Brevet FR3074011A1 — publié le 20190524

L'invention concerne le domaine des modules électriques de puissance. ARRIERE I DE Un module électrique de puissance comporte très des semi-conducteurs le rôle d' s. Les semi-conducteurs sont montés sur un rt ÉlectriqueTent isolant. Le module électrique puissance comprend par exemple un onduleur destin1 à piloter un moteur électrique d'un actionneur électromécariTJ LeH. semi-conducteurs sont eclu.ple des issance 7.ype JFE Le OIt na .r. exempi e cc cuur:he en céramique qui - chacune Je ses faces, une couche de métallisation. Outre l'isolation électrique, le rôle du --..ubstl-at est de réaliser un tr.risIJOl du flux de chaleur é par les semi-cf- '1JCS Un tel module élect7Hdue pu ,a-R_- ,_..omporte eissi ;:laiquement une semelle ou évacue le flu d ché et qciassu-le un maintien mécanique du modulo électrique de p1.7.-7 ce. La semelle est généralement fabriquée en cc ivre oc en aluminium, et est habituellement montée sur un dis, -,1 thermique. orerlent du modulo éleetriguL de pm: ance qénère. des cycles de tempera Lure pouvant étre relativement, sévères. Les cycles tempéra H produisent d'importantes contraintes mé:::a _ 'r Jooe le o:: . :veau des interfaces entre le _Ir__ et les set-, nducteurs. Ces contraintes mécanig.oce et thermie sont à l'origine de multiples n':oècs de défaillare du med..:le élec,____ue de puissance, et tendent à augmenter la probabilité do la survenue d'une panne dans le module électrique de pu ssanc. 35 2 DE L.'INV:-.NTION L'in--n_ion. a pur jet de réduire la 1_,Jobilité de la survenue d'une . dans un module électrique de puissance. RESUME DE L'INVENTV- En vue de la réalisation de cc rpose un module diecorique de puissu:icc compo: .:lasc c.moosants de des supports comprenant chacun au rcons une Dor Tftallique, les portions métalliques ces 10 suspurus formarri un substrat du module au no-ne un support comprenani orien7.ées l'une par 7-7,:onirt -ri cntation supé à 00' chaque composa fixé à deusportions r.ltalliques 15 suppo7ts c±st±flCts en étant positionné entre lesdites deux portions métallioues, le module électrique de puissa=e étant ),.e de sorte que des cou:- élec7reues de puissance pro,Jenant ou à detnation compsants de puissance roulent dans les portic': 20 métalliques des supports. Les supports du module électricue puissance, dans le quels circulent les courants étec-7.rques de puiss, e, s 25 dissip t'ion de chuicur eat alc._r tri-modale ccl oc. Cette rticci lèceTr.enr. eicace. Par puissance rrretr.en une dissipatnn de par coricuLvc cl cii, convex:on ailleurs, le substrat du module électri métallique et ne comporte pas de couche céram ue lisée par les cycles thermiques. opose aussi un actionneur élect.canicue arTt un module électrique P- Tuissanc que ce7u vient d'être et u:: :i.::tcur élec 2ntion sera mieux comprise à la lumière de la des _ qui suit d'un mode de mise en. oeuvre p non limitatif de l'inve uFtVF DESCRIPTIOI, F Il sera fait référence aux dcsslns -flfléF., parmi. le 1 - la figure 1 représe un d'un onduleur d'un module âlccrique de puissance selon 5 l'invention ; la que 2 est une vue en section du cdule électrique de puissance 5con l'invention ; la IIQLILO 3 est une vue de détail de la finnre 2 ; 10 le figure 4 est une vue en section d'une cellule de puissF ce srique du module électrique de puissance selon 'i ven.or. 1 figun'e 5 e.se une vue en :_,,ection du die:: ne puissance selon rinver "i. sur laquelle 15 un capot en plastique est DESCRIPTION DETAILLL L'INVE.TUION En rférer à la figure 1, le él-Lnique de puissFnce selon l'invention 1 emprend des c=posants de puis ormant un onduler 2. 