Brevet FR2819678A1 — publié le 20020719

L'invention concerne un circuit de filtrage et un dispositif d'alimentation de puissance équipé d'un tel circuit de filtrage. Dans le domaine automobile, de plus en plus d'actionneurs électriques de forte puissance sont utilisés. Pour alimenter ces actionneurs, il est connu d'utiliser un dispositif d'alimentation comprenant des modules de commande de ces actionneurs disposés sur une carte à circuit imprimé, ainsi qu'un circuit de filtrage comprenant des éléments inductifs et des éléments capacitifs reliés entre eux pour former des étages de filtrage et disposés sur cette même carte. Les éléments inductifs d'un circuit de filtrage adapté à la transmission de fortes puissances sont de taille importante. Ces éléments sont en générai disposés parallèlement à la carte, et occupent alors une surface appréciable sur celle-ci. La surface de la carte étant limitée, les éléments inductifs sont parfois montés sur la face opposée à celle recevant les modules de commande. Cette disposition complique l'assemblage de la carte, et lui donne une épaisseur rendant malaisée son intégration dans des dispositifs d'alimentation compacts. On a également envisagé de disposer les éléments inductifs perpendiculairement à la carte, les connexions avec le circuit imprimé étant adjacentes l'une à l'autre. Une telle structure présente un risque important de capacité parasite entre les connexions. Pour diminuer l'encombrement du circuit de filtrage, on propose, selon l'invention, un circuit de filtrage dans lequel les éléments capacitifs sont répartis sur au moins deux cartes à circuit imprimé disposées en regard l'une de l'autre et espacées d'un intervalle déterminé, et au moins un élément inductif s'étend transversalement à l'intervalle entre les cartes en étant raccordé aux deux cartes. Ainsi, la surface occupée par les éléments inductifs sur les cartes est réduite à la surface nécessaire pour leur raccordement, tandis que la surface totale occupée par les éléments capacitifs est répartie sur les deux cartes L'encombrement en surface de ce circuit de filtrage est ainsi considérablement minimisé. Les éléments de ce circuit de filtrage peuvent donc être disposés sur la face des cartes portant les modules de commande. En outre, les éléments inductifs ont alors des connexions électriques situées sur chacune des cartes Ces connexions sont donc espacées l'une de l'autre d'une distance égale à la longueur de l'élément inductif, ce qui minimise le risque de capacité parasite entre ces deux connexions. Avantageusement, chaque élément inductif s'étendant transversalement à un intervalle entre les cartes comprend un empilage d'anneaux dont au moins un est en matériau ferromagnétique, cet empilage étant disposé autour d'un barreau conducteur fixé aux deux cartes. Ainsi, on obtient un élément inductif compact permettant de faire passer un fort courant. En outre, une telle structure est assez rigide pour servir d'entretoise entre les deux cartes. De façon avantageuse, le circuit de filtrage comporte un étage d'entrée en mode commun, qui inclut un élément inductif d'entrée comprenant un empilage d'anneaux dont au moins un est en matériau ferromagnétique, cet empilage étant disposé autour de deux barreaux conducteurs parallèles fixés à une des cartes transversalement à l'intervalle entre les cartes et reliés à un élément capacitif porté par la carte à laquelle ces barreaux sont fixés On obtient ainsi un étage d'entrée en mode commun particulièrement compact. Avantageusement encore, le circuit de filtrage comporte au moins un étage en mode différentiel, qui inclut une tige conductrice associée à un élément inductif s'étendant transversalement à l'intervalle entre les cartes, la tige conductrice et l'élément inductif étant reliés à un élément capacitif porté par une des cartes. On peut ainsi réaliser une cascade d'étages de filtrage dont les éléments capacitifs sont portés alternativement par chacune des cartes. Avantageusement, le circuit de filtrage comporte deux tiges conductrices de sortie reliées à l'élément capacitif du dernier étage en mode différentiel et fixées aux deux cartes transversalement à l'intervalle entre les cartes On peut ainsi distribuer la puissance en sortie du circuit de