122.
  • the upper face of the first switch 112 is connected via three conductive tabs 6208 to the flat portion 6206 of the third bus bar 122.
  • the lower face of the second controllable switch 114 is pressed against one of the flat portion 6204 of the second bus bar 108 and the flat portion 6206 of the third bus bar 122 , so as to connect its first main terminal 116 to the second bus bar 108 or to the third bus bar 122.
  • the lower face of the second switch 114 is pressed against the flat portion 6206 of the third bus bar 122
  • the upper face of the second switch 114 is connected via at least one conductive tab 6210 to the other of the flat portion 6204 of the second bus bar 108 and the flat portion 6206 of the third bus bar 122, so as to connect its second main terminal 118 to the second bus bar 108 or the third bus bar 122.
  • the upper face of the The second switch 114 is connected via three conductive tabs 6210 to the flat portion 6204 of the second bus bar 108.
  • control terminals 120 of the controllable switches 112, 114 extend in the example described on their upper face and are connected to control pins 6212 connected to the electrical components of the printed circuit 336.
  • the associated capacitor 124 is intended to extend along an axis 7402, for example to be centered on this axis 7402.
  • this axis 7402 is vertical .
  • the first busbar 106 has a first perforation 7404 intended to receive the pin forming the first terminal 126 of the capacitor 124 and the second busbar 108 has two second perforations 7406 intended respectively to receive the two lugs forming its second terminal 128.
  • the axis 7402 passes through this perforation 7404.
  • the busbars 106, 108, 122 define, for each pair of controllable switches 112, 114, a conduction path 7408 starting from the first terminal 126 of the capacitor 124 (shown in FIG. 7, through the first perforation 7404), passing through successively by each of these two controllable switches 112, 114 and terminating at the second terminal of the capacitor 124 (shown in Figure 7, by one of the second perforations 7406).
  • FIG. 7 only the conduction path 7408 of one of the two pairs of controllable switches 112, 114 is shown.
  • Another similar conduction path of course also exists for the other pair of controllable switches 112, 114.
  • the axis 7402, and therefore the capacitor 124, is located sufficiently close to the controllable switches 112, 114 for each conduction path 7408 to have an inductance of at most 40 nano hen, preferably at most 30 nano hen.
  • the conduction path 7408 preferably has a length of at most 100 mm, more preferably at most 70 mm.
  • each controllable switch 112, 114 is preferably located at a distance of between 10 and 30 mm from the axis 7402, more preferably between 15 and 25 mm.
  • controllable switches 112, 114 are both, on the one hand, sufficiently far from the axis 7402 to allow the installation of the capacitor 124 and, on the other hand, sufficiently close to each induction path 7408 can be short enough to present the desired inductance.
  • the controllable switches 112, 114 are located at the four corners of a trapezium having a small base (distance between the two high-side switches 112) and a large base (distance between the two low-side switches). .
  • Axis 7402 is located less than 10 mm from the middle of the large base.
  • the switches 112, 114 surround the capacitor 124, which allows them to be placed near the capacitor 124.
  • the capacitors 124 are preferably positioned closer to the air outlet 308 of the voltage converter 104 than the power modules 110, and in particular to the controllable switches 112, 114. Thus, the capacitors 124 are centrally located and the power modules 110 at the periphery of the voltage converter 104.
  • the capacitors 124 do not prevent the air flows 502, 504 shown in FIG. 5 from passing through the power modules 110, whereas they are respectively placed at the most. near the power modules 110.
  • a position of each capacitor 124 is determined, so that this position is sufficiently close to the controllable switches 112, 114 of the associated power module 110, for the busbars 106, 108, 122 to define, for each pair of controllable switches 112, 114, a conduction path 7408 from the first terminal 126 of the capacitor 124, passing successively through each of these two controllable switches 112, 114 and terminating at the second terminal 128 of the capacitor 124 having an inductance of at most 40 nano Henry, preferably at most 30 nano Henry.
  • This determination can for example be carried out by means of a computer simulation or empirically.
  • the voltage converter 104 is manufactured by placing, for each power module 110, the capacitor 124 associated with the position determined in the previous step.
  • the air inlets and outlets may include one or more openings.
  • the terms used in the claims should not be understood as limited to the elements of the embodiment described above, but should instead be understood as covering all the equivalent elements that a person skilled in the art can deduce from his knowledge. General.

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Abstract

Le convertisseur de tension (104) comporte : - un premier dissipateur de chaleur (302); - au moins un interrupteur commandable (112, 114) présentant une face de dissipation de chaleur en contact thermique avec le premier dissipateur de chaleur (302); et - au moins un condensateur (124). Le convertisseur de tension (104) comporte en outre un deuxième dissipateur de chaleur (316) et en ce qu'une face de dissipation de chaleur (204) de chaque condensateur (124) est en contact thermique avec le deuxième dissipateur de chaleur (316).

Description

TITRE
CONVERTISSEUR DE TENSION, SYSTEME ELECTRIQUE COMPORTANT UN TEL CONVERTISSEUR DE TENSION ET PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN TEL
CONVERTISSEUR DE TENSION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un convertisseur de tension, un système électrique comportant un tel convertisseur de tension et un procédé de fabrication d'un tel convertisseur de tension.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE II est connu d'utiliser un convertisseur de tension du type comportant :
- un premier dissipateur de chaleur,
- au moins un interrupteur commandable présentant une face de dissipation de chaleur en contact thermique avec le premier dissipateur de chaleur,
- au moins un condensateur.
Dans ce convertisseur de tension connu une face de dissipation de chaleur de chaque condensateur est également en contact thermique avec le premier dissipateur de chaleur.
L'invention a pour but de proposer un convertisseur de tension avec une fiabilité améliorée.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
À cet effet, il est proposé un convertisseur de tension du type précité, caractérisé en ce que le convertisseur de tension comporte en outre un deuxième dissipateur de chaleur et en ce qu'une face de dissipation de chaleur de chaque condensateur est en contact thermique avec le deuxième dissipateur de chaleur.
