Brevet FR2553231A1 — publié le 19850412

COMUTATEUR DOUBLE POUR ONDULEURS, ENCAPSULE EN BOITIER A BROCHES EXTERIEURES PLANES. La présente invention concerne un commutateur électronique de puissance encapsulé dans un boîtier de matière plastique et destiné notamment à être utilisé comme organe de commutation de puissance dans un onduleur, cet organe étant appelé 5 ci-apres commutateur double parce qu'il comporte essentiellement deux éléments de commutation commandés (transistors ou thyristors) et deux diodes dites "de roue libre". On cherche à résoudre le problème tres concret de la fabrication industrielle la plus économique possible d'un com10 mutateur double qui puisse répondre aux besoins des utilisateurs (fabricants d'onduleurs par exemple) même lorsque ces besoins varient dans le temps: par exemple, on veut pouvoir vendre, en ne modifiant presque pas la chaîne de fabrication, un lot de commutateurs adaptés à des onduleurs de bas de gamme, puis un lot de 15 commutateurs adaptés à des onduleurs de haut de gamme Or, le montage électrique du commutateur dans l'onduleur dépend évidemment du type d'onduleur choisi; en particulier, un commutateur conçu pour le bas de gamme peut ne comporter, outre les broches de commande de commutation, que trois broches extérieures de puissance 20 représentant respectivement un point milieu et deux bornes de sortie de transistors de puissance, alors qu'un onduleur de haut de gamme pourra comporter six broches extérieures: quatre broches pour l'acces à l'émetteur et au collecteur de chacun des transistors et deux broches pour l'accès à l'anode ou à la cathode de 25 deux diodes dites "de roue libre" faisant partie du commutateur. On conçoit donc qu'a priori les deux types de courmmutateurs doubles doivent être fabriqués sur des chaînes de fabrication tres différentes l'une de l'autre. La présente invention propose une construction de com30 mutateur propre à permettre la fabrication d'un seul type de commutateur convenant aux deux usages, la différenciation s'effectuant à un stade très tardif de la fabrication, permettant notamment le stockage de grandes quantités de commutateurs indifférenciés pouvant très rapidement être terminés en fonction des besoins, pour devenir essentiellement: soit des commutateurs à trois broches de puissance pour applications simples, soit des commutateurs à six broches de puissance pour applications plus sophistiquées. Le commutateur selon l'invention est encapsu 16 dans un bottier de matière plastique d'ou émergent, outre des broches de 10 commande, six broches métailiques planes pour les connexions extérieures de puissance, et ses caractéristiques sont les suivantes: a) au stade presque final de la fabrication (stade de stockage), la configuration mécanique extérieure du commutateur 15 est la suivante: la surface supérieure du bottier comporte neuf évidements propres à recevoir et bloquer en rotation chacun un écrou de fixation, ces évidements étant groupés en trois rangées parallèles de trois évidements, deux broches extérieures étant placées en vis-à-vis de part et d'autre de chaque groupe de trois, 20 les broches d'un c 8 té étant disposées dans un plan commun perpendiculaire à la surface supérieure du boitier et les broches en vis-à-vis de l'autre côté étant disposées dans un autre plan parallèle au premier, les évidements intermédiaires des groupes de trois etant eux-mêmes alignés dans un plan sensiblement médian 25 entre les deux plans paralfeles; la longueur de toutes les broches est telle que, par repliement des broches, l'évidement intermédiaire puisse être totalement recouvert par les broches en vis-àvis qui l'encadrent; b) la configuration électrique intérieure au bottier est 30 la suivante: un premier élément de commutation commandé (transistor ou thyristor) présente une borne reliée à une première broche extérieure; la broche en vis-à-vis de celle-ci est connectée à une diode reliée par ailleurs à un deuxfime élément de commutation commandé; le deuxième élément présente une borne 35 reliée à une autre broche extérieure; la broche en vis-à-vis de celle-ci est reliée à une autre diode reliée par ailleurs au premier élément de commutation; le premier et le second éléments de commutation présentent enfin chacun une autre borne et ces autres bornes sont reliées respectivement à deux autres broches extérieures en vis-à-vis. Pour passer de la configuration mécanique intermédiaire de stockage à une configuration finale propre à être commercialisée en fonction