Brevet FR2007084A1 — publié le 19700102

la présente invention concerne un composant électrique du type comprenant de préférence des éléments intégrés et qui est pourvu de connexions-sorties* Elle a trait plus particulièrement à l'utilisation de tels composants électri« 5 ques comme régulateurs de tension à semi-conducteurs pour une génératrice de véhicule automobiles. Des dispositifs de charge pour véhicules automobiles se composent d'une génératrice de source de courant ainsi que d'un régulateur de tension destinée à maintenir 10 constante la tension fournie par la génératrice, indépendamment des variations de la vitesse de rotation et des variations du courant de charge. On connait des régulateurs de tension à semi-conducteurs qui fonctionnent intégralement sans con-15 tacts mécaniques et qui sont constitués essentiellement d'éléments semi-conducteurs tels que des transistors et des diodes® Plus ré~ cemment, on a mis au point des procédés permettant d'agencer ces éléments semi-conducteurs d'une manière peu encombrante en utilisant essentiellement la technique de construction de circuits in-20 tégrés. Il est possible à l'heure actuelle de construire des régulateurs de tension à semi-conducteurs présentant des dimensions extrêmement réduites. Jusqu'à maintenant, onifa cependant pas réuni en pratique le régulateur de tension à la génératrice de 25 façon à former un ensemble monobloc et il était classique jusqu'à maintenant de fabriquer séparément l'un de l'autre le régulateur et la génératrice et également de les disposer séparément l'un de l'autre. Pour cette raison, il est nécessaire, dans le cas d'une disposition séparée de la génératrice et du générateur de tensions 30 de prévoir des éléments particuliers pour relier électriquement ces deux appareils. Ceci conduit non seulement à un agencement compliqué de conducteurs mais il en résulte également de nombreuses pannes dûes à des mauvaises connexions, à des ruptures de conducteurs, etc ... 35 II est également connu de placer dans des dispositifs connus, lerégulateur de tension à semi-»conduo« teurs dans le chapeau de palier de la génératrice j dans ces conditions, on diminue évidemment la longueur des connexions entre le régulateur de tension et la génératrice mais il subsiste malgré tout 40 de nombreuses sources de pannes. Un régulateur de tension à semi 69 07671 2 2007084 conducteurs occupe évidemment un volume réduit mais la chaleur produite dans les éléments semi-conducteurs doit cependant être évacuée* Il est par conséquent nécessaire d'utiliser de gros éléments de refroidissement pour lesquels on dispose de peu de, place, 5 en particulier lorsque le régulateur de tension est logé dans le chapeau de palier de la génératrice. L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients précités et de permettre en particulier d'évacuer la chaleur produite dans le composant électrique sans faire inter-10 venir de gros éléments de refroidissement. Dans un composant électrique du type précité, ce problème est résolu en ce que les connexions sorties sont en bon contact électrique et également en bon contact thermique avec les éléments semi-conducteurs. On obtient un résul-15 tat particulièrement correct lorsque les connexions sorties servent simultanément à fixer le composant électrique sur une autre pièce, à savoir dans le cas considéré sur la génératrice. Suivant un mode de réalisation avantageux du composant électrique, il est prévu une plaque de refroidissement avec laquelle au moins une des conne-20 xions est en contact thermique et électrique. La description ci-après se rapporte aux dessins ci-Joints représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels : ' - la figure t représente un schéma 25 du circuit électrique d'un dispositif de charge pour véhicules automobiles qui est muni d'un régulateur de tension à semi-conducteurs selon l'invention % la figure 2 est une vue en plan d'un régulateur de tension à semi-cônducteurs selon l'invention ; 30 - la figure 3 est une coupe à échelle grossie faite suivant la ligne A~A de la figure 2 ; - la figure 4 est une coupe partielle à échelle grossie du régulateur de tension selon 1» invention représenté sur la figuré 2. 35 Un moteur, noi).-représenté sur la figure 1, entraîne une génératrice 11 qui comprend un enroulement triphasé 12 branché en étoile et un enroulement d'excitation 13 ainsi qu'un.redresseur à double alternance 14o Le courant continu de sortie de la génératrice 11 est appliqué par l'intermédiaire du 40 conducteur positif 15 aux appareils de consommation électrique 16, 69 07671 3 2007084 à savoir les phares du véhicule, ainsi qu'à la batterie 17 montée dans le véhicule » Sur le régulateur de tension à semi-conducteurs 18, sont prévues plusieurs bornes de connexion 19» 20 et 21 qui assurent la liaison électrique avec la génératrice 11 et également 5 la fixation du régulateur sur cette génératrice, les deux bornes de connexion 19 et 20 sont disposées en regard l'une de l'autre, comme le montre la figure 3o Le régulateur de tension 18 comprend deux circuits intégrés, à savoir un circuit intégré à semi-10 conducteurs 118 dans lequel sont branchés les transistors-22 et 23 ainsi que les diodes 24 et 25 sous une forme intégrée, ainsi qu'un circuit à couche épaisse ou circuit chip 218 dans lequel sont branchées de façon intégrée les résistances 26, 27, 28, 29, 30 