WO2021116246A1 - Ensemble électrique et convertisseur de tension - Google Patents

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WO2021116246A1
WO2021116246A1 PCT/EP2020/085427 EP2020085427W WO2021116246A1 WO 2021116246 A1 WO2021116246 A1 WO 2021116246A1 EP 2020085427 W EP2020085427 W EP 2020085427W WO 2021116246 A1 WO2021116246 A1 WO 2021116246A1
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WO
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electrical
main
conductor
electrical conductor
assembly according
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PCT/EP2020/085427
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English (en)
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Manuel FALGUIER
Romain HENNEGUET
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
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    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
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    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure

Definitions

  • the present invention relates to an electrical assembly and a voltage converter comprising such an electrical assembly.
  • Electrical assemblies comprising an electrical circuit plated on a heat sink, the electrical circuit comprising a first electrical conductor, called main, a first electrical component mounted on a first surface of the first main electrical conductor, and an electrical insulator hermetically sealing the first main electrical conductor and the electrical component, the electrical insulator having an upper face opposite the first main electrical conductor,
  • the heat diffuses into the electrical insulation so that its upper face risks catching fire. , endangering the surrounding elements.
  • the aim of the invention is to alleviate at least in part the aforementioned problem.
  • an electrical assembly comprising a heat sink, an electrical circuit and a fire protection element, the electrical circuit comprising:
  • an electrical insulator hermetically sealing the first main electrical conductor and the electrical component, the electrical insulator having an upper face opposite the first main electrical conductor, the electrical circuit being bonded to said heat sink via an electrically insulating connecting element, and the fire stopper extending at least 85% of a portion of the top face of the electrical insulation or extending a predefined distance of at least 85% of a portion of the upper face of the electrical insulator, this part grouping together the point or points of the upper face of the electrical insulator closest to the first electrical component.
  • the spread of fire is stopped or at least limited.
  • the electrical assembly according to the first aspect of the invention can also have one or more of the characteristics of the particular embodiments below, considered individually or in any technically possible combination.
  • the electrical circuit is a power module.
  • the first main electrical conductor is a bus bar.
  • the first main electrical conductor is a bus bar intended to be connected to a high electrical potential of an electrical power source.
  • the second main electrical conductor is a bus bar intended to be connected to a phase of a rotating electrical machine.
  • the second main electrical conductor comprises first and second electrical conductors, called partial, said first and second partial electrical conductors being bus bars.
  • the third main electrical conductor is a bus bar.
  • the third main electrical conductor is a bus bar intended to be connected to a low electrical potential of an electrical power source.
  • the first main electrical conductor and / or the third main electrical conductor have the form of horizontal flat plates, for example having a thickness between 1 mm and 2 mm.
  • the first main electrical conductor and the third main electrical conductor are in the form of two coplanar plates which extend next to each other.
  • the first main electrical conductor and / or the second partial electrical conductor and / or the third main electrical conductor have the form of horizontal flat plates, for example having a thickness between 1 mm and 2. mm.
  • the first main electrical conductor, the second partial electrical conductor and the third main electrical conductor have the form of coplanar plates which extend one beside the other.
  • a second surface of the first electrical conductor opposite the first surface on which the first electrical component is mounted has a portion not covered with electrical insulation, the portion not covered with electrical insulation being attached to the heat sink via the electrically insulating connecting element.
  • the electrically insulating connecting element comprises particles of solid material.
  • the particles of solid matter each have a diameter greater than a predefined value.
  • the electrically insulating connecting element comprises an electrically insulating sheet or plate interposed between the portion not covered with electrical insulation and the heat sink.
  • the electrically insulating sheet or plate interposed between the portion not covered with electrical insulation and the heat sink is made of graphite or ceramic.
  • the surface of the heat sink to which the portion not covered with electrical insulation is attached is formed with a film of electrically insulating material.
  • the surface of the heat sink to which the electrical circuit is attached is formed with a film of electrically insulating material.
  • the film of electrically insulating material is for example obtained by anodizing the surface of the heat sink to which the electrical circuit is fixed.
  • the surface of the portion not covered with electrical insulation is formed with a film of electrically insulating material.
  • the heat sink is made of aluminum or an aluminum alloy and the electrically insulating film is formed by an oxidized film.
  • the electrical insulator has a lower face, the lower face and / or the surface of the heat sink on which the electrical circuit is fixed comprises projections which controls the thickness of the heat sink. electrical connection element.
  • the predefined distance is less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm and even more preferably less than 0.2 mm.
  • the distance between the fire stop element and the upper face of the electrical insulator is preferably as small as possible to stop the propagation of the fire as close as possible to the electrical component.
  • a distance between the fire-resistant element and the upper face of the electrical insulator of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm and even more preferably 0.2 mm allows the cutting element to keep -fire a good ability to stop or limit the spread of fire.
  • the fire-resistant element is metallic, for example steel.
  • the fire barrier element is in the form of a plate.
  • the electrical insulation is an epoxy resin.
  • the electrical insulation is hard enough to form a protective casing.
  • the electrical circuit further comprises a second electrical conductor, said main and at least one electrical connection intended to connect the first electrical component to the second main electrical conductor, each electrical connection having a conductive section. electrical at least ten times smaller than an electrically conductive section of the first main electrical conductor.
  • the electrical assembly further comprises a magnetic toroid and the electrical circuit further comprises a second electrical component mounted on a first surface of the second main electrical conductor, the second main electrical conductor comprising first and second electrical conductors, called partial, electrically connected to each other, the magnetic torus being wound around the second partial electrical conductor.
  • the electrical insulator hermetically seals the first main electrical conductor, the first electrical component and the second main electrical conductor.
  • the electrical insulator hermetically seals the first main electrical conductor, the second main electrical conductor, the third main electrical conductor, the first electrical component and the second electrical component.
  • the electrical assembly further comprises at least one second electrical connection intended to connect the second electrical component to a third electrical conductor, called main, each second electrical connection having an electrically conductive section at least ten times smaller than an electrically conductive section of the second main electric conductor.
  • the second partial electrical conductor is electrically connected to the first partial electrical conductor by soldering, brazing or screwing.
  • the electrical assembly further comprises an overmolding of plastic material surrounding the magnetic toroid and the second partial electrical conductor, and in which the fire-resistant element is fixed to the overmolding of plastic material.
  • the firestop element has at least one tab, each tab being overmolded in the plastic overmolding to secure the firestop element to the plastic overmolding.
  • the electrical assembly further comprises an overmolding of plastic material surrounding the magnetic toroid and the second partial electrical conductor, and in which the fire-resistant element is inserted between the lower face of the plastic overmolding and the upper face of the electrical insulator.
  • the plastic overmolding surrounding the magnetic core comprises at least one stud projecting from the underside of the overmolding
  • the fire-resistant element comprises at least one holes
  • the face upper part of the electrical insulator comprises at least one cavity, said pad being intended to be inserted into said hole and said cavity when the second partial electrical conductor is electrically connected to the first partial electrical conductor in order to maintain the fire element between the underside of the plastic overmolding and the upper face of the electrical insulator.
  • the first electrical component and / or the second electrical component is a controllable switch, for example an insulated gate field effect transistor.
  • the heat sink comprises at least one cavity, the electrical circuit being positioned on the bottom of the cavity.
  • the heat sink cavity is at least partially filled with an electrical insulator, a gel or an epoxy resin so as to at least partially cover the electrical circuit.