filtrage sur les deux cartes. Avantageusement, les tiges conductrices de sortie sont reliées à deux éléments capacitifs portés chacun par une carte. Cette disposition permet de mieux répartir la surface occupée sur les cartes par les éléments capacitifs. Selon un autre aspect de l'invention, on propose un dispositif d'alimentation de puissance comprenant des modules de commande reliés à un circuit de filtrage selon l'invention, les modules de commande étant disposés sur des faces en regard des cartes à circuit imprimé du circuit de filtrage Ainsi, on répartit les modules de commande sur les deux cartes, ce qui diminue l'encombrement du dispositif d'alimentation. En outre, les modules de commande et les éléments inductifs du circuit de filtrage, c'est à dire les éléments encombrants du dispositif d'alimentation, sont tous compris dans l'intervalle entre les cartes. Le boîtier du dispositif d'alimentation peut donc être conçu pour enserrer au plus près la face externe des cartes, et ainsi, diminuer l'encombrement général du dispositif d'alimentation. Avantageusement alors, au moins une canalisation de refroidissement s'étend entre les deux cartes au voisinage des modules de commande. Ainsi, la canalisation de refroidissement capte efficacement la chaleur dégagée par les modules de commande. Avantageusement, des drains thermiques souples sont reliés à la canalisation de refroidissement et disposés autour des éléments inductifs du circuit de filtrage. On capte ainsi la chaleur dégagée par ces éléments inductifs pour la transmettre à la canalisation de refroidissement, même lorsque les éléments inductifs ne sont pas immédiatement adjacents à la canalisation de refroidissement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention, en référence aux dessins et aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective schématique partiellement interrompue d'un circuit de filtrage selon l'invention, illustrant la répartition de ses éléments électriques constitutifs entre deux cartes à circuit imprimé ; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'une partie des éléments inductifs et des tiges conductrices du circuit de filtrage ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif d'alimentation selon l'invention, équipé du circuit de filtrage illustré précédemment. En référence à la figure 1, un circuit de filtrage 1 comprend de manière connue en soi des éléments inductifs 15, des éléments capacitifs 11, et des éléments conducteurs 14, arrangés en une succession d'étages de filtrage, en commençant par un étage en mode commun MC suivi par un ou plusieurs étages en mode différentiel MD. Le circuit de filtrage 1 comprend un élément inductif d'entrée 6 comportant deux bornes d'entrée 2 et 3. Selon l'invention, l'élément inductif d'entrée 6 s'étend transversalement à un intervalle H entre deux cartes à circuit imprimé 7 et 8 disposées en regard l'une de l'autre, ici parallèlement l'une à l'autre L'élément inductif d'entrée 6 a deux extrémités 9 et 10 connectées à la carte 8. Les extrémités 9 et 10 sont reliées chacune au moyen de pistes conductrices à une borne d'un élément capacitif 11. a porté par la carte 8, les autres bornes de ces éléments étant reliées à un châssis de support des cartes 7 et 8 non représenté pour être mises à la masse. Les extrémités 9 et 10 sont en outre reliées à un élément capacitif 11. c porté par la carte 8 pour former avec les éléments capacitifs 11. a et l'élément inductif 6 l'étage en mode commun MC du circuit de filtrage. Les bornes de l'élément capacitif 11. c forment les bornes de sortie de l'étage en mode commun MC. Les bornes de sortie de l'étage en mode commun MC sont reliées à un premier étage de filtrage en mode différentiel MD1 comprenant un élément inductif 15 portant la référence particulière 15.1 afin de l'identifier individuellement, et un élément conducteur 14, plus particulièrement une tige conductrice 14.1. L'élément inductif 15.1 et la tige conductrice 14.1 s'étendent transversalement à l'intervalle H entre les cartes et sont connectés aux cartes 7 et 8. La tige conductrice 14.1 et l'élément inductif 15.1 sont reliés sur la carte 8 à l'élément capacitif 11. c de l'étage en mode commun MC. La tige conductrice 14.1 et l'élément inductif 15.1 