En effet, les inventeurs ont remarqué que les interrupteurs commandables supportaient généralement une température plus élevée que les condensateurs, de sorte qu'un dissipateur de chaleur adapté pour les interrupteurs commandables ne l'étaient pas forcément pour les condensateurs, ce qui conduisait à une détérioration de ces derniers et donc à une fiabilité réduite du convertisseur de tension.
Grâce à l'invention, les condensateurs sont refroidis par un deuxième dissipateur de chaleur, de sorte que si le premier dissipateur de chaleur se trouve à une température trop élevée pour les condensateurs, ces derniers ne sont pas impactés.
De façon optionnelle, le convertisseur de tension comporte un élément conducteur thermique intercalé entre la face de dissipation de chaleur de chaque condensateur et le deuxième dissipateur de chaleur.
De façon optionnelle également, le convertisseur de tension comporte en outre, pour chaque condensateur, un isolant thermique intercalé entre le premier dissipateur de chaleur et le condensateur.
De façon optionnelle également, l'au moins un condensateur a la forme d'un cylindre, une première base du cylindre formant une face inférieure circulaire du condensateur, une deuxième base du cylindre formant une face supérieure circulaire du condensateur, ladite face inférieure comprenant une première borne et une deuxième borne de l'au moins un condensateur, ladite face de dissipation étant ladite face supérieure circulaire.
De façon optionnelle également, le convertisseur de tension présente une entrée d'air et une sortie d'air agencées de sorte qu'une aspiration d'air par la sortie d'air crée un flux d'air depuis l'entrée d'air jusqu'à la sortie d'air passant au contact du deuxième dissipateur de chaleur.
De façon optionnelle également, le deuxième dissipateur de chaleur s'étend au-dessus du premier dissipateur de chaleur. De façon optionnelle également, un boîtier s'étend au dessus du premier dissipateur de chaleur et en dessous du deuxième dissipateur de chaleur, le boîtier recevant une carte de circuit imprimé comportant des composants électriques agencés pour contrôler l'au moins un interrupteur commandable.
De façon optionnelle également, une entrée d'air intermédiaire est agencée de sorte qu'une aspiration d'air par la sortie d'air crée un flux d'air entre le boîtier et le premier dissipateur de chaleur depuis l'entrée d'air jusqu'à la sortie d'air passant au contact du boîtier.
De façon optionnelle également, la plaque du deuxième dissipateur de chaleur présente une face inférieure, les ailettes se projetant vers le bas depuis la face inférieure.
De façon optionnelle également, le premier dissipateur de chaleur comporte une plaque présentant une face inférieure et des ailettes se projetant vers le bas depuis la face inférieure de la plaque.
De façon optionnelle également, le deuxième dissipateur de chaleur s'étend au-dessus du premier dissipateur de chaleur de sorte qu'au moins 40%, de préférence 60%, et de façon encore plus préféré 80% de la surface inférieure du deuxième dissipateur de chaleur soit au dessus de la surface supérieure du premier dissipateur de chaleur.
De façon optionnelle également, le deuxième dissipateur de chaleur comporte une plaque et des ailettes se projetant depuis la plaque.
De façon optionnelle également, le convertisseur de tension comporte :
- des première et deuxième barres omnibus,
- au moins un module de puissance comportant :
- au moins une paire de premier et deuxième interrupteurs commandables, chaque interrupteur commandable présentant deux bornes principales et une borne de commande destinée à sélectivement ouvrir et fermer l'interrupteur commandable entre ses deux bornes principales, la première borne principale du premier interrupteur commandable étant connectée à la première barre omnibus et la deuxième borne principale du deuxième interrupteur commandable étant connectée à la deuxième barre omnibus,
- pour chaque paire d'interrupteurs commandables, une troisième barre omnibus, la deuxième borne principale du premier interrupteur commandable et la première borne principale du deuxième interrupteur commandable étant connectées à la troisième barre omnibus,
- pour chaque module de puissance, un condensateur présentant des première et deuxième bornes connectées respectivement aux première et deuxième barres omnibus, ayant une valeur d'au moins 500 micro Farad, de préférence d'au moins 560 micro Farad, et étant situé suffisamment proche des interrupteurs commandables pour que les barres omnibus définissent, pour chaque paire d'interrupteurs commandables, un chemin de conduction partant de la première borne du condensateur, passant successivement par chacun de ces deux interrupteurs commandables et se terminant à la deuxième borne du condensateur, ce chemin de conduction présentant une inductance d'au plus 40 nano Henry, de préférence d'au plus 30 nano Henry.
Il est également proposé un système électrique comportant :
- une machine électrique,
- un convertisseur de tension selon l'invention, connecté à la machine électrique.
De façon optionnelle, la machine électrique s'étend en dessous du premier dissipateur de chaleur.
De façon optionnelle également, la sortie d'air du convertisseur de tension est ménagée au travers du premier dissipateur de chaleur et la machine électrique présente une entrée d'air supérieure et comporte un ventilateur conçu pour aspirer de l'air par l'entrée d'air supérieure de manière à créer une aspiration d'air par la sortie d'air du convertisseur de tension. De façon optionnelle également, la machine électrique est située à distance du premier dissipateur de chaleur du convertisseur de tension de manière à définir une deuxième entrée d'air entre le premier dissipateur de chaleur du convertisseur de tension et la machine électrique et le ventilateur de la machine électrique est conçu pour aspirer de l'air par l'entrée d'air supérieure de la machine électrique de manière à créer un deuxième flux d'air depuis la deuxième entrée d'air jusqu'à l'entrée d'air supérieure de la machine électrique, le deuxième flux d'air passant au contact du premier dissipateur de chaleur.
