Brevet FR2827469A1 — publié le 20030117

L'invention a trait à un dispositif électronique comprenant au moins une bobine inductive et à un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Dans le domaine de l'alimentation haute fréquence des lampes à décharge, il est connu, par exemple de EP-A-0 933 979, d'utiliser un dispositif d'alimentation électronique parfois appelé ballast électronique pour une lampe à arc, tel qu'un tube fluorescent, une lampe à vapeur de sodium ou à iodure métallique ou une lampe équivalente. Dans le domaine de l'éclairage extérieur, le ballast est généralement disposé dans le luminaire ou au pied d'un lampadaire d'éclairage public. Compte tenu de son installation en extérieur, le ballast doit être protégé contre l'humidité et les eaux de ruissellement. C'est pourquoi, le boîtier d'un tel ballast ne peut pas être pourvu d'ouvertures, alors que de telles ouvertures sont utilisées dans les dispositifs montés en intérieur pour créer une aération par convection naturelle permettant d'évacuer l'énergie calorifique générée par les composants électriques en fonctionnement. Il est donc connu d'utiliser dans les dispositifs électroniques destinés à être montés en extérieur, tels que les ballasts d'éclairage public, une résine, par exemple à base de polyuréthane, destinée à remplir le volume intérieur d'un boîtier d'un tel dispositif. Cette résine permet d'assurer une conduction thermique visant à évacuer, autant que faire se peut, les calories générées par les composants électroniques en fonctionnement. Elle assure également l'étanchéité du dispositif et la protection mécanique du circuit. Cependant, l'utilisation d'une résine à base de matière plastique dans un dispositif électronique ne va pas sans poser des difficultés. Tout d'abord, la résine a tendance à se dilater sous l'effet de l'augmentation de température due à l'échauffement des composants électroniques. En effet, la différence de température de la résine lorsqu'un ballast électronique est à l'arrêt ou lorsque celui-ci a fonctionné plusieurs heures est de l'ordre de 40 à 50 C. La résine a donc tendance à se dilater de façon relativement importante, alors qu'elle est enfermée dans un boîtier relativement rigide. Il en résulte une augmentation de la pression exercée par la résine sur les composants du circuit électronique, ce qui modifie l'état des connexions entre ces composants et la plaque de circuit sur laquelle ils sont montés. Il peut même arriver que cette augmentation de pression conduise à une destruction de l'un des composants. Les circuits électroniques peuvent comprendre une ou des bobines inductives, tout particulièrement dans le cas d'un système d'élévation de tension comprenant un ou plusieurs transformateurs. Dans ce cas, la résine a tendance à s'immiscer entre la bobine et son noyau magnétique et, dans le cas où des noyaux sont disposés en regard l'un de l'autre avec un entrefer prédéterminé, la dilatation de la résine a pour effet d'exercer sur ces noyaux des efforts tendant à les déplacer, de sorte que l'entrefer varie, ce qui induit une modification substantielle des caractéristiques techniques du composant électronique concerné. Ainsi, l'utilisation de résine peut dégrader les performances du circuit électronique noyé dans la résine. En outre, la permittivité électrique de la résine est différente de celle de l'air et varie en fonction de la température, de sorte qu'elle influe de façon non contrôlée sur les caractéristiques électriques des composants électroniques. Par ailleurs, il est souvent prévu qu'un circuit électronique soit formé sur une plaque prévue pour être insérée dans des glissières ménagées à l'intérieur des parois du boîtier. Un ajustement relativement précis de cette plaque et de ces glissières est nécessaire pour un guidage et un support efficaces de la plaque. Il arrive que, lors du remplissage du boîtier avec de la résine, la résine ne parvienne pas à pénétrer dans ces glissières. Au cours du fonctionnement du dispositif électronique et de ses périodes successives d'activation et de désactivation, la résine a tendance à se dilater puis à se contracter au point qu'elle se décolle du boîtier, ce qui crée un interstice dans lequel s'accumule de l'air. Au cours des périodes suivantes d'utilisation du dispositif qui se traduisent par un échauffement, l'air présent dans les glissières et dans les interstices est également chauffé et se dilate puis se condense