sont reliés sur la carte 7 à un élément capacitif 11.1 pour former avec celui-ci le premier étage en mode différentiel MD1 Les bornes de l'élément capacitif 11.1 forment les bornes de sortie de l'étage en mode différentiel MD1. On réalise de la même façon une série d'étages en mode différentiel dont seul l'étage MDn précédant l'étage final MDF a été représenté sur la figure. Pour chaque étage différentiel, les éléments capacitifs 11 n du circuit de filtrage sont donc répartis alternativement sur les cartes 7 et 8, de préférence sur des faces en regard des cartes, tandis que les éléments inductifs 15 n et les tiges conductrices 14. n s'étendent transversalement à l'intervalle H entre les cartes. Les valeurs des inductances des éléments inductifs et les valeurs des capacités des éléments capacitifs peuvent varier à chaque étage, mais sont de préférence identiques, afin de simplifier l'assemblage. Le circuit de filtrage se termine par un étage en mode différentiel final MDF, comprenant une tige conductrice 14. f et un élément inductif 15 f s'étendant transversalement à l'intervalle H entre les cartes et raccordés aux cartes 7 et 8. La tige conductrice 14. f et l'élément inductif 15. f sont reliés à deux tiges conductrices de sortie 21 et 22 entre lesquelles sont montées des élé- ments capacitifs 11. 7 et 11. 8 respectivement portés par les cartes 7 et 8 Les éléments capacitifs 11. 7 et 11. 8 sont ainsi branchés en parallèle, et sont équi- valents à un élément capacitif dont la capacité est la somme des capacités des deux éléments capacitifs 11.7 et 11.8. Cette disposition permet de répartir les éléments capacitifs de l'étage final MDF formant la capacité de sortie du circuit de filtrage, et ainsi d'amener de façon analogue sur les deux cartes la puissance en sortie de ce circuit. Selon un mode préféré de réalisation représenté à la figure 2, les tiges conductrices 14 sont de forme générale cylindrique circulaire et comprennent une broche 41 de liaison par soudage d'une extrémité avec l'une des cartes, ici la carte 8. La broche 41 comporte ici un trépied ayant des pattes 42 re- çues dans des orifices conformés de la carte 8. Les pattes 42 sont prévues pour dépasser de la carte 8 de sorte qu'elles peuvent être soudées à la vague sur des pistes conductrices (non visibles) réalisées sur la face de la carte 8 opposée à celle recevant la tige conductrice 14. La tige conductrice 14 s'étend perpendiculairement aux cartes 7 et 8 dans l'intervalle H entre les cartes. Elle est fixée à la carte 8 par une vis 43 munie d'une rondelle 44 servant d'appui mécanique, mais également de liaison électrique avec une piste conductrice non représentée réalisée sur la face externe de la carte 7. Par face externe, on entend dans ce texte la face d'une carte qui n'est pas en regard d'une face de l'autre carte. Un élément inductif 15 comprend un barreau conducteur 51, dont on voit à la figure 2 une extrémité dépasser d'un empilement d'anneaux 57. Le barreau conducteur 51 possède une broche 52 de liaison soudée avec la carte 8 et est fixée à l'extrémité opposée par une vis 53 pour sa liaison avec la carte 7 Des anneaux 57 en matériau ferromagnétique sont disposés autour du barreau conducteur 51. Les anneaux 57 coopèrent avec le barreau conducteur 51 pour former un élément inductif. Pour faire varier la valeur de l'inductance, on pourra jouer sur la taille des anneaux 57, sur leur nombre, ou sur la perméabilité magnétique de leur matériau constitutif. Si la hauteur des anneaux ferromagnétiques n'est pas suffisante pour recouvrir toute la hauteur du barreau conducteur 51, on pourra caler les anneaux ferromagnétiques avec des anneaux magnétiquement perméables, afin d'empêcher tout mouvement des anneaux 57 sur le barreau conducteur 51 Selon la même conception, l'élément inductif d'entrée 6 comprend deux barreaux conducteurs 61 et 62 parallèles. Les barreaux conducteurs 61 et 62 sont disposés en regard l'un de l'autre et sont entourés par des anneaux fer- romagnétiques 67 On réalise ainsi une inductance de filtrage de mode commun. Les barreaux conducteurs 61 et 62 portent chacun une des bornes d'entrée 2,3 du circuit de filtrage 1. Les extrémités opposées des barreaux conducteurs 61 et 62 sont connectées à la carte 8 par des moyens