II est également proposé un procédé de fabrication d'un convertisseur de tension selon l'invention, comportant :
- pour chaque module de puissance, la détermination d'une position du condensateur associé suffisamment proche des interrupteurs commandables pour que les barres omnibus définissent, pour chaque paire d'interrupteurs commandables, un chemin de conduction partant de la première borne du condensateur, passant successivement par chacun de ces deux interrupteurs commandables et se terminant à la deuxième borne du condensateur présentant une inductance d'au plus 40 nano Henry, de préférence d'au plus 30 nano Henry,
- la fabrication du convertisseur de tension en plaçant, pour chaque module de puissance, le condensateur associé à la position déterminée.
DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 est un schéma électrique d'un système électrique comportant un convertisseur de tension mettant en œuvre l'invention.
La figure 2 est une vue en trois dimensions d'un condensateur utilisé dans le convertisseur de tension. La figure 3 est une vue en coupe simplifiée du convertisseur de tension et d'une machine électrique connectée au convertisseur de tension.
La figure 4 est une vue en coupe du convertisseur de tension.
La figure 5 est une vue similaire celle de la figure 3, avec des flux d'air illustrés.
La figure 6 est une vue en trois dimensions d'un module de puissance du convertisseur de tension.
La figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 6, avec le condensateur enlevé et avec un chemin de conduction entre les bornes du condensateur illustré.
La figure 8 est une vue en trois dimensions d'un dissipateur de chaleur bas, des condensateurs et des modules de puissance du convertisseur de tension.
La figure 9 est un schéma-blocs illustrant des étapes d'un procédé de fabrication du convertisseur de tension.
La figure 10 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation du convertisseur de tension.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
En référence à la figure 1, un système électrique 100 mettant en œuvre l'invention va à présent être décrit.
Le système électrique 100 est par exemple destiné à être implanté dans un véhicule automobile.
Le système électrique 100 comporte tout d'abord une source d'alimentation électrique 102 conçue pour délivrer une tension continue U, par exemple comprise entre 20 V et 100 V, par exemple 48 V. La source d'alimentation électrique 102 comporte par exemple une batterie.
Le système électrique 100 comporte en outre une machine électrique 130 comportant plusieurs phases (non représentées) destinées à présenter des tensions de phase respectives. Le système électrique 100 comporte en outre un convertisseur de tension 104 connecté entre la source d'alimentation électrique 102 et la machine électrique 130 pour effectuer une conversion entre la tension continue U et les tensions de phase.
Le convertisseur de tension 104 comporte tout d'abord une barre omnibus positive 106 et une barre omnibus négative 108 destinées à être connectées à la source d'alimentation électrique 102 pour recevoir la tension continue U, la barre omnibus positive 106 recevant un potentiel électrique haut et la barre omnibus négative 108 recevant un potentiel électrique bas.
Le convertisseur de tension 104 comporte en outre au moins un module de puissance 110 comportant une ou plusieurs barres omnibus de phase 122 destinées être respectivement connectées à une ou plusieurs phases de la machine électrique 130, pour fournir leurs tensions de phase respectives.
Dans l'exemple décrit, le convertisseur de tension 104 comporte trois modules de puissance 110 comportant chacun deux barres omnibus de phase 122 connectées à deux phases de la machine électrique 130.
Plus précisément, dans l'exemple décrit, la machine électrique 130 comporte deux systèmes triphasés comportant chacun trois phases, et destinés à être électriquement déphasés de 120° l'un par rapport à l'autre. De préférence, les premières barres omnibus de phase 122 des modules de puissance 110 sont respectivement connectées aux trois phases du premier système triphasé, tandis que les deuxièmes barres omnibus de phase 122 des modules de puissance 110 sont respectivement connectées aux trois phases du deuxième système triphasé.
Chaque module de puissance 110 comporte, pour chaque barre omnibus de phase 122, un interrupteur de côté haut 112 connecté entre la barre omnibus positive 106 et la barre omnibus de phase 122 et un interrupteur de côté bas 114 connecté entre la barre omnibus de phase 122 et la barre omnibus négative 108. Ainsi, les interrupteurs 112, 114 sont agencés de manière à former un bras de hachage, dans lequel la barre omnibus de phase 122 forme un point milieu. Chaque interrupteur 112, 114 comporte des première et deuxième bornes principales 116, 118 et une borne de commande 120 destinée à sélectivement ouvrir et fermer l'interrupteur 112, 114 entre ses deux bornes principales 116, 118 en fonction d'un signal de commande qui lui est appliqué. Les interrupteurs 112, 114 sont de préférence des transistors, par exemple des transistors à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur (de l'anglais « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » ou MOSFET) présentant une grille formant la borne de commande 120, et un drain et une source formant respectivement les bornes principales 116, 118.
Dans l'exemple décrit, les interrupteurs 112, 114 ont chacun la forme d'une plaque, par exemple sensiblement rectangulaire, présentant une face supérieure et une face inférieure. La première borne principale 116 s'étend sur la face inférieure, tandis que la deuxième borne principale 118 s'étend sur la face supérieure. En outre, la face inférieure forme une face de dissipation de chaleur.
Le convertisseur de tension 104 comporte en outre, pour chaque module de puissance 110, un condensateur 124 présentant une borne positive 126 et une borne négative 128 respectivement connectées à la barre omnibus positive 106 et à la barre omnibus négative 108.
II sera apprécié que la barre omnibus positive 106, la barre omnibus négative 108 et les barres omnibus de phase 122 sont des éléments rigides conçus pour supporter des courants électriques d'au moins 1 A. Elles présentent de préférence une épaisseur d'au moins 1 mm.