  • the heat sink cavity is at least partially filled with an electrical insulator, a gel or an epoxy resin so as to completely cover the electrical circuit.
  • the insulation or the gel is non-flammable or incombustible or comprises a flame retardant. It is also proposed, according to a second aspect of the invention, a voltage converter comprising an electrical assembly according to the first aspect of the invention.
  • the voltage converter further comprises a part and the fire-resistant element has at least one flexible strip intended to be deformed by said part so as to press said electrical circuit against the heat sink. heat.
  • the voltage converter further comprises a part and the fire-resistant element has at least one flexible strip intended to be deformed by the part so as to press the electrical circuit against the bottom. heat sink cavity.
  • FIG 1 is an electrical diagram of an electrical system embodying the invention.
  • FIG 2 is a three-dimensional view of a power module of a voltage converter of the electrical system of Fig. 1, without overmolding or fire stop element.
  • FIG 3 is a three-dimensional view of a first sub-module of the power module.
  • FIG 4 is a three-dimensional view of a second sub-module of the power module.
  • FIG 5 is a view similar to that of Figure 4, without overmolding.
  • FIG 6 is a sectional view of part of the power module, illustrating the arrangement of the fire stop element.
  • FIG 7 is a sectional view of the voltage converter illustrating the positioning of the power module.
  • FIG 8 is a block diagram illustrating the steps in a power module manufacturing process.
  • the electrical system 100 is for example intended to be installed in a motor vehicle.
  • the electrical system 100 firstly comprises an electrical power source 102 designed to deliver a direct voltage U, for example between 20 V and 100 V, for example 48 V.
  • the electrical power source 102 comprises for example a drums.
  • the electrical system 100 further comprises an electrical machine 130 comprising several phases (not shown) intended to present respective phase voltages.
  • Electrical system 100 further includes a voltage converter 104 connected between electrical power source 102 and electrical machine 130 to convert between direct voltage U and phase voltages.
  • the voltage converter 104 first of all comprises a positive bus bar 106 and a negative bus bar 108 intended to be connected to the power supply source 102 to receive the direct voltage U, the positive bus bar 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 comprising one or more phase bus bars 122 intended to be respectively connected to one or more phases of the electric machine 130, to supply 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 electric machine 130 comprises two three-phase systems each comprising three phases.
  • the two three-phase systems are intended to be electrically out of phase by 120 ° to each other.
  • the first phase bus bars 122 of the power modules 110 are respectively connected to the three phases of the first three phase system, while the second phase bus bars 122 of the power modules 110 are respectively connected to the three phases of the second three phase system. .
  • Each power module 110 has, for each phase bus 122, a high side switch 112 connected between positive bus 106 and phase bus 122 and a low side switch 114 connected between phase bus 122 and the negative bus bar 108.
  • the switches 112, 114 are arranged to form a switching arm, in which the phase bus bar 122 forms a midpoint.
  • Each switch 112, 114 has first and second main terminals 116, 118 and a control terminal 120 intended to selectively open and close switch 112, 114 between its two main terminals 116, 118 as a function of a control signal which is applied to it.
  • the switches 112, 114 are preferably transistors, for example field effect transistors with a metal-oxide-semiconductor structure (from G English “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” or MOSFET) having a gate forming the terminal of control 120, and a drain and a source respectively forming the main terminals 116, 118.
  • the switches 112, 114 each have the shape 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 positive bus bar 106, the negative bus bar 108 and the phase bus bars 122 are rigid electrical conductors designed to withstand electrical currents of at least 1 A. They preferably have a thickness of at least 1 mm and / or an electrically conductive cross section of at least 1 mm 2 .
  • the positive bus bar 106 comprises first of all a positive common bus bar 106 A connecting the power modules 110 and, in each power module 110, a positive local bus bar 106B connected to the 106A positive common busbar.
  • negative 108B busbar has a 108A negative common busbar connecting the power modules 110 and, in each power module 110, a negative local busbar 108B for each side switch bottom 114, the negative local bus bars 108B being connected to the negative common bus bar 108 A.
  • the connections are shown in Figure 1 by diamonds.
  • the positive common bus bar 106A and the negative common bus bar 108 A are each formed from a single conductive piece.
  • 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 the wheels of the motor vehicle via P via its output axis.
  • the electrical machine supplies electrical energy to the electrical power source 102 from the rotation of the output shaft.
  • the voltage converter 104 then operates as a rectifier. When operating as an electric motor, the electric machine drives the output shaft (in addition to or instead of the heat engine).
  • the voltage converter 104 then operates as an inverter.
  • the electric machine 130 is for example located in a gearbox or in a clutch of the motor vehicle or in place of the alternator.
  • the power module 110 comprises first and second sub-modules.
  • the first submodule has the positive local bus bar 106B and the negative local bus bars 108B. It further comprises, for each phase bus bar 122, a partial bus bar 202 forming part of this phase bus bar 122. It further comprises the switches 112, 114.
  • the bus bars 106B, 202, 108B have the form of horizontal flat plates having a thickness between 1 mm and 2 mm, for example 1.5 mm, and having a horizontal flat upper face.
  • the bus bars 106B, 202, 108B are coplanar and extend next to each other, which helps to limit the vertical footprint of the power module 110.
  • each high side switch 112 is pressed against the upper face of the positive local bus bar 106B and soldered to the latter in order to mechanically fix the high side switch 112. This attachment further allows its first to be electrically connected. main terminal to positive local bus 106B.
  • the first submodule comprises, for each high side switch 112, one or, preferably, several conductive strips 210, for example of aluminum, extending from the upper face of the high side switch 112 considered. to a respective one of the partial bus bars 202 in order to electrically connect them.
  • the conductive strips 210 preferably have an electrically conductive section at least ten times smaller than the electrically conductive section of the bus bars 106B, 202, 108B.
  • each low side switch 114 is pressed against the upper face of the partial bus bar 202 and soldered to the latter in order to mechanically secure the low side switch 114. This attachment further allows connection. electrically its first main terminal to phase bus 122.
  • the first submodule comprises, for each low side switch 114, one or, preferably, several conductive strips 212, for example of aluminum, extending from the upper face of the low side switch 114 to a respective one of the negative local bus bars 108B in order to electrically connect them.
  • the conductive strips 212 preferably have an electrically conductive section at least ten times smaller than the electrically conductive section of the bus bars 106B, 202, 108B.
  • the second submodule has another partial bus bar 204 attached to the partial bus bar 202, for example by soldering, soldering or screwing, so that the two are mechanically fixed and electrically connected to each other.
  • each phase bus bar 122 has the two partial bus bars 202, 204.
  • the partial bus bars 204 also have the shape of horizontal flat plates having a thickness between 1 mm and 2 mm, for example 1.5 mm.
  • One end of the partial bus bars 204 may take a curved shape to facilitate their attachment to the partial bus bars 202.
  • the partial bus bar 204 further comprises a connection terminal 206 intended to be connected to a phase of the electrical machine 130.
  • the shape of the connection terminals 206 is related to the shape of the phase terminals of the electrical machine. 130.
  • the second sub-module comprises, around each partial bus bar 204, a magnetic toroid 208 provided with an air gap where a Hall effect sensor (not shown) is intended to be placed in order to measure the phase current flowing through the terminal. corresponding 206 connection.
  • the first sub-module designated by the reference 200, further comprises an epoxy resin overmolding 302 extending around the positive local bus bar 106B, negative local bus bars 108B, bus bars partial 202, switches 112,
  • the epoxy resin overmolding 302 thus forms an electrical insulator covering in particular the bus bars 106B, 202, 108B and the switches 112, 114.
