Brevet FR2690571A1 — publié le 19931029

L'invention a pour objet un dispositif de régulation de la température d'un module électronique dont les caractéristiques de fonctionnement sont sensibles à 1R température d'un ou plusieurs de ses composants. C'est le cas notamment des diodes lasers dont le spectre d'démission est très sensible à la température de fonctionnement Une régulation en température peut donc être nécessaire On utilise à cet effets de façon habituelle, un dispositif de régulation comportant des éléments thermo-électriques qui, suivant le sens du courant qui les alimente, transfèrent la chaleur du composant à un radiateur et vice versa Un tel dispositif est décrit dans la demande de brevet français N 92 04369 déposée le 9 Avril 1992 au nom des demanderesses, relative à un dispositif de détection d'obstacles utilisant un faisceau laser modulé en fréquence Pour une grande précision de la mesure de la distance et de la vitesse des cibles mobiles il est nécessaire d'assurer une régulation précise de la température de la diode laser Dans ce dispositif de régulation, le composant électronique dont les caractéristiques de fonctionnement sont sensibles à la température est fixé en bon contact thermique sur un support bon conducteur muni d'une sonde pour en mesurer la température. Il est du type comportant au moins un élément thermo-électrique à semi-conducteurs interposé entre le support et un radiateur et un dispositif électronique de régulation élaborant un signal d'erreur fonction de l~écart entre la température mesurée du support et une température de consigne, ce dispositif pilotant en fonction du signal d'erreur le courant traversant les éléments thermo-électriques. Or, ce dispositif présente un certain nombre d'inconvénients, surtout lorsqu'il est utilisé dans I'environnement d'un véhicule automobile où les contraintes vibratoires et thermiques sont sévères La durée de vie des éléments thermo-électriques utilisant I'effet Peltier est diminuée par la modification alternative du sens du courant et donc de celui du transfert thermique. En outre, ces éléments ne permettent pas une mise en température de fonctionnement suffisamment rapide lors de la mise en marche d'un véhicule froid. Pour remédier à ces inconvénients, I'invention propose, dans un dispositif du type ci-dessus, de dissocier, au moins partielliement, le moyen permettant le réchauffage de celui permettant le refroidissement. A cet effet, le dispositif selon lînvention se caractérise en ce qu'il comporte en outre au moins un transistor de puissance, fixé sur le support dudit composant électronique, également piloté par le circuit de régulation, de façon telle qu'il soit passant uniquement lorsque la température du support est inférieure à la température de consigne et bloqué dans le cas contraire. De préférence, seul le transistor de puissance est utilisé pour élever la température du support, le courant des éléments thermo-électriques étant alors nul. La mesure de la température de fonctionnement peut être faite par une sonde comportant au moins une thermistance disposée dans une rainure de la plaque support sous la base du composant électronique dont on veut stabiliser la température. Dans ce cas, la sonde comporte, de préférence, deux thermistances en série disposées symétriquement par rapport à I"axe du boîtier du composant Selon une autre caractéristique, le ou les transistors sont disposés sur le bord de la plaque support. De préférence} le dispositif comporte au moins deux éléments thermo-électriques alimentés en série disposés symétriquement deux à deux par rapport à I'axe du boîtier. Enfin, il est avantageux qu un même circuit électronique regroupe les fonctions d~élaboration du signal d'erreur et d amplificateur de puissance pour piloter et alimenter le transistor et les éléments thermo-électriques. D'autres caractéristiques et avantages de I'invention appara- tront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels - la Figure 1 est un schéma d'ensemble du dispositif. - la Figure 2 est un schéma du circuit de régulation. La figure 1 montre un dispositif selon I'invention utilisé pour la régulation de la température de fonctionnement d'un lidar dont les éléments opto-électroniques, comportant une