En outre, dans l'exemple décrit, la machine électrique 130 a à la fois une fonction d'alternateur et de moteur électrique. Plus précisément, le véhicule automobile comporte en outre un moteur thermique (non représenté) présentant un axe de sortie auquel la machine électrique 130 est reliée par une courroie (non représentée). Le moteur thermique est destiné à entraîner des roues du véhicule automobile par l'intermédiaire de son axe de sortie. Ainsi, en fonctionnement comme alternateur, la machine électrique fournit de l'énergie électrique en direction de la source d'alimentation électrique 102 à partir de la rotation de l'axe de sortie. Le convertisseur de tension 104 fonctionne alors comme redresseur. En fonctionnement comme moteur électrique, la machine électrique entraîne l'arbre de sortie (en complément ou bien à la place du moteur thermique). Le convertisseur de tension 104 fonctionne alors comme onduleur.
La machine électrique 130 est par exemple localisée dans une boîte de vitesses ou bien dans un embrayage du véhicule automobile ou bien en lieu et place de l'alternateur.
En référence à la figure 2, chaque condensateur 124 est de grande taille. Par exemple, sa plus grande dimension fait au moins 15 mm. Généralement, cette plus grande dimension fait au moins 30 mm. Par exemple, chaque condensateur 124 est de forme générale cylindrique, avec un rayon compris entre 5 et 15 mm et une hauteur comprise entre 18 mm et 40 mm, de préférence entre 20 mm et 35 mm. Chaque condensateur 124 présente en outre une valeur d'au moins 500 micro Farad, de préférence d'au moins 560 micro
Farad. Chaque condensateur 124 est par exemple un condensateur chimique.
Par ailleurs, chaque condensateur 124 présente une face inférieure 202 circulaire où sont situées une broche centrale formant sa première borne 126 et deux broches périphériques formant sa deuxième borne 128.
Chaque condensateur 124 présente en outre une face de dissipation de chaleur 204, s'étendant dans l'exemple décrit sur une face supérieure circulaire du condensateur 124.
De préférence, au moins 50%, par exemple au moins 75 %, de la chaleur dissipée, en fonctionnement, par le condensateur 124 est dissipée par la face de dissipation de chaleur 204, tandis que la face de dissipation de chaleur 204 s'étend sur au plus 15 %, par exemple au plus 10%, de la surface totale de ce condensateur 124.
Dans la suite de la description, la structure et la disposition des éléments du convertisseur de tension 104 et de la machine électrique 130 vont être décrits plus en détails, en référence à une direction verticale H-B arbitraire, la lettre « H » représentant le haut et la lettre « B » représentant le bas. En référence à la figure 3, le convertisseur de tension 104 comporte tout d'abord un dissipateur de chaleur bas 302 comportant une plaque basse 304 s'étendant sensiblement horizontalement et présentant une face supérieure 306 où sont situés les interrupteurs commandables 112, 114. La face de dissipation de chaleur de chacun d'eux est en contact thermique avec la face supérieure 306 de la plaque basse 304, dans l'exemple par l'intermédiaire de l'une des barres omnibus 106, 108, 122.
En outre, la plaque basse 304 est munie d'une sortie d'air 308 et d'ouvertures de réception 310 des condensateurs 124, ces ouvertures de réception 310 étant disposées autour de la sortie d'air 308. Les condensateurs 124 sont orientés verticalement avec leur face inférieure 202 dirigée vers le bas, les bornes 126, 128 s'étendant sous la plaque basse 304, et leur face de dissipation de chaleur 204 dirigée vers le haut.
Le dissipateur de chaleur bas 302 comporte en outre des ailettes basses 312 s'étendant sur une face inférieure 314 de la plaque basse 304.
Le convertisseur de tension 104 comporte en outre un dissipateur de chaleur haut 316 s'étendant au-dessus du dissipateur de chaleur bas 302, à distance de ce dernier.
Le dissipateur de chaleur haut 316 comporte une plaque haute 318 sensiblement horizontale s'étendant au-dessus de la plaque basse 304 du dissipateur de chaleur bas 302.
La plaque haute 318 présente une face supérieure 320 au contact de l'air ambiant.
Le dissipateur de chaleur haut 316 comporte en outre des ailettes hautes 322 se projetant vers le bas depuis une face inférieure 324 de la plaque haute 318.
La plaque 318 comporte en outre des bossages 326 dirigés vers le bas avec lesquelles les faces de dissipation de chaleur 204 des condensateurs 124 sont respectivement en contact thermique. Dans, l'exemple décrit, un élément conducteur thermique 328 est intercalé entre la face de dissipation de chaleur 204 et le bossage 326. L'élément conducteur thermique est par exemple de la colle thermique.
Le convertisseur de tension 104 comporte en outre une carte de circuit imprimé 336 comporte des composants électriques agencés pour contrôler les interrupteurs commandables 112, 114.
Le convertisseur de tension 104 comporte en outre un boîtier 330 de réception de la carte de circuit imprimé 336 s'étendant entre le dissipateur de chaleur bas 302 et le dissipateur de chaleur haut 316.
Le boîtier 330 comporte une plaque intermédiaire 332 sensiblement horizontale, située entre la plaque 304 du dissipateur de chaleur bas 302 et la plaque 318 du dissipateur de chaleur haut 316. La carte de circuit imprimé 336 s'étend sur une face supérieure 338 de la plaque intermédiaire 332.
La plaque intermédiaire 332 est munie d'ouvertures de passage 334 respectivement des condensateurs 124.
Le dissipateur de chaleur haut 316 et le boîtier 330 délimitent entre eux une entrée d'air latérale haute 340, donnant sur les ailettes hautes 322.
Par ailleurs, la machine électrique 130 s'étend en-dessous du dissipateur de chaleur bas 302, à distance de ce dernier de manière à définir un passage d'air présentant une entrée d'air latérale basse 342 donnant sur les ailettes basses 312.
La machine électrique 130 présente une entrée d'air supérieure 344 et une sortie d'air latérale 346 et comporte un ventilateur 348 actionné par un rotor (non représenté) de la machine électrique 130 et agencé pour aspirer de l'air par l'entrée d'air supérieure 344.