  • the epoxy resin overmolding 302 has an upper face 304 opposite the bus bars 106B, 202. , 108B. This upper face 304 is flat and horizontal.
  • the material used for the overmolding 302 has, for example, a flexural limit greater than 80 N / mm 2 , preferably greater than 100 N / mm 2 .
  • the material used for the overmolding 302 can be an epoxy resin bearing the name G720E type H whose flexural limit is 140 N / mm 2 or an epoxy resin bearing the name XE8495 whose flexural limit is 105 N / mm 2 .
  • the lower face of the positive local bus bar 106B opposite the upper face of the positive local bus bar 106B on which the switch 112 is mounted has a portion S1 not covered by the epoxy resin overmolding 302.
  • the lower face of the partial bus bar 202 opposite the upper face of the partial bus bar 202 on which the switch 114 is mounted has a portion S2 not covered by the epoxy resin overmolding 302.
  • the second sub-module designated by the reference 201, further comprises an overmolding of plastic material 402 extending around the magnetic cores 208 and the partial bus bars 204, in order to hold the magnetic cores 208 mechanically fixed to the partial bus bars 204.
  • the second sub-module 201 further comprises a fire stop element 404 formed in the written example of a horizontal metal plate fixed to a lower face of the overmolding 402 and protruding from the latter.
  • the metal plate is for example a steel sheet.
  • the fire barrier element 404 has at least one flexible strip 406 (three in the example described), preferably located in one of the areas projecting from the underside of the overmolding 402.
  • each flexible strip 406 is rectangular in shape, one end of which is connected to the rest of the fire stop element 404 by an upward bend.
  • Each flexible strip 406 is for example obtained by stamping the metal plate forming the fire stop element 404.
  • the fire stop element 404 has, for example, a thickness of between 0.5 and 1 mm.
  • the complete power module 110 comprises the first submodule 200 as illustrated in FIG. 3 and the second submodule 201 as illustrated in FIG. 4, fixed to each other.
  • the fire stop element 404 also has three tabs 502 intended to be embedded in the overmolding 402 to fix the fire stop element 404 there.
  • the fire stop element 404 extends to less than 1 mm, preferably less than 0.2 mm, at least 85% (100% in the example described) of a part 604 of the upper face 304 of the electrical insulator 302 closest to the switch 112, 114 considered. More precisely, this part 604 (represented by thick dotted lines in FIG. 6) groups together at least the points of the upper face 304 of the electrical insulator 302 closest to the switch 112, 114 considered. These points closest to the switch 112, 114 are designated by the reference 606 in FIG. 6. In the example described, the points closest to the switch 112, 114 are those located vertically on the switch. switch 112, 114. Thus, in the example described, the fire stop element 404 extends at least above the switch 112, 114 to cover it.
  • part 604 groups together the points of the upper face 304 of the electrical insulator 302 located at a distance less than or equal to a predefined distance D from the switch 112, 114 considered.
  • This predefined distance D is greater than the thickness E of the overmolding 302 between the switch 112, 114 considered and the upper surface 304 of the overmolding 302, the thickness E corresponding to the minimum distance between the switch 112, 114 considered and the upper surface 304 of the overmolding 302.
  • the predefined distance D is for example less than 4 mm. In the example described, it is approximately 2 mm.
  • the conductive strips 210, 212 When the power module 110 is shorted, the conductive strips 210, 212 get hotter and hotter until they break. However, as they are embedded in the epoxy resin which is hard, the pieces of the conductive strips 210, 212 remain in contact and let the current pass. The current which passes then heats the switches 110, 112 and the heat diffuses into the overmolding 302 up to its upper face 304 which catches fire.
  • the points closest to each switch 110, 112 are those whose temperature rises first due to the proximity of the switch 110, 112 and are therefore the points to be protected as a priority.
  • the presence of the fire stop element 404 helps to prevent the spread of fire, or at least to delay it.
  • the voltage converter 104 comprises a housing 702 delimiting a housing for receiving an electronic card (not shown), for example a printed circuit board, for controlling the switches 112, 114.
  • the converter voltage 104 further comprises a heat sink 704 intended to dissipate heat in particular switches 112, 114.
  • the heat sink 704 in particular comprises heat dissipation fins 706. He further comprises a shaft for receiving a screw (not shown) for fixing the housing 702 to the heat sink 704.
  • the heat sink 704 also includes three cavities 708.
  • Each of the power modules 110 is intended to be glued to the bottom of one of the cavities 708 via an electrically insulating link member 900 so as to be between the housing 702 and the heat sink 704.
  • the electrically insulating connecting element 900 is, for example, a thermal adhesive.
  • the electrically insulating connecting element is a thermal paste.
  • the electrically insulating connecting element is a thermal grease.
  • the electrically insulating link member 900 further comprises particles of solid material (not shown in Figure 7) such as plastic.
  • the thickness of the electrically insulating connecting member 900 is determined by the diameter of the particles of solid matter.
  • the electrically insulating connecting element 900 comprises an electrically insulating sheet or plate, for example made of ceramic or graphite, interposed between the surfaces S1 and S2 of the power module 110 and the heat sink heat 704.
  • the bottom of the cavities 708 of the heat sink 704 is formed with a film of electrically insulating material, for example obtained by anodizing the surface of the bottom of the cavities 708.
  • the electrically insulating film is formed by an oxidized film.
  • the underside of the epoxy resin overmolding 302 and / or the bottom surface of the cavities 708 of the heat sink 704 on which the power modules 110 are attached comprises protrusions which control the thickness of the electrical connection element 900.
  • G use of a sheet, of an electrically insulating plate, of a film of electrically insulating material or of projections also limits the risks of the appearance of electric arcs between the surfaces S 1 and S2 exposed outside the overmolding.
  • epoxy resin of the power semiconductor module 110 and the heat sink 704 as well as the fire starts which may be the consequence.
  • the cavities 708 of this sink 704 are at least partially filled with a gel 950, for example a non-flammable or non-combustible gel or even comprising a flame retardant, so as to completely cover the power modules 110.
  • the cavities 708 are at least partially filled with an electrical insulator or an epoxy resin, so as to completely cover the power modules 110.
  • the gel, electrical insulation or epoxy resin will prevent its spread, or at least delay it.
  • the housing 702 When the housing 702 is attached to the heat sink 704, the housing 702 is intended to press on the flexible lamella (s) 406 to deform them so as to press the power module 110 against the heat sink 704.
  • the or the flexible strips 406 are designed so that, once deformed by the housing 702, they transmit a vertical force of at least 70 N to the power module 110.
  • this plating makes it possible to prevent the bus bars from move away from heat sink 704 with time and wear of electrical link member 900. This plating also avoids the use of screws to secure power modules 110 to heat sink 704.
  • the electronic card is housed in the housing 702 and fixed to the latter before the housing 702 is fixed to the heat sink 704 and presses on the flexible lamella (s) 406.
  • the first and second submodules 200, 201, without the overmoldings 302, 402, are obtained.
  • the epoxy resin is injected at low pressure and then crosslinked to form the epoxy resin overmolding 302.
  • the low pressure injection makes it possible not to damage the conductive strips 210, 212, which are fragile.
  • plastic material is injected at high pressure to form the plastic molding 402.
  • the two submodules 200, 201 are attached to each other.
