Brevet FR2751132A1 — publié le 19980116

PLAQUE A FLUIDE DE REFROIDISSEMENT ET DISPOSITIF A SEMI CONDUCTEURS DE PUISSANCE COMPORTANT UNE TELLE PLAQUE La présente invention concerne les dispositifs à semiconducteurs de puissance, en général, et porte, plus particulièrement, sur une plaque à fluide de refroidissement et sur un dispositif à semi-conducteurs de puissance comportant une telle plaque. Les convertisseurs d'énergie de l'art antérieur nécessitant un refroidissement des semi-conducteurs de puissance performant sont basés sur deux modes de refroidissement. Conformément à un premier mode de refroidissement, les allumeurs de thyristors du type GTO dissipant suffisamment de calories sont refroidis séparément. Dans un premier mode de réalisation connu de ce premier mode de refroidissement, les allumeurs du type GTO sont traversés par un air ambiant dont la circulation peut être forcée. Dans un autre mode de réalisation connu de ce premier mode de refroidissement, les allumeurs de thyristors du type GTO comportent un système de refroidissement suffisamment dimensionné pour que la convection naturelle permette un bon refroidissement. Ces deux modes de réalisation présentent l'inconvénient d'être en contact direct avec un air ambiant pouvant être pollué ce qui à terme peut engendrer des pollutions importantes sur le système allumeur et donc détruire celui-ci. Une solution connue pour diminuer ce risque d'incident est d'utiliser un filtre à air. Cette solution permet de supprimer la pollution mais nécessite toutefois une maintenance supplémentaire consistant à nettoyer ou remplacer les filtres. Conformément à un second mode de refroidissement, les éléments semi-conducteurs sont également refroidis. Cependant, compte tenu des caractéristiques des éléments semi-conducteurs et de la compacité de plus en plus poussée des convertisseurs, les convertisseurs sont refroidis par des systèmes où l'air ambiant n'est pas utilisé directement. L'état de la technique comprend deux grandes familles de refroidissement. La première famille concerne les systèmes à convection, notamment à huile ou à eau. La seconde famille concerne les systèmes à changement de phase, par exemple les systèmes à caloduc ou les systèmes immergés, utilisant des fluides caloporteurs. Un but de l'invention est la réalisation d'une plaque à fluide de refroidissement pour dispositif à semiconducteurs de puissance. Un autre but de l'invention est un dispositif à semiconducteurs de puissance dont le refroidissement est basé sur un nouveau principe. Pour ce faire, le dispositif à semi-conducteurs de puissance de l'invention combine le système à convection de fluide de refroidissement des semi-conducteurs de puissance au système de refroidissement des allumeurs de GTO. En d'autres termes, le système de refroidissement des allumeurs est également utilisé comme circuit d'alimentation en eau des systèmes de refroidissement des semi-conducteurs constituant le convertisseur d'énergie. C'est donc le mérite de la demanderesse que de proposer un dispositif à semi-conducteurs de puissance combinant le circuit hydraulique de refroidissement des éléments semi-conducteurs de puissance et le circuit d'alimentation en eau des modules de puissance. Conformément à l'invention, la plaque à fluide de refroidissement combine le circuit hydraulique de refroidissement d'éléments semi-conducteurs de puissance et le circuit d'alimentation en fluide de modules de puissance. La plaque à fluide de refroidissement de l'invention satisfait également à l'une au moins des caractéristiques suivantes: - elle comporte une plaque de circulation du fluide de refroidissement comportant au moins une face sur lesquelles sont susceptibles d'être disposés lesdits éléments semiconducteurs de puissance de manière à permettre un échange thermique, - elle comporte un circuit hydraulique permettant la distribution complète de 1 l'ensemble des systèmes de refroidissement desdits éléments semi-conducteurs de puissance, - le fluide de refroidissement est un liquide quelconque. Conformément à l'invention, le dispositif à semiconducteurs de puissance comporte une plaque à fluide de refroidissement selon l'une quelconque des revendications. Un avantage de la plaque à fluide de refroidissement de l'invention est de cumuler plusieurs fonctions. Un autre avantage de la plaque à fluide derefroidissement de l'invention est de n'avoir qu'un seul système de refroidissement entre les allumeurs et les éléments à semi-conducteurs de puissance. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description du mode de réalisation préféré de la plaque à fluide de refroidissement, description faite en liaison avec les dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue générale d'un dispositif à semi-conducteurs de puissance équipé d'une plaque à fluide de refroidissement conforme à l'invention, - les figures 2 et 3 représentent plus particulièrement la plaque à fluide de refroidissement conforme à l'invention. Les figures 1 à 3 montrent un exemple d'application de la plaque 1 à fluide de refroidissement 6 dans le cadre d'un dispositif à semi-conducteurs de puissance à refroidissement à eau. Cette plaque 1 à fluide de refroidissement 6 a pour fonction le refroidissement des éléments semi-conducteurs de puissance 2 et des modules de puissance 3. Les formes internes de la plaque 1 à fluide de refroidissement 6 sont définies de manière à assurer la circulation du fluide de refroidissement. La plaque 1 à fluide de refroidissement 6 comprend une entrée E et une sortie S générale de fluide, ainsi qu'au moins une entrée e et au moins une sortie s pour chaque système de refroidissement 4 des éléments semi-conducteurs de puissance 2. Une face de la plaque 1 à fluide de refroidissement 6, voire plusieurs faces selon l'application, permet le transfert des calories entre les modules de puissance 3, par exemple des allumeurs de thyristors du type GTO, et le circuit hydraulique 5. Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, la plaque 1 à fluide de refroidissement 6 pour éléments semi-conducteurs de puissance 2 est telle qu'elle combine le système de refroidissement 4 des éléments semiconducteurs de puissance 2 et le circuit d'alimentation en eau des modules de puissance 3. Conformément à l'invention, la plaque 1 à fluide de refroidissement 6 comporte au moins une face sur laquelle sont susceptibles d'être disposés les modules de puissances 3, de manière à permettre un échange thermique. La plaque 1 à fluide de refroidissement 6 comporte un circuit hydraulique interne (non représenté), connecté au circuit hydraulique 5, permettant la distribution complète de l'ensemble des systèmes de refroidissement 4 des semiconducteurs de puissance 2. Le fluide de refroidissement 6 est un liquide quelconque. Cette plaque 1 à fluide de refroidissement 6 peut être obtenue au moyen de pièces élémentaires usinées, ou de pièces élémentaires profilées. Cette plaque 1 à fluide de refroidissement 6 peut également être obtenue par assemblage de pièces élémentaires par soudage, par collage, par collage et par fixation par vis, par brasage, par brasage et par fixation par vis, par joint et par fixation par vis. il résulte de ce qui précède que l'invention porte également sur un dispositif à semi-conducteurs de puissance comportant une plaque 1 à fluide de refroidissement 6 telle que décrite ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Plaque (1) à fluide de refroidissement (6) combinant le système de refroidissement (4) d'éléments semi conducteurs de puissance (2) et le circuit d'alimentation en fluide de modules de puissance (3). 2. Plaque selon la revendication 1, comportant au moins une face sur laquelle sont susceptibles d'être disposés lesdits éléments semi-conducteurs de puissance (2) de manière à permettre un échange thermique. 3. Plaque selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comportant un circuit hydraulique (5) permettant la distribution complète de l'ensemble des systèmes de refroidissement (4) desdits éléments semi-conducteurs de puissance (2). 4. Plaque selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit fluide de refroidissement (6) est un liquide quelconque. 5. Dispositif à semi-conducteurs de puissance comportant une plaque (1) à fluide de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes.