Brevet FR3052013A1 — publié le 20171201

DP-322907 Module de commutation de puissance DOMAINE TECHNIQUE L'invention est relative à un module de commutation de puissance, et plus particulièrement à un agencement particulier de transistors de puissance de type MOSFET sur une carte à circuit imprimé. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les modules de commutation de puissance pour la distribution électrique d'un véhicule comprennent généralement une carte à circuit imprimé équipée de transistor de puissance et de bus bars aussi appelés « barre omnibus ». Il est connu de souder les transistors de puissance sur la carte à circuit imprimé sur une face et également de fixer sur la carte à circuit imprimé des bus bars. Les bus bars sont généralement fixés sur la face du circuit imprimé opposée aux transistors de puissance. Les bus bars sont en contact avec les transistors de puissance par le biais de trous métallisés, et permettent ainsi le refroidissement des transistors de puissances. Cependant, la carte à circuit imprimé a la contrainte de devoir être équipée des transistors de puissance qui sont généralement volumineux et drainent des forts courant. Ces contraintes rendent nécessaire une surface de carte à circuit imprimé importante non seulement pour y placer les transistors de puissance, pour supporter les forts courants les traversant, mais aussi pour supporter une partie de la dissipation thermique nécessaire aux transistors. Il est donc important de proposer une solution nouvelle résolvant ces problèmes. RESUME DE L'INVENTION Un module de commutation de puissance pour véhicule automobile comprend une carte à circuit imprimé, un premier bus bar en forme de plaque, une première série d'interrupteurs de puissance comportant chacun une série de broches de connexion qui sont connectées sur la face supérieure de la carte à circuit imprimé et une semelle métallique qui est plaquée contre le bus bar. La première série d'interrupteurs de puissance est montée sur le premier bus bar, les interrupteurs de puissance étant globalement alignée le long d'un bord 3052013 2 longitudinal du premier bus bar. Le bord longitudinal du premier bus bar est agencé le long d'un premier bord longitudinal de la carte à circuit imprimé, et la portion du premier bus bar sur laquelle sont montés les interrupteurs de puissance est agencée à côté de la carte à circuit imprimé. 5 De préférence le bus bar peut être agencé globalement dans le même plan que la carte à circuit imprimé. Le premier bus bar peut comprendre des languettes de fixation venues de matière avec le premier bus bar, les languettes s'étendant depuis le bord rectiligne du bus bar jusqu'à la face inférieure de la carte à circuit imprimé, les languettes étant fixées sur la face inférieure de la carte à circuit 10 imprimée. Une seconde série d'interrupteurs de puissance peut être montée sur un second bus bar, le second bus bar et la seconde série d'interrupteurs de puissance étant agencées de manière similaire au premier bus bar et à la première série d'interrupteurs, le long d'un autre bord de la carte à circuit imprimé. Le premier et le second bus bar peuvent être agencés respectivement de part et d'autre de deux 15 bords longitudinaux opposés de la carte à circuit imprimé. Les interrupteurs de puissance peuvent être de type composants montés en surface. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à 20 la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels: La Figure 1 est une vue schématique de dessus du module de commutation de puissance suivant l'invention. La Figure 2 est une vue schématique de dessous du module de 25 commutation de puissance suivant l'invention. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PRÉFÉRÉS Selon la figure 1, un module de commutation de puissance 10 pour véhicule automobile comprend une carte à circuit imprimé 12, huit interrupteurs 30 de puissance 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 et un premier bus bar 30 et un second bus bar 32. Afin de positionner géométriquement les éléments cités, il est défini de façon non limitative un repère orthogonal comprenant un axe longitudinal L, un axe transversal T et un axe vertical V. 3052013 3 La carte à circuit imprimé 12 est de forme rectangulaire plane. La carte à circuit imprimé 12 est positionnée dans un plan horizontal défini par l'axe longitudinal L et l'axe transversal T. Les deux côtés opposés de plus grande longueur que les deux autres côtés 38, 40 de la carte à circuit imprimé 12 5 définissent respectivement un premier 34 et un second bord longitudinal 36. Le premier bus bar 30 et le second bus bar 32 en forme de plaque sont positionnés de part et d'autre des deux bords longitudinaux 34, 36 de la carte à circuit imprimé 12. En