  • the fire stop element 404 is glued against the upper face 304 of the epoxy resin overmolding 302 and the partial bus bars 204 are attached to the partial bus bars 202.
  • the overmolding 302 could be in a material other than the epoxy resin.
  • the fire-resistant element 404 may not be fixed on a lower face of the overmolding 402 and not be glued against the upper face 304 of the epoxy resin overmolding 302. but only be inserted between the underside of the overmolding 402 and the upper face 304 of the epoxy resin overmolding 302 when the partial busbars 204 are attached to the partial busbars 202 in step 808.
  • the face of the overmolding 402 comprises overmolded studs, for example two in number and of cylindrical shape, projecting from the underside of the overmolding 402 and intended to be inserted into corresponding holes of the fire stop element and into cavities of the top face 304 of the epoxy resin overmolding 302 when the partial bus bars 204 are attached to the partial bus bars 202 in step 808.

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Abstract

L'invention concerne un ensemble électrique comprenant: • un dissipateur de chaleur (704), • un circuit électrique (110) comprenant : - un premier conducteur électrique (106B), dit principal, - un premier composant électrique (112) monté sur une première surface du premier conducteur électrique principal (106B), - un isolant électrique (302) scellant hermétiquement le premier conducteur électrique principal (106B) et le composant électrique (112), l'isolant électrique (302) présentant une face supérieure (304) à l'opposé du premier conducteur électrique principal (106B), ledit circuit électrique (110) étant collé sur ledit dissipateur de chaleur (704) via un élément de liaison électriquement isolant (900), et • un élément coupe-feu (404) s'étendant au moins contre 85% d'une partie (604) de la face supérieure (304) de l'isolant électrique (302) ou s'étendant à une distance prédéfinie d'au moins 85% d'une partie (604) de la face supérieure (304) de l'isolant électrique (302), cette partie (604) regroupant le ou les points de la face supérieure (304) de l'isolant électrique (302) les plus proches du premier composant électrique (112).

Description

Description
Titre de l'invention : ENSEMBLE ÉLECTRIQUE ET CONVERTISSEUR
DE TENSION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un ensemble électrique et un convertisseur de tension comprenant un tel ensemble électrique.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
On connaît des ensembles électriques comprenant un circuit électrique plaqué sur un dissipateur de chaleur, le circuit électrique comprenant un premier conducteur électrique, dit principal, un premier composant électrique monté sur une première surface du premier conducteur électrique principal, et un isolant électrique scellant hermétiquement le premier conducteur électrique principal et le composant électrique, l’isolant électrique présentant une face supérieure à l’opposé du premier conducteur électrique principal,
Or, en cas de surchauffe du premier composant électrique, par exemple en cas de court-circuit s’il s’agit d’un interrupteur commandable, la chaleur se diffuse dans l’isolant électrique de sorte que sa face supérieure risque de prendre feu, mettant en péril les éléments environnants.
L’invention a pour but de pallier au moins en partie le problème précité.
RÉSUMÉ DE L’INVENTION
À cet effet, il est proposé selon un premier aspect de l’invention, un ensemble électrique comprenant un dissipateur de chaleur, un circuit électrique et un élément coupe-feu, le circuit électrique comprenant :
- un premier conducteur électrique dit principal,
- un premier composant électrique monté sur une première surface du premier conducteur électrique principal,
- un isolant électrique scellant hermétiquement le premier conducteur électrique principal et le composant électrique, l’isolant électrique présentant une face supérieure à l’opposé du premier conducteur électrique principal, le circuit électrique étant collé sur ledit dissipateur via un élément de liaison électriquement isolant, et l’élément coupe-feu s’étendant au moins contre 85% d’une partie de la face supérieure de l’isolant électrique ou s’étendant à une distance prédéfinie d’au moins 85% d’une partie de la face supérieure de l’isolant électrique, cette partie regroupant le ou les points de la face supérieure de l’isolant électrique les plus proches du premier composant électrique.
Ainsi, grâce à l’élément coupe-feu, la propagation du feu est stoppée ou du moins limitée.
L’ensemble électrique selon le premier aspect de l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques des modes particuliers de réalisation ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le circuit électrique est un module de puissance.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le premier conducteur électrique principal est une barre omnibus.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le premier conducteur électrique principal est une barre omnibus destinée à être connectée à un potentiel électrique haut d’une source d’alimentation électrique.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le deuxième conducteur électrique principal est une barre omnibus destinées à être connectées à une phase d’une machine électrique tournante.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le deuxième conducteur électrique principal comprend des premier et deuxième conducteurs électriques, dits partiels, lesdits premier et deuxième conducteurs électriques partiels étant des barres omnibus.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le troisième conducteur électrique principal est une barre omnibus.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le troisième conducteur électrique principal est une barre omnibus destinée à être connectée à un potentiel électrique bas d’une source d’alimentation électrique.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le premier conducteur électrique principal et/ou le troisième conducteur électrique principal ont la forme de plaques planes horizontales par exemple ayant une épaisseur comprise entre 1 mm et 2 mm.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le premier conducteur électrique principal et le troisième conducteur électrique principal ont la forme de deux plaques coplanaires qui s’étendent l’une à côté de l’autre.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le premier conducteur électrique principal et/ou le deuxième conducteur électrique partiel et/ou le troisième conducteur électrique principal ont la forme de plaques planes horizontales par exemple ayant une épaisseur comprise entre 1 mm et 2 mm. Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le premier conducteur électrique principal, le deuxième conducteur électrique partiel et le troisième conducteur électrique principal ont la forme de plaques coplanaires qui s’étendent les unes à côté des autres.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, une deuxième surface du premier conducteur électrique opposée à la première surface sur laquelle est montée le premier composant électrique présente une portion non recouverte d’isolant électrique, la portion non recouverte d’isolant électrique étant fixée au dissipateur via l’élément de liaison électriquement isolant.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’élément de liaison électriquement isolant comprend des particules de matière solide.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, les particules de matière solide ont chacune un diamètre supérieur à une valeur prédéfinie.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’élément de liaison électriquement isolant comprend une feuille ou une plaque électriquement isolante intercalée entre la portion non recouverte d’isolant électrique et le dissipateur.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la feuille ou la plaque électriquement isolante intercalée entre la portion non recouverte d’isolant électrique et le dissipateur est en graphite ou en céramique.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la surface du dissipateur sur laquelle la portion non recouverte d’isolant électrique est fixée est formée avec un film de matériau électriquement isolant.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la surface du dissipateur de chaleur sur laquelle le circuit électrique est fixée est formée avec un film de matériau électriquement isolant.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le film de matériau électriquement isolant est par exemple obtenu par anodisation de la surface du dissipateur sur laquelle le circuit électrique est fixée.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la surface de la portion non recouverte d’isolant électrique est formée avec un film de matériau électriquement isolant.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le dissipateur de chaleur se compose d’aluminium ou d’un alliage d’aluminium et le film électriquement isolant est formé par un film oxydé.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’isolant électrique présente une face inférieure, la face inférieure et/ou la surface du dissipateur de chaleur sur laquelle le circuit électrique est fixée comprend des saillies qui contrôle l’épaisseur de l’élément de liaison électrique.