Brevet FR2761204A1 — publié le 19980925

La présente invention est relative à un dispositif de distribution d'énergie électrique dans plusieurs circuits alimentés en parallèle par une source d'énergie électrique unique et, plus particulièrement, à un tel dispositif du type comprenant une barre-bus connectée d'une part à ladite source, et, d'autre part, à une pluralité de contacts électriques formant partie chacun d'un desdits circuits. On connaît de tels dispositifs conçus pour alimenter plusieurs circuits électriques montés sur une carte de circuit imprimé et alimentés en parallèle par une source d'énergie électrique unique, telle que par exemple une batterie, par l'intermédiaire d'une barre-bus connectée à la batterie et distribuant l'énergie à chacun des circuits. Une telle solution est applicable notamment en électronique automobile pour alimenter une pluralité de circuits comprenant des relais de commande de l'alimentation électrique d'actionneurs, et des fusibles de protection de ces circuits. Ces fusibles doivent alors être calibrés en fonction de l'intensité du courant maximale supportable par chaque circuit. Ils sont montés chacun entre la barre-bus, normalement connectée au pôle positif de la batterie, et un circuit associé à protéger. Le montage de ces fusibles spécifiques à chaque circuit implique alors des manipulations et donc des coûts, qui grèvent défavorablement le prix de revient de fabrication de la carte qui porte l'ensemble des circuits, notamment quand il s'agit de fabrications de fort volume comme on en rencontre en électronique automobile. Dans une application de ce type, il est souvent souhaitable en outre que les fusibles utilisés soient autoréarmables de manière que les circuits protégés puissent, après une coupure d'un circuit par le fusible associé, fonctionner de nouveau dès la disparition des causes de la coupure. I1 est aussi souhaitable que l'encombrement d'une carte de circuits équipée de tels fusibles soit aussi réduit que possible. La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif de distribution d'énergie électrique dans plusieurs circuits alimentés en parallèle et protégés par des fusibles autoréarmables, ce dispositif étant de structure compacte et de montage simple sur une carte de circuits, de manière à réduire l'encombrement et le prix de revient de fabrication d'une telle carte. La présente invention a aussi pour but de fournir un procédé de fabrication de ce dispositif, adapté à une production de masse à coût réduit. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif de distribution d'énergie électrique dans plusieurs circuits alimentés en parallèle par une source d'énergie électrique unique, du type comprenant une barre-bus connectée d'une part à ladite source et, d'autre part, à une pluralité de contacts électriques formant partie de chacun d'un desdits circuits, ce dispositif étant remarquable en ce qu'il comprend une pluralité de fusibles autoréarmables de protection desdits circuits, soudés à ladite barre-bus et constitués chacun par une couche d'une dispersion, dans un polymère, d'un matériau particulaire conducteur de l'électricité, laminée entre des première et deuxième électrodes planes et parallèles connectées électriquement à la barre-bus et audit contact électrique d'un circuit associé, respectivement. Avantageusement, suivant l'invention, lesdits fusibles sont isolés électriquement les uns des autres par des rainures creusées dans une même plaque de ladite couche de dispersion laminée entre deux électrodes planes et parallèles, lesdites rainures délimitant des fusibles individuels de surface proportionnelle au courant maximal admissible dans le circuit associé. L'invention fournit aussi un procédé de fabrication du dispositif selon l'invention, suivant lequel on soude sur la barre-bus une plaque constituée par une couche d'une dispersion, dans un polymère, d'un matériau particulaire conducteur de l'électricité, laminée entre des première et deuxième électrodes, on creuse dans l'épaisseur de ladite plaque une pluralité de rainures divisant celle-ci en une pluralité de fusibles autoréarmables de surface proportionnelle au calibrage du courant maximal supportable par un circuit associé et on soude la barre-bus ainsi garnie de fusibles à l'ensemble des circuits à alimenter, de manière que l'alimentation de chaque circuit soit protégée par l'un desdits fusibles. Comme on le verra plus loin en détail, ce procédé permet de fabriquer le dispositif suivant l'invention à coût réduit, celui-ci présentant en outre un faible encombrement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue perspective d'un premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, monté sur une carte de circuit imprimé portant une pluralité de circuits (non représentés) alimentés en parallèle à travers ce dispositif, - la figure 2 est une vue en plan d'une barre-bus équipée de fusibles, formant partie du dispositif de la figure 1, - la figure 3 est une vue de détail expliquant comment deux fusibles adjacents sont isolés l'un de l'autre sur la barre-bus de la figure 2, et - la figure 4 est une vue perspective d'un deuxième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où on a représenté une barre-bus 1 de forme plane, allongée et rectangulaire, telle qu'on en trouve classiquement dans les dispositifs connus de distribution d'énergie électrique dans plusieurs circuits électriques (ou électroniques) alimentés en parallèle ou portés par une même carte de circuit imprimé 2. On n'a représenté au dessin que la partie de cette dernière qui est adjacente à la barre-bus. Les circuits alimentés ne sont pas représentés pour la clarté du dessin, à l'exception de contacts électriques prenant la forme de plages conductrices 31,32 ....3i, etc... (i = 1 à n) formées sur la carte 2, chaque plage conductrice constituant une borne d'alimentation pour un des n circuits, cette borne étant reliée à une source d'énergie électrique (non représentée) commune à tous les circuits, par l'intermédiaire de la barre-bus 1. Pour ce faire, cette source, constituée par une batterie d'éléments accumulateurs par exemple, est raccordée par sa borne positive à une broche de connexion 4 formée intégralement dans ladite barre-bus 1, à l'une des extrémités de celleci par exemple, comme représenté. Suivant l'invention, plusieurs fusibles 51,52,...5i,... etc... sont soudés à plat sur la barre-bus 1, chacun protégeant un des circuits portés par la carte 2, chaque fusible étant calibré en fonction du courant maximal supportable par le circuit associé. Les fusibles 5i sont constitués chacun par une couche 8 d'une dispersion, dans un polymère, d'un matériau particulaire conducteur de l'électricité, couche laminée entre des première (6) et deuxième (7) électrodes planes et parallèles, comme cela apparaît sur la figure 3 qui représente une vue partielle en coupe, dans l'épaisseur, de l'ensemble constitué par la barre-bus 1 et les fusibles 5i. La première électrode 6 est soudée à plat sur la barre-bus 1 et la deuxième électrode 7 (visible sur la figure 1) est raccordée électriquement à une plage 3i associée par des moyens que l'on décrira plus loin. On connaît de tels fusibles, commercialisés notamment par la société des Etats-Unis d'Amérique Raychem Corporation, sous la marque déposée POLYSWTTCH. La couche 8 laminée entre les deux électrodes 6,7 comprend un matériau particulaire conducteur tel que du carbone, du graphite, un métal, un oxyde métallique, un polymère conducteur en particules, ou une combinaison de tels matériaux. Le matériau particulaire est dispersé dans un polymère organique, de préférence cristallin, un polymère thermoplastique amorphe, un élastomère, ou une combinaison de tels polymères. D'autres agents peuvent être ajoutés à une telle composition, tels que des agents antioxydants, des agents de réticulation, des stabilisateurs, etc. Une telle composition peut présenter un coefficient de température positif tel que sa résistance électrique à la température ambiante soit faible. Cependant le passage d'un courant provoquant son échauffement, les particules du matériau conducteur viennent à perdre leurs contacts et la résistance de la composition s'accroît fortement et brusquement, au-dessus d'une température dite "de commutation". C'est cette propriété qui est exploitée dans l'application d'une telle composition à la réalisation de fusibles. Ceux-ci sont dit "autoréarmables" car, lorsque la température de la dispersion baisse de nouveau après coupure du courant, le contact des particules conductrices se rétablit et le courant recommence à circuler dans les fusibles pour réalimenter les circuits associés. Avec des fusibles autoréarmables du type décrit cidessus, l'intensité du courant que peut supporter chaque fusible, avant d'atteindre sa température de commutation, est fonction du volume de la dispersion, et donc de la surface du fusible. Connaissant l'intensité maximale que peut supporter chacun des circuits à alimenter, on peut penser à découper dans une plaque de départ, constituée de la dispersion évoquée ci-dessus laminée entre deux électrodes, une pluralité de fusibles convenablement dimensionnés puis à souder ensuite ceux-ci individuellement, en ligne sur la barre-bus. On