En référence à la figure 4, le convertisseur de tension 104 comporte en outre, pour chaque condensateur 124, un logement 402, par exemple en matière plastique, entourant ce condensateur 124 et formant un isolant thermique.
En particulier, le logement 402 s'étend dans l'ouverture de réception 310 du condensateur 124 ménagée dans la plaque basse 304 de manière à s'intercaler entre le dissipateur de chaleur bas 302 et le condensateur 124. Ainsi, le condensateur 124 est isolé thermiquement du dissipateur de chaleur bas 302. En outre, le logement 402 s'élève jusqu'au dissipateur de chaleur haut 316 en passant dans l'ouverture de passage 334 ménagée dans la plaque intermédiaire 332. Dans l'exemple décrit, le logement 402 s'élève jusqu'au bossage 326 associé au condensateur 124, et est fixé de manière étanche à ce bossage 326 par de la colle 404. En outre, une partie inférieure du logement 402 s'étend sous la face inférieure 202 du condensateur 124. Ainsi, le condensateur 124 est isolé thermiquement de son environnement, sauf au niveau de sa face de dissipation de chaleur 204 qui est en contact thermique avec le dissipateur de chaleur haut 316. En outre, dans l'exemple décrit, les bornes 126, 128 du condensateur 124 et les portions des barres omnibus 106, 108 situées au niveau des bornes 126, 128 sont noyées dans la partie inférieure du logement 402.
En référence à la figure 5, le refroidissement du convertisseur de tension 104 va à présent être décrit.
En fonctionnement, le ventilateur 348 de la machine électrique 130 aspire de l'air par l'entrée d'air supérieure 344 de la machine électrique 130 et le rejette par la sortie d'air latérale 346 de la machine électrique 130.
Cette aspiration d'air crée un premier flux d'air 502 depuis l'entrée d'air latérale haute 340 jusqu'à la sortie d'air 308 passant au contact du dissipateur de chaleur haut 316, et plus précisément des ailettes hautes 322. Ce premier flux d'air 502 évacue ainsi la chaleur du dissipateur de chaleur haut 316 et refroidit de ce fait les condensateurs 124 qui sont en contact thermique avec le dissipateur de chaleur haut 316.
Par ailleurs, l'aspiration d'air par le ventilateur 348 crée un deuxième flux d'air 504 depuis l'entrée d'air latérale basse 342 jusqu'à l'entrée d'air supérieure 344 de la machine électrique 130, passant au contact du dissipateur de chaleur bas 302, et plus précisément des ailettes basses 312. Ce deuxième flux d'air 504 évacue ainsi la chaleur du dissipateur de chaleur bas 302 et refroidit de ce fait les interrupteurs commandables 112, 114 qui sont en contact thermique avec le dissipateur de chaleur bas 302.
L'air entourant le convertisseur de tension 104 est à une température ambiante valant généralement autour de 120° C. Or, l'air sortant de la machine thermique 130 par sa sortie d'air latérale 346 est chauffée par le stator de la machine thermique 130, de sorte que l'air au niveau de cette sortie d'air latérale 346 est à une température dite chaude, quelques degrés plus élevée que la température ambiante, par exemple elle vaut 125° C.
L'entrée d'air latérale basse 342 étant située juste au-dessus de la sortie d'air latérale de la machine thermique 130, le deuxième flux d'air 504 fait entrer dans le convertisseur de tension 104 de l'air à la température chaude. Cela ne pose pas de problème pour le refroidissement des interrupteurs commandables 112, 114 car ces derniers supportent des températures élevées.
Les condensateurs 124 de leur côté supportent une température plus basse, qui risquerait d'être dépassée s'ils étaient refroidis par le dissipateur de chaleur bas 302, qui est refroidi par le deuxième flux d'air 504 utilisant de l'air à température chaude. En outre, les condensateurs 124 étant disposés, comme cela sera expliqué plus en détail lors de la description des figures 6 à 8, très proches des interrupteurs 112, 114, la chaleur émise par ces interrupteurs 112, 114 dans le dissipateur de chaleur bas 302 rendrait encore plus difficile l'utilisation du dissipateur de chaleur bas 302 pour refroidir les condensateurs 124.
C'est pour cela que l'utilisation du dissipateur de chaleur haut 316 permet de refroidir les condensateurs 124. En outre, dans l'exemple décrit, le fait que l'entrée d'air latérale haute 340 soit située plus haute que l'entrée d'air latérale basse 342 permet d'éviter de refroidir le dissipateur de chaleur haut 316 à partir de l'air rejeté par la sortie d'air latérale 346 de la machine électrique 130.
La figure 10 représente un deuxième mode de réalisation. Les éléments en commun avec le mode de réalisation décrit à la figure 5 portent les mêmes numéros de référence et ne sont pas à nouveau décrits.
Dans le mode de réalisation de la figure 10, le boîtier 330 comporte des ailettes intermédiaires 352 s'étendant sur face inférieure de la plaque intermédiaire 332. Le boitier 330 forme un dissipateur de chaleur intermédiaire pour la carte de circuit imprimé 336.
Le boitier 330 et le dissipateur de chaleur bas 302 délimitent entre eux une entrée d'air latérale intermédiaire 350. L'entrée d'air latérale intermédiaire est agencée de sorte qu'une aspiration d'air par la sortie d'air 308 crée un troisième flux d'air 506 entre le boitier 330 et le premier dissipateur de chaleur 302 depuis l'entrée d'air 350 jusqu'à la sortie d'air 308 en passant au contact du boitier 330.
De l'entrée d'air intermédiaire 350 jusqu'à la sortie d'air 308, le troisième flux d'air 506 passe au contact du boitier 330, et plus précisément des ailettes 352. Le troisième flux d'air évacue ainsi la chaleur du boitier 330 et de ce fait refroidit la carte de circuit imprimé 336.
