Brevet FR2872962A1 — publié le 20060113

PROCEDES ET AGENCEMENTS POUR REDUIRE DES DECHARGES PARTIELLES SUR DES CARTES DE CIRCUITS IMPRIMES La présente invention concerne d'une façon générale des procédés et agencements pour réduire des décharges partielles sur des cartes de circuits imprimés et, plus particulièrement des procédés et agencements pour réduire des décharges partielles sur des cartes de circuits imprimés utilisées dans des générateurs haute tension. Dans les générateurs haute tension utilisés dans des systèmes d'imagerie 1 o médicale comme par exemple un générateur de rayons X, un courant continu à haute tension est normalement généré à l'aide d'un circuit multiplicateur/doubleur fonctionnant à haute fréquence. La tension de sortie du transformateur est normalement de plusieurs dizaines de kilovolts (kV) et la fréquence de fonctionnement est de plusieurs dizaines de kilohertz (kHz). Les systèmes de redresseurs peuvent comporter des configurations en cascade pour parvenir à une tension de sortie plus élevée, puisqu'une puissance de sortie plus grande est souvent nécessaire pour une production de rayons X de grande qualité. Le fonctionnement des systèmes de redresseurs à ces niveaux de tension et fréquences très élevés risque de créer de fortes contraintes électriques et thermiques autour des composants présents sur les cartes de circuits imprimés (CCI). On sait que les circuits multiplicateurs comportent des composants tels que des enroulements, diodes et condensateurs de transformateurs montés sur une CCI en formant un ensemble redresseur et enfermés, par exemple, dans un boîtier en polypropylène rempli d'huile. L'huile entourant la CCI de multiplicateur à l'intérieur du boîtier en polypropylène sert d'agent de refroidissement et d'isolation. Les composants et les CCI utilisés dans des applications à haute et basse tension sont susceptibles de fonctionner sous de très forts niveaux de contraintes. Une configuration visant à réduire ces zones de contraintes nécessite un espacement et une distance de fuite en surface adéquats entre les composants montés sur la CCI. La valeur de l'espacement dépend de la résistance au claquage du milieu environnant constitué par exemple par de l'air ou de l'huile. La distance de fuite en surface dépend des contraintes électriques à la surface de la CCI et de son interface avec le milieu ambiant. En outre, et par exemple, dans une CCI de multiplicateur, les connexions, 35 par exemple la connexion de l'enroulement secondaire du transformateur à la diode par de la soudure sur la CCI (triple jonction constituée par de la soudure, la CCI et de l'huile) et d'autres points de soudure de diodes forment des zones de fortes contraintes comportant des contraintes électriques. Ces zones de fortes contraintes risquent de provoquer à la surface de la CCI des décharges partielles (DP) qui peuvent être encore accentuées à haute température. L'effet combiné des décharges partielles et des contraintes à haute température dégradent l'huile dans le transformateur et la surface de la CCI. Des décharges partielles risquent de provoquer un contournement entre divers composants présents sur la CCI si la distance de fuite en surface n'est pas adéquate ou de provoquer une perforation dans la CCI en cas de forte accumulation de charges résultant d'une décharge partielle à la surface de la CCI. Ainsi, les procédés connus de montage et de connexion de composants risquent de ne pas permettre un groupage compact de composants sur une CCI dans des applications à forte puissance. En outre, ceux-ci risquent de ne pas assurer des conditions de décharges partielles réduites sur la CCI. Dans une première forme de réalisation est proposé un procédé pour réduire la décharge partielle dans une carte de circuit imprimé, le procédé comprenant la réalisation d'une surface conductrice couplée à un composant soumis à des contraintes électriques et/ou thermiques, la surface conductrice étant une plaque métallique. Dans ce procédé, la carte de circuit imprimé peut comporter une face à soudures et une face à composants, la surface conductrice étant réalisée sur la face soudures de la carte de circuit