d'autres mots, les deux bus bars 30, 32 sont positionnés à côté des deux bords longitudinaux 34, 36, hors de la surface de la carte à circuit 10 imprimé 12, et également ni au-dessus, ni au-dessous de la carte à circuit imprimé 12. Les deux bus bars 30, 32 sont globalement de forme en 1'. Les deux bus bars 30, 32 comprennent une portion longitudinale 42, 44 de forme rectangulaire dont un bord rectiligne 35, 37 s'étend longitudinalement et parallèlement aux deux bords longitudinaux 34, 36 de la carte à circuit imprimé 12. La portion 15 longitudinale 42, 44 est substantiellement de même longueur que les deux bords longitudinaux 34, 36 de la carte à circuit imprimé 12. Les deux bus bars 30, 32 comprennent également une deuxième partie 46, 48 de forme rectangulaire s'étendant transversalement le long d'un même côté transversal 38 de la carte à circuit imprimé 12. Les deux deuxièmes parties 46, 48 sont de longueur 20 transversale identique entre elles et dimensionnées de sorte à ne pas être en contact l'une avec l'autre. Les deux bus bars 30, 32 sont positionnés de façon symétrique l'un par rapport à l'autre suivant un axe de symétrie S longitudinal de la carte à circuit imprimé 12. Les deuxièmes parties des bus bars 46, 48 comprennent un trou circulaire 50, 52 permettant l'introduction d'un moyen de 25 fixation électrique telle une cosse vissée pour raccorder le module de commutation de puissance au réseau de distribution électrique du véhicule. Les deux bus bars 30, 32 sont idéalement agencés dans le même plan horizontal que la carte à circuit imprimé 12, cependant, le processus d'assemblage des deux bus bar 30, 32 ne peut permettre qu'un placement des bus bars globalement dans le même 30 plan horizontal que la carte à circuit imprimé 12. Les huit interrupteurs de puissance 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 sont regroupés en deux séries de quatre interrupteurs 14, 16, 18, 20. Les interrupteurs de puissance 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 représentés sur la figure 1 sont des 3052013 4 interrupteurs de puissance de type composants montés en surface et de boîtier de type D2Pack. Un boîtier de type D2Pack est un boîtier de forme parallélépipédique rectangle ou pavé droit comprenant une face supérieure 54 et une face inférieure 5 parallèles s'étendant selon le plan horizontal et espacées par les quatre faces latérales 58, 60, 62, 64 du parallélépipède rectangle. La face inférieure est équipée d'une semelle métallique 66 de connexion, une des faces latérale 64 est équipée d'une série de broche de connexions 68. Typiquement, lorsque l'interrupteur de puissance 14 est un transistor de puissance de type transistor à effet de champ à 10 grille isolée plus couramment nommé MOSFET, la série de broche de connexion 68 comprend une broche dénommée grille de commande, plusieurs broches d'entrée/sortie de courant dénommées 'source' et enfin une semelle métallique 66 d'entrée/sortie de courant dénommée 'drain'. Les broches de connexions 68 de chaque série d'interrupteur 14, 16, 18, 15 20 sont soudées sur la face supérieure 13 de la carte à circuit imprimé 12 sur une zone de connexion 17. Les broches de connexion 68 d'une première série d'interrupteurs 14, 16, 18, 20 s'étendent transversalement depuis chaque face latérale 64 des boîtiers parallèle au plan vertical défini par l'axe vertical V et l'axe longitudinal L jusqu'à la zone de connexion 17 des broches sur la carte à circuit 20 imprimé 12. La zone de connexion 17 des broches 68 de la première série d'interrupteur 14, 16, 18, 20 s'étend longitudinalement parallèlement et à courte distance d'un bord longitudinal 34 de la carte à circuit imprimé 12 de sorte que chaque semelle métallique 66, 67 puisse être montée plaquée sur une portion longitudinale du bus bar 42 agencée à proximité et parallèlement au dit bord 25 longitudinal 34 de la carte à circuit imprimé 12. Les semelles 67 de la première série de quatre interrupteurs 14, 16, 18, 20 sont donc montées idéalement alignées les unes aux autres sur la portion du bus bar agencée longitudinalement directement à côté d'un bord longitudinal 34 de la carte à circuit imprimé 12. Cependant, le processus d'assemblage des quatre interrupteurs 14, 16, 18, 20 ne 30 permet qu'un positionnement globalement aligné des quatre interrupteurs 14, 16, 18, 20. La deuxième série de quatre interrupteurs 22, 24, 26, 28 est montée de façon symétrique à la première série 14, 16, 18, 20, selon l'axe de symétrie S longitudinal de la carte à circuit imprimé 12. 