20 L'onduleur 2 appartient à un système électri intégré dans un actionneur électromécanique. Outre e système électrique, l'actionna élactiromécar.ioue comporte un moteur éJeetriq,- t que d'autres E1uéments non repre.t:Lès, et 25 nocemnent un oru_le -'onnement). Le moLeur 3 est alimnté et piloté via l'onduleur 2. Outre l'onduleur 2, le système électrique comporte un circuit de liaison 4 et un module F,ddonnel 5. Le circuit de liaison 4 1 6, un premier compos- _ de leuxierr composant de lininon 8. capacité de 7 et un Le circuit de liaison 4 est connecté à un générateur de puissance, non représenté sur la figure 1, qui p DJuit une enstor d'Flinentation continue positive su.L- un 35 L.Dnduut._: ali:t.en,ten positive 10, et une tension 4 d'alimentation continue nciative sur un conducteur d'al'.mentation négative 11. Le genrateur de rtninoa prodt aussi un courant 'que d'alimentati:Jn Ial qui oircule sur le conducteur d'alimentation positive 10 5 et sur le conducteur d'alimentation négative 11. La capucnLcde liaison 6 est montée en parallèle -Lre le conducteur d'alimentation positive 10 et le ndu.cteur d'alimentation ,ILive 11. Le premier compan_ de liaison 7, représenté par 10 une imoédance, est monté sur le oonduc eur d'alimentation oos. 10. Le de-ixime po:E.ant de lion 8, serté par une anuo, est monté sur le conducteur d'alimentation néga_lve 11. Le module additionnel 5 :"..1)TrPr- 15 classique, un circuit de pilotage 13, un circule surveillance 14, *t. de protection 15 et un circuit de 7=lesure 2- Le circuits di t eoditionnel 5 sont oc utilisés pour pil et d 1f2 itteor 3, et pour surveiller et ur 20 1 le moteur 3. Les composants de puissance de l'onduleur 2 comprennent une cpacité 18 mont:âe en parallèle entï le conducteur d'alimen.7.ation pos va 10 et le c d' nécniri ce 11, ainsi qoc Lro_i ores 25 1. mo7,tés en parallèle et comuren ode or cieux ,,,Insistor 21 de type JFET. Dans un meme bras pont 16, les deux transistors 21 découpent le signa'. de manière altcr:ir- dans uno. même phase de fonctionneme:It lors de l'actionnement u_iel de eur gâchette. 30 Une diode Il ceiL montée entre le drain et la source de chaque Lran 1:or 21. On défnio ainsi un premier bras de pont 16a premier transistor 21a, une première diode 'xiëmr2. transistor 21b, une 35 ut OLC ta de pont 16b cor pre.: 1 transistor .1c, une troisièm diode 22c, un qu rième Lransistor 2d, une qua_rième diode 22d, et un t isième bras .À:"enant un cinquième transistor 21e, une cinquième diode 21e, un sixième transistor 21f, une 5 sixième diode 22f. Un premier point milieu Pl est sit - le - bras de pont 16e entre le premier .transisr.or lia et le deuxième transistor 21b. Un doux point cu P2 rLué sur le deuxième bras de pont 16b cotre le trolcr ène 10 transistor 21c et le quatrième transi.stor 21d. Un 'ème point milieu P3 situé su- Ic__cr2.1.':eme bras de pont 16c erore le _ transistor 21e et le sixième :ans-Le pre7 court milieu r, est relié à une premY--- 15 piToac Phl ilu moteur 3, le deuxième point milieu P2 re à une deuxième phase Ph2 du moteur 3, et le troi milieu 13 est relié à u roisie= ohase Ph3 m_ Les grilles aus transi stars 21 sont reliées au 20 crircuit de pilotage 13 du module additionnel 5. Le cir uit de pilotage 13 génère des courants électriques de commande Ic sous des tensions électriques de commande Vc sr:ruiquées sur lcs grilles des transistors pour piloter le: tr :siators 21 et donc le moL- r 3. 25 Les premier transistor lia, du troisième transistor 71c et du cinquième transistor 2.e sont reliés au conducteur d'alimentation positive 10. Les sources du deuxième transistor 21b, lu quatrième tranori sono 21d et du. si Le tranriistor sont reliées 30 au conducteur d'alimentar-n négat:ve 11. Les sources du premier trarE:is. du troisième transistor 21c et du cinquième transis:-.or 21e sc reliée:73 respectvement au drain du deuyieT- transistor 21h, , quatrième trous stor 21d cc au drr. hi 35 sixième transi tor 21f. 6 nier courant de phase Ipl, u,:...ination de la prenL_nrc ruse Phl du rioteur 3, _ prit par le prene. bras de pont :Ca. Un deuxièrie courant de rnase Ip2, à destination de le ncuxième phase Ph2 du moecur est prc.iit par le bras de p---st 16h. Un troisiHJie :n ara de phase Ip3, à dest nanion clé la troisie7 2h3 du moteur 1, est T D :_er le tro siemeeas de pont 16c. Le pro:iller courant de phase Ipl, le deuxième courant 10 phase ipi et le troisième courant de Ip3 sen: rants de sortie alternatifs