Brevet FR3096196A1 — publié le 20201120

Description Titre de l'invention : Ensemble comprenant une carte définissant un convertisseur de tension [0001] La présente invention concerne un ensemble comprenant une carte définissant un convertisseur de tension. [0002] Le convertisseur de tension est par exemple un convertisseur de tension continue/ continue, ou encore un onduleur/redresseur. Un tel convertisseur est par exemple intégré au circuit électrique d'alimentation d'un moteur de propulsion d'un véhicule électrique ou d'un altemo/démarreur d'un véhicule hybride. Un tel convertisseur de tension met classiquement en oeuvre des transistors. Les nouvelles technologies de transistors à hase de nitrure de gallium (GaN) ou à base de carbure de silicium (SiC) atteignent des performances en termes de vitesse de commutation bien plus élevées que les technologies précédentes, ce qui en cas de découpage de fortes puissances, peut générer des surtensions et des perturbations CEM. [0003] Il est connu, pour remédier à ces perturbations CEM d'avoir recours à un circuit de filtrage de mode commun. En version passive, un circuit de filtrage de mode commun usuel met en oeuvre des bobines et des condensateurs. L'intégration dans un environnement contraint et le surcoût induit par un tel circuit de filtrage en version passive est un obstacle à son utilisation. [0004] En version active, il est connu de rajouter un enroulement dans l'inductance de mode commun, cet enroulement permettant l'injection d'un courant opposé au courant estimé ou mesuré de mode commun. La réalisation et la commande d'un tel enroulement peuvent cependant s'avérer complexes. [0005] Il existe un besoin pour remédier à tout ou partie des inconvénients précités. [0006] L'invention a pour objet de répondre à cc besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, à l'aide d'un ensemble, comprenant : [0007] - un support, notamment métallique, [0008] - une carte portant des composants électroniques de manière à définir un convertisseur de tension, la carte portant au moins deux interrupteurs électroniques disposés électriquement en série de manière à former un bras de commutation et à définir entre eux un point milieu, et [0009] - un écran métallique, interposé physiquement entre le support et au moins un conducteur électrique de la carte qui est au potentiel du point milieu, [0010] l'ensemble comprenant un circuit de filtrage de mode de commun actif générant, sur la base du potentiel du point milieu, une tension corrective appliquée entre l'écran et une pièce de l'ensemble, cette pièce étant notamment le support ou la terre. 2 [0011] Dans le cas où le convertisseur de tension comprend un unique bras de commutation, le circuit de filtrage de mode commun actif peut générer la tension corrective sur la hase de la tension entre le point milieu et la masse par rapport à laquelle le potentiel de ce point milieu est référencé. [0012] L'invention propose un circuit de filtrage de mode commun actif ne nécessitant pas l'ajout d'un enroulement dans l'inductance de mode commun. Selon l'invention, un écran conducteur est interposé entre la source de tension commutée, c'est-à-dire le point milieu entre les deux interrupteurs électroniques en série du bras de commutation, et la masse par rapport à laquelle le potentiel du point milieu est référencé.. La tension corrective générée par le circuit de filtrage de mode commun actif selon l'invention peut être l'opposée de la tension entre le point milieu et la masse par rapport à laquelle le potentiel de ce point milieu est référencé, ou être égale à au moins 20% de l'opposée de cette tension. Lorsque la tension corrective est l'opposée de la tension entre le point milieu et la masse référençant le potentiel de ce point milieu, la tension de la capacité de mode commun entre le support et la terre peut être nulle. [0013] Le support peut appartenir à un boîtier cncapsulant en tout ou partie le convertisseur de tension. Ce boîtier peut être métallique ou non, ou encore au moins en partie métallique. [0014] Chaque interrupteur électronique du bras de commutation est par exemple un in- terrupteur commandable. Il s'agit notamment d'un transistor MOS qui peut être réalisé en nitrure de gallium (GaN) ou en carbure de silicium (SiC) ou en silicium. [0015] L'écran, notamment lorsqu'il est métallique, est par exemple formé par une plaque. [0016] L'écran peut être disposé entre deux faces parallèles entre elles appartenant respec- tivement à la carte et au support. Dans un tel cas : [0017] - un isolant électrique, et notamment conducteur thermique, peut être interposé entre la carte et l'écran et/ou [0018] - un isolant électrique, et notamment conducteur thermique, peut être interposé entre l'écran et le support. [0019] Le cas échéant, d'autres couches intermédiaires électriquement conductrices ou non, et/ou du vide peuvent être interposés entre la carte et l'écran. [0020] La carte est par exemple une carte de circuit imprimé. [0021] Le cas échéant, d'autres couches intermédiaires électriquement conductrices