Dans le mode de réalisation de la figure 10, le troisième flux d'air 506 passe au contact des ailettes intermédiaires 352.
En fonctionnement, le ventilateur 348 de la machine électrique 130 aspire de l'air par l'entrée d'air latérale intermédiaire 350 et le rejette par la sortie d'air latérale 346 de la machine électrique 130.
Le troisième flux d'air 506 présente une orientation globalement horizontale à partir de l'entrée d'air latérale intermédiaire 350 jusqu'à la sortie 308 où il prend une orientation globalement verticale. Le flux d'air prend ensuite une direction globalement horizontale et centrifuge dans le ventilateur 348 avant de sortir par la sortie d'air latérale 346.
Le premier flux d'air 502 présente une orientation globalement horizontale à partir de l'entrée d'air latérale haute 340 jusqu'aux ouvertures de passage 334 où il prend une direction oblique jusqu'à la sortie 308 puis une orientation globalement verticale. Le flux d'air prend ensuite une direction globalement horizontale et centrifuge dans le ventilateur 348 avant de sortir par la sortie d'air latérale 346.
Le deuxième flux d'air 504 présente une orientation globalement horizontale à partir de l'entrée d'air latérale basse 342 jusqu'à l'entrée d'air supérieure 344 où il prend une orientation verticale. Le flux d'air prend ensuite une direction globalement horizontale et centrifuge dans le ventilateur 348 avant de sortir par la sortie d'air latérale 346.
En variante le boîtier 330 ne comporte pas d'ailettes 352. Bien entendu, dans cette variante le troisième flux d'air 506 existe également et possède les mêmes caractéristiques. Le flux d'air 506 passe au contact du boîtier 330 et permet donc un refroidissement du boîtier 330 et de la carte de circuit imprimé 336. Le premier flux d'air 502, le deuxième flux d'air 504 et le troisième flux d'air 506 permettent donc respectivement le refroidissement des condensateurs 124, des interrupteurs 112 et 114 et de la carte de circuit imprimé 336.
En référence à la figure 6, dans l'exemple décrit, les barres omnibus 106,
108, 122 comportent respectivement des portions planes 6202, 6204, 6206 horizontales et coplanaires, et s'étendant les unes à côté des autres, sur la plaque basse 304 du dissipateur de chaleur bas 302.
Par ailleurs, dans l'exemple décrit, le première borne principale 116 de chaque interrupteur commandable 112, 114 s'étend sur au moins une partie de sa face inférieure, tandis que sa deuxième borne principale 118 s'étend sur au moins une partie de sa face supérieure.
Pour chaque paire d'interrupteurs commandables 112, 114, la face inférieure du premier interrupteur 112 est plaquée contre l'une parmi la portion plane 6202 de la première barre omnibus 106 et la portion plane 6206 de la troisième barre omnibus 122, de manière à connecter sa première borne principale 116 à la première barre omnibus 106 ou à la troisième barre omnibus 122. Dans l'exemple décrit, la face inférieure du premier interrupteur commandable 112 est plaquée contre la portion plane 6202 de la première barre omnibus 106. En outre, la face supérieure du premier interrupteur 112 est connectée via au moins une languette conductrice 6208 à l'autre parmi la portion plane 6202 de la première barre omnibus 106 et la portion plane 6206 de la troisième barre omnibus 122, de manière à connecter sa deuxième borne principale 116 à la première barre omnibus 106 ou à la troisième barre omnibus 122. Dans l'exemple décrit, la face supérieure du premier interrupteur 112 est connectée via trois languettes conductrices 6208 à la portion plane 6206 de la troisième barre omnibus 122.
Par ailleurs, pour chaque paire d'interrupteurs commandables 112, 114, la face inférieure du deuxième interrupteur commandable 114 est plaquée contre l'une parmi la portion plane 6204 de la deuxième barre omnibus 108 et la portion plane 6206 de la troisième barre omnibus 122, de manière à connecter sa première borne principale 116 à la deuxième barre omnibus 108 ou à la troisième barre omnibus 122. Dans l'exemple décrit, la face inférieure du deuxième interrupteur 114 est plaquée contre la portion plane 6206 de la troisième barre omnibus 122. En outre, la face supérieure du deuxième interrupteur 114 est connectée via au moins une languette conductrice 6210 à l'autre parmi la portion plane 6204 de la deuxième barre omnibus 108 et la portion plane 6206 de la troisième barre omnibus 122, de manière à connecter sa deuxième borne principale 118 à la deuxième barre omnibus 108 ou à la troisième barre omnibus 122. Dans l'exemple décrit, la face supérieure du deuxième interrupteur 114 est connectée via trois languettes conductrices 6210 à la portion plane 6204 de la deuxième barre omnibus 108.
Ainsi, du fait de la disposition des barres omnibus 106, 108, 122 qui s'étendent les unes à côté des autres au lieu d'être empilées, il est possible de limiter l'encombrement vertical du module de puissance 110.
Par ailleurs, les bornes de commande 120 des interrupteurs commandables 112, 114 s'étendent dans l'exemple décrit sur leur face supérieure et sont connectées à des broches de commande 6212 connectées aux composants électrique du circuit imprimé 336.
En référence à la figure 7, pour chaque module de puissance 110, le condensateur 124 associé est destiné à s'étendre le long d'un axe 7402, par exemple à être centré sur cet axe 7402. De préférence, cet axe 7402 est vertical. Par ailleurs, la première barre omnibus 106 présente une première perforation 7404 destinée à recevoir la broche formant la première borne 126 du condensateur 124 et la deuxième barre omnibus 108 présente deux deuxièmes perforations 7406 destinées à respectivement recevoir les deux ergots formant sa deuxième borne 128. De préférence, l'axe 7402 passe par cette perforation 7404.