de liaison d'un type essentiellement similaire à ceux utilisés pour la liaison des tiges conductrices 14 sur la carte 8. L'élément inductif d'entrée 6 étant ici de hauteur supérieure à l'intervalle H entre les cartes, un évidemment 68 est prévu sur la carte 7 pour permettre son passage. Les éléments inductifs 15 et les tiges conductrices 14 sont reliés, comme indiqué ci-dessus, avec les éléments capacitifs 11 portés par les faces en regard l'une de l'autre des cartes 7 et 8. Les éléments capacitifs 11, figurés symboliquement par un parallélépipède, sont de taille nettement inférieure aux éléments inductifs adaptés à la transmission de puissances importantes, et occupent dont une surface réduite sur les cartes 7 et 8. Les éléments capacitifs 11 peuvent être empilés les uns sur les autres, pour ajuster la valeur de la capacité et ainsi réduire la surface occupée sur les cartes par ces éléments. La figure 3 illustre un dispositif d'alimentation de puissance selon l'invention comprenant un circuit de filtrage 1 d'entrée disposé entre deux cartes 7 et 8 selon l'agencement décrit en relation avec les deux figures précédentes Les cartes 7 et 8 du circuit de filtrage 1 sont équipées de modules de commande 80, de forme générale parallélépipédique. Les modules de commande 80 sont ici au nombre de quatre, et sont agencés à raison de deux par carte sur les faces en regard des cartes 7 et 8, c'est-à-dire sur les faces portant les éléments capacitifs 11 du circuit de filtrage 1 Chaque module de commande 80 est juxtaposé à son voisin sur la même carte selon un grand côté, et chaque module de commande 80 est en regard d'un autre module de commande sur l'autre carte. Les modules de commande 80 reçoivent la puissance via le circuit de filtrage 1, et la distribuent chacun à un groupe d'actionneurs de puissance non représenté auquel est relié le dispositif d'alimentation Les modules de commande 80 sont équipés chacun d'un filtre de sortie 90 Seul un de ces filtres de sortie 90 est représenté sur la figure. Le filtre de sortie 90 est composé d'éléments inductifs 91 de type traditionnel comprenant un conducteur enroulé autour d'un tore ferromagnétique. Les éléments inductifs 91 sont de taille net- tement inférieure à celle des éléments inductifs du circuit de filtrage 1, car la puissance qu'ils transmettent est sensiblement inférieure à celle qui traverse le circuit de filtrage 1. Les éléments inductifs 91 sont disposés sur une carte au voisinage du module de commande associé. Une zone, représentée sur la figure 3 par une surface hachurée 92, a été réservée sur le bord d'une carte au voisinage d'un filtre 90 pour pouvoir y installer un connecteur non représenté, permettant de relier des conducteurs d'un câble de transport de la puissance vers les actionneurs au module de commande 80 via le filtre 90 Pour refroidir le dispositif d'alimentation, une canalisation de refroidissement 100 est agencée pour s'étendre entre les cartes 7 et 8. La canalisation 100 est de section parallélépipédique aplatie pour passer entre les quatre modules de commande 80 portés par chaque carte, et être au contact des mo- dules de commande 80. Cette disposition de la canalisation 100 procure une grande surface d'échange thermique avec les modules de commande 80. L'échange thermique est encore accru par la forme aplatie de la canalisation 100. Le fluide de refroidissement circulant dans la canalisation 100 emporte avec lui une partie du flux thermique généré par les modules de commande 80 lors de leur fonctionnement. Les éléments inductifs du circuit de filtrage 1 sont relativement éloignés de la canalisation 100 du fait qu'ils se trouvent sur un bord des cartes 7 et 8. Pour les refroidir, un drain thermique souple 101 relié à la canalisation 100 est disposé autour des éléments inductifs 6 et 15, en vue de ramener une partie de la chaleur générée par ces éléments vers la canalisation 100. L'invention n'est pas limitée au mode particulier de réalisation qui vient d'être décrit, mais bien au contraire entend couvrir toute variante entrant dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, bien que le circuit de filtrage selon l'invention ait été décrit avec des éléments inductifs et des tiges conductrices perpendiculaires aux cartes, on