imprimé. Dans le procédé, la surface conductrice peut comporter une pluralité de plaques métalliques. Le procédé peut comprendre en outre l'étape consistant à disposer un diélectrique massif entre la face à soudures de la carte de circuit imprimé et la surface conductrice. Dans le procédé, le diélectrique massif peut être constitué par une matière époxy. Le procédé peut comprendre en outre l'étape consistant à configurer les plaques métalliques afin qu'elles aient une largeur définie pour assurer un champ électrique d'une intensité uniforme à des emplacements adjacents soumis à une forte température et/ou un puissant champ électrique. Dans une autre forme de réalisation est proposé un agencement pour réduire la décharge partielle dans une carte de circuit imprimé. L'agencement comprend le couplage d'un élément conducteur à une connexion de haute tension, l'élément conducteur étant un suppresseur d'effet corona. L'élément conducteur peut être l'un au moins des éléments suivants: des punaises pour planches à dessin, des trombones, des punaises à tête ronde pour papier, des vis, des fils de cuivre à un seul brin enroulé en spirale et une combinaison de ceux-ci. Le suppresseur d'effet corona peut être couplé à au moins un élément de 1 o connexion présent sur une face à soudures de la carte de circuit imprimé. Le/les éléments conducteurs peuvent être configurés sous la forme d'un composant miniature ayant une tension nominale prédéterminée et/ou un blindage d'une efficacité prédéterminée. Dans une autre forme de réalisation est proposé un procédé pour réduire la décharge partielle dans une carte de circuit imprimé (CCI) de multiplicateur, la CCI de multiplicateur ayant des composants formant des niveaux de tension échelonnés à différents endroits dans la CCI. Le procédé comprend la réalisation de multiples surfaces conductrices couplées à au moins un composant soumis à des contraintes électriques et thermiques sur la CCI dans un système radiographique dans lequel les surfaces conductrices sont des plaques métalliques. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1 est une vue latérale en coupe d'une CCI dans un système radiographique selon une forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 2 est un schéma de principe d'un agencement de plaque métallique et de diélectrique massif selon une forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 3 est une vue latérale en coupe d'une CCI dans un système radiographique à suppresseur d'effet corona selon une forme de réalisation de la présente invention; et la Fig. 4 est un schéma d'éléments de suppression d'effet corona à utiliser avec une CCI selon diverses formes de réalisation de la présente invention. Diverses formes de réalisation de la présente invention proposent un procédé de réduction de décharges partielles sur des cartes de circuits imprimés (CCI) utilisées en particulier dans des générateurs haute tension servant dans un système radiographique. Cependant, les diverses formes de réalisation ne se limitent pas à cela et peuvent être mises en oeuvre dans le cadre d'autres systèmes comme par exemple des systèmes d'imagerie médicale diagnostique, des systèmes de contrôle industriel, des dispositifs d'analyse de sécurité, des accélérateurs de particules, etc. La Fig. 1 est une vue latérale en coupe d'une CCI dans un système radiographique (non représenté) selon une première forme de réalisation de la 1 o présente invention. La CCI 400 comprend un élément formant carte 40 ayant une première surface 401 sur une première face et une deuxième surface 402 sur une deuxième face. Dans la forme de réalisation représentée, la première surface 401 est la face à composants de la CCI 400 et la deuxième surface 402 est la face à soudures de la CCI 400. L'élément formant carte 40 peut comporter d'autres composants, par exemple une diode 42 s'il est configuré pour servir de redresseur, laquelle est soudée sur la CCI 400. Il faut souligner que la CCI de redresseur peut comporter un montage série mais en zigzag de diodes (non représentées) et avoir de ce fait sur sa longueur des niveaux de tension échelonnés. Un point de connexion 46 (par