de l'onduleur 2, qui ent le moteur 3. En référence à la figure 2, le module électri issance 1 coTporte des pports 3 ce:: portent 15 sauts de p ance de l'onduleur 2. Les uperts 30 sort assemblés entre eux de némière à c.e lue le module il e puissance . ré ente une -,::rfeure gé éraie Luhelaire de cton circulaire e longitudinal un axe h. 20 Les suprerne 30 comprennent ici un premier senenort 30a, un deuxième support 3Ub, un troisièrrc s.._:pp IL 30c, un quatrième rt 30d, un et un sixième supporl-_ 30f. La figure ueJ:: vue en sent :..on du modi selon un rien parallèle à l'axe X. 25 électrioue et ce:T. cnant l'axe X. Dans la vue de la figurc 2, le premier support 30a o-ne d'un T. Le ?mier F.uport 30a comporte une portion métallique 31 et une deem 30 per_ - que 32. orientée l'une par repue: à l'iiu d'un le d'orientation supérieur à 0°. Ici, la première pornon métallique 31 et la deuxième portion métallique sont orthogonales entre clles. Le deixi lets suppor7. ICI,le trcisi.us support 30c et 35 le qua support 303 présentent la forme d'un 7 droit. Le deu. me sirororo 30b, le troisième support 30c le quatr±eme si:p-perr 30d col- -,rtent :1-ia.cur. Lyre première portion métallique 31 et une de xiè-me ion métallique 32 orientées l'une par rapport aLL d'un -Ir le d'orientation supérieur à 0°. la première portion métallique 31 et la deuxième por7'on métallique 32 sont cl:thogonales'antre elles. ojlLJn sunpnt 30e présente la forme d'un et comperLc une première portion métallique 31, une deu7=__ 10 portion métallique 32 et une troisième portion métallique 33. La deuxième portion métalliqac. 32 du cinquième t 30e, la première portion méLailjque . troisième portion métallique 33 du -c;:.ncflJ.ièine supper 15 sort orientées l'une par rapport à l' ur_re d'un uig d'orientation supérieur à r° En l'ccc: deuxième portion tliquu 32 du cinquième support 30e. L-4nàle à la p. [.1 re portion =-Hique 31 trcysiene poleion 20 mer.al-Lique 33 du cinquièmesupper-1 30e. Le sixième support 30i présente une forme rectiligne et comporte une première portion métallique 31. Les premières portions métalliques 31 des 30 son. parallèles uLr elles et à I 'axe X. 25 cuxièies rs métalliques 32 c orts 30 sont pur __Lnles entre elles et sont orthogonales à l'axe X. ion entre elles ces perrers métalliques nt ici :::2àusée au moment de la obriration du module 30 éuectrlqo le puissance. Cette orientation porc:;: d'optim 2gration du module électrique de puissance dans un boîtier ou dans un environnement queleoncre. On peut en pa ' .qier orienterJans l'espace les 35 aux s -t d mch:ule éTectrique et, notamme-t, aux connecteurs d'entrée et aux c :t:cLEcrs de sortie situées sur les portions métallique: Le E-renier transistor 21a et la première d «scie 22a sont tous deux fixés à la deuxième parti n métallique 32 5 du premier support 30a et à la deir.cième portion méta_ ue 32 du deuxième sqpporL 3Cc en étant positionnés entre lesdites deuxième métall Une face du premier transistor 21a et une face de la 10 cremière diode 22a sont fixé. , par frittage d'un rat ciao ' frittage comprenant uns poudre d'argent à la norrion métallique 32 «su n-en _ 3a. premier support 30a est sicisi connecLe _t au drain du premier trasls 21a et 2 la 15 catis ra isos do la première diode 22a. tJliO outre face du premier ansit.or 2'a et une - la première é ode fixec matériau de fr- age, tzici métallique 32 lu deuxième F.uppc,rt 30b. :70 Le deuxième support 30b est ainsi connecté électriquemen-, à une source du premier transistor 21e et à une anode de la première diode 22a. L su --uxieme transistor 22e et la deuième diode 22h ce la crème manru aux cieuy du pr) 25 métalliques 32 du deuxième support 30b -leme support Le deuxième support 30b est ainsi connecté électri i=1.1L à une sou-ce du deuxième ransis. 