Brevet FR2277433A1 — publié le 19760130

L'invention concerne un montage compact d'élément semiconducteur de puissance, refroidi par liquide, et notamment un tel montage comportant au moins un thyristor dont les connexions sont réalisés par pression sur les faces extérieures des bornes. Les thyristors de ce type n'ayant ni cosse, ni filetage à leurs extrémités, permettent de réaliser des montages particulièrement compacts. Le refroidissement de ces thyristors, qui limite directement la puissance qu'ils peuvent transmettrevest réalisé par conduction entre les faces extérieures des bornes du thyristor et les plaques entre lesquelles il est fermement serré. l'échange de chaleur est d'autant plus intense que le contact entre plaque et borne est meilleur, ce qui entratae un système de serr#age énergique. Un objet de l'invention est un montage pour élément semiconduc- teur de puissance compact et léger, dans lequel ledit élément est pressé entre deux plaques formant connexions. Ce montage est constitué essentiellement par un bottier-ou ana- logue contenant au moins un élément semiconducteur, les parois dudit boitier étant ajourées et une de ses extrémités au moins étant filetée de manière à recevoir un écrou exerçant, par l'intermédiaire d'un dispositif élastique et. d'une feuille isolante, une pression sur une plaque formant connexion, ladite plaque transmettant cette pression sur la face extérieure d'un élément semiconducteur, ledit élément semiconducteur prenant appui, par l'intermédiaire éventuel d'autres plaques-connexions et d'autrffs éléments semiconducteurs, sur le fond dudit boîtier, Pour augmenter la puissance d'utilisation de l'élément semiconducteur, on améliore l'évacuation de la chaleur en utilisant les plaques de connexion comme radiateur,#n faisant circuler à l1interieui des plaques elles-mme.s un fluide réfrigérant. Un Un autre objet des l'invention est un montage pour élément semiconducteur dans lequel les moyens de circulation du fluide de réfrigération sont compacts et efficaces. Selon une autre caractéristique, les plaques de connexion formant radiateur sont munies de prolongement servant de cosses l'arrivée de courant, lesdits prolongements étant creux et servant également à l'arrivée et au départ du fluide de réfrigération. D'autes caractéristiques apparaîtront au cours de la description d'une réalisation particulière donnée ci-apèrs avec l'aide des figures qui représentent - la figure 1, une coupe longitudinale d'un empilage de trois thyristors dans un boiter cylindrique - la figure 2, une vue de face du fond du boitier à échelle réduite - - la figure 3, une vue de face d'une demi-plaque radiateur côte extérieur - la figure 4, une vue agrandie de face d'une demi-plaque radiateur coté intérieur - les figures 5 et 6, deux coupes-de la vue précédente. On voit sur la figure 1 en coupe le bottier 1 terminé à l'extré- mité droite par une face 2 représentée figure 2. Cette face est ajourée de manière à présenter trois renforts dans lesquels sont ménagés des trous 3, 4 et 5 de fixation de l'ensemble. Le corps du cylindre formant le bottier 1 est lui-m8me ajouré pour ne plus constituer que des colonnettes situées à l'aplomb des trous de fixation 3#, 4 et 5. A l'extrémité opposée de la face 2, est pratiqué un filetage 6 dans lequel se visse un écrou en forme d'anneau 7. Sur cet écrou 7 et sur la face intérieure 2 s'appliquent deux rondelles élastiques 8 et 9 sur lesquelles prennent appui deux autres rondelles 11 et 12 de centrage. Une ou plusieurs cales 13 sont-insérées entre la rondelle élastique 8 et la rondelle de centrage 11.Deux rondelles isolantes 14 et 15 enserrent un empilage de quatre plaques connexionradiateurs 16 (ou radiateurs) entre lesquelles sont intercalées trois thyristors 17 avec leur gåchette 18. Ces radiateurs 16 sont constitués de deux demi-parties identiques qui se font face et qui comportent chacune un ajutage 19 pour le fluide de refroidissement. Ces ajutages 19 sont réunis entre eux deux par deux par un joint étanche isolant 21 constitué par une bobine creuse en matière plastique isolante sur les extrémités desquelles sont placés des joints toriques 22 qui réalisent ltétanchéité entre les extrémités des bobines 21 et l'intérieur des ajutages 19.Chaque demi-partie de radiateur 16 (voir figure 3) se compose d'un renfort 24, d'un bras large et plat 25 reliant ce renfort 24 à l'ajutage 19, et d'une patte 23 formant cosse de connexion. Au montage, après avoir réalisé l'empilage des différentes pièces énumérées ci-dessus, on règle l'épaisseur des cales 13 de manière que la rondelle 8 vienne presque affleurer l'extrémité du boiter et permette seulement la prise de l'écrou 7 dans le filetage 6. Au serrage l'élasticité des rondelles 8 et 9 permet d'exercer sur l'empilage, un effort convenablement taré, sensiblement indépendant de la tempéra ture Dans l'exemple décrit cet effort est d'environ une tonne pour un diamètre du boîtier d'environ 55 millimètres et une longueur de 85. Les figures 4, 5 et 6 explicitent le tracé d'une demi-plaqueradiateur côté