des besoins de l'utilisateur, les seules opérations à effectuer sont les suivantes: découpe et perçage des broches extérieures, mise en place des écrous dans 10 ceux des évidements qui devront être utilises, repliement des broches en vis-à-vis, l'une vers l'autre, au-dessus des évidements qu'elles encadrent. Les deux configurations principales auxquelles on aboutit alors sont les suivantes: configuration avec recouvrement, ou deux broches en vis-à-vis recouvrent toutes les deux, l'une sur l'autre, l'évidement central du groupe qu'elles encadrent, configuration sans recouvrement, ou deux broches en vis-à-vis ne recouvrent chacune que l'évidement le plus proche du 20 groupe qu'elles encadrent. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront i la lecture de la description détaillée qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente la configuration mécanique 25 extérieure du commutateur double selon l'invention, a un stade intermédiaire de fabrication, la figure 2 représente la configuration extérieure finale constituant un commutateur i trois bornes, la figure 3 représente la configuration extérieure 30 finale constituant un commutateur i six bornes, la figure 4 représente la configuration intérieure du commutateur double, la figure 5 représente un schéma d'application du commutateur de la figure 2, les figures 6 et 7 représentent des schémas d'application du commutateur de la figure 3. Le commutateur double selon l'invention comporte un clxcuit électrique enfermé dans un bottier de matière plastique 10 qui est de préférence un bloc rectangulaire fixé sur une embase métallique 12. De la surface supérieure sensiblement plane 14 du bottier, émergent six broches de connexion métalliques planes, raccordées au circuit électrique intérieur et destinées i la partie de puissance du circuit Ces broches sont désignées par les références Cl, D 1, El, C 2, D 2, E 2 respectivement. Au stade presque final de la fabrication, les six broches s'élèvent toutes perpendiculairement au plan de la surface supérieure 14 Elles sont disposées en trois groupes de deux broches se faisant vis-a-vis, la broche E 1 étant en vis-a-vis de la broche C 2, la broche E 2 en vis-à-vis de la broche D 2 et la 15 broche Cl en vis-à-vis de la broche D 1. Les broches El, E 2, C 1 sont situées dans -un même plan (les broches sont planes), plan qui est perpendic-ulaîre i la surface supérieure 14 et qui passe pratiquement par un bord longitudinal 16 du bottier rectangulaire Les broches C 2, D 2, D 1 sont 20 également situées dans un mêeme plan, paralltle au premier, et passant pratiquement par un autre bord longitudinal 18 du bottier. Les broches définissent donc deux plans paralleles qui sont pratiquement les plans de deux bords longitudinaux du bottier. Creusés dans la surface supérieure 14 sont prévus neuf évidements borgnes ou alvéoles, disposes en trois groupes de trois, chaque groupe comprenant trois évidements alignés avec deux broches en vis-à-vis respectives. Ainsi, les évidements 20, 22, 24 sont alignes entre les 30 broches El et C 2, les évidements 26, 28, 30 entre les broches E 2 et D 2, les évidements-32, 34, 36 entre les broches Cl -et Dl. Les évidements centraux 22, 28, 34 des trois groupes sont eux-mêmes alignés sensiblement dans un plan médian entre les plans parallèles contenant les broches. Les évidements non centraux sont aussi de préférence alignés dans des plans paralliles aux plans des broches. 2553 t 3 1 Les évidements sont conformés de manière à pouvoir chacun recevoir et bloquer en rotation un écrou Des écrous seront déposés ultérieurement dans trois ou six des évidements en fonction des besoins. La hauteur d'émergence des broches au-dessus de la surface 14 est telle que l'on puisse: percer un trou à leur extrémité, replier deux broches en vis-à-vis l'une sur l'autre, obtenir un recouvrement mutuel des trous percés dans 10 les deux broches, ces trous recouvrant eux-mêmes l'évidement central du groupe situé entre ces broches. Pour terminer la description extérieure du commutateur dans l'état ou il est à la figure 1, état ou il peut être stocké, en attendant les commandes des utilisateurs, on peut signaler des 15 broches de commande du commutateur qui ont été représentées au nombre de six et désignées par les références c, b, e, c', b', e' Ces broches de commande sont de petite dimension; elles peuvent être planes ou cylindriques et peuvent être situées par exemple dans un décrochement 38 de la surface supérieure 14 du 20 