Les barres omnibus 106, 108, 122 définissent, pour chaque paire d'interrupteurs commandables 112, 114, un chemin de conduction 7408 partant de la première borne 126 du condensateur 124 (représentée sur la figure 7, par la première perforation 7404), passant successivement par chacun de ces deux interrupteurs commandables 112, 114 et se terminant à la deuxième borne du condensateur 124 (représentée sur la figure 7, par l'une des deuxièmes perforations 7406). Sur la figure 7, seul le chemin de conduction 7408 d'une des deux paires d'interrupteurs commandables 112, 114 est représenté. Un autre chemin de conduction similaire existe bien sûr également pour l'autre paire d'interrupteurs commandables 112, 114.
L'axe 7402, et donc le condensateur 124, est situé suffisamment proche des interrupteurs commandables 112, 114 pour que chaque chemin de conduction 7408 présente une inductance d'au plus 40 nano Henry, de préférence d'au plus 30 nano Henry. Pour obtenir une inductance aussi petite, le chemin de conduction 7408 présente de préférence une longueur d'au plus 100 mm, de préférence encore d'au plus 70 mm. En outre, toujours pour obtenir une inductance aussi petite, chaque interrupteur commandable 112, 114 est de préférence situé à une distance comprise entre 10 et 30 mm de l'axe 7402, de préférence encore entre 15 et 25 mm. Ainsi, les interrupteurs commandables 112, 114 sont à la fois, d'une part, suffisamment éloignés de l'axe 7402 pour permettre l'installation du condensateur 124 et, d'autre part, suffisamment proches pour que chaque chemin d'induction 7408 puisse être assez court pour présenter l'inductance souhaitée. Dans l'exemple décrit, les interrupteurs commandables 112, 114 sont situés aux quatre coins d'un trapèze présentant une petite base (distance entre les deux interrupteurs de côté haut 112) et une grande base (distance entre les deux interrupteurs de côté bas). L'axe 7402 est situé à moins de 10 mm du milieu de la grande base. Ainsi, les interrupteurs 112, 114 entourent le condensateur 124, ce qui permet de les disposer à proximité du condensateur 124. En référence à la figure 8, les condensateurs 124 sont de préférence positionnés plus proches de la sortie d'air 308 du convertisseur de tension 104 que les modules de puissance 110, et en particulier que les interrupteurs commandables 112, 114. Ainsi, les condensateurs 124 sont situés au centre et les modules de puissance 110 à la périphérie du convertisseur de tension 104.
Grâce à leur disposition au centre du convertisseur de tension 104, les condensateurs 124 n'empêchent pas les flux d'air 502, 504 représentés sur la figure 5 de passer par les modules de puissance 110, alors qu'ils sont placés respectivement au plus près des modules de puissance 110.
En référence à la figure 9, un procédé 9600 de fabrication du convertisseur de tension 104 va à présent être décrit.
Au cours d'une étape 9602, une position de chaque condensateur 124 est déterminée, de sorte que cette position soit suffisamment proche des interrupteurs commandables 112, 114 du module de puissance 110 associé, pour que les barres omnibus 106, 108, 122 définissent, pour chaque paire d'interrupteurs commandables 112, 114, un chemin de conduction 7408 partant de la première borne 126 du condensateur 124, passant successivement par chacun de ces deux interrupteurs commandables 112, 114 et se terminant à la deuxième borne 128 du condensateur 124 présentant une inductance d'au plus 40 nano Henry, de préférence d'au plus 30 nano Henry. Cette détermination peut par exemple être réalisée au moyen d'une simulation informatique ou bien de manière empirique.
Au cours d'une étape 9604, le convertisseur de tension 104 est fabriqué en plaçant, pour chaque module de puissance 110, le condensateur 124 associé à la position déterminée à l'étape précédente.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment, mais est au contraire définie par les revendications qui suivent. Il sera en effet apparent à l'homme du métier que des modifications peuvent y être apportées.
En particulier, les entrées et sorties d'air peuvent comporter une ou plusieurs ouvertures. Par ailleurs, les termes utilisés dans les revendications ne doivent pas être compris comme limités aux éléments du mode de réalisation décrit précédemment, mais doivent au contraire être compris comme couvrant tous les éléments équivalents que l'homme du métier peut déduire à partir de ses connaissances générales.

Claims

REVENDICATIONS
1. Convertisseur de tension (104) comportant :
- un premier dissipateur de chaleur (302),
- au moins un interrupteur commandable (112, 114) présentant une face de dissipation de chaleur en contact thermique avec le premier dissipateur de chaleur (302),
- au moins un condensateur (124),
caractérisé en ce que le convertisseur de tension (104) comporte en outre un deuxième dissipateur de chaleur (316) et en ce qu'une face de dissipation de chaleur (204) de chaque condensateur (124) est en contact thermique avec le deuxième dissipateur de chaleur (316).
2. Convertisseur de tension (104) selon la revendication 1, comportant un élément conducteur thermique (328) intercalé entre la face de dissipation de chaleur (204) de chaque condensateur (124) et le deuxième dissipateur de chaleur (316).
3. Convertisseur de tension (104) selon la revendication 1 ou 2, comportant en outre, pour chaque condensateur (124), un isolant thermique (402) intercalé entre le premier dissipateur de chaleur (302) et le condensateur (124).
4. Convertisseur de tension (104) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'au moins un condensateur (124) a la forme d'un cylindre, une première base du cylindre formant une face inférieure circulaire du condensateur, une deuxième base du cylindre formant une face supérieure circulaire du condensateur, ladite face inférieure comprenant une première borne (126) et une deuxième borne (128) de l'au moins un condensateur (124), ladite face de dissipation (204) étant ladite face supérieure circulaire.
5. Convertisseur de tension (104) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, présentant une entrée d'air (340) et une sortie d'air (308) agencées de sorte qu'une aspiration d'air par la sortie d'air (308) crée un flux d'air (502) depuis l'entrée d'air (340) jusqu'à la sortie d'air (308) passant au contact du deuxième dissipateur de chaleur (316).