21b et à sene a7oce de la deunLème diode Le troisième 30 2J0 est ainsi connecté électri à ut du , 21b et à une deux cme dole 22 Le quatrième transi et la cl À la mi.mc deuxlài:ss p rosions 35 s: LoWlicues 32 du troisième ,42prt 3C;(- et quatrième 9 sunport 30d. Le troislè:Lo s=ort 30e est ainsi connecté électriquement à un drain du quatrième risisor 21d et à une cathode de la quatrième diode 22d. la quatrième :ucrt 30d est ainsi connecl_ éle une :JLJ. du quatrième transistoe 2ld et à uie cade de la ri lia cii car r Id. Le tros..Te transistor 21c et la t asceme diode 22c sont. fixes de la 'âme manière aux deuxièmes portions 10 métalliques 32 du quatri uppo-t lOci et du cinquième suo= e quatrième support 301 est ainsi connecté etriquement à unc source du troisième t or 21c à une anode de la troisième cinquième 15 support 30e est ainsi concocté électriquement à un drain du, t:10-1 cmo rarsistor 21c et à une cathode de la 'iième diode Le sahèm -:sistor 2 t la simiën e sont flm de la ir.ême TIT:n iàre aux deuxiè:rcs poche. 20 métall .:Lues 32 du troisième support 30c et du sixième suppe troisième su'000rt est ainsi concocté ucmcnt à un dosin du =,iYieme trai isLoc 21f et à nude de la sixième 3iicle 22f. Le sixièTe support 25 30f est ainsi connecté éleoLiejccc.ant à une source du sixième transistor 21f et à une anode de la sixième diode 21f. Le 2e sont 30 metalliqe cc trama: 21e et la cinquième és de la mime ma::ière aux deuxièmes p)( 32 du C1T support 30e et du sixeme cinquième supaort 30e est iris connecté élect enent à un. drai:1 cinquième tran.7: :or 21e et à esath'7; e de la _ n(llene diode 22e. Le sixième 35 t 30i est ainsi connec électriquement à une 10 source du c..ncuième 21e et à une anod e 22e. Les finins des transistors 21 et des diodes 22, c'est à. dire la métallisation de leurs contacts, peuvent 5 comporter tout mater u métallique, et n-:.tamment les matéri-Jx suivants : 7.cr, Au, Fd, Al, Cu, Ni, Des courat électriques puissance, proyer à desti7latin des transistor 21, dirrlent dccci _es portions métalliques 32 des supports 30. 10 Les courants électriques de puissance comrrrnrec.t le courant u -e d'alimentation Ial, 1 _ courant de pHrselrc1, le dcuxltme courant d Ip2 et le trci.tèmE: e curant de Ip3. LI 2.1U suppc:rc 30a est relié auLeur 15 d'alimeritaleci positive 10, et le courant d'alimentation Ial circule dans la première portion eellique 31 et dr la deuxième portion métallique: 32 dJ :,upport 20a. Le drain. du pr=ier trarF,', /la et = athcde la premiere dicte 22a sort donc portés à la tenci en 20 d'aliieuLation contirue positive. Le cinquième support 30e est relié au conducteur d'alimentation positive 10, et le cirant d'arnentation Ial circule dans la prerYere port:on méLalliue 31 et dans la deuxième portion métalllcue 32 du c ncruième 25 su'orJort e. Le drain du troisième Lransistor 21c et du ène transistor 21e, et la cathode de la troisième dicte 22e et de la cinquième diode 22e, sont donc portés à la tensIon d'alimenon continue positive. 30c est relié au conJucteur , et le courant d'aliication 30 d'aliment ion nejt Ial circule dans .Is prenlière portion métallique 31 et dans deuxième portion métallique 32 du troisième suc:port 30c. Ie.E, sources du deicrième transi quatritrn..e transistor 21d et du 1,ieme transl 35 les ancJe - de la deuxième dIcte 22b, de la 11 di 1 et de la e diode 22f cs donc portées à la tens:.on d'alimentation continue r. Lepremier courant de phase Ipl, courant de phase Ip2 et le troisième courant to phase Ip3 circulent resp '1:vement. dans le deuxième support 30b, le quatrième support 30d et le si '-dème 30f, à :inatioo respec-iveTeht de. la premier phase Phi, de phase Ph2 Pt dc la troiseme s ise Ph3 du moteur 3. 