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la distance prédéfinie est inférieure à 1 mm, de préférence inférieure à 0,5 mm et de manière encore plus préférée à 0,2 mm. La distance entre l’élément coupe-feu et la face supérieure de l’isolant électrique est de préférence aussi faible que possible pour stopper la propagation du feu le plus près possible du composant électrique. Cependant il est possible d’intercaler une couche de colle ou de résine entre l’élément coupe-feu et la face supérieure de l’isolant électrique notamment pour favoriser une bonne répartition des efforts d’appui entre l’élément coupe-feu et l’isolant électrique. Une distance entre l’élément coupe-feu et la face supérieure de l’isolant électrique inférieure à 1 mm, de préférence inférieure à 0,5 mm et de manière encore plus préférée à 0,2 mm permet de conserver à l’élément coupe-feu une bonne capacité à stopper ou limiter la propagation du feu.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’élément coupe-feu est métallique, par exemple en acier.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’élément coupe-feu est en forme de plaque.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’isolant électrique est une résine époxy. Ainsi, l’isolant électrique est suffisamment dur pour former un boîtier protecteur.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le circuit électrique comporte en outre un deuxième conducteur électrique, dit principal et au moins une connexion électrique destinée à relier le premier composant électrique au deuxième conducteur électrique principal, chaque connexion électrique présentant une section conductrice électrique au moins dix fois inférieure à une section conductrice électrique du premier conducteur électrique principal.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’ensemble électrique comporte en outre un tore magnétique et le circuit électrique comporte en outre un deuxième composant électrique monté sur une première surface du deuxième conducteur électrique principal, le deuxième conducteur électrique principal comprenant des premier et deuxième conducteurs électriques, dits partiels, connectés électriquement l’un à l’autre, le tore magnétique étant enroulé autour du deuxième conducteur électrique partiel.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’isolant électrique scelle hermétiquement le premier conducteur électrique principal, le premier composant électrique et le deuxième conducteur électrique principal.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’isolant électrique scelle hermétiquement le premier conducteur électrique principal, le deuxième conducteur électrique principal, le troisième conducteur électrique principal, le premier composant électrique et le deuxième composant électrique.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’ensemble électrique comporte en outre au moins une deuxième connexion électrique destinée à relier le deuxième composant électrique à un troisième conducteur électrique, dit principal, chaque deuxième connexion électrique présentant une section conductrice électrique au moins dix fois inférieure à une section conductrice électrique du deuxième conducteur électrique principal.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le deuxième conducteur électrique partiel est connecté électriquement au premier conducteur électrique partiel par soudure, brasage ou vissage.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’ensemble électrique comporte en outre un surmoulage de matière plastique entourant le tore magnétique et le deuxième conducteur électrique partiel, et dans lequel l’élément coupe-feu est fixé au surmoulage de matière plastique.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’élément coupe-feu présente au moins une languette, chaque languette étant surmoulée dans le surmoulage en matière plastique pour fixer l’élément coupe-feu au surmoulage en matière plastique.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’ensemble électrique comporte en outre un surmoulage de matière plastique entourant le tore magnétique et le deuxième conducteur électrique partiel, et dans lequel l’élément coupe-feu est inséré entre la face inférieure du surmoulage de matière plastique et la face supérieure de l’isolant électrique.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le surmoulage de matière plastique entourant le tore magnétique comporte au moins un plot faisant saillie à partir de la face inférieure du surmoulage, l’élément coupe-feu comporte au moins un trous, la face supérieure de l’isolant électrique comporte au moins une cavité, ledit plot étant destiné à être inséré dans ledit trou et ladite cavité lorsque le deuxième conducteur électrique partiel est connecté électriquement au premier conducteur électrique partiel afin de maintenir l’élément coupe-feu entre la face inférieure du surmoulage de matière plastique et la face supérieure de l’isolant électrique.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le premier composant électrique et/ou le deuxième composant électrique est un interrupteur commandable, par exemple un transistor à effet de champ à grille isolée.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le dissipateur de chaleur comprend au moins une cavité, le circuit électrique étant positionné sur le fond de la cavité.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la cavité du dissipateur de chaleur est au moins partiellement remplie d’un isolant électrique, d’un gel ou d’une résine époxy de sorte à recouvrir au moins partiellement le circuit électrique.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, la cavité du dissipateur de chaleur est au moins partiellement remplie d’un isolant électrique, d’un gel ou d’une résine époxy de sorte à recouvrir totalement le circuit électrique.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, l’isolant ou le gel est ininflammable ou incombustible ou comprend un ignifuge. Il est également proposé, selon un deuxième aspect de l’invention, un convertisseur de tension comprenant un ensemble électrique selon le premier aspect de l’invention.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le convertisseur de tension comprend en outre une pièce et l’élément coupe-feu présente au moins une lamelle flexible destinée à être déformée par ladite pièce de manière à plaquer ledit circuit électrique contre le dissipateur de chaleur.
Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, le convertisseur de tension comprend en outre une pièce et l’élément coupe-feu présente au moins une lamelle flexible destinée à être déformée par la pièce de manière à plaquer le circuit électrique contre le fond de la cavité du dissipateur de chaleur.
L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faisant référence aux figures suivantes.
DESCRIPTION DES DESSINS
[Fig 1] est un schéma électrique d’un système électrique mettant en œuvre l’invention.
[Fig 2] est une vue en trois dimensions d’un module de puissance d’un convertisseur de tension du système électrique de la figure 1 , sans surmoulage ni élément coupe-feu.
[Fig 3] est une vue en trois dimensions d’un premier sous-module du module de puissance.
[Fig 4] est une vue en trois dimensions d’un deuxième sous-module du module de puissance.
[Fig 5] est une vue similaire à celle de la figure 4, sans surmoulage.
[Fig 6] est une vue de coupe d’une partie du module de puissance, illustrant l’agencement de l’élément coupe-feu.
[Fig 7] est une vue de coupe du convertisseur de tension illustrant le positionnement du module de puissance.
[Fig 8] est un schéma-blocs illustrant les étapes d’un procédé de fabrication du module de puissance.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION
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. Les deux systèmes triphasés sont 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 commutation, 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-semi-conducteur (de G 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.
Il sera apprécié que la barre omnibus positive 106, la barre omnibus négative 108 et les barres omnibus de phase 122 sont des conducteurs électriques rigides conçus pour supporter des courants électriques d’au moins 1 A. Elles présentent de préférence une épaisseur d’au moins 1 mm et/ou une section conductrice électrique d’au moins 1 mm2.
Par ailleurs, dans l’exemple décrit, la barre omnibus positive 106 comporte tout d’abord une barre omnibus commune positive 106 A reliant les modules de puissance 110 et, dans chaque module de puissance 110, une barre omnibus locale positive 106B connectée à la barre omnibus commune positive 106 A. De manière similaire, la barre omnibus négative 108 comporte une barre omnibus commune négative 108 A reliant les modules de puissance 110 et, dans chaque module de puissance 110, une barre omnibus locale négative 108B pour chaque interrupteur de côté bas 114, les barres omnibus locales négatives 108B étant connectées à la barre omnibus commune négative 108 A. Les connexions sont représentées sur la figure 1 par des losanges.
En outre, dans l’exemple décrit, la barre omnibus commune positive 106A et la barre omnibus commune négative 108 A sont chacune formée d’une seule pièce conductrice.
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 P 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.
Dans la suite de la description, la structure et la disposition des éléments du convertisseur de tension 104 vont être décrits plus en détails, en référence à une direction verticale H-B, « H » représentant le haut et « B » représentant le bas.
En référence aux figures 2 à 7, un des modules de puissance 110 va à présent être décrit plus en détail, sachant que les autres modules de puissance 110 sont similaires.