ou non, et/ou du vide peuvent être interposés entre l'écran et le support. [0022] Dans tout ce qui précède, l'écran peut être porté par le support, et la carte peut être portée par l'écran. Cette fonction de support fournie par l'écran pour la carte peut correspondre : [0023] - à un simple empilement au sens de la gravité, le cas échéant avec l'isolant électrique précité interposé, ou 3 [0024] - à un maintien via des moyens de fixation, par exemple des vis. [0025] La fonction de support fournie par le support pour l'écran peut si milairement cor- respondre à un simple empilement au sens de la gravité ou à un maintien via des moyens de fixation. [0026] Dans ce cas, l'écran est ainsi non seulement physiquement interposé entre le support et la carte, niais également fonctionnellement interposé entre ce support et cette carte. [0027] En variante, dans tout ce qui précède, la carte peut être portée par le support, le cas échéant via un ou plusieurs isolants électriques, sans participation de l'écran mais l'écran est physiquement interposé entre la carte et le support. [0028] Dans tout ce qui précède, le circuit de filtrage de mode commun actif peut être en tout ou partie porté par la carte, étant alors au moins en partie déporté par rapport à l'écran. [0029] Dans tout ce qui précède, le circuit de filtrage de mode commun actif peut comprendre un amplificateur recevant en entrée un signal représentatif du potentiel du point milieu, notamment représentatif de la tension entre le point milieu et la masse référençant le potentiel de ce point milieu. Cet amplificateur est par exemple un amplificateur opérationnel ou un amplificateur de type push-pull. [0030] Dans ce dernier cas, le circuit de filtrage de mode commun actif peut comprendre un filtre passe-bande appliqué au potentiel du point milieu, notamment à la tension entre le point milieu et la masse référençant le potentiel de ce point milieu, de manière à générer le signal représentatif. L'intérêt de ce filtre passe-bande est d'une part de bloquer les composantes continues qui pourraient causer des court-circuits, et d'autre part de réduire les bruits haute fréquence. Ce filtre passe-bande a par exemple une bande passante comprise entre 10kHz et lOGHz. [0031] Lorsque le circuit de filtrage de mode commun actif comprend un amplificateur, il peut encore comprendre un condensateur disposé en série avec la sortie de l'amplificateur. Ce condensateur permet de bloquer la tension continue de mode commun, permettant ainsi à l'amplificateur d'imposer une tension sur sa charge, que cette charge soit flottante ou non. [0032] Dans tout ce qui précède, la carte peut porter suffisamment d'interrupteurs élec- troniques pour définir plusieurs bras de commutation, par exemple deux, trois, quatre, cinq ou six bras de commutation, chaque bras de commutation ayant un point milieu défini entre les deux interrupteurs électroniques de ce bras, et l'écran peut être interposé entre le support et chaque conducteur électrique qui est au potentiel d'un point milieu d'un bras de commutation. Dans ce cas, le circuit de filtrage de mode commun actif peut générer la tension corrective sur la base de la somme des potentiels des points milieux de chaque bras de commutation. Le circuit de filtrage de mode commun actif reçoit par exemple en entrée la somme des tensions entre chaque point milieu respectif et la masse commune référençant les potentiels de ces points milieux. [0033] Dans un cas à deux bras de commutation : [0034] - la tension entre le point milieu du premier bras de commutation et la masse ré- férençant le potentiel de ce point milieu, et [0035] - la tension entre le point milieu du deuxième bras de commutation et ladite masse qui référence également le potentiel de cc dernier point milieu [0036] sont par exemple sommées et appliquées au circuit de filtrage de mode commun actif. [0037] L'écran est par exemple uniquement interposé physiquement entre le ou les conducteurs au potentiel d'un point milieu et le support. [0038] En variante, l'écran peut être interposé physiquement entre le support et toute la carte. Dans ce dernier cas, l'écran est non seulement interposé entre le ou les conducteurs de la carte dont le potentiel est celui d'un point milieu et le support,mais également entre ce support et le reste de la carte. [0039] Dans tout cc qui précède, le convertisseur de tension peut former un convertisseur de tension continue/continue 48V/12V, comprenant une première entrée en tension continue à 48V dont la tension est découpée par le bras de commutation. La sortie en tension continue de cc convertisseur est par exemple à une tension de 12V. Un tel convertisseur de tension est par exemple intégré à un véhicule hybride intégrant un alterne-démarreur alimenté par une source de stockage d'unité électrique dont la tension nominale est de 48V. En variante, il peut s'agir d'un convertisseur de tension continue/continue avec une des tensions de 12V et l'autre supérieure à 60V. [0040] D'autres applications sont possibles, par exemple avec un convertisseur