diode laser 1 et une photodiode 3, sont montés à l intérieur d'un boîtier 10. Le boîtier 10 est de révolution autour de I'axe XX du laser 1 dont le faisceau émis par la face avant est collimaté par une lentille 4 en direction d'une cible 2. L'onde diffusée en retour par la cible est collimatée par la lentille 4, amplifiée en traversant la cavité de la diode laser 1, puis mélangée avec sonde émise par la face arrière de la diode laser. La photodiode 3 détecte les battements des deux ondes ce qui permet de mesurer la distance et la vitesse de la cible. Un tel dispositif est notamment destiné à être embarqué sur un véhicule automobile et pour plus de détails on pourra se référer à la demande de brevet ci-dessus mentionnée dans laquelle le fonctionnement du circuit C est explicité. Deux éléments thermo-électriques Il et 12 relient thermiquement un radiateur 13 et une plaque 14 sur laquelle la base 10a du boîtier 10 est fixée en bon contact thermique. La plaque 14 est munie d'un perçage axial selon XX permettant les connexions avec le circuit C. Le radiateur 13, muni d'ailettes, est de préférence en aluminium et la plaque 14 en cuivre. Les deux faces des éléments 11,12 entre lesquelles s"effectue l-échange thermique sont respectivement collées sous la plaque 14 et sur la surface plate 13 du radiateur 13. Deux thermistances 15 et 15k sont placées dans des rainures ménagées sur la plaque 14. Ces rainures sont disposées symétriquement par rapport à I'axe XX sous la base lOa du boîtier 10. Les thermistances 15a,15h sont reliées à un dispositif électronique de régulation 16 qui commande les éléments 11,12 comme il va être exposé ci-après en référence à la figure 2. Enfin, un transistor de puissance 17 également piloté par le dispositif 16 est fixé, en bon contact thermique sur la plaque 14, au voisinage d"un bord. A la figure 2, on voit que les éléments thermo-électriques 11 et 12 sont disposés en série entre une alimentation 12V et une entrée 20 d"un circuit électronique de régulation 18. Les thermistances 15â et 15k, noyées entre la plaque 14 et la base 10a, sont montées en série entre un point de référence OV et une entrée 21 reliée à une alimentation 5V à travers une résistance de polarisation 19. La base du transistor de puissance 17 est reliée à une sortie 22 du circuit 18, son collecteur à une sortie 23 de ce circuit et son émetteur à la masse. Enfin, une tension de référence U est appliquée à une entrée 24 du circuit 19. Pour plus de clarté, I'alimentation habituelle du circuit 19 n'a pas été représentée. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif. La tension U représente la température T souhaitée pour le fonctionnement de la diode laser 1, par exemple T = 270. La tension Uth à l'entrée 21 correspondant à la température réelle de la plaque 14 mesurée par la sonde de température constituée par les thermistances 15a et 15b. Le circuit 18 assure de façon classique la comparaison entre les tensions U et Uth ainsi que la commande en courant des éléments thermo-électriques 11 et 12 et du transistor 17 en fonction du signal d'erreur Uth - U. Selon le signe du signal d"erreur le transistor 17 ou les éléments 11 et 12 sont alimentés proportionnellement à la valeur absolue de ce signal Lorsque la température réelle mesurée est inférieure à la température de consigne T, le signal d'terreur Uth - U est négatif et le transistor 17 commandé par la sortie 22 du circuit 18 est passant. La sortie 20 du circuit 18 bloque alors le passage du courant dans les éléments il et 12. Le transistor 17 étant monté en bon contact thermique sur la plaque 14 la température de celle-ci remonte. Lorsque la température de la plaque 14 atteint à nouveau la température de consigne, le signal d'terreur Uth - U s'annule. La sortie 22 bloque alors le transistor 17. Dès que Uth - U devient positif, la sortie 20 ne bloque plus le courant des éléments thermo-électriques 11 et 12. Ils sont alors alimentés dans le sens tel que la chaleur est pompée de leur face collée sur la plaque 14 vers leur face collée sur le radiateur 13. La température de la plaque 14 s'abaisse donc. Lorsque la température atteint à nouveau la température de consigne, le courant des éléments 11 et 12 est coupé puis le transistor 17 est rendu