à nouveau, ce qui peut conduire à la formation d'eau à l'intérieur du boîtier, cette eau étant préjudiciable au bon fonctionnement des composants. Lorsqu'un circuit électronique a été noyé dans une résine à l'intérieur du boîtier, il n'est plus possible d'y accéder pour procéder à une opération de contrôle ou de maintenance. Or, il arrive, lors des tests d'une série de dispositifs électroniques avant leur mise en service, qu'on détecte une anomalie sur certains d'entre eux ou qu'on souhaite changer un composant qui s'avère défectueux ou peu fiable. Dans ce cas, les dispositifs incorporant un garnissage en résine doivent être détruits puisqu'ils ne sont pas réparables. Enfin, les dispositifs électroniques comprenant un garnissage en résine ne peuvent pas être facilement recyclés au terme de leur durée de vie, car cette résine n'est généralement pas biodégradable. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un dispositif électronique dont le circuit est isolé de son environnement et qui permet une dissipation satisfaisante de la chaleur, sans présenter les inconvénients des dispositifs incorporant de la résine. Dans cet esprit, l'invention concerne un dispositif électronique comprenant au moins un circuit électronique incluant au moins une bobine inductive et/ou une capacité, ce circuit étant logé dans le volume intérieur d'un boîtier de protection, caractérisé en ce que ce volume intérieur est sensiblement rempli d'une quantité de sable qui est en contact avec le circuit. L'invention tire parti de l'utilisation de sable comme moyen de remplissage du boîtier de protection d'un dispositif électronique. De façon surprenante, le sable présente des propriétés de conduction thermique satisfaisantes pour dissiper l'énergie calorifique provenant des composants électroniques en cours de fonctionnement. En effet, le coefficient de conductivité thermique du sable est de 0,58 W/mK, ce qui est supérieur à la valeur de la conductivité thermique de la résine qui peut être estimée à 0,45 W/mK. Le sable présente de bonnes propriétés d'isolation électrique avec une constante diélectrique de valeur sensiblement égale à celle de l'air, de sorte qu'il permet d'isoler efficacement les composants électroniques les uns par rapport à l'autre, notamment les bobines et les capacités. Le prix de revient du sable est particulièrement attractif, et dans tous les cas, sensiblement inférieur à celui de la résine. Enfin, et de façon déterminante, la dilation thermique du sable est quasi nulle aux températures habituelles de fonctionnement des dispositifs électroniques, de sorte qu'il ne risque pas de déformer plastiquement le boîtier et/ou d'induire des pressions trop importantes sur les composants électroniques du fait de l'élévation de température due à l'échauffement du composant. En outre, le sable n'est pas polluant et, au terme de la durée de vie du dispositif électronique, il peut être aisément recyclé. Selon des aspects avantageux de l'invention, le dispositif incorpore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - Le sable est un sable de pure silice, un tel sable n'absorbant pas l'eau ou l'humidité, à la différence d'un sable contenant du calcaire. - Le sable a une granulométrie inférieure à 1 mm, de préférence de l'ordre de 300 Lm. Une granulométrie faible permet d'assurer que le sable remplit complètement le volume intérieur du boîtier. A contrario, la granulométrie ne doit pas être trop faible afin de limiter l'émission de poussière lors de la manipulation de ce sable. - Il est prévu une couche de matière synthétique d'isolation coulée en place au niveau d'une zone d'accès au volume intérieur du boîtier. Cette couche permet de maintenir le sable en position dans le boîtier. Elle peut être constituée de colle. Elle peut également être réalisée dans une matière souple à base de silicone malgré le prix relativement élevé de cette matière, car cette couche a un volume très faible par rapport au volume intérieur total du boîtier. On peut prévoir que cette matière d'isolation a une viscosité comprise entre 1000 et 3000 centipoises, de préférence de l'ordre de 1500 centipoises, à 25 C. Une telle viscosité permet un mélange intime de la matière et d'une couche superficielle de sable, sur une profondeur de quelques millimètres, ce qui contribue à une fixation efficace de la couche par rapport au boîtier et à la quantité de sable. - Le circuit est un circuit d'alimentation haute fréquence pour une lampe à décharge. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif électronique tel que précédemment décrit, ce procédé comprenant une étape consistant à remplir sensiblement le volume intérieur du boîtier du dispositif avec une quantité de sable, tout en disposant le sable au contact du circuit électronique. Selon un premier aspect avantageux de l'invention, on peut faire vibrer le boîtier et/ou le circuit concomitamment ou postérieurement au remplissage du volume intérieur du boîtier avec le sable. Ceci permet d'obtenir une bonne densité et une bonne homogénéité du sable dans le boîtier. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, on peut couler dans le boîtier, au niveau d'une zone d'accès à son volume intérieur, une couche de matière synthétique d'isolation souple sur la quantité de sable en place dans ce volume intérieur. Cette couche de matière synthétique permet d'immobiliser le sable et de l'isoler vis-à-vis de l'extérieur. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation haute fréquence pour une lampe à décharge conforme à son principe et de son procédé de fabrication, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 est une représentation schématique en perspective du dispositif en cours de fabrication et La figure 2 est une vue de face avec arrachement partiel du dispositif de la figure 1, au terme de sa fabrication. Le dispositif 1 représenté sur les figures 1 et 2 est utilisé pour l'alimentation en courant, de fréquence, d'intensité et de tension adaptées, pour une lampe à décharge, par exemple à iodure métallique ou de type sodium haute pression , dans le cadre d'un système d'éclairage extérieur. Il comprend un circuit électronique 2 apte à élaborer un courant ayant des caractéristiques électriques prédéterminées à partir du courant du secteur fourni par un câble conducteur 3, le courant ainsi généré étant acheminé, jusqu'à la lampe ou jusqu'à un dispositif d'alimentation complémentaire déporté et non représenté, au moyen d'un second câble conducteur 4. Le circuit 2 se compose d'une platine isolante 21 et de composants électroniques parmi lesquels figurent deux bobines inductives 22 et 23 servant de transformateurs, une capacité 24, un micro-processeur 25 et des résistances 26. On note respectivement 22a et 23b les bobinages des bobines 22 et 23 et l'on note 22b et 23b leurs noyaux magnétiques respectifs. Bien entendu, le nombre, le type et la disposition des composants 22 à 26 sur la platine 21 pourraient être tout autres. Ces composants sont reliés entre eux au moyen de pistes conductrices non représentées pour la clarté du dessin. Afin d'être protégé de son environnement extérieur, le circuit 2 est prévu pour être inséré dans un boîtier 5 en matière plastique isolante réalisé de façon monobloc et pourvu de glissières intérieures 51 entre lesquelles est censée être introduite la platine 21 afin d'être guidée dans son mouvement de translation Fi lors de la mise en place du circuit 2 dans le boîtier 5. Un bouchon 6 est prévu pour obturer l'ouverture 52 du boîtier 5 par laquelle est introduit le circuit 2. Conformément à l'invention, après avoir mis en place le circuit 2 dans le boîtier 5, on remplit le volume intérieur V du boîtier avec une quantité adaptée de sable Q, ceci étant représenté par la flèche F2 à la figure 1. On choisit un sable de pure silice, avec une granulométrie de l'ordre de 300 film, de telle sorte que le sable se répartit correctement dans le volume V. Afin d'améliorer la répartition et l'homogénéité de la quantité Q de sable dans le volume V, on fait vibrer le boîtier 5 lors de l'introduction de la quantité Q de sable. Le remplissage de sable a lieu par gravité, le boîtier 5 étant orienté de telle sorte que son ouverture 52 est tournée vers le haut. La quantité Q de sable est choisie de telle sorte que le sable s'étend au-dessus de la platine 21 d'une hauteur hl suffisante pour isoler électriquement le circuit 2 de l'extérieur. Lorsque la quantité Q de sable est en place dans le volume V, on coule sur la surface supérieure S de la quantité Q une couche 7 de matière synthétique d'isolation ayant une viscosité comprise entre 1000 et 3000 centipoises, de préférence de l'ordre de 1 500 centipoises, à 25 C. Cette couche 7 a tendance à migrer vers l'intérieur de la quantité Q sur une hauteur h2 inférieure à la hauteur hl, la couche 7 dépassant au-dessus de la surface S sur une hauteur h3. La