En référence à la figure 2, le module de puissance 110 comporte des premier et deuxième sous-modules. Le premier sous-module comporte la barre omnibus locale positive 106B et les barres omnibus locales négatives 108B. Il comporte en outre, pour chaque barre omnibus de phase 122, une barre omnibus partielle 202 formant une partie de cette barre omnibus de phase 122. Il comporte en outre les interrupteurs 112, 114.
Les barres omnibus 106B, 202, 108B ont la forme de plaques planes horizontales ayant une épaisseur comprise entre 1 mm et 2 mm, par exemple 1,5 mm, et présentant une face supérieure plane horizontale. En outre, les barres omnibus 106B, 202, 108B sont coplanaires et s’étendent les unes à côté des autres, ce qui permet de limiter l’encombrement vertical du module de puissance 110.
La face inférieure de chaque interrupteur de côté haut 112 est plaquée contre la face supérieure de la barre omnibus locale positive 106B et brasée à cette dernière afin de fixer mécaniquement l’interrupteur de côté haut 112. Cette fixation permet en outre de connecter électriquement sa première borne principale à la barre omnibus locale positive 106B. En outre, le premier sous-module comporte, pour chaque interrupteur de côté haut 112, une ou, de préférence, plusieurs bandes conductrices 210, par exemple en aluminium, s’étendant de la face supérieure de l’interrupteur de côté haut 112 considéré à l’une respective des barres omnibus partielles 202 afin de les connecter électriquement. Les bandes conductrices 210 présentent de préférence une section conductrice électrique au moins dix fois inférieure à la section conductrice électrique des barres omnibus 106B, 202, 108B.
De manière similaire, la face inférieure de chaque interrupteur de côté bas 114 est plaquée contre la face supérieure de la barre omnibus partielle 202 et brasée à cette dernière afin de fixer mécaniquement l’interrupteur de côté bas 114. Cette fixation permet en outre de connecter électriquement sa première borne principale à la barre omnibus de phase 122.
En outre, le premier sous-module comporte, pour chaque interrupteur de côté bas 114, une ou, de préférence, plusieurs bandes conductrices 212, par exemple en aluminium, s’étendant de la face supérieure de l’interrupteur de côté bas 114 à l’une respective des barres omnibus locale négative 108B afin de les connecter électriquement. Les bandes conductrices 212 présentent de préférence une section conductrice électrique au moins dix fois inférieure à la section conductrice électrique des barres omnibus 106B, 202, 108B.
Le deuxième sous-module comporte une autre barre omnibus partielle 204 fixée à la barre omnibus partielle 202, par exemple par brasure, soudure ou vissage, afin que les deux soient fixées mécaniquement et connectées électriquement l’une à l’autre. Ainsi, chaque barre omnibus de phase 122 comporte les deux barres omnibus partielles 202, 204.
A l’exception de leurs extrémités, les barres omnibus partielles 204 ont également une forme de plaques planes horizontales ayant une épaisseur comprise entre 1 mm et 2 mm, par exemple 1,5 mm. L’une des extrémités des barres omnibus partielles 204 pouvant prendre une forme courbée pour faciliter leur fixation aux barres omnibus partielles 202. La barre omnibus partielle 204 comporte en outre une borne de connexion 206 destinée à être connectée à une phase de la machine électrique 130. De manière générale, la forme des bornes de connexion 206 est liée à la forme des bornes des phases de la machine électrique 130.
Le deuxième sous-module comporte, autour de chaque barre omnibus partielle 204, un tore magnétique 208 muni d’un entrefer où un capteur à effet Hall (non représenté) est destiné à être disposé afin de mesurer le courant de phase passant par la borne de connexion 206 correspondante.
En référence à la figure 3, le premier sous-module, désigné par la référence 200, comporte en outre un surmoulage de résine époxy 302 s’étendant autour de la barre omnibus locale positive 106B, des barres omnibus locales négatives 108B, des barres omnibus partielles 202, des interrupteurs 112,
114 et des bandes conductrices 210, 212 pour les protéger. Le surmoulage de résine époxy 302 forme ainsi un isolant électrique recouvrant en particulier les barres omnibus 106B, 202, 108B et les interrupteurs 112, 114. Le surmoulage de résine époxy 302 présente une face supérieure 304 à l’opposé des barres omnibus 106B, 202, 108B. Cette face supérieure 304 est plane et horizontale. Le matériau utilisé pour le surmoulage 302 présente par exemple une limite à la flexion supérieure à 80 N/mm2, de préférence supérieure à 100 N/mm2. Par exemple, le matériau utilisé pour le surmoulage 302 peut être une résine époxy portant la dénomination G720E type H dont la limite à la flexion est de 140 N/mm2 ou une résine époxy portant la dénomination XE8495 dont la limite à la flexion est de 105 N/mm2.
En référence à la figure 6, la face inférieure de la barre omnibus locale positive 106B opposée à la face supérieure de la barre omnibus locale positive 106B sur laquelle est montée l’interrupteur 112 présente une portion SI non recouverte par le surmoulage de résine époxy 302. De même, la face inférieure de la barre omnibus partielle 202 opposée à la face supérieure de barre omnibus partielle 202 sur laquelle est montée l’interrupteur 114 présente une portion S2 non recouverte par le surmoulage de résine époxy 302.
En référence à la figure 4, le deuxième sous-module, désigné par la référence 201, comporte en outre un surmoulage de matière plastique 402 s’étendant autour des tores magnétiques 208 et des barres omnibus partielles 204, afin de maintenir les tores magnétiques 208 mécaniquement fixés aux barres omnibus partielles 204. Le deuxième sous-module 201 comporte en outre un élément coupe- feu 404 formé dans l’exemple écrit d’une plaque métallique horizontale fixée sur une face inférieure du surmoulage 402 et dépassant de ce dernier. La plaque métallique est par exemple une tôle d’acier. L’élément coupe-feu 404 présente au moins une lamelle flexible 406 (trois dans l’exemple décrit), située de préférence dans une les zones dépassant de la face inférieure du surmoulage 402. Dans l’exemple décrit, chaque lamelle flexible 406 est de forme rectangulaire dont une extrémité est connectée au reste de l’élément coupe-feu 404 par une pliure vers le haut. Chaque lamelle flexible 406 est par exemple obtenue par emboutissage de la plaque métallique formant l’élément coupe-feu 404. L’élément coupe-feu 404 présente par exemple une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm. Ainsi, le module de puissance 110 complet comporte le premier sous-module 200 tel qu’illustré sur la figure 3 et le deuxième sous-module 201 tel qu’illustré sur la figure 4, fixés l’un à l’autre.
En référence à la figure 5, l’élément coupe-feu 404 présente en outre trois languettes 502 destinées à être noyées dans le surmoulage 402 pour y fixer l’élément coupe-feu 404.
En référence à la figure 6, pour chaque interrupteur 112, 114, l’élément coupe-feu 404 s’étend à moins de 1 mm, de préférence à moins de 0,2 mm, d’au moins 85% (100% dans l’exemple décrit) d’une partie 604 de la face supérieure 304 de l’isolant électrique 302 la plus proche de l’interrupteur 112, 114 considéré. Plus précisément, cette partie 604 (représentée par des pointillés épais sur la figure 6) regroupe au moins les points de la face supérieure 304 de l’isolant électrique 302 les plus proches de l’interrupteur 112, 114 considéré. Ces points les plus proches de l’interrupteur 112, 114 sont désignés par la référence 606 sur la figure 6. Dans l’exemple décrit, les points les plus proches de l’interrupteur 112, 114 sont ceux situés à la verticale de l’interrupteur 112, 114. Ainsi, dans l’exemple décrit, l’élément coupe-feu 404 s’étend au moins au-dessus de l’interrupteur 112, 114 pour le recouvrir.