et 31 ainsi qu'un condensateur 32. La diode 25 précitée est une diode 15 Zener tandis que la résistance 28 est une thermistance à coefficient de température négatif ; les résistances 29 et 30 constituent un diviseur de tension. La figure 3 représente une plaque de base 33 en céramique sur laquelle les résistances 26 à 31 et le 20 condensateur 32 sont formés ou sont brasés en cas de besoin entre les éléments ; cette structure constitue le chip 218. Sur une plaque de refroidissement 34 est fixé par soudage par exemple le circuit intégré à semi-conducteurs 118 qui est relié par l'intermédiaire d'une couche intercalaire 35 à la plaque de base 25 33 en céramique. Des conducteurs 36œlient le circuit intégré à semi-conducteur 118 au chip 218 ainsi que ces deux circuits 118, 218 précités aux bornes de connexion 19® 20, 21. La borne de connexion 19 fait également partie de la plaque de refroidissement 34. les bornes de connexion 20 et 21 sont 30 fixées par collage et par l'intermédiaire d'une couche intercalaire 37 dans des évidements de la plaque de refroidissement 34. Le boîtier 38 est formé d'une matière non-conductrice. Gomme le montre la figure 1, la borne de connexion 20 du régulateur de tension 18 est reliée par l'in-35 termédiaire d'un interrupteur d'allumage 39 à la batterie 17 montée dans le véhicule et elle est également connectée à l'une des extrémités de l'enroulement d'excitation 13 de la génératrice 11 tandis que la borne de-connexion 19 est reliée à l'autre extrémité de est enroulement d'excitation 13. La borne de connexion 21 est fixée 40 sur le châssis du véhicule. Les connexions électriques entre la gé 69 07671 4 2007084 nératrice 11 et le régulateur de tension 18 sont réaliséess dans l'exemple considéré, en fixant les bornes de connexion 19s 20 et 21 du régulateur de tension 18 sur la génératrice 11. le mode de fonctionnement du dis-5 positif selon l'invention est le suivant î lorsque, au démarrage du moteur, l'interrupteur d'allumage 39 est également fermé, il passe un courant entre le pôle positif de la batterie 17 et le pôle négatif de cette batterie par l'intermédiaire de l'interrupteur d'allumage 39, de la borne de connexion 20, de l'enroulement d'ex-10 citation 13, de la borne de connexion 19» du régulateur de tension 18, de la borne de connexion 21 et du châssis. la génératrice 11 est par conséquent excitée, lorsque le moteur tourne, une tension alternative est produite dans l'enroulement inducteur 12 de la génératrice 11, ce courant étant converti en une tension continue dans 15 le redresseur à double alternance 14 de manière à être transmise par l'intermédiaire du conducteur positif 15 aux appareils de consommation 16 et à la batterie 17. lorsque la tension de sortie de la génératrice 11 a atteint une valeur suffisante, la batterie 17 se 20 charge, lorsque la tension de la génératrice dépasse une valeur déterminée ou bien lorsque, en d'autres termes, la tension entre les points de connexion des résistances 29 et 30,formant im diviseur de tension^dépasse la tension de claquage de la diode Zener 25 s cette diode devient conductrice. En conséquence, le transistor 23 23 devient conducteur tandis que le transistor 22 est bloqué, le tran-sistor 22 interrompt par conséquent lë passage du courant dans 11 enroulement d'excitation 13. Dô cette manière, la tension de sortie de la génératrice 11 tombe suffisamment pour que la diode Zener 25 se bloque à nouveau et pour que par conséquent le transistor 30 22 redevienne conducteur. Ainsi, la tension de sortie de la génératrice 11 est réglée à une valeur parfaitement déterminée de sorte que la batterie 17 est toujours chargée de la manière correcte. Dans le dispositif décrit à régulateur dè tension, de la chaleur est produite en. quantité importants te dans les parties essentielles du régulateur de tension 18, à savoir les transistors 22 et 23. les éléments semi-coMucteixrs transmettent la chaleur à la plaque de refroidissement' 34 qui la cède à son tour, par l'intermédiaire de la borne de connexion 19f aux parties de" fixation de la génératrice 11. Ainsi, l'évacuation 40 de chaleur est bien plus efficace que lorsque la chaleur produite 69 07671 5 2007084 par les éléments semi-conducteurs doit être exclusivement, évacuée par rayonnement à partir.de la plaque de refroidissement 34» Dans 1!exemple de réalisation re- • présenté sur les dessins, la plaque de refroidissement 34 et la 5 borne de connexion 19 forment une seule et même pièce de sorte qu'on obtient une bonne évacuation de la chaleur,, La couche intercalaire 37 sert désolation électrique entre la plaque de refroi dissement 34 et les deux bornes de connexion 20 et 21 et elle est fermée d'un matériau présentant une très-bonne conductibilité ther-10 mique , comme exemple du mica ou une matière céramique„ On obtient ainsi que toutes les bornes de connexion 19? 20 et 21 constituent avec la plaque de refroidissement 34 un corps unique en ce qui concerne la bonne conductibilité thermique, ce qui permet dEaméliorer les conditions d'évacuation de la chaleur. 