Brevet FR2758220A1 — publié le 19980710

DISPOSITIF D'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE AYANT UN MODULE DE COMMANDE A ALIMENTATION ELECTRIQUE AMELIOREE L'invention concerne un dispositif d'électronique de puissance ayant une alimentation électrique améliorée pour son module de commande. Dans les dispositifs électroniques de puissance haute tension, les modules de commandes sont souvent alimentés avec des tensions bien inférieures à celle mise en jeu dans les composants électroniques de puissance qu'ils commandent. De plus, généralement, ces modules de commande sont référencés au potentiel de l'une des électrodes des composants électroniques de puissance qu'ils commandent. Enfin il est fréquent que plusieurs de ces composants électroniques de puissance, à des potentiels différents, soient associés ensemble. Les conditions de structures et de fonctionnements citées ci-dessus ne permettent donc pas d'utiliser des alimentations classiques pour les modules de commande. En outre, du fait de la production en grande série de certains dispositifs électroniques de puissance haute tension, il est nécessaire que ces alimentations soient fabriquées à moindre coût, tout en ayant une fiabilité élevée et un encombrement minimal. Enfin il est intéressant que ces alimentations soient disponibles dés la mise sous tension du dispositif. Une première technique consiste à alimenter le module de commande à partir du circuit de puissance du composant considéré en jouant sur les fluctuations de tensions dues aux commutations des composants électroniques de puissance. Cette technique a pour inconvénient de ne pas permettre une commande à la mise sous tension du dispositif. I1 est donc nécessaire d'avoir une source d'alimentation externe destinée à charger, à la mise sous tension, les composants, type capacités, qui constituent l'alimentation du module de commande. Dans le cadre de la haute puissance, cette source externe de démarrage doit être isolée des composants. Cela génère un encombrement et un coût supplémentaire incompatibles respectivement avec les volontés de réduction d'encombrement et les coûts requis pour des productions en grandes séries. Une autre solution consiste à alimenter le module de commande avec un transformateur isolé galvaniquement. Dans ce cas on évite les problèmes liés à l'alimentation du module de commande à la mise sous tension, cependant les problèmes d'encombrement et de surcoût ne sont pas réglés. Un but de la présente invention est de proposer un dispositif d'électronique de puissance ayant une source d'alimentation du module de commande de taille réduite, peu coûteuse, pouvant fournir un potentiel flottant. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'électronique de puissance ayant une source d'alimentation du module de commande avec isolation électrique de la source, et fonctionnant dés la mise sous tension du dispositif haute puissance. A cet effet l'invention concerne un dispositif d'électronique de puissance haute tension comprenant au moins un composant électronique de puissance commandable, un circuit de commande, commandant ledit composant électronique de puissance, et un circuit d'alimentation pour alimenter ledit circuit de commande. Selon l'invention le circuit d'alimentation comprend un émetteur de chaleur, et un composant thermoélectrique récepteur, isolés électriquement l'un de l'autre par un isolant électrique, la sortie du composant thermoélectrique étant connectée à l'entrée d'alimentation du circuit de commande. Dans une version à potentiel flottant, le potentiel de référence du circuit de commande est le même que le potentiel de l'une des électrodes de puissance du composant électronique de puissance, ledit composant thermoélectrique alimentant le circuit de commande par potentiel flottant. L'isolant électrique peut être de la céramique isolante, par exemple de l'AlN, la chaleur émise par émetteur de chaleur étant transférée vers le composant thermoélectrique par conduction à travers la céramique isolante (A1N) L'isolant électrique peut être un substrat de diamant artificiel, la chaleur émise par émetteur de chaleur étant transférée vers le composant thermoélectrique par conduction à travers le diamant artificiel. L'isolant électrique peut être de l'air. L'émetteur de chaleur peut comprendre une résistance chauffante. Dans une forme de réalisation, l'émetteur de chaleur comprend une source chaude radiative et un miroir de focalisation pour focaliser le flux radiatif vers le composant thermoélectrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le composant d'électronique de puissance étant monté sur un dispositif de refroidissement, ledit composant thermoélectrique est monté sur ledit dispositif de refroidissement du composant d'électronique de puissance. Selon un premier mode de montage dit "à source externe", le dispositif comprend une pluralité de composant électronique de puissance commandable, chaque composant électronique étant commandé par un circuit de commande, les circuits de commande étant alimentés par un circuit d'alimentation, le circuit d'alimentation comprenant