intérieur (à l'échelle double des figures précédentes). En face de l'ajutage 19 est creusé un canal 26 relativement large et peut profond à l'intérieur du bras 25 (voir coupe figure 5). Ce canal 26 débouche à l'intérieur d'un deuxième canal 27 creusé dans ltépais- seur du renfort 24. Comme on le voit sur la figure 6, ce canal 27 est plus profond et plus étroit que le canal 26. Le raccordement entre les deux canaux se fait par une rampe 28. bye canal 27 décrit dans le renfort 24 un parcours à rebroussement, qui lui permet de parcourir la presque totalité de la surface dudit renfort. Il débouche par une rampe, analogue à la rampe 28, dans un canal 29 creusé dans le bras 25, symétrique au canal 26. Les deux demi-plaques radiateurs sont identiques et, lorsqu'elles sont appliquées l'une contre l'autre, elles forment un passage pour le fluide réfrigérant comportant un premier ajutage 19, les canaux 26, 27 et 29 et un deuxième ajutage, correspondant à l'ajutage 19, qui se trouve dans la demi-plaque radiateur identique à celle qui est illustrée figure 4 et qui est retournée. On voit que dans cette réalisation les bras 25 sont utilisés à la fois comme conducteur de courant et comme canalisation pour le fluide réfrigérant. Pour une intensité moyenne circulant dans les thyristors d 'envi- son 100 ampères, la quantité de chaleur à évacuer est de l'ordre de 200 watts par thyristor ou par plaque-radiateur, sauf pour les plaques radiateurs d'extérimité qui n'auront à évacuer que 100 watts. Ceci conduit à placer les thyristors les plus chargés aux extrémités. Le fluide de réfrigération utilisé, obligatoirement isolant, est de l'huile avec un débit de deux litres par minute, donnant une vitesse comprise entre 4 et 5 mètres par seconde à l'intérieur des renforts, et moitié moindre dans les autres parties du circuit. La différence de température entre la jonction du thyristor et l'huile, est comprise entre 15 et 20 degrés. On voit qu'avec ce dispositif, pour limiter la température de la jonction à environ 100 degrés, il suffit d'avoir une température d'entrée d'huile inférieure à 80 degrés, l'élévation de la température de l'huile dans le circuit étant d'environ 2 degrés. Ce montage est particulièrement compact, léger et efficace. Son faible encombrement résulte de la forme cylindrique du boîtier adapté à la dimension des thyristors, et de la manière dont est obtenu l'effort de compression, bien centré, manière qui consiste dans le serrage. Le boîtier est ajouré à la demande pour ne laisser que des colonnettes présentant la résistance suffisante pour assurer l'effort de compression. tes connexions servent à la fois de conducteur électrique et de canalisation pour le fluide réfrigérant. De plus ces connexions sont montées hydrauliquement en série ce qui autorise une seule arrivée et un seul départ d'huile pour l'ensemble des thyristors empilés. L'efficacité du système de refroidissement permet d'utiliser des composants plus petits et par conséquent moins encombrants et plus légers. Ce montage est donc particulièrement bien adapté aux appareillages de bord des aéronefs. REVENDICA#I ONS 1. Montage d'élément semiconducteur de puissance caractérisé en ce qu'il est constitué d'un boîtier en forme de cylindre contenant au moins un élément semiconducteur, les parois dudit boîtier étant ajourées et une de ses extrémités au moins étant filetée de manière à recevoir un écrou exerçant, par l'intermédiaire d'un dispositif élastique et d'une feuille isolante, une pression sur une plaque formant connexion, ladite plaque transmettant cette pression sur l'extrémité d'un élément semiconducteur prenant appui, par l'intermédiaire éventuel d'autres plaques-connexions et d'autres éléments semiconducteurs, sur le fond dudit boîtier. 2. Montage d'élément semiconducteur de puissance comportant au moins un élément semiconducteur serré entre deux plaques de connexion, caractérisé en ce que les plaques de connexion sont munies de bras servant de conducteur de courant, lesdits bras étant creux et servant en plus à la circulation d'un fluide de réfrigération. 3. Montage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les plaques de connexion servant également de radiateurs, sont constituées chacune de deux parties identiques dans lesquelles sont creusées des canalisations, munies d'ajutages, ces deux parties étant retournées et appliquées l'une contre l'autre de manière à former des canalisations de circulation du fluide réfrigérant avec ses ajutages d'entrée et de sortie. 4. Montage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs éléments semiconducteurs séparés chacun par une plaqueradiateur dont le bras est muni d'ajutages pour l'entrée et la sortie du fluide, le bras d'un radiateur étant placé en regard du bras d'un autre radiateur, et un raccord tubulaire en matière isolante réunissant, d'une manière étanche, l'ajutage de sortie d'un bras à l'ajutage d'entrée d'un autre bras par quoi ledit montage ne comporte qu'une seule arrivée et un seul départ de liquide réfrigérant pour ltensemble des éléments semiconducteurs.