3052013 5 Selon la figure 2, la face inférieure 15 de la carte à circuit imprimé 12 est représentée. Les deux bus bars 30, 32 comprennent des moyens de fixation à la carte à circuit imprimé 12. Les moyens de fixation sont des languettes 72, 74, 76 venues de matière avec les bus bars 30, 32. Les languettes 72, 74, 76, au nombre 5 de trois par bus bar 30, 32, sont soudés sur la face inférieure 15 de la carte à circuit imprimé 12. Les languettes 72, 74, 76 de chaque bus bar 30, 32 sont courbées sur les rebords des bords longitudinaux 34, 36 de la carte à circuit imprimé 12. Chaque bus bar 30, 32 comprend deux languettes 72, 76 fixées à chaque 10 extrémité 78, 80 des bords longitudinaux 34, 36 de la carte à circuit imprimé 12, la troisième languette 74 étant fixée environ à égal distance des deux autres languettes 72, 76. Chaque languette 72, 74, 76 comprend une partie courbe 82 entourant les rebords des bords longitudinaux 34, 36 de la carte à circuit imprimé 12 et une partie rectangulaire 84, 86 soudée sur la face inférieure 15 de la carte à 15 circuit imprimé 12. Chaque partie rectangulaire 84 des languettes 72, 74, 76 fixées à chaque extrémité 78, 80 des bords longitudinaux 34, 36 s'étend longitudinalement depuis chaque bord transversal 38, 40 de la carte à circuit imprimé 12 vers la surface de la carte à circuit imprimé 12. Chaque partie rectangulaire 84, 86 des languettes 72, 74, 76 comprend 20 des côté transversaux de même longueur alors que les côtés longitudinaux des parties rectangulaires 84 des languettes 72, 74, 76 fixées à chaque extrémité 78, 80 des bords longitudinaux 34, 36 sont de longueur plus importante que les côtés longitudinaux des parties rectangulaires 86 de la troisième languette 74. Cette différence est due au besoin de renforcement de la rigidité du module de 25 commutation aux extrémités de la carte à circuit imprimé. Les bus bars 30, 32 sont ainsi maintenus substantiellement dans le même plan que la carte à circuit imprimé 12 de par l'effet de maintien des bus bars 30, 32 à la carte à circuit imprimé 12 par les languettes 72, 74, 76 de fixation, et par le biais des interrupteurs de puissances 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 dont les 30 broches 68 sont soudées sur la carte à circuit imprimé 12 et les semelles métalliques 66, 67 soudées sur les bus bars 30, 32. De façon fonctionnelle, la carte à circuit imprimé 12 comprend une zone de connexion de signaux électrique 70 permettant le fonctionnement du module de 3052013 6 commutation de puissance 10. Les signaux électrique sont typiquement au nombre de trois. Deux signaux électriques sont respectivement des signaux de commande des deux séries d'interrupteurs 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 reliées aux grilles de commande de chaque série d'interrupteur 14, 16, 18, 20. Le troisième signal est 5 typiquement une entrée de fort courant électriquement connecté aux 'sources' des deux séries d'interrupteurs 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28. Les deux bus bars 30, 32 sont respectivement reliés aux 'drains' des deux séries d'interrupteurs 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28. Ainsi, chaque série d'interrupteur 14, 16, 18, 20 peut être commandée indépendamment l'une de 10 l'autre en mode 'interrupteur ouvert' ou 'interrupteur fermé'. Lorsqu'une série d'interrupteurs 14, 16, 18, 20 est commandée en mode interrupteur fermé, le fort courant d'entrée s'écoule jusqu'aux 'sources' de la série d'interrupteurs 14, 16, 18, 20 commandée, et, puisque la série d'interrupteurs 14, 16, 18, 20 reçoit sur ses grilles une commande 'interrupteur fermé', le courant traverse les interrupteurs de 15 la dite série 14, 16, 18, 20 et s'écoule donc sur le bus bar 30 sur lequel sont montés ses drains ou semelles métalliques 67. Lorsque les deux séries d'interrupteurs 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 sont commandées en mode `interrupteur ouvert', le fort courant d'entrée se retrouve répartie à travers les deux séries d'interrupteurs 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 et est donc répartie sur les deux 20 bus bars 30, 32. On notera que chaque série de quatre interrupteurs 14, 16, 18, 20 est un montage électrique de quatre interrupteurs en parallèle. Les drains sont connectés ensemble sur le bus bar 30, les sources sont connectées ensemble sur la carte à circuit imprimé 12 et les grilles de commande sont connectées ensemble sur la 25 carte à circuit imprimé 12. On notera que les deux séries d'interrupteurs 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 sont connectés ensemble en source commune puisque les sources des deux séries d'interrupteurs 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 sont connectées ensemble. L'agencement du module de commutation 10 décrit ci-dessus permet de 30 réduire les contraintes sur la carte à circuit imprimé 12. La carte à circuit imprimé 12 ne comprend des composants que sur une seule face. La dimension de la