De manière générale, la partie 604 regroupe les points de la face supérieure 304 de l’isolant électrique 302 situés à une distance inférieure ou égale à une distance prédéfinie D de l’interrupteur 112, 114 considéré. Cette distance prédéfinie D est supérieure à l’épaisseur E du surmoulage 302 entre l’interrupteur 112, 114 considéré et la surface supérieure 304 du surmoulage 302, l’épaisseur E correspondant à la distance minimale entre l’interrupteur 112, 114 considéré et la surface supérieure 304 du surmoulage 302. La distance prédéfinie D est par exemple inférieure à 4 mm. Dans l’exemple décrit, elle est environ de 2 mm.
Lors d’un court-circuit du module de puissance 110, les bandes conductrices 210, 212 deviennent de plus en plus chaude jusqu’à ce qu’elles cassent. Or, comme elles sont noyées dans la résine époxy qui est dure, les morceaux des bandes conductrices 210, 212 restent en contact et laisse le courant passer. Le courant qui passe fait alors chauffer les interrupteurs 110, 112 et la chaleur se diffuse dans le surmoulage 302 jusqu’à sa face supérieure 304 qui prend feu. Les points les plus proches de chaque interrupteur 110, 112 sont ceux dont la température s’élève en premier du fait de la proximité de l’interrupteur 110, 112 et sont donc les points à protéger en priorité. Ainsi, la présence de l’élément coupe-feu 404 permet d’éviter la propagation du feu, ou du moins de la retarder.
En référence à la figure 7, le convertisseur de tension 104 comporte un boîtier 702 délimitant un logement de réception d’une carte électronique (non représentée), par exemple une carte de circuit imprimé, de commande des interrupteurs 112, 114. Le convertisseur de tension 104 comporte en outre un dissipateur de chaleur 704 destiné à dissiper la chaleur notamment des interrupteurs 112, 114. Le dissipateur de chaleur 704 comporte en particulier des ailettes 706 de dissipation de chaleur. Il comporte en outre un fût de réception d’une vis (non représentée) de fixation du boîtier 702 au dissipateur de chaleur 704. Le dissipateur de chaleur 704 comprend également trois cavités 708.
Chacun des modules de puissance 110 est destiné à être collé sur le fond de l’une des cavités 708 via un élément de liaison électriquement isolant 900 de façon à se trouver entre le boîtier 702 et le dissipateur de chaleur 704.
Dans l’exemple décrit ici, l’élément de liaison électriquement isolant 900 est par exemple une colle thermique. Dans une variante de réalisation, l’élément de liaison électriquement isolant est une pâte thermique. Dans encore une autre variante de réalisation, l’élément de liaison électriquement isolant est une graisse thermique.
Dans l’exemple décrit ici, l’élément de liaison électriquement isolant 900 comprend en outre comprend des particules de matière solide (non représentées sur la figure 7) tel que du plastique. De cette manière, l'épaisseur de l’élément de liaison électriquement isolant 900 est déterminée par le diamètre des particules de matière solide. Ainsi, il est possible de s’assurer que l’élément de liaison électriquement isolant 900 possède une épaisseur suffisante pour limiter les risques d’apparition d’arcs électriques entre les surfaces SI et S2 exposées en dehors du surmoulage de résine époxy du module semi-conducteur de puissance 110 et le dissipateur de chaleur 704, limitant ainsi les risques de départ de feu en particulier lorsque le module de puissance 110 chauffe et que corrélativement l’élément de liaison électriquement isolant 900 se ramolli.
Dans une variante de réalisation de l’invention, l’élément de liaison électriquement isolant 900 comprend une feuille ou une plaque électriquement isolante, par exemple en céramique ou en graphite, intercalée entre les surfaces SI et S2 du module de puissance 110 et le dissipateur de chaleur 704.
Dans une autre variante de réalisation de l’invention, le fond des cavités 708 du dissipateur de chaleur 704 est formée avec un film de matériau électriquement isolant, par exemple obtenu par anodisation de la surface du fond des cavités 708. Ainsi, lorsque le dissipateur de chaleur 704 se compose d’aluminium ou d’un alliage d’aluminium, le film électriquement isolant est formé par un film oxydé.
Dans encore une autre variante de réalisation de l’invention, la face inférieure du surmoulage de résine époxy 302 et/ou la surface du fond des cavités 708 du dissipateur de chaleur 704 sur laquelle les modules de puissance 110 sont fixés comprend des saillies qui contrôle l’épaisseur de l’élément de liaison électrique 900.
Ainsi, G utilisation d’une feuille, d’une plaque électriquement isolante, d’un film de matériau électriquement isolant ou de saillies limite également les risques d’apparition d’arcs électriques entre les surfaces S 1 et S2 exposées en dehors du surmoulage de résine époxy du module semi-conducteur de puissance 110 et le dissipateur de chaleur 704 ainsi que les départs de feu qui peuvent en être la conséquence. Dans l’exemple décrit ici et une fois les modules de puissance 110 collés au dissipateurs de chaleur 704, les cavités 708 de ce dissipateur 704 sont au moins partiellement remplie d’un gel 950, par exemple un gel ininflammable ou incombustible ou encore comprenant un ignifuge, de sorte à recouvrir totalement les modules de puissance 110.
En variante, les cavités 708 sont au moins partiellement remplie d’un isolant électrique ou d’une résine époxy, de sorte à recouvrir totalement les modules de puissance 110.
Ainsi, en cas de départ de feu au niveau d’un des modules de puissance 110, le gel, l’isolant électrique ou la résine époxy permet d’éviter sa propagation, ou du moins de la retarder.
Lorsque le boîtier 702 est fixé au dissipateur de chaleur 704, le boîtier 702 est destiné à appuyer sur la ou les lamelles flexibles 406 pour les déformer de manière à plaquer le module de puissance 110 contre le dissipateur de chaleur 704. De préférence, la ou les lamelles flexibles 406 sont conçue de manière à ce que, une fois déformées par le boîtier 702, elles transmettent un effort vertical d’au moins 70 N au module de puissance 110. Ainsi, ce plaquage permet d’éviter que les barres omnibus ne s’éloignent du dissipateur de chaleur 704 avec le temps et l’usure de l’élément de liaison électrique 900. Ce plaquage permet également d’éviter G utilisation de vis pour fixer les modules de puissance 110 au dissipateur de chaleur 704.
De préférence, la carte électronique est logée dans le boîtier 702 et fixée à ce dernier avant que le boîtier 702 ne soit fixé au dissipateur de chaleur 704 et appuie sur la ou les lamelles flexibles 406.
En référence à la figure 8, un procédé 800 de fabrication d’un des modules de puissance 110 va à présent être décrit.
Au cours d’une étape 802, les premier et deuxième sous-modules 200, 201, sans les surmoulages 302, 402, sont obtenus.
Au cours d’une étape 804, de la résine époxy est injectée à basse pression puis réticulée pour former le surmoulage de résine époxy 302. L’injection à basse pression permet de ne pas détériorer les bandes conductrices 210, 212, qui sont fragiles.
Au cours d’une étape 806, de la matière plastique est injectée à haute pression pour former le surmoulage de matière plastique 402.