10 Le deuxième support 30b, le quatrième supoort 30d et le ixième support 30f sont recourts moins parlsllement de céramique fei- nétique 4. La cérarlique ferromagigue 34 tc)r:re, suc ces supports, des filtres de à haute fréquence. La céramique 15 ferrorr. tique ,_ appliquée par la technique de la - , élément conducteur et la perL. n mlai1..oue 32, on ive une piste 35 et une coco 39 La ccuuin isolante 39 isole la piste 35 la. portion métallique 32 du support 30 sur laquelle circule le de puissance (courant d'alimentation ou courant 10 de 35 ccp.e.te ici un _au c -1,.1c7.eur -:csprean de l'arnt et un nyée. Le maté .n: ] e t dispersé dans un liant hiable. -a couche isolante h D comporte ici un matériau _ 15 isolant inorganique de type fritte de verre. Le matériau isolant inorganique est disperse lens un liant g.:.: hiable. module électrique de puissance 1 permet une _on de chaleur via un transfert d'érerie 20 is rui irn:les tran ..Etcus 21 au travers du ostrat constitué par les supports 30. La dissipation de chaleur est une dissipation trimedale simultanée, par conduction, convexion et radiati La diss 1- _tion de chai--, peut être 25 r -able, en utilisant un élément conO,u Leur thnr:nie pour fabriquer les suppctc 30, dont les urs favorisent une bonne émissivité. On utilisera ,age,....semen._ la technnque de « fabrication ,a, REVENDICATIONS1. Module électrique de puissance ccmpc.rtant des oasuaaants de puissance (21, 22) et des supports (30) comprené:7747 chai= au moins une portion métallique (31 ; 32), portions métalr(7ues des supports formant un substr, mol:Lle 1ectriqr.e de puissance , au moins un s-Ippo (30a, 3Db, 30c, 30d, 30e) comprenant deux partir' métalliques orientées l'une par rapport à l'auLre un angle d'orientation supérieur à 0°, chaque comp -art de puissance étant fixé à cIea 1 7toru:: mé.7.- les de d,i'.a:/ su000-::ts di5;t1arts en étant po':J__ _o,':' Lntre insultes deux portions ues, le puissance étant agencé rte que nias couLints iques de puissance L ou à des LuiS.. ion des composants les portions métalliques des ance enculent dans 2. Module électrique de puissance selon la 20 ,-:-2.vendication 1, dars lequel les deux portions métalliques orientées sont orthogonales entre elles. 3. Module électrique de puissance selon la .eudieuLion 1, dans lequel les deux portions 25 métalliques orientées sont agencées de sorte que l'angle d'orienta peut être réglé au moment de tégration du module e_ectriqJ, de puissance dans un 4. Module électrique de puissance selon la 30 revendication 1, dans lequel les composants de puissance :LDrenncnt des composants pilote:Les (21), la medule an de puissance comprenant én plecac-3 les niai circulent des courants 1c) à destination dan compossnLs pilotahl 35 piste étant positi, entre toux portion de deux supports distincts, casque piste etant ira 18 d'une porion métallique (32) d'un support (30) par une co- _ isolante (39). 5. élect _ de puisane selco la 5 revendicuL_ci 4, dans lequel au moins l'une des pistes (3\ comporte un TE:tériau conducteur comprenant de gcc ._ un xvcie., le matériau conducteur étant disp:rcé dans un lien= sérigraphiable. 10 6. Module électrique de puissanci selon la endiction 4, dccc lequel au moins l'une des antes (39) comporte un matériau isolani inorar de 7.ype iitte de verre, le matériau c inorg étant c dans un liant sérigra' 15 7. Module électrique de puiaa.nce selon la reveaidicaLion 1, dans lequel une fauc chegoe composant de pui. 5rce (21, 22) est fixée à une rtion métallique d'un support par frinaue. G. Vodule ectrique de puissance selon la revendtcatiac 1, d.,7:s lequel les bupperts sont partiellement recouverts de céramique ferr=a igue (34) formant des filtres passe-bas. 9. Module électrique Je p_uss re'vendication 1, dans equel 1ccsupp-cLs J71 cucul (51) à l'intérieur du mcdi _que de puissance, le module électrique de puissance étant agencé sorte qu'un f'uide circule dans le recel (51) pour 7oidir le 7. el=Lrique de puissance. 1G. Yodule nr.c.rique de puissance se'on la revendlc comprenant en outrc un canot (50) 35 _ _est:-- _ qui défi:ric acesle canal, le écaco fixe o des supports. 25 30 19 11. dule élcr 1w de puismce selon la reven 1, 3:D) lequel les sup7.-ts et utilisent une technique de 12. Module électrique de puissance selon la reondica 1cc 1, dans lequel ceu car uuy de ret -2i nco::L sont définis à l'in s.Jppd,__s 10 13. rc-,Jule de puis. selon la revendia .1-1 1, comprenant au moins trois supports (30). 14. Module électrique de puissance selon la 15 revendication 1, dans lequel une épaisseur Es d'un s-Jnno-ct (30) est telle que : 5.E