exemple un point de soudure) sur la première surface 401 peut être à une haute tension et susceptible de connaître des décharges partielles en raison d'une forte concentration du champ électrique. La concentration du champ au point de connexion 46 sur la première surface 401 de la CCI 400 est sensiblement réduite en disposant sous l'élément formant carte 40 une surface conductrice, par exemple une plaque métallique 45 ayant le même potentiel que le point de connexion 46. Dans la forme de réalisation représentée sur la Fig. 1, la diode 42, qui a également une tension similaire à celle du point de connexion 46, est électriquement connectée à la plaque métallique 45 par l'intermédiaire de conducteurs 47 s'étendant depuis la diode 42 à travers un diélectrique 44 et connectés (par exemple soudés) à la plaque métallique 45. La plaque métallique 45 est isolée des soudures présentes sur la deuxième surface 402. Le diélectrique 44 (par exemple un époxy) peut être disposé sur la deuxième surface 402 de l'élément formant carte 40 afin d'isoler la plaque métallique 45 par rapport à la soudure présente sur la deuxième surface 402. Le diélectrique présent sur la deuxième surface de l'élément formant carte réduit ou élimine aussi la concentration du champ en divers points de soudure sur la face à soudures de la CCI 400. La concentration du champ électrique à l'interface d'un conducteur de diode et de la CCI sur la première surface peut être réduite en utilisant plusieurs plaques métalliques 51, comme illustré sur la Fig. 2. Les plaques métalliques 51 peuvent être connectées au connecteur de la dernière diode d'une rangée et à une première diode 42 de la rangée voisine (non représentée sur la figure). Ces conducteurs de diodes ont un potentiel similaire et se trouvent sur des faces opposées de la CCI 400 en raison du montage série, mais en zigzag, des diodes 42. Les plaques métalliques 51 sont de ce fait maintenues à un potentiel électrique sensiblement égal au potentiel des diodes 42 situées sur la première surface 401. On notera que le potentiel des plaques métalliques varie selon le gradient de tension sur la surface supérieure de la CCI 400. Le diélectrique 44 sert d'isolation entre les plaques. L'épaisseur de l'isolation entre les plaques métalliques et les points de soudure pour réduire les décharges partielles au point de connexion et aux conducteurs des diodes est moindre et, de ce fait, permet d'obtenir un module compact pour une CCI de redresseurs à haute puissance. La chaleur générée au point de connexion 46 et au niveau de la diode 42 est répartie par conduction vers les plaques métalliques 51 dans la CCI 400. Il faut souligner que, dans une forme de réalisation, les plaques métalliques 45, 51 sont conçues avec des bords arrondis pour limiter le plus possible la concentration du champ sur les bords. En outre, dans une forme de réalisation, le diélectrique 44 peut être constitué ou formé à l'aide d'un matériau époxy et les plaques métalliques 51 peuvent être réalisées en cuivre. Cependant, d'autres matières peuvent être utilisées comme diélectrique 44 et/ou plaque métallique 51, selon le souhait ou le besoin. Par exemple, le diélectrique peut être une huile isolante ou tout matériau isolant solidifié ou massif. La Fig. 3 est une vue latérale en élévation d'une CCI 410 dans un système radiographique selon une autre forme de réalisation de la présente invention. Dans la présente forme de réalisation, la CCI 410 comprend un élément formant carte 60 ayant une première surface 61 sur une première face et une deuxième surface 62 sur une deuxième face. L'élément formant carte 60 comprend un point de connexion tel que, par exemple, un joint 65 à brasure tendre. Un suppresseur 68 d'effet corona est connecté au voisinage immédiat ou à l'emplacement du joint 65 à brasure tendre. Le suppresseur 68 d'effet corona peut par exemple se présenter sous la forme de punaises pour planches à dessin, de trombones, de punaises à tête ronde pour papier, de vis, de fils de cuivre à un seul brin enroulé en spirale ou autres, et d'une combinaison de ceux-ci, comme illustré sur la Fig. 4. Grâce à cette connexion, le suppresseur 