de tension formant un onduleur. [0041] Dans tout ce qui précède, et notamment lorsque la carte est une carte de circuit imprimé, le ou les conducteurs électriques qui sont au potentiel d'un point milieu d'un bras de commutation peuvent être des pistes électriques. [0042] Dans tout ce qui précède, tout ou partie des composants électroniques du convertisseur de tension peuvent être portés par une face de la carte qui est tournée vers l'écran. [0043] Dans tout ce qui précède, le conducteur électrique, notamment la piste électrique, ou tout ou partie des conducteurs électriques, notamment des pistes électriques, au potentiel d'un point milieu d'un bras de commutation peu(vent) être porté(s) par une face de la carte qui est tournée vers l'écran. [0044] Dans tout ce qui précède, le circuit de filtrage de mode commun actif de l'invention peut être combiné avec un circuit de filtrage de mode commun passif, ce dernier étant formé par un ou plusieurs condensateurs, et par une ou plusieurs bobines. Ce filtre de mode commun passif est alors appliqué entre le support et chaque potentiel continu de sortie, ou entre la terre et chaque potentiel continu de sortie, dans le cas d'un convertisseur de tension continue/continue. [0045] L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple non limitatif de mise en oeuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel : [0046] [fig.1] représente de façon schématique un ensemble avec carte, écran et support selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, [0047] [fig.2] représente de façon schématique le schéma électrique équivalent de celui de [Fig.1]. [0048] On a représenté sur la figure 1 un ensemble selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention. Cet ensemble comprend un support 1 qui est ici un support métallique, par exemple réalisé en aluminium. [0049] Cc support 1 n'est pas relié à la terre. Du fait de cette différence de potentiel, une capacité parasite de mode commun existe entre le support 1 et la terre 2. Lc support métallique 1 a ici une forme de U, appartenant à un boîtier qui peut encapsuler la carte 3 qui fait également partie de l'ensemble. La carte 3 est ici une carte de circuit imprimé. [0050] De façon connue, cette carte de circuit imprimé 3 se présente sous la forme d'une plaque s'étendant entre deux faces parallèles 5. L'une de ces faces 5, qui est ici la face tournée vers un écran 8 qui sera décrit ultérieurement, porte des composants électroniques formant tout ou partie d'un convertisseur de tension. Le convertisseur de tension est dans l'exemple considéré un convertisseur de tension continue/continue, découpant une tension de 48V en une tension de 12V. L'invention n'est cependant limitée ni à ces valeurs pour un convertisseur de tension continue/continue, ni à ce type de convertisseur, s'appliquant par exemple à un onduleur/redresseur. [0051] La face 5 tournée vers l'écran porte des pistes électriques 10. La carte de circuit imprimé 3 porte des interrupteurs électroniques de manière à définir un ou plusieurs bras de commutation. Chaque bras de commutation est ici formé par deux interrupteurs électroniques montés en série, et définissant entre eux un point milieu Tous ces bras de commutation sont ici montés en parallèle d'une entrée en tension continue, qui est à 48V dans l'exemple considéré. Chaque interrupteur électronique des bras de commutation est par exemple un interrupteur commandable. Il s'agit notamment d'un transistor MOS qui peut être réalisé en nitrure de gallium (GaN), en carbure de silicium (SiC) ou en silicium. [0052] Certaines des pistes électriques 10 ont pour potentiel électrique celui d'un point milieu d'un bras de commutation. [0053] Dans l'exemple considéré, l'écran 8 est interposé physiquement entre la face 5 de la carte de circuit imprimé qui porte les pistes électriques au potentiel électrique d'un 6 point milieu et le support métallique 1. Plus précisément l'écran métallique 8 est ici disposé entre deux faces parallèles entre elles appartenant respectivement à la carte de circuit imprimé 3, à savoir la face 5 précitée, et au support 1 métallique. [0054] Dans l'exemple considéré, cette interposition physique s'accompagne d'une fonction de support jouée par le support métallique 1 vis-à-vis de l'écran 8 et de l'écran 8 vis-à-vis de la carte de circuit imprimé 3. [0055] On observe en effet sur la figure 1 que l'écran 8 repose sur le fond du support mé- tallique 1 via une couche 11 d'un isolant électrique et conducteur thermique. On observe similairement sur cette figure que la face 5 de la carte de circuit imprimé 3 tournée vers l'écran 8 repose sur cet écran via une couche 12 d'un isolant électrique et conducteur thermique, qui peut ou non être de même nature que la couche 11. [0056] Comme on peut le voir sur la figure 1, l'écran 8 est ici physiquement interposé entre les pistes électriques 10 qui sont au potentiel d'un point milieu d'un bras de commutation, et le support métallique 1. [0057] Les capacités parasites de mode commun existant ont été représentées, à savoir