15 On n'est évidemment limité en au cune manière, dans l'exemple de réalisation décrit plus haut* en ce qui concerne l'établissement d'une liaison entre les bornes de connexion 19, 20 et 21 et la plaque de refroidissement 34 et on peut aussi bien rélier de façon monobloc la borne de connexion 20 20 ju la borne de connexion 21 à la plaque de refroidissement 34. On peut également relier rigidement entre elles l'une des bornes de connexion 19, 20 et 21 et la plaque de refroidissement 34 par exemple par brasage ou par soudage. Quel que soit le mode de connexion choisi, il est toujours très important qu'au moins une des bornes 25 de connexion 19, 20 ou 21 soit en bon contact thermiquet ou forme une seule et même et même pièce avec la plaque de refroidissement 34 qui doit évacuer la chaleur produite par les éléments semiconducteurs. Le composant électrique selon 30 l'invention est d'une construction très simple et d'un fonctionnement très sûr.du fait que ses bornes de connexion sorties remplissent simultanément plusieurs fonctions s dsune part elles établissent la liaison électrique avec 1 ' appareil associé.; à savoir la génératrice dans l'exemple considéré, et d'autre part, elles servent 35 de barrettes de fixation du composant électrique sur lfappareil associé et en-troisième lieu elles évacuent d'aine manière simple la chaleur perdue produite dans le composant électrique» Ainsis dans le composant électrique selon l'invention, il n'est pas nécessaire de prévoir des conducteurs électriques de liaison, particulière qui 40 seraient sujets à des pannes et dont la fabrication introduirait , 69 07671 6 2007084 une dépense importante. En outre, le composant électrique peut Ôtre fixé simplement et rapidement sur 1*appareil asaocié. Enfin, il est inutile de prévoir des corps de refroidiaaeinerit particuliers qui occuperaient beaucoup 5 de place du fait que la chaleur peut être évacuée d'une manière effioace par les bornes de connexion du composant éleotriqu*. En ce qui concerne le volume du composant électrique, on obtient ainsi une puissance spécifique élevée, surtout lorsque le circuit interne du composant est réalisé, comme dans l'exemple décrit plus haut, s 10 suivant la technique das circuits intégrés. Bien antandu, l'invention a9est paa limitée aux exemples décrite ©t représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes st d'autres formes d© réalisation saris pour cela sortir du cadre d© l'invention. 69 07671 7 2007084 REVENDICATIONS 10) Composant électrique du type comportant de préférence des éléments intégrés et des bornes de connexion sorties, composant caractérisé par ce que les bornas de 5 connexion sorties sont montées aussi bien en bon contact électrique qu'en bon'contact thermique avec les éléments du coiaposant, oe qui assure une bonne évacuation de la chaleur. 2°) Comppsant électrique conforme à la revendication 19 caractérisé en ce que les bornes de connexion 10 sorties sont agencées de manière à servir simultanément de dispositif de fixation du composant sur une autre pièce. 3°) Composant électrique conforme aux revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque de refroidissement avec laquelle au moins une des bornes de 15 connexion est en contact thermique et électrique. 4°) Composant électrique conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins l'un des éléments du composant est en contact thermique, et le cas échéant en contact électriquer avec la plaque de refroidissement. 20 5°) Composant électrique conforme aux revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'au moins un chip est en contaçt thermique9 et le cas échéant électrique, avec la plaque de refroidissement. 6°) Composant électrique conforme 25 à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs chipsp et en ce qu'il est prévu dans un premier chip essentiellement seulement des semi-conducteurs, dans un second chip essentiellement seulement des résistances et le cas échéant des condensateurs, les connexions des chips 30 étant en bon contact thermique et électrique avec les bornes de connexion sorties du composant électrique. 7°) Composant électrique conforme à l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'une borne de connexion sortie et la plaque de refroidissement constituent 35 une seule et même pièce. 8°) Composant électrique conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que les autres bornes de connexion sorties sont fixées de façon isolée sur la plaque de refroidissement. 69 07671 8 2007084 9°) Composant électrique conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que les autres bornes de connexion sorties sont coXLéespar leurs extrémités, de préférence élargies et opposées aux bornes sorties, dans des évidements de la 5 plaque de refroidissement, les extrémités opposées aux bornes de connexion sorties étant liées à la surface de la plaque de refroidissement qui est opposée aux bornes dç connexion sorties# 10°) Composant électrique conforme à lfune des revendications:3 à 9, caractérisé en ce qu'il est agen-10 cé sous forme d'un régulateur de tension à semi-conducteurs pour une génératrice d'un véhicule automobile, en ce qu'il est prévu sur la plaque de refroidissement un premier circuit intégré comportant les éléments semi-conducteurs actifs du régulateur ainsi qu'un second circuit intégré comportant les résistances, ces circuits inté-15 grés étant reliés de façon thermiquement conductrice à la dite plaque, et en ce qu'au moins trois parties de connexion présentant une bonne conductibilité électrique et thermique sont disposées sur la plaque de refroidissement ou sur les circuits intégrés de façon à établir la liaison avec le circuit de la génératrice.