68 d'effet corona crée un blindage du joint 65 à brasure, en réduisant de ce fait l'intensité du champ électrique au point de connexion (par exemple une triple jonction) sur la CCI 410. Le suppresseur 68 d'effet corona peut être couplé soit depuis la première surface 61 ou la deuxième surface 62, soit depuis les deux surfaces 61 et 62. Il faut souligner que diverses formes et configurations de suppresseurs d'effet corona peuvent être réalisées et constituer un composant sur la CCI 410, selon le souhait ou le besoin. Les suppresseurs d'effet corona pour la CCI 410 peuvent être 1 o normalisés d'après la tension nominale et l'efficacité du blindage. Des variantes de la forme de réalisation représentée sur la Fig. 3 sont envisagées. Par exemple, un suppresseur 68 d'effet corona peut être couplé à la fois à la première surface 61 et à la deuxième surface 62 de l'élément formant carte 60. En outre, et par exemple, plusieurs suppresseurs 68 d'effet corona (représentés sur la Fig. 4) peuvent être connectés au niveau du joint 65 à brasure. Ainsi, diverses formes de réalisation de la présente invention permettent la réalisation d'un module de CCI conçu de manière à avoir une répartition uniforme des contraintes électriques pour réduire les décharges partielles pendant des applications à haute puissance. En outre, diverses formes de réalisation comprennent des suppresseurs d'effet corona pour CCI afin de réduire les décharges partielles aux points de connexion sur la CCI. LISTE DES REPERES Elément formant carte 42 Diode 44 Diélectrique Plaque métallique 46 Point de connexion 47 Conducteur 51 Plaque métallique Elément formant carte 61 Première surface 62 Deuxième surface Joint à brasure tendre 68 Suppresseur d'effet corona 400 CCI 401 Première surface 402 Deuxième surface 410 CCI 1 REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction de décharge partielle dans une carte de circuit imprimé (400), comprenant l'étape consistant à : créer une surface conductrice couplée à un composant soumis à des contraintes électriques et/ou thermiques, la surface conductrice étant une plaque métallique (45). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la carte de circuit imprimé (400) comprend un côté à soudures et un côté à composants, et dans lequel la surface conductrice est créée sur le côté à soudures de la carte de circuit imprimé. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la surface conductrice est constituée d'une pluralité de plaques métalliques (45). 4. Procédé selon la revendication 3, comprenant en outre l'étape consistant à disposer un diélectrique massif (44) entre le côté à soudures de la carte (400) de 15 circuit imprimé et la surface conductrice. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le diélectrique massif (44) est constitué par un matériau époxy. 6. Procédé selon la revendication 3, comprenant en outre l'étape consistant à réaliser les plaques métalliques (45) sous une forme ayant une largeur définie pour assurer une intensité uniforme du champ électrique à des emplacements adjacents soumis à une forte température et/ou un puissant champ électrique. 7. Agencement pour réduire une décharge partielle dans une carte de circuit imprimé (400), ledit agencement comprenant: au moins un élément conducteur couplé à un emplacement subissant des 25 contraintes électriques sur une carte de circuit imprimé, l'élément conducteur étant un suppresseur (68) d'effet corona. 8. Agencement selon la revendication 7, dans lequel l'élément conducteur est au moins l'un des éléments suivants: des punaises pour planches à dessin, des trombones, des punaises à tête ronde pour papier, des vis, des fils de cuivre à un seul brin enroulé en spirale et une combinaison de ceux-ci. 9. Agencement selon la revendication 7, dans lequel le suppresseur (68) d'effet corona est couplé à au moins un élément de connexion sur une face à soudures de la carte (400) de circuit imprimé. 10. Agencement selon la revendication 7, dans lequel ledit/lesdits éléments conducteurs sont configurés sous la forme d'un composant miniature ayant une tension nominale prédéterminée et/ou une efficacité de blindage prédéterminée.