passant dès que le signal d-erreur est à nouveau négatif. On notera que les éléments thermo-électriques 11,12 ne sont utilisés que dans le sens assurant le refroidissement de la plaque 14 eut donc du boîtier 10. De cette manière, ces éléments subissent moins de variations thermiques et leur durée de vie est ainsi augmentée. Par ailleurs, I'utilisation du transistor de puissance permet une mise en température rapide de la plaque 14 et donc du laser. Bien entendu, i'invention ne se limite pas à I'exemple décrit, mais en comporte également les variantes. Cest ainsi que I'on pourrait conjuguer, uniquement lors de la mise en action, l~effet de chauffage du courant du transistor et le passage inversé du courant dans les éléments thermoélectriques de façon à ce qu"ils participent à la mise en température rapide. Le circuit 18 pourrait, en outre, comporter un dispositif de sécurité permettant d'alimenter les éléments 11 et 12 dans le sens assurant le refroidissement de la plaque 14 et d'arrêter le courant du laser dans le cas où la liaison entre les thermistances 15a,15k et le circuit 18 serait coupée ou dans celui où la température mesurée deviendrait supérieure à une valeur de sécurité prédéterminée. Enfin, on pourrait7 si besoin, disposer plusieurs transistors tel que 17 convenablement répartis sur les bords de la plaque 14. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de la température d'un module électronique comprenant un composant électronique (1) dont les caractéristiques de fonctionnement sont sensibles à la température, ledit composant étant fixé en bon contact thermique sur un support (14) bon conducteur muni d'une sonde (15a,15k) pour en mesurer la température, dispositif du type comportant au moins un élément thermo-électrique (11,12) à semi-conducteurs interposé entre le support (14) et un radiateur (13) et un dispositif électronique (16 > 18-24) élaborant un signal d'terreur fonction de I'écart entre la température mesurée du support et une température de consigne, ce dispositif pilotant en fonction du signal d'erreur le courant traversant les éléments thermoélectriques, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un transistor de puissance (17) > fixé sur le support dudit composant électronique également piloté par le circuit de régulation (16) de façon telle qu'il soit passant uniquement lorsque la température du support est inférieure à la température de consigne et bloqué dans le cas contraire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que seul le transistor de puissance (17) est utilisé pour élever la température du support (14), le courant des éléments thermoélectriques (11,12) étant alors nul. 3. Dispositif selon I'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu-il comporte > pour mesurer la température, une sonde comportant au moins une thermistance (15a,15B) disposée dans une rainure de la plaque support (14) sous la base (lOa) du composant électronique (1) dont on veut stabiliser la température. 4. Dispositif selon la revendication 3 > caractérisé en ce que la sonde comporte deux thermistances (15â,15h) en série disposées symétriquement par rapport à l axe (XX) du boîtier du composant. 5. Dispositif selon laune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les transistors (17) sont disposés sur le bord de la plaque (14). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce quil comporte au moins deux éléments thermo-électriques (11,12) alimentés en série disposés symétriquement deux à deux par rapport à 1~axe (XX) du boîtier. 7. Dispositif selon la revendication 65 caractérisé en ce que les deux faces assurant l'échange thermique de chacun des éléments thermo-électriques sont collées respectivement sous la plaque (14) et sur la face plane (13) du radiateur (13). 8. Dispositif selon I'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un même circuit électronique (16) regroupe les fonctions d élaboration du signal d'erreur et d-amplificateur de puissance pour piloter et alimenter le transistor (17) et les éléments thermo-électriques (11u12). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes appliqué à la régularisation de la température de fonctionnement d'une diode laser d'un lidar embarqué sur un véhicule automobile.