Au cours d’une étape 808, les deux sous-modules 200, 201 sont fixés l’un à l’autre. Pour cela, l’élément coupe-feu 404 est collé contre la face supérieure 304 du surmoulage de résine époxy 302 et les barres omnibus partielles 204 sont fixées aux barres omnibus partielles 202.
La présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il sera en effet apparent à l’homme du métier que des modifications peuvent y être apportées.
Par exemple, le surmoulage 302 pourrait être dans un matériau autre que la résine époxy.
D’autre part, Pélément coupe-feu 404 peut ne pas être fixé sur une face inférieure du surmoulage 402 et ne pas être collé contre la face supérieure 304 du surmoulage de résine époxy 302 mais seulement être inséré entre la face inférieure du surmoulage 402 et la face supérieure 304 du surmoulage de résine époxy 302 lorsque les barres omnibus partielles 204 sont fixées aux barres omnibus partielles 202 lors de l’étape 808. Dans ce mode particulier de réalisation la face inférieure du surmoulage 402 comporte des plots surmoulés, par exemple au nombre de deux et de forme cylindrique, faisant saillie à partir de la face inférieure du surmoulage 402 et destinés à être insérés dans des trous correspondants de l’élément coupe-feu et dans des cavités de la face supérieure 304 du surmoulage de résine époxy 302 lorsque les barres omnibus partielles 204 sont fixées aux barres omnibus partielles 202 lors de l’étape 808.
Par ailleurs, les termes utilisés ne doivent pas être compris comme limités aux éléments des modes de réalisation décrits 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
[Revendication 1] Ensemble électrique comprenant a. un dissipateur de chaleur (704), b. un circuit électrique (110) comprenant un premier conducteur électrique (106B), dit principal, un premier composant électrique (112) monté sur une première surface du premier conducteur électrique principal (106B), et un isolant électrique (302) scellant hermétiquement le premier conducteur électrique principal (106B) et le composant électrique (112), l’isolant électrique (302) présentant une face supérieure (304) à l’opposé du premier conducteur électrique principal (106B), ledit circuit électrique (110) étant collé sur ledit dissipateur de chaleur (704) via un élément de liaison électriquement isolant (900), et c. un élément coupe-feu (404) s’étendant au moins contre 85% d’une partie (604) de la face supérieure (304) de l’isolant électrique (302) ou s’étendant à une distance prédéfinie d’au moins 85% d’une partie (604) de la face supérieure (304) de l’isolant électrique (302), cette partie (604) regroupant le ou les points de la face supérieure (304) de l’isolant électrique (302) les plus proches du premier composant électrique (112).
[Revendication 2] Ensemble électrique selon la revendication 1 dans lequel une deuxième surface du premier conducteur électrique (106B) opposée à la première surface sur laquelle est montée ledit premier composant électrique (112) présente une portion (SI) non recouverte dudit isolant électrique (302), ladite portion (SI) non recouverte dudit isolant électrique étant fixée audit dissipateur de chaleur (704) via ledit élément de liaison électriquement isolant (900).
[Revendication 3] Ensemble électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel ledit élément de liaison électriquement isolant (900) comprend des particules de matière solide et/ou une feuille ou une plaque électriquement isolante intercalée entre la portion non recouverte d’isolant électrique (302) et le dissipateur de chaleur (704).
[Revendication 4] Ensemble électrique selon l’une des revendications précédentes et selon la revendication 2 dans lequel la surface dudit dissipateur de chaleur (704) sur laquelle ladite portion (SI) non recouverte dudit isolant électrique (302) est fixée est formée avec un film de matériau électriquement isolant.
[Revendication 5] Ensemble électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’isolant électrique (302) présente une face inférieure, ladite face inférieure et/ou la surface dudit dissipateur de chaleur (704) sur laquelle ledit circuit électrique est fixée comprend des saillies qui contrôle l’épaisseur dudit élément de liaison électrique (900).
[Revendication 6] Ensemble électrique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément coupe-feu (404) est métallique, par exemple en acier et en forme de plaque.
[Revendication 7] Ensemble électrique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit circuit électrique comporte en outre un deuxième conducteur électrique (122), dit principal et au moins une connexion électrique (210) destinée à relier le premier composant électrique (112) au deuxième conducteur électrique principal (122), chaque connexion électrique (210) présentant une section conductrice électrique au moins dix fois inférieure à une section conductrice électrique du premier conducteur électrique principal (106B).
[Revendication 8] Ensemble électrique selon la revendication précédente comprenant en outre un tore magnétique (208) et dans lequel ledit circuit électrique comporte en outre un deuxième composant électrique (114) monté sur une première surface du deuxième conducteur électrique principal (122), ledit deuxième conducteur électrique principal (122) comprenant des premier et deuxième conducteurs électriques (202 ; 204), dits partiels, connectés électriquement l’un à l’autre, ledit tore magnétique (208) étant enroulé autour du deuxième conducteur électrique partiel (204).
[Revendication 9] Ensemble électrique selon la revendication précédente comportant en outre un surmoulage de matière plastique (402) entourant le tore magnétique (208) et le deuxième conducteur électrique partiel (204), et dans lequel l’élément coupe-feu (404) est inséré entre la face inférieure du surmoulage de matière plastique (402) et la face supérieure de l’isolant électrique (302).
[Revendication 10] Ensemble électrique selon la revendication 8 ou 9 dans lequel le surmoulage de matière plastique (402) entourant le tore magnétique (208) comporte au moins un plot faisant saillie à partir de la face inférieure du surmoulage, l’élément coupe-feu (404) comporte au moins un trous, la face supérieure de l’isolant électrique (304) comporte au moins une cavité, ledit plot étant destiné à être inséré dans ledit trou et ladite cavité lorsque le deuxième conducteur électrique partiel (204) est connecté électriquement au premier conducteur électrique partiel (202) afin de maintenir l’élément coupe-feu (404) entre la face inférieure du surmoulage de matière plastique et la face supérieure de l’isolant électrique.
[Revendication 11] Ensemble électrique selon l’une des revendication 8 à 10, comprenant en outre au moins une deuxième connexion électrique (212) destinée à relier le deuxième composant électrique (114) à un troisième conducteur électrique (108B), dit principal, chaque deuxième connexion électrique (212) présentant une section conductrice électrique au moins dix fois inférieure à une section conductrice électrique du deuxième conducteur électrique principal (122).
[Revendication 12] Ensemble électrique selon l’une des revendications 8 à 11, dans lequel le deuxième conducteur électrique partiel (204) est connecté électriquement au premier conducteur électrique partiel (202) par soudure, brasage ou vissage.
[Revendication 13] Ensemble électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel ledit dissipateur de chaleur (704) comprend au moins une cavité (708), ledit circuit électrique étant positionné sur le fond de ladite cavité (708).
[Revendication 14] Ensemble électrique selon la revendication précédente dans lequel ladite cavité (708) est au moins partiellement remplie d’un isolant électrique, d’un gel (950) ou d’une résine époxy de sorte à recouvrir au moins partiellement ledit circuit électrique. [Revendication 15] Convertisseur de tension comprenant un ensemble électrique selon l’une des revendications précédentes, ledit convertisseur de tension comprenant en outre une pièce (702) et l’élément coupe-feu (404) présente au moins une lamelle flexible (406) destinée à être déformée par ladite pièce (702) de manière à plaquer ledit circuit électrique contre ledit dissipateur de chaleur (704).
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