bottier. La figure 2 représente le commutateur double de l'invention, dans une configuration possible qu'il possède en fin de fabrication. Dans cette configuration, les broches extérieures de 25 puissance ont été percées de trous de passage pour des vis adaptées aux écrous qui doivent se loger dans les évidements; des écrous 40, 42, 44 ont été mis en place uniquement dans les évidements centraux 22, 28, 34 respectivement Puis, les broches El, E 2, Cl ont été repliées parallèlement au plan de la surface 30 14, suffisamment priès de cette surface pour empêcher les écrous de sortir des évidements; enfin les broches C 2, D 2, Dl de l'autre côte ont été repliées sur les premieres Seuls les trous 46, 48, 50 percés à l'extrémité des broches C 2, D 2, D 1 sont véritablement visibles sur la figure 2, mais il faut comprendre que les trous 35 percés dans deux broches en vis-à-vis ainsi repliées viennent se superposer exactement au-dessus des évidements centraux correspon- dant à ces broches, de sorte que par mise en place de trois vis, on peut à la fois connecter électriquement entre elles les broches repliées l'une sur l'autre et connecter ces broches à trois conducteurs extérieurs. La figure 3 représente une autre configuration possible du commutateur apres l'étape finale de fabrication. Les broches extérieures de puissance ont d'abord été coupées à une longueur suffisamment courte pour qu'une fois repliées elles ne puissent plus se toucher; ensuite ou 10 simultanément, les broches sont percées à un emplacement tel qu'une fois repliées les trous viendront au-dessus des évidements non centraux Apres mise en place de six écrous 54, 56, 58, 60, 62, 64 dans les évidements non centraux ( 20, 26, 32, 24, 30, 36 respectivement sur la figure 1), on procède alors au repliement 15 des broches, suffisamment bas pour empêcher les écrous de sortir des évidements Les trous 66, 68, 70, 72, 74, 76 dans les extrémités des broches viennent alors au-dessus des écrous et permettent la fixation par vis de ces broches sur six conducteurs extérieurs (ou sur d'autres éléments). La figure 4 représente la configuration électrique interne du commutateur double selon l'invention: les broches extérieures de puissance ont été redésignées par El, E 2, Cl, C 2, D 1, D 2 comme aux figures précédentes et les broches de commande par c, b, e c', b', e'. Le circuit comprend deux éléments de commutation commandes T 1 et T 2 (ici des transistors ou des montages Darlington), et deux diodes dites de roue libre dl et d 2. Le transistor T 1 a deux bornes de puissance (collecteur et émetteur) reliées aux broches de puissance Cl et El respec30 tivement ainsi qu'aux broches de commande c et e; il a une borne de commande (base) reliée à la broche b. De même, le transistor T 2 a deux bornes de puissance (collecteur et émetteur) reliées aux broches de puissance C 2 et E 2 respectivement ainsi qu'aux broches de commande c' et e'; il a 35 une borne de commande (base) reliée à la broche b'. La première diode dl a son anode reliée à la broche C 2 et sa cathode à la broche D 1; la deuxieme diode d 2 a son anode reliée à la broche D 2 et sa cathode a la broche El. Cependant, dans une autre configuration possible, on pourrait avoir la diode dl reliée par sa cathode à la borne D 1 et 5 par son anode à la borne E 2 et la diode d 2 reliée par sa cathode-à 1 a borne Cl et par son anode à la borne D 2. Dans tous les cas, il faut retenir que l'une des bornes de puissance (collecteur) du premier transistor (Ti) doit être reliée à une broche (Cl) en vis-à-vis d'une broche (D 1) reliée à 10 une diode (dl); que l'autre borne de puissance (émetteur) doit être reliée à une broche (El) en vis-àvis d'une broche (C 2) reliée à une borne de puissance (collecteur) de l'autre transistor (T 2); et que l'autre borne de puissance (émetteur) du deuxième transistor (T 2) doit être reliée à une broche (E 2) en vis-à-vis 15 d'une broche (D 2) reliée à l'autre diode (d 2). Les figures 5, 6, 7 représentent des schémas d'application possible du commutateur selon l'invention. Le schéma de la figure 5 correspond à l'utilisation d'un commutateur fabriqué selon la figure 2: court-circuit entre les 20 bornes El et C 2 que l'on relie à un conducteur de sortie S, courtcircuit entre les bornes E 2 et D 2 que l'on relie à un conducteur d'alimentation B a un potentiel négatif ou nul, court-circuit entre les bornes Cl et Dl que l'on relie à un conducteur d'alimentation A à un potentiel positif. Les schémas des figures 6 et 7 