couche 7 peut être réalisée à partir d'une colle mono ou bi-composant. Elle peut également être réalisée dans une matière souple à base de silicone. Une fonction de cette couche est d'adhérer aux surfaces internes du boîtier 5 pour constituer une barrière étanche aux liquides et aux gaz au niveau de l'ouverture 52, y compris en cas de dilatation du boîtier. Moyennant une épaisseur et une résistance suffisantes, la couche 7 permet de maintenir en position la quantité Q de sable à l'intérieur du volume V et, du fait du caractère souple de la matière, notamment dans le cas où elle est à base de silicone, elle est compatible avec les élévations de température possibles dans l'ouverture 52, du fait de l'échauffement des composants 22 à 26. Il est alors possible de mettre en place le bouchon 6 en faisant traverser aux câbles 3 et 4 des manchons de guidage 61 et 62 adaptés. Le bouchon 6 permet de protéger mécaniquement la couche 7. La quantité Q de sable en place dans le volume V permet de protéger mécaniquement le circuit 2 contre les chocs et de dissiper l'énergie calorifique car le sable est en contact intime avec les composants 22 à 26 et avec la surface interne du boîtier 5. Aux températures habituelles de fonctionnement d'un tel dispositif, on ne note pas de dilatation notable du sable. S'il est nécessaire de procéder à une intervention de maintenance sur le circuit 2, il est possible de retirer le bouchon 6 puis d'évacuer la couche 7, avant de vider la quantité Q de sable pour extraire aisément le circuit 2 du boîtier 5. Une fois la réparation effectuée, il est possible de remplir à nouveau le volume V, avec une quantité Q de sable, et de couler à nouveau une couche équivalente à la couche 7. L'invention a été décrite en référence à un dispositif d'alimentation d'une lampe à décharge pour laquelle elle est particulièrement adaptée compte tenu des conditions spécifiques d'utilisation d'un tel matériel. L'invention est cependant applicable dans d'autres domaines d'activité, pour autant qu'il convient d'isoler un circuit électrique par rapport à son environnement extérieur, tout en permettant une dissipation de l'énergie calorifique résultant de l'échauffement des composants. REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique (1) comprenant au moins un circuit électronique (2) incluant au moins une bobine inductive (22,23) et/ou une capacité (24), ledit circuit étant logé dans le volume intérieur d'un boîtier de protection (5), caractérisé en ce que ledit volume intérieur (V) est sensiblement rempli d'une quantité (Q) de sable qui est en contact avec ledit circuit (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit sable (Q) est un sable de pure silice. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit sable (Q) a une granulométrie inférieure à 1 mm, de préférence de l'ordre de 300 pom. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une couche (7) de matière synthétique d'isolation coulée en place au niveau d'une zone (52) d'accès audit volume intérieur (V). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite couche (7) est réalisée dans une matière souple, de type colle ou à base de silicone. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite matière synthétique d'isolation a une viscosité comprise entre 1000 et 3000 centipoises, de préférence de l'ordre de 1500 centipoises, à 25 C. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit (2) est un circuit d'alimentation haute fréquence pour lampe à décharge. 8. Procédé de fabrication d'un dispositif électronique (1) comprenant au moins un circuit électronique (2) incluant au moins une bobine inductive (22,23) et/ou une capacité (24), dans lequel ledit circuit est introduit (fil) dans le volume intérieur (V) d'un boîtier de protection (5), caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à remplir (F2) sensiblement ledit volume intérieur (V) d'une quantité (Q) de sable en disposant le sable en contact avec ledit circuit (2). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à faire vibrer ledit boîtier (5) et/ou ledit circuit (2) concomitamment ou postérieurement au remplissage (F2) dudit volume intérieur (V) avec le sable. 10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à couler dans ledit boîtier (5), au niveau d'une zone (52) d'accès audit volume intérieur (V), une couche (7) de matière synthétique d'isolation sur la quantité (Q) de sable en place dans ledit volume intérieur.