des émetteurs de chaleur, et des composants thermoélectriques récepteurs, isolés électriquement les uns des autres par des isolants électriques. les émetteurs de chaleur, montés en série ou en parallèle, sont alimentés par une source commune externe. Selon un deuxième mode de montage dit "autoalimenté", le dispositif comprend une pluralité de composant électronique de puissance commandable, chaque composant électronique étant commandé par un circuit de commande, les circuits de commande étant alimentés par un circuit d'alimentation, le circuit d'alimentation comprenant des émetteurs de chaleur, et des composants thermoélectriques récepteurs, isolés électriquement les uns des autres par des isolants électriques, les émetteurs de chaleur étant montés en série entre la borne plus et la borne moins du circuit de puissance du dispositif. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention résulteront de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention. - la figure 2 est une représentation schématique illustrant le mode de fonctionnement dit "à source externe" du dispositif selon l'invention. - la figure 3 est une représentation schématique illustrant le mode de fonctionnement dit "autoalimenté" du dispositif selon l'invention. - la figure 4 est une représentation schématique d'un illustrant le mode de réalisation avec miroir du dispositif selon l'invention. L'invention concerne un dispositif d'électronique de puissance haute tension comprenant au moins un composant électronique de puissance commandable 1, un circuit de commande 2, commandant le composant électronique de puissance 1, et un circuit d'alimentation 3 pour alimenter le circuit de commande 2. Selon l'invention le circuit d'alimentation 3 comprend un émetteur 4 de chaleur 5, et un composant thermoélectrique récepteur 6, isolés électriquement l'un de l'autre par un isolant électrique 7, la sortie 15 du composant thermoélectrique étant connecté à l'entrée d'alimentation 14 du circuit de commande 2. Dans une version à potentiel flottant, le potentiel de référence du circuit de commande est le même que le potentiel de l'une des électrodes de puissance du composant électronique de puissance 1, le composant thermoélectrique 6 alimentant le circuit de commande 2 par potentiel flottant. L'isolant électrique 7 peut être de la céramique isolante, par exemple de l'AlN, la chaleur émise par émetteur de chaleur 4 étant transférée vers le composant thermoélectrique 6 par conduction à travers la céramique isolante (AlN) l'isolant électrique 7 peut être un substrat de diamant artificiel, la chaleur émise par émetteur de chaleur 4 étant transférée vers le composant thermoélectrique 6 par conduction à travers le diamant artificiel. L'isolant électrique 7 peut être de l'air. L'émetteur de chaleur peut comprendre une résistance chauffante 4. Dans une forme de réalisation représentée sur la figure 4 émetteur de chaleur 3 comprend une source chaude radiative 4 et un miroir de focalisation 8 pour focaliser le flux radiatif 5 vers le composant thermoélectrique 6. Selon une autre caractéristique de l'invention, le composant d'électronique de puissance 1 est monté sur un dispositif de refroidissement 9, et le composant thermoélectrique 6 est monté lui aussi sur le dispositif de refroidissement 9 du composant d'électronique de puissance 1. Le dispositif de refroidissement 9 sert alors avantageusement de source froide au composant thermoélectrique 6. Le montage du composant thermoélectrique 6 sur le dispositif de refroidissement 9 peut être fait par toutes les méthodes connues, notamment par thermocompression afin de diminuer le nombre d'interfaces et d'améliorer les transferts thermiques. De même, le montage de l'isolant électrique 7 (AlN ou diamant artificiel) sur le composant thermoélectrique 6, et sur l'émetteur de chaleur 4 peut être fait par toutes les méthodes connues, notamment, pour les même raisons que précédemment citées, par thermo-compression. Selon un premier mode de montage dit "à source externe" (fig. 2), le dispositif comprend une pluralité de composant électronique de puissance commandable 1, chaque composant électronique 1 étant commandé par un circuit de commande 2, l'ensemble des circuits de commande 2 étant alimenté par un circuit d'alimentation 3, le circuit d'alimentation 3 comprenant des émetteurs de chaleur 4, et des composants thermoélectriques récepteurs 6, isolés électriquement les uns des autres par des isolants électriques 7. Les émetteurs de chaleur 4 sont montés en série ou en parallèle, et alimentés par une source commune externe 10. Sur la figure 2 est représentée une solution où chaque composant électronique de puissance commandable 1 possède son émetteur de chaleur 4 et son composant thermoélectrique récepteur 6. Dans d'autres formes de réalisation, non représentées, il peut être prévu un émetteur de chaleur 4 commun à plusieurs composants thermoélectriques récepteur 6, et/ou un composant thermoélectrique récepteur 6 commun à plusieurs composants électroniques de puissance commandables 1. Selon un deuxième mode de montage dit "autoalimenté", le dispositif