C cmé'a' et Co correspondant respectivement à la capacité entre la carte de circuit imprimé 3 et l'écran 8, et la capacité entre l'écran 8 et le support métallique 1. [0058] Un circuit de filtrage de mode commun actif 20 est prévu. Ce circuit de filtrage actif 20 reçoit en entrée dans l'exemple considéré la tension entre le point milieu et la masse par rapport à laquelle le potentiel de ce point milieu est référencé. Dans le cas d'un convertisseur avec plusieurs bras de commutation, l'entrée du circuit de filtrage de mode commun actif peut correspondre à la somme, sur l'ensemble des bras de commutation, des tensions entre un point milieu et la masse commune qui référence les potentiels des points milieux. [0059] Le circuit de filtrage actif 20 comprend dans l'exemple décrit un filtre passe-bande 21 qui reçoit en entrée la tension entre le point milieu et la masse référençant ce dernier, de manière à générer en sortie un signal d'entrée pour un amplificateur 22 qui est ici un amplificateur opérationnel. En sortie de cet amplificateur 22 est prévu un condensateur 23 permettant de filtrer la tension continue de mode commun. Dans l'exemple considéré, le filtre passe-bande 21, l'amplificateur 22 et le condensateur 23 sont portés par la carte de circuit imprimé 3, la sortie du circuit de filtrage actif 20 étant reliée à l'écran par l'intermédiaire d'un fil 24. [0060] La sortie du condensateur 23 correspond ici à la sortie du circuit de filtrage de mode commun actif 20 et cette sortie permet dans l'exemple considéré l'application entre l'écran 8 et le support métallique 1 d'une tension compensant la tension de mode commun existant entre le point milieu et la masse référençant ce dernier. On constate sur la figure 2 qu'un circuit de filtrage de mode commun passif 25 peut également être utilisé en combinaison avec le circuit de filtrage 20 qui vient d'être décrit. Ce circuit de 7 filtrage de mode commun passif 25 est ici monté entre le potentiel à 48V du convertisseur de tension, le potentiel à 12V du convertisseur de tension, et le support métallique 1. [0061] Le support 1 peut ne pas être métallique, étant par exemple en plastique. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Ensemble, comprenant : - un support (1), - une carte (3) portant des composants électroniques de manière à définir un convertisseur de tension, la carte (3) portant au moins deux interrupteurs électroniques disposés électriquement en série de manière à former un bras de commutation et à définir entre eux un point milieu, et - un écran métallique (8), interposé physiquement entre le support (1) et au moins un conducteur électrique (10) de la carte (3) qui est au potentiel du point milieu, l'ensemble comprenant un circuit de filtrage de mode de commun actif (20) générant, sur la base du potentiel du point milieu, une tension con-ective appliquée entre l'écran (8) et une pièce de l'ensemble, cette pièce étant notamment le support (1). [Revendication 2] Ensemble selon la revendication 1, chaque interrupteur électronique du bras de commutation étant un interrupteur commandable. [Revendication 3] Ensemble selon la revendication 1 ou 2, l'écran métallique (8) étant disposé entre deux faces parallèles entre elles appartenant respectivement à la carte (3) et au support (1). [Revendication 4] Ensemble selon la revendication 3, un isolant électrique, et notamment conducteur thermique, (12) étant interposé entre la carte (3) et l'écran (8) et/ou un isolant électrique, et notamment conducteur thermique, (11) étant interposé entre l'écran (8) et le support (1). [Revendication 5] Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'écran (8) étant porté par le support (1), et la carte (3) étant portée par l'écran (8). [Revendication 6] Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, le circuit de filtrage de mode commun actif (20) comprenant un amplificateur (22) recevant en entrée un signal représentatif du potentiel du point milieu [Revendication 7] Ensemble selon la revendication 6, le circuit de filtrage de mode commun actif (20) comprenant un filtre passe-bande (21) appliqué au potentiel du point milieu, de manière à générer le signal représentatif dudit potentiel. 9 [Revendication 8] Ensemble selon la revendication 6 ou 7, le circuit de filtrage de mode commun actif (20) comprenant un condensateur (23) disposé en série avec la sortie de l'amplificateur (22). [Revendication 9] Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'écran (8) étant interposé physiquement entre le support (1) et toute la carte. [Revendication 10] Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, le conducteur électrique (10) au potentiel d'un point milieu d'un bras de commutation étant porté par une face (5) de la carte (3) qui est tournée vers l'écran (8). [Revendication 11] Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, le convertisseur de tension formant un convertisseur de tension continue/continue 48/12V, comprenant une première entrée en tension continue à 48V dont la tension est découpée par le bras de commutation.