carte à circuit imprimé 12 est réduite puisque les semelles des interrupteurs 66, 67 sont directement montées sur les bus bars 30, 32, les bus bars 30, 32 étant agencées au 3052013 7 voisinage de la périphérie extérieure de la carte à circuit imprimé 12. La carte à circuit imprimé 12 n'a pas la contrainte de dissipation thermique des interrupteurs de puissance 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 puisque les bus bars 30, 32 conduisent le fort courant et permettent de refroidir directement le boîtier de chaque 5 interrupteur de puissance 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28. La disposition particulièrement avantageuse des bus bars 30, 32 substantiellement dans le même plan que la carte à circuit imprimé 12 permet de minimiser la hauteur du module de commutation 10 et permet également d'optimiser les contraintes de dissipation de chaleur et de fixation du module de 10 commutation 10. La disposition symétrique des bus bars 30, 32 et des deux séries d'interrupteurs de puissance 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 permet de minimiser les effets électriques indésirables de commutation de puissance telle que des retards de commutation d'interrupteurs 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 entre les deux séries et de mauvaise répartition de courant et donc de chaleur dans les deux bus bars 30, 15 32. De façon alternative, le module de commutation 10 peut comprendre uniquement une seule série d'interrupteurs de puissance 14, 16, 18, 20. Le nombre d'interrupteurs 14, 16, 18, 20 par série n'est pas limité à quatre et peut par conséquent être plus important ou réduit. Les deux bus bars 30, 32 peuvent ne pas 20 être substantiellement agencés dans le même plan horizontal que la carte à circuit imprimé 12. Les deux bus bars 30, 32 peuvent être inclinés selon l'axe vertical V indépendamment l'un de l'autre. La carte à circuit imprimé 12 et les deux bus bars 30, 32 peuvent avoir différentes formes géométrique selon les contraintes d'intégration du module de commutation 10 dans le véhicule. Les moyens de 25 fixation du bus bar au réseau de distribution électrique du véhicule peuvent être différent que celui présenté au travers de la figure 1. REVENDICATIONS1. Module de commutation de puissance (10) pour véhicule automobile comprenant : - une carte à circuit imprimé (12), - un premier bus bar en forme de plaque (30), - une première série d'interrupteurs de puissance (14, 16, 18, 20) comportant chacun une série de broches de connexion (68) qui sont connectées sur la face supérieure (13) de la carte à circuit imprimé (12) et une semelle métallique (67) qui est plaquée contre le bus bar (30), caractérisé en ce que la première série d'interrupteurs de puissance (14, 16, 18, 20) est montée sur le premier bus bar (30), les interrupteurs de puissance (14, 16, 18, 20) étant globalement alignée le long d'un bord longitudinal (35) du premier bus bar (30), en ce que ledit bord longitudinal (35) du premier bus bar (30) est agencé le long d'un premier bord longitudinal (34) de la carte à circuit imprimé (12), et en ce que la portion (42) du premier bus bar (30) sur laquelle sont montés les interrupteurs de puissance (14, 16, 18, 20) est agencée à côté de la carte à circuit imprimé (12). 2. Module (10) selon la revendication précédente caractérisé en ce que le bus bar (30) est agencé globalement dans le même plan que la carte à circuit imprimé (12). 3. Module (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier bus bar (30) comprend des languettes de fixation (72, 74, 76) venue de matière avec le premier bus bar (30), les languettes (72, 74, 76) s'étendant depuis le bord rectiligne (35) du bus bar (30) jusqu'à la face inférieure (15) de la carte à circuit imprimé (12), les languettes (72, 74, 76) étant fixées sur la face inférieure (15) de la carte à circuit imprimée (12). 4. Module (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une seconde série d'interrupteurs de puissance (22, 24, 26, 28) qui est montée sur un second bus bar (32), le second 3052013 9 bus bar (32) et la seconde série d'interrupteurs de puissance (22, 24, 26, 28) étant agencées de manière similaire au premier bus bar (30) et à la première série d'interrupteurs (14, 16, 18, 20), le long d'un autre bord (34) de la carte à circuit imprimé (12). 5 5. Module (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le premier (30) et le second bus bar (32) sont agencés respectivement de part et d'autre de deux bords longitudinaux (34, 36) opposés de la carte à circuit imprimé (12). 10 6. Module (10) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les interrupteurs de puissance (14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28) sont de type composants montés en surface.