comprend une pluralité de composant électronique de puissance commandable 1, chaque composant électronique 1 étant commandé par un circuit de commande 2, les circuits de commande 2 étant alimenté par un circuit d'alimentation 3, le circuit d'alimentation 3 comprenant des émetteurs de chaleur 4, et des composants thermoélectriques récepteurs 6, isolés électriquement les uns des autres par des isolants électriques 7. les émetteurs de chaleur 4 sont montés en série entre la borne plus 11 et la borne moins 12 du circuit de puissance 13 du dispositif. Ce mode de montage, bien qu'il ne permette pas d'alimenter les modules de commande 2 à la mise sous tension du dispositif de puissance, à pour avantage d'avoir des différences de potentiel réduites entre les émetteurs de chaleur 4 et les composant thermoélectrique récepteur 6. De ce fait, l'épaisseur de l'isolant électrique 7 peut être sensiblement réduite. Sur la figure 3 est représentée une solution où chaque composant électronique de puissance commandable 1 possède son émetteur de chaleur 4 et son composant thermoélectrique récepteur 6. Dans d'autres formes de réalisation non représentées il peut être prévu un émetteur de chaleur 4 commun à plusieurs composants thermoélectriques récepteurs 6, et/ou un composant thermoélectrique récepteur 6 commun à plusieurs composants électroniques de puissance commandables 1. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites et représentées, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme du métier sans que l'on s'écarte de l'invention. En particulier, les méthodes de montage des éléments constitutifs d'un dispositif selon l'invention peuvent variés sans que l'on s'écarte de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'électronique de puissance haute tension comprenant au moins un composant électronique de puissance commandable(1), un circuit de commande (2), commandant ledit composant électronique de puissance (1), et un circuit d'alimentation (3) pour alimenter ledit circuit de commande (2); caractérisé en ce que le circuit d'alimentation (3) comprend un émetteur de chaleur (4), et un composant thermoélectrique récepteur (6), isolés électriquement l'un de l'autre par un isolant électrique (7), la sortie (15) du composant thermoélectrique (6) étant connectée à l'entrée d'alimentation (14) du circuit de commande (2). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le potentiel de référence du circuit de commande (2) est le même que le potentiel de l'une des électrodes de puissance du composant électronique de puissance (1), ledit composant thermoélectrique (6) alimentant le circuit de commande (2) par potentiel flottant par rapport au potentiel de référence. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'isolant électrique (7) est de la céramique isolante, la chaleur émise par émetteur de chaleur (4) étant transférée vers le composant thermoélectrique (6) par conduction à travers la céramique isolante. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'isolant électrique (7) est un substrat de diamant artificiel, la chaleur émise par émetteur de chaleur (4) étant transférée vers le composant thermoélectrique(6) par conduction à travers le diamant artificiel. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'isolant électrique (7) est de l'air. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'émetteur de chaleur (4) comprend une résistance chauffante. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce que ledit émetteur de chaleur (4) comprend une source chaude radiative (4a) et un miroir de focalisation (8) pour focaliser le flux radiatif (5) vers le composant thermoélectrique (6). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que, le composant d'électronique de puissance (1) étant monté sur un dispositif de refroidissement (9), ledit composant thermoélectrique (6) est aussi monté sur ledit dispositif de refroidissement (9) du composant d'électronique de puissance (1) 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de composant électronique de puissance commandable (1), chaque composant électronique (1) étant commandé par un circuit de commande (2), les circuits de commande (2) étant alimenté par un circuit d'alimentation (3), le circuit d'alimentation comprenant des émetteurs de chaleur (4), et des composants thermoélectriques récepteurs (6), isolés électriquement les uns des autres par des isolants électriques, les émetteurs de chaleur (4), montés en série ou en parallèle, étant alimentés par une source commune (in). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de composant électronique de puissance commandable (1), chaque composant électronique (1) étant commandé par un circuit de commande (2), les circuits de commande (2) étant alimenté par un circuit d'alimentation (3), le circuit d'alimentation comprenant des émetteurs de chaleur (4), et des composants thermoélectriques récepteurs (6), isolés électriquement les uns des autres par des isolants électriques, les émetteurs de chaleur étant montés en série entre la borne plus (11) et la borne moins (12) du circuit de puissance (13) du dispositif.