correspondent l'utilisation d'un commutateur selon la figure 3. A la figure 6, un court-circuit est fait entre les bornes Cl et Dl, soit par une barrette conductrice, soit en reliant les deux bornes C 1 et Dl à un même conducteur d'alimentation posi30 tive A; une résistance Rl est fixée entre les bornes E 2 et D 2, la borne D 2 étant reliée à un conducteur d'alimentation B à potentiel négatif ou nul; une autre résistance R 2 est fixée entre les bornes El et C 2, la borne C 2 étant par ailleurs reliée à un conducteur de sortie S (relié à une charge). A la figure 7, pour une application à fréquence plus élevée, on a prévu de relier un conducteur d'alimentation A à la 255323 t borne Cl, un conducteur B à la borne E 2, une diode d 3 en paral Ile avec une inductance L 1 entre la borne Dl et la borne Cl, une diode d 4 en 'parallele avec une inductance L 2 entre la bonre E 2 et la borne D 2, et enfin une inductance L 3 entre les bornes E 1;et C 2 5 avec une prise intermédiaire sur cette inductance pour la liaison à un conducteur de sortie S. t SS St 3 1 REVENDICATIONS. 1 Commutateur double destiné à être utilisé notamment dans des onduleurs, encapsulé dans un boîtier de matière plastique ( 10) d'o émergent six broches métalliques planes (El, E 2, Cl, C 2, D 1, D 2) pour les connexions extérieures de puissance, caractérisé en ce que: a) dans un stade intermédiaire de fabrication, la configuration extérieure du commutateur est la suivante: la surface supérieure ( 14) du boîtier comporte neuf évidements ( 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36), chacun susceptible de recevoir et bloquer 10 en rotation un écrou de fixation, ces évidements étant groupés en trois rangées parallèles de trois évidements, deux broches étant placées en vis-a-vis de chaque côté de chaque groupe de trois, les broches d'un côté (El, E 2, Cl) étant disposées dans un plan commun perpendiculaire à la surface supérieure du bottier et les broches 15 en vis-à-vis (C 2, D 2, Dl) dans un autre plan parallèle au premier, les évidements intermédiaires ( 22, 28, 34) des groupes de trois étant eux-mêmes alignés dans un plan sensiblement médian entre les deux plans parallèles et la longueur de toutes les broches étant telle que, par repliement, un évidement intermédiaire puisse être 20 totalement recouvert par les broches en vis-a-vis qui I'encadrent, d'ou il résulte que les broches peuvent être rabattues, éventuellement apres découpe, perçage, et mise en place d'écrous dans certains évidements, au-dessus des évidements du groupe qu'elles encadrent, selon au moins deux configurations, à savoir 25 une configuration avec recouvrement (figure 2) o deux broches en vis-à-vis recouvrent toutes deux l'évidement intermédiaire du groupe qu'elles encadrent, et une configuration sans recouvrement (figure 3) ou deux broches en vis-à-vis recouvrent chacune l'évidement le plus proche du groupe qu'elles encadrent, b) la configuration électrique intérieure au boîtier est la suivante: un premier élément de commutation commandé (Tl) présente une borne reliee à une premiere broche extérieure (Cl); t S 55} 23 1 -la broche (Dl) en vis-à-vis de celle-ci est reliée à une diode (dl) reliée par ailleurs à' un deuxième élément de commutation commandé (T 2); le deuxième élément (T 2) présente une borne reliée une, autre broche extérieure (E 2); la broche (D 2) en vis-a-vis 5 de celle-ci est reliée à une autre diode (d 2) reliée par ailleurs au premier élément de commutation (T 1); le premier élément et le second présentent par ailleurs chacun une autre borne et ces autres bornes sont reliées respectivement à deux autres broches extérieures (El, C 2) en vis-à-vis. 2 Commutateur double selon la revendication 1, caractérisé en ce que, apres repliement des broches en vis-à-vis, seuls les évidements intermédiaires ( 22, 28, 34) de chaque groupe de trois sont pourvus d'un écrou et les broches sont repliées l'une sur l'autre et percées de manière à pouvoir fixer une vis 15 dans l'écrou à travers les perçages des broches. 3 Commutateur double selon la revendication 2, caractérisé en ce que, apres repliement des broches en vis-à-vis, seuls les évidements autres que les évidements intermédiaires ( 22, 28, 34) sont pourvus d'un écrou, et en ce que les broches sont 20 coupées à une longueur telle qu'une fois repliées deux broches en vis-à-vis ne peuvent se toucher, les extrémités des broches étant percées de trous permettant la fixation d'une vis dans les écrous à travers les perçages des broches.