notera incidemment que la barre-bus fonctionne alors en puits de chaleur, et donc en radiateur vis-à-vis des fusibles, ce qui élève l'intensité du courant provoquant la commutation des fusibles. Il est alors possible de réduire la surface de ceux-ci, ce qui est économique. On comprend que les étapes de découpe à l'unité des fusibles et de soudure à l'unité desdits fusibles sur la barre-bus impliquent des manipulations qui grèvent le coût de fabrication de telles barres-bus munies de fusibles. Suivant la présente invention, pour réaliser une telle barre-bus, on soude sur celle-ci une plaque coextensive constituée comme les fusibles autoréarmables décrits ci-dessus, comme cela apparaît aux figures 1 et 2. On creuse ensuite dans ladite plaque plusieurs rainures 9i rectilignes et parallèles (voir figure 3) qui divisent la plaque en une pluralité de fusibles 5i de surface prédéterminée comportant chacun une première électrode 6 et une deuxième électrode 7 enserrant une couche 8 d'une dispersion telle que décrite ci-dessus. Comme représenté à la figure 3, la profondeur des rainures 9i est égale, ou légèrement supérieure, à l'épaisseur de la plaque de départ (6,7,8), de manière à ne pas attaquer sensiblement la barre-bus sous-jacente qui assure la cohésion mécanique de l'ensemble des fusibles. Les rainures 9i sont perpendiculaires à la grande dimension de la barre-bus 1. Comme on l'a vu plus haut, la surface de chaque fusible doit être proportionnée à l'intensité maximale du courant que peut supporter le circuit protégé par ce fusible. La connaissance du calibrage de chaque fusible permet de calculer la surface de la plaque de départ, par addition des surfaces de chacun d'entre eux. La position des rainures à creuser dans la plaque de départ découle aussi évidemment de ces calibrages. La soudure de la plaque de départ puis la formation des rainures 9i dans cette plaque sont des opérations qui peuvent être complètement automatisées dans une ligne de fabrication. Les rainures peuvent être creusées par des jeux de disques de coupe, par exemple, convenablement disposés les uns par rapport aux autres. Il apparaît ainsi que l'invention rationalise la formation et l'installation des fusibles nécessaires à la protection des circuits, en constituant ceux-ci sous la forme d'un ensemble unitaire solidarisé par la barre-bus. Les opérations nécessaires à la fabrication individuelle, puis à la pose individuelle des fusibles sont ainsi supprimées, ce qui est favorable à la réduction du prix de revient de fabrication du dispositif suivant l'invention. Bien entendu, il convient d'établir une liaison électrique entre l'électrode 7 d'un fusible et la plage 3i correspondante du circuit associé. Dans le mode de réalisation de l'invention illustré aux figures 1 et 2, préalablement au creusement des rainures 9i, on soude sur la deuxième électrode de la plaque de départ un fil 11 en un matériau conducteur de l'électricité. Comme représenté à la figure 2, ce fil prend la forme d'un crénelage s'étendant parallèlement à la ligne des fusibles, et débordant de la surface de la plaque de départ au-delà d'un bord parallèle à l'alignement des fusibles. Le pas du crenelage est choisi de manière que le fil déborde de chaque fusible, quelle que soit la surface de celui-ci. On découpe ensuite la plaque de départ comme on l'a vu plus haut, pour former les rainures 9i et couper le fil 11 au droit de ces rainures. On découpe aussi le fil conducteur suivant le trait de coupe 12 de manière à détacher des parties 131, 132, 133 des créneaux du fil comme illustré à la figure 2. Le fil est alors divisé en éléments 141,142, etc.. solidaires chacun de la seule électrode 7 du fusible associé, et isolés électriquement les uns des autres. On soude enfin l'extrémité de l'élément de fil 14i à la broche 3i correspondante du circuit associé, pour établir un contact électrique entre ce circuit et la source d'énergie (non représentée) connectée à la broche 4 de la barre-bus 1, à travers le fusible de protection 5i correspondant. La barre-bus 1, ainsi garnie de fusibles, est conçue pour être soudée sur la carte 2, dans un plan perpendiculaire à la carte comme représenté à la figure 1. On a représenté à la figure 4 un autre mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, dans lequel une barre-bus 1' garnie de fusibles 5'i (i de 1 à 8) soudés à plat sur cette barre, est elle-même soudée à plat sur des plages conductrices 3'i formées sur une carte 2' et jouant le rôle des plages 3i du mode de réalisation de la figure 1. La barre-bus 1' est elle-même raccordée à une source d'énergie électrique par une broche 4', soudée par exemple sur cette barre. Il est clair que ce montage particulièrement compact de la barre-bus et des fusibles est bien adapté à des environnements où l'espace est mesuré. Le dispositif constitué par la barre-bus et les fusibles, tel que représenté à la figure 1 ou à la figure 4, forme un tout qui peut être manipulé par des machines de montage automatique de composants sur des cartes de circuit imprimé. En particulier, le dispositif de la figure 4 peut être manipulé par ces machines comme n'importe quel composant CMS à montage en surface. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. C'est ainsi qu'une première électrode commune à tous les fusibles pourrait être découpée de manière à constituer en outre la barre-bus elle-même. L'invention n'est pas non plus limitée à ses applications en électronique automobile et peut trouver aussi application partout où plusieurs circuits doivent être alimentés en parallèle par une même source d'énergie électrique, en domotique par exemple. REVENDICATIONS 1. Dispositif de distribution d'énergie électrique dans plusieurs circuits électriques alimentés en parallèle par une source d'énergie électrique unique, du type comprenant une barre-bus (1;1') connectée d'une part à ladite source et, d'autre part, à une pluralités de contacts électriques (3i;3'i) formant partie chacun d'un desdits circuits, caractérisé en ce que plusieurs fusibles (5;5') autoréarmables de protection desdits circuits sont soudés à ladite barre-bus (1;1'), ces fusibles étant constitués chacun par une couche (8) d'une dispersion, dans un polymère, d'un matériau particulaire conducteur de l'électricité, laminée entre des première (6) et deuxième (7) électrodes planes et parallèles connectées électriquement à la barre-bus (1;1') et auxdits contacts électriques (3i;3'i) d'un circuit associé, respectivement. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits fusibles (5i;5'i) sont isolés électriquement les uns des autres par des rainures (9i) creusées dans une même plaque de ladite couche de dispersion laminée entre deux électrodes planes et parallèles, lesdites rainures (9i) délimitant des fusibles individuels (5i;5'i) de surface proportionnelle au courant maximal admissible dans le circuit associé. 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble desdits fusibles (5i;5'i) prend la forme d'une barre sensiblement rectangulaire, les rainures (9i) individualisant lesdits fusibles étant rectilignes, parallèles les unes aux autres et perpendiculaires à la grande dimension de ladite barre. 4. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque deuxième électrode (7) d'un fusible (5i) est garnie d'un fil (11) conducteur de l'électricité soudé sur sa surface et débordant de celle-ci pour établir un contact électrique avec le circuit électrique associé. 5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque deuxième électrode (7) est soudée à plat sur une plage conductrice (3'i) du circuit associé, délimitée sur une carte (2') du circuit imprimé. 6. Procédé de fabrication du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on soude sur la barre-bus (1;1') une plaque constituée par une couche (8) d'une dispersion, dans un polymère, d'un matériau particulaire conducteur de l'électricité, laminée entre des première (6) et deuxième (7) électrodes, on creuse dans l'épaisseur de ladite plaque une pluralité de rainures (9i;9'i) divisant celleci en une pluralité de fusibles (5i;5'i) autoréarmables de surface proportionnelle au calibrage du courant maximal supportable par un circuit associé et on soude la barrebus (1;1') ainsi garnie de fusibles à l'ensemble des circuits à alimenter de manière que l'alimentation de chaque circuit soit protégée par l'un desdits fusibles (5i;5'i). 7. Procédé conforme à la revendication 6, adapté à la fabrication d'un dispositif comportant plusieurs fusibles agencés en ligne et séparés par des rainures (9i) parallèles entre elles, caractérisé en ce que, préalablement à la réalisation desdites rainures (9i), on soude sur la deuxième électrode de ladite plaque un fil (11) conducteur prenant la forme d'un crénelage parallèle à la ligne des fusibles à former sur la plaque et débordant d'un bord de la plaque parallèle à ladite ligne et ce qu'on découpe ensuite ledit fil (11) de manière qu'un élément (14i) de ce dernier déborde de chaque fusible (5i) formé dans la plaque pour assurer un contact électrique avec un circuit à alimenter, à travers ledit fusible (5i)- 8. Barre-bus équipée d'une rangée de fusibles, conçue pour faire partie du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5.