Brevet FR2659170A1 — publié le 19910906

Transformateur ou inductance de faible hauteur La présente invention concerne le domaine des convertisseurs et des filtres électriques et a pour objet un transformateur ou une inductance de faible hauteur. Actuellement, les recherches et les développements effectués dans le domaine des dispositifs électroniques et électriques sont de plus en plus confrontés aux problèmes de compacité des réalisations, notamment au niveau des alimentations et des convertisseurs de puissance. Par conséquent, les circuits constitutifs de ces derniers ont tendance à suivre une évolution similaire, notamment en ce qui concerne les hauteurs sur cartes desdits circuits. Or, il existe depuis peu des transformateurs et des inductances, connus sous les dénominations de transformateurs et d'inductances à "bobinages programmables" ("Electronique Hebdo" du 6 avril 1989), qui reposent sur le principe d'un bobinage réalisé par empilage d'un nombre limité de spires plates, rigides et ouvertes interconnectées par l'intermédiaire du circuit imprimé ou du substrat. On obtient ainsi un composant de format compact, possédant un rapport puissance/volume supérieur de moitié à celui des bobinages classiques. Néanmoins, les transformateurs et inductances précités présentent plusieurs inconvénients, à savoir, d'une part, une limitation de la fréquence d'utilisation à 500 kHz et du nombre de spires, d'où un nombre limité de rapports de transformation, d'autre part, une évacuation obligée de la chaleur à travers les spires du ou des enroulements, notamment vers le substrat et, enfin, une hauteur encore relativement importante résultant de la forme et de la disposition des spires constituant le ou les bobinages, ainsi qu'une limitation du nombre de spires. Par ailleurs, de par leur conception, lesdits trans formateurs et inductances de ce type ne peuvent être reportés qu'à plat et uniquement sur une filière céramique/cuivre. Le problème posé à la présente invention est donc de concevoir un transformateur ou une inductance de très faible hauteur, possédant, d'une part, un rapport puissance/volume élevé, d'autre part, une plage de fréquences d'utilisation importante et dont les valeurs sont notamment supérieures à 300 kHz et, enfin, une dissipation calorifique facilitée et ne s'effectuant pas à travers le bobinage. Par ailleurs, le transformateur, ou l'inductance, ainsi réalisé devra pouvoir être reporté soit à plat, soit en insertion ou encore être connecté par fils souples et, en outre, être adapté à plusieurs filières technologiques de réalisation de cartes électroniques. Ce problème est précisément résolu grâce au transformateur ou à l'inductance de faible hauteur, caractérisé(e) en ce qu'il ou elle est principalement constitué(e), d'une part, par un corps en ferrite comportant deux évidements traversants, dont les axes longitudinaux sont disposés dans le plan médian du corps perpendiculaire à la direction de sa plus faible dimension et, d'autre part, par un bobinage, regroupant le ou les enroulements du transformateur ou de l'inductance et disposé, pour l'essentiel, dans les deux évidements traversants. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue éclatée en perspective d'un transformateur ou d'une inductance conforme à l'invention non encapsulé(e) la figure 2 est une vue en perspective d'un corps en ferrite faisant partie du transformateur ou de l'inductance conforme à l'invention la figure 3 est une vue de dessus, à une échelle différente, d'un transformateur ou d'une inductance conforme à l'invention ;; la figure 4 est une vue en élévation latérale du transformateur ou de l'inductance représenté(e) à la figure 3, configuré(e) pour être reporté(e) à plat, et la figure 5 est une vue en élévation latérale du transformateur ou de l'inductance représenté(e) à la figure 3, configuré(e) pour une implantation par insertion. Conformément à l'invention, le transformateur ou l'inductance de faible hauteur est principalement constitué(e), d'une part, par un corps en ferrite 1 comportant deux évidements 2 et 2' traversants, dont les axes longitudinaux sont disposés dans le plan médian 4 du corps 1 perpendiculaire à la direction de sa plus faible dimension e et, d'autre part, par un bobinage 3, regroupant le ou les enroulements du transformateur ou de l'inductance et disposé, pour l'essentiel, dans les deux évidements 2 et 2' traversants. Le bobinage 3 est, par conséquent, pour sa plus grande partie, disposé à l'intérieur du corps 1 en ferrite, d'où il résulte une optimisation de la section fer et de la section cuivre utiles et donc, un grand rapport puissance/volume. De plus, la situation du bobinage 3 dans le plan médian 4 du corps 1 permet de faciliter l'évacuation de la chaleur lors de la mise en oeuvre du transformateur ou de l'inductance conforme à l'invention, le transfert des calories ne s'effectuant pas à travers ledit bobinage 3. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, représenté notamment aux figures 1 et 2 des dessins annexés, le corps 1 est avantageusement composé de deux éléments 5 et 5' en ferrite sous forme de plaques de faible épaisseur, assemblées entre elles et munies, cha cune, de deux rainures 6, 6' et 6", 6"' longitudinales constituant, par juxtaposition deux à deux, les deux évidements 2 et 2' traversant ledit corps 1. La très faible hauteur e, ainsi que le rapport surface/volume important, obtenus par ce mode de réalisation de l'invention, optimisent la dissipation calorifique, notamment, d'une part, par un double accès thermique direct au noyau magnétique et, d'autre part, par une résistance thermique cuivre-ferrite minimisée. Par ailleurs, la forme spécifique du corps 1 en ferrite permet d'avoir une section du circuit magnétique très importante et, par conséquent, de limiter fortement le nombre de spires du ou des enroulements, ce qui entraîne, d'une part, une baisse correspondante des pertes cuivre et, d'autre part, une minimisation des selfs de fuite et donc une augmentation de la bande passante et des fréquences d'utilisation du transformateur ou de l'inductance ainsi réalisé(e). Afin d'équilibrer au maximum le circuit magnétique, la valeur de l'écart entre les deux évidements 2 et 2' longitudinaux est avantageusement le double de la distance séparant chacun des deux évidements 2 et 2' de la face latérale du corps 1 la plus proche. Pour un transformateur conforme à l'invention, le bobinage 3 est constitué par deux enroulements distincts, primaire et secondaire, mais dont les spires sont disposées, par exemple,de manière alternée ou intercalée, dans les mêmes évidements 2 et 2' Conformément à une caractéristique de l'invention, représentée aux figures 3 à 5 des dessins annexés, le transformateur ou l'inductance comporte également des pattes 7 de connexion et de liaison, reliées au bobinage 3 au niveau de ses portions latérales non disposées dans les évidements 2, 2' du corps 1. Grâce aux pattes 7, l'implantation du transformateur ou de l'inductance conforme à l'invention peut être réalisée soit en report à plat (figure 4), soit par insertion (figure 5) ou encore au moyen d'une connexion par fils souples (non représentée) et ce, selon des filières technologiques variées, à savoir, alumine, époxy/alumine, céramique/cuivre, etc... Selon une autre caractéristique de l'invention, l'assemblage des deux éléments 5 et 5' en ferrite est réalisé par collage, la colle utilisée étant avantageusement une colle résistant aux températures élevées et conforme aux exigences spatiales. La ferrite constituant le corps 1 est un matériau adapté pour des applications de puissance à des fréquences d'utilisation élevées, tel que, par exemple, d'une part, la ferrite connue sous la désignation MN8CX et commercialisée par la société CERAMIC MAGNETICS, d'autre part, la ferrite connue sous la désignation 3F3 et commercialisée par la société RTC Philips ou encore la ferrite connue sous la désignation H7F et commercialisée par la société TDK. Conformément à une caractéristique supplémentaire de l'invention, également représentée aux figures 3 à 5 des dessins annexés, le transformateur ou l'inductan- ce est encapsulé(e) dans une résine 8 époxyde transfert, à l'exception des faces 9 du corps 1 parallèles au plan médian 4. Ainsi, les faces 9 du corps 1 présentant les surfaces les plus importantes restent dénudées, cette absence de carcasse permettant d'obtenir une résistance thermique minimale et une dissipation facilitée de la chaleur à travers lesdites faces 9. Grâce à l'invention, il est donc possible de réaliser des transformateurs et des inductances de très faibles hauteurs, présentant une excellente dissipation calorifique et utilisables dans une gamme de fréquences de découpage de 0,5 MHz à 1,5 MHz. Ainsi, pour un transformateur conforme à l'invention, d'une puissance de 60 à 80 W, par exemple, la hauteur e sera de tordre de 5 mm. Naturellement, pour des puissances plus élevées, les dimensions des sections des spires de bobinage 3 devront être augmentées, de même que les dimensions du corps 1, selon des facteurs et des paramètres connus de l'homme de l'art. Néanmoins, il sera toujours procédé de telle manière que la hauteur e du corps 1 soit ramenée au minimum, pour une puissance donnée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Transformateur ou inductance de faible hauteur, caractérisé(e) en ce qu'il ou elle est principalement constitué(e), d'une part, par un corps (1) en ferrite comportant deux évidements (2, 2') traversants, dont les axes longitudinaux sont disposés dans le plan médian (4) du corps (1) perpendiculaire à la direction de sa plus faible dimension (e) et, d'autre part, par un bobinage (3), regroupant le ou les enroulements du transformateur ou de l'inductance et disposé, pour l'essentiel, dans les deux évidements (2, 2') traversants. 2. Transformateur ou inductance, selon la revendication 1, caractérisé(e) en ce que le corps (1) est avantageusement composé de deux éléments (5, 5') en ferrite sous forme de plaques de faible épaisseur, assemblées entre elles et munies, chacune, de deux rainures (6, 6' et 6", 6"') longitudinales constituant, par juxtaposition deux à deux, les deux évidements (2, 2') traversant ledit corps (1). 3. Transformateur ou inductance, selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé(e) en ce qu'il ou elle comporte également des pattes (7) de connexion et de liaison, reliées au bobinage (3) au niveau de ses portions latérales non disposées dans les évidements (2, 2') du corps (1). 4. Transformateur ou inductance, selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé(e) en ce que l'assemblage des deux éléments (5, 5') en ferrite est réalisé par collage. 5. Transformateur ou inductance, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé(e) en ce qu'il ou elle est encapsulé(e) dans une résine (8) époxyde transfert, à l'exception des faces (9) du corps (1) parallèles au plan médian (4).