pourra prévoir une orientation transversale inclinée de ces éléments vis à vis des cartes afin d'optimiser l'encombrement du dispositif d'alimentation tout en tenant compte de la longueur des éléments inductifs A cet effet on pourra si nécessaire prévoir des inclinaisons différentes selon la position des éléments inductifs. Bien que le circuit de filtrage selon l'invention ait été illustré avec deux cartes seulement, on peut adapter l'architecture du circuit de filtrage à la forme du volume disponible pour recevoir le circuit de filtrage, par exemple en prévoyant plus de deux cartes disposées à différents niveaux, les tiges conductrices et les éléments inductifs s'étendant transversalement à des intervalles entre deux cartes adjacentes. Bien que les éléments inductifs et les tiges conductrices aient été décrits regroupés en une zone de surface limitée des cartes, on pourra disperser ces éléments, afin de leur faire jouer un rôle mécanique d'entretosement des cartes. Bien que le circuit de filtrage ait été ici appliqué à un dispositif d'alimentation de puissance, cette architecture pourra s'appliquer dans d'autres domaines électroniques nécessitant l'usage de filtres. REVENDICATIONS 1. Circuit de filtrage comprenant des éléments inductifs (15) et des éléments capacitifs (11) reliés pour former des étages de filtrage, caractérisé en ce que les éléments capacitifs (11) sont répartis sur au moins deux cartes à circuit imprimé (7,8) disposées en regard l'une de l'autre, et en ce qu'au moins un élément inductif (15) s'étend transversalement à un intervalle (H) entre les cartes et est raccordé aux deux cartes (7,8). 2. Circuit de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément inductif (15) s'étendant transversalement à l'intervalle (H) entre les cartes comprend un empilage d'anneaux (57) dont au moins un est en matériau ferromagnétique, cet empilage étant disposé autour d'un barreau conducteur (51) fixé aux deux cartes (7,8). 3. Circuit de filtrage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un étage d'entrée de mode commun comportant un élément inductif d'entrée (6) comprenant un empilage d'anneaux (67) dont au moins un est en matériau ferromagnétique, cet empilage étant disposé autour de deux barreaux conducteurs (61,62) parallèles fixés à une des cartes (8) transversalement à l'intervalle (H) entre les cartes et reliés à un élément capacitif (11) porté par la carte à laquelle les barreaux conducteurs (61,62) sont fixés. 4. Circuit de filtrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un étage de filtrage en mode différentiel comportant une tige conductrice (14) associée à un élément inductif (15) s'étendant transversalement à l'intervalle (H) entre les cartes, la tige conductrice (14) et l'élément inductif (15) étant reliés à un élément capacitif (11) porté par une des cartes. 5. Circuit de filtrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux tiges conductrices de sortie (21,22) fixées aux deux cartes (7,8) et s'étendant transversalement à l'intervalle (H) entre les cartes. 6. Circuit de filtrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tiges conductrices (21,22) sont reliées à deux éléments capacitifs (11.7, 11.8) portés chacun par une carte (7,8). 7. Circuit de filtrage selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce qu'au moins un élément inductif (15) ou une tige conductrice (14) s'étendant transversalement à l'intervalle (H) entre les cartes est perpendi- culaire aux deux cartes (7,8). 8. Dispositif d'alimentation de puissance comprenant des modules de commande (80) reliés à un circuit de filtrage (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les modules de commande (80) sont disposés sur des faces en regard des cartes à circuit imprimé (7,8) du circuit de filtrage (1). 9. Dispositif d'alimentation de puissance selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins une canalisation (100) d'un circuit de refroidissement s'étend entre les cartes (7,8) au voisinage des modules de commande (80). 10. Dispositif d'alimentation de puissance selon la revendication 9, caractérisé en ce que des drains thermiques souples (101) reliés à la canalisation (100) sont disposés autour des éléments inductifs (6,15) du circuit de filtrage (1)