6. Convertisseur de tension (104) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le deuxième dissipateur de chaleur (316) s'étend au-dessus du premier dissipateur de chaleur (302).
7. Convertisseur de tension (104) selon la revendication 6 lorsqu'elle dépend de la revendication 5, dans lequel un boîtier (330) s'étend au dessus du premier dissipateur de chaleur (302) et en dessous du deuxième dissipateur de chaleur (316), le boîtier (330) recevant une carte de circuit imprimé (336) comportant des composants électriques agencés pour contrôler l'au moins un interrupteur commandable (112, 114) et dans lequel une entrée d'air intermédiaire (350) est agencée de sorte qu'une aspiration d'air par la sortie d'air (308) crée un flux d'air (506) entre le boîtier (330) et le premier dissipateur de chaleur (302) depuis l'entrée d'air (350) jusqu'à la sortie d'air (308) passant au contact du boîtier (330).
8. Convertisseur de tension (104) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le deuxième dissipateur de chaleur (316) comporte une plaque (318) et des ailettes (322) se projetant depuis la plaque (318).
9. Convertisseur de tension (104) selon la revendication 6 ou 7 prise ensemble avec la revendication 8, dans lequel la plaque (318) du deuxième dissipateur de chaleur (316) présente une face inférieure (324), les ailettes (322) se projetant vers le bas depuis la face inférieure (324).
10. Convertisseur de tension (104) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le premier dissipateur de chaleur (302) comporte une plaque (304) présentant une face inférieure (314) et des ailettes (312) se projetant vers le bas depuis ladite face inférieure (314) de la plaque (304).
11. Convertisseur de tension (104) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comportant :
- des première et deuxième barres omnibus (106, 108),
- au moins un module de puissance (110) comportant :
- au moins une paire de premier et deuxième interrupteurs commandables (112, 114), chaque interrupteur commandable (112, 114) présentant deux bornes principales (116, 118) et une borne de commande (120) destinée à sélectivement ouvrir et fermer l'interrupteur commandable (112, 114) entre ses deux bornes principales (116, 118), la première borne principale (116) du premier interrupteur commandable (112) étant connectée à la première barre omnibus (106) et la deuxième borne principale (118) du deuxième interrupteur commandable (114) étant connectée à la deuxième barre omnibus (108),
- pour chaque paire d'interrupteurs commandables (112, 114), une troisième barre omnibus (122), la deuxième borne principale (118) du premier interrupteur commandable (112) et la première borne principale (116) du deuxième interrupteur commandable (114) étant connectées à la troisième barre omnibus (122),
pour chaque module de puissance (110), un condensateur (124) présentant des première et deuxième bornes (126, 128) connectées respectivement aux première et deuxième barres omnibus (106, 108), ayant une valeur d'au moins 500 micro Farad, de préférence d'au moins 560 micro Farad, et étant situé suffisamment proche des interrupteurs commandables (112, 114) pour que les barres omnibus (106, 108, 122) définissent, pour chaque paire d'interrupteurs commandables (112, 114), un chemin de conduction (7408) partant de la première borne (126) du condensateur (124), passant successivement par chacun de ces deux interrupteurs commandables (112, 114) et se terminant à la deuxième borne (128) du condensateur (124), ce chemin de conduction (7408) présentant une inductance d'au plus 40 nano Henry, de préférence d'au plus 30 nano Henry.
12. Système électrique (100) comportant :
- une machine électrique (130),
- un convertisseur de tension (104) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, connecté à la machine électrique (130).
13. Système électrique selon la revendication 12, dans lequel la machine électrique (130) s'étend en dessous du premier dissipateur de chaleur (302). 14. Système électrique selon la revendication 113, dans lequel le convertisseur de tension (104) est conforme à la revendication 4, dans lequel la sortie d'air (308) du convertisseur de tension (104) est ménagée au travers du premier dissipateur de chaleur (302) et dans lequel la machine électrique (130) présente une entrée d'air supérieure (344) et comporte un ventilateur (348) conçu pour aspirer de l'air par l'entrée d'air supérieure (344) de manière à créer une aspiration d'air par la sortie d'air (308) du convertisseur de tension
(104).
15. Système électrique selon la revendication 14, dans lequel la machine électrique (130) est située à distance du premier dissipateur de chaleur (302) du convertisseur de tension (104) de manière à définir une deuxième entrée d'air (342) entre le premier dissipateur de chaleur (302) du convertisseur de tension (104) et la machine électrique (130) et dans lequel le ventilateur (348) de la machine électrique (130) est conçu pour aspirer de l'air par l'entrée d'air supérieure (344) de la machine électrique (130) de manière à créer un deuxième flux d'air (504) depuis la deuxième entrée d'air (342) jusqu'à l'entrée d'air supérieure (344) de la machine électrique (130), le deuxième flux d'air (504) passant au contact du premier dissipateur de chaleur (302).
16. Procédé de fabrication (9600) d'un convertisseur de tension (104) selon la revendication 6, comportant :
- pour chaque module de puissance (110), la détermination (9602) d'une position du condensateur (124) associé suffisamment proche des interrupteurs commandables (112, 114) pour que les barres omnibus (106, 108, 122) définissent, pour chaque paire d'interrupteurs commandables (112, 114), un chemin de conduction (7408) partant de la première borne (126) du condensateur (124), passant successivement par chacun de ces deux interrupteurs commandables (112, 114) et se terminant à la deuxième borne (128) du condensateur (124) présentant une inductance d'au plus 40 nano Henry, de préférence d'au plus 30 nano Henry,
- la fabrication (9604) du convertisseur de tension (104) en plaçant, pour chaque module de puissance (110), le condensateur (124) associé à la position déterminée.
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