Brevet FR3123107A1 — publié le 20221125

L’invention proposée permet de réaliser un module lumineux compact pour un véhicule automobile, dans lequel le l’empreinte spatiale du circuit convertisseur alimentant une source lumineuse est fortement réduite par rapport à des solutions connues. En accord avec des modes de réalisation préférés, la compatibilité électromagnétique du module par rapport à des circuit électroniques externes est augmentée par rapport à des solutions connues. (Fig. 1)) Module lumineux à circuit convertisseur compact Cette invention est liée au domaine des systèmes d'éclairage de véhicules automobiles, et en particulier elle concerne de tels systèmes utilisant des sources lumineuses alimentées en électricité par un circuit convertisseur. Une diode électroluminescente, LED, est un composant électronique semi-conducteur capable d’émettre de la lumière d’une longueur d’onde prédéterminée lorsqu’une tension électrique au moins égale à une valeur seuil est appliquée à ses terminaux. Au-delà de cette valeur seuil appelée tension directe, l’intensité du flux lumineux émis par une LED augmente en général avec l’intensité moyenne du courant électrique d’alimentation. Leur petite taille et leur faible consommation en électricité rendent les composants LED intéressants dans le domaine des modules lumineux pour véhicules automobiles. Des sources lumineuses de type LED peuvent par exemple être utilisées pour réaliser des signatures optiques distinctives en plaçant les composants le long de contours prédéterminés. En utilisant des composants LED, la réalisation de feux à fonctions lumineuses multiples est également facilitée. Il est également connu d’utiliser des sources lumineuses pixellisées de différents types de technologies pour projeter ces faisceaux lumineux à partir de données d’image. Il s’agit par exemple de la technologie monolithique, suivant laquelle une pluralité importante de sources élémentaires de type diode électroluminescente, LED, équivalentes à des pixels, sont gravées dans un substrat semi-conducteur commun. Le substrat peut en outre comprendre des composants électroniques embarqués, tels que des circuits interrupteurs ou autres. Des sources lumineuses pixellisées peuvent être utilisées pour réaliser des fonctions « feux de route » (HB, « High Beam »), ou des fonctions complexes telles que l’ADB (« Adaptive Driving Beam ») ou autres. Afin de garantir une alimentation électrique adaptée pour les sources lumineuses réalisant une fonction lumineuse donnée d’un véhicule automobile, il est connu d’utiliser un circuit de pilotage comprenant un convertisseur à découpage Typiquement, le rapport cyclique de l’interrupteur de découpage est déterminé en fonction d’une valeur de consigne de courant à fournir pour la réalisation de la fonction lumineuse, et d’une valeur de retour issue d’une boucle d’asservissement, la valeur de retour représentant l’intensité du courant réellement fourni par le convertisseur aux sources. Pour l’alimentation en électricité d’une source lumineuse pilotée en tension, il est important de garantir un niveau de tension électrique sensiblement constant au fil du temps. Cette fonction peut également être garantie en utilisant in circuit convertisseur à découpage. A fréquence de découpage élevée, de tels circuits convertisseurs peuvent donner lieu à des incompatibilités électromagnétiques avec d’autres modules électroniques faisant partie d’un système lumineux pour un véhicule automobile. Les circuits convertisseurs ont généralement une empreinte spatiale importante et représentent des sources de chaleur lors de leur fonctionnement au sein d’un système réalisé dans un volume restreint. L’invention a pour objectif de pallier à au moins un des problèmes posés par l’art antérieur. En accord avec un premier aspect de l’invention, un module lumineux pour un véhicule automobile est proposé. Le module comprend un une source lumineuse et un circuit imprimé supportant un circuit convertisseur destiné à alimenter la source lumineuse en électricité. Le circuit convertisseur comprend au moins un composant électronique de puissance. Il est remarquable en ce qu’une première face du circuit imprimé abrite une première partie du circuit convertisseur, une deuxième face du circuit imprimé abrite une deuxième partie du circuit convertisseur, et en ce que ledit au moins un composant électronique de puissance est intégré dans le substrat du circuit imprimé. De préférence, la première partie du circuit convertisseur peut comprendre des composants électroniques passifs. De préférence, la première partie peut comprendre tous les composants électroniques passifs du circuit convertisseurs. Il peut de préférence s’agir de résistances et de capacités. La deuxième partie du circuit convertisseur peut préférentiellement comprendre une inductance. De préférence, la deuxième partie du circuit convertisseur peut comprendre toutes les inductances du circuit convertisseur. Les première et deuxième parties du circuit convertisseur, ainsi que l’au moins un composant électronique de puissance peuvent préférentiellement être alignés sur un axe perpendiculaire à la première et à la deuxième face du circuit imprimé. De manière préférée, l’au moins un composant électronique de puissance peut comprend un transistor destiné à agir comme interrupteur dans le circuit convertisseur. Il peut de préférence s’agir d’un transistor à effet de champ. L’au moins un composant électronique de puissance peut préférentiellement être inclus dans un circuit intégré imbriqué dans le substrat du circuit imprimé. Le circuit imprimé peut de préférence être un circuit imprimé réalisé en plusieurs couches, permettant l’inclusion de composants dans le substrat. De préférence, le circuit intégré peut être en contact avec une couche de cuivre interne au substrat du circuit imprimé. Le module peut de préférence comprendre un élément de dissipation thermique sur lequel le circuit intégré est posé avec sa deuxième face. L’élément de dissipation thermique peut de préférence comprendre un évidement destiné à recevoir la deuxième partie du circuit convertisseur. L’évidement à de préférence une profondeur au moins égale à la hauteur occupée par les composants de la deuxième partie du circuit convertisseur par rapport à la deuxième surface du circuit imprimé. L’élément de dissipation thermique comprend de préférence de l’aluminium. Il s’agit de préférence d’un élément radiateur. La couche de cuivre interne au substrat du circuit imprimé peut de préférence être thermiquement reliée par au moins un via à l’élément de dissipation thermique. De préférence, la source lumineuse peut être supportée par la première face dudit circuit imprimé. De manière préférée, la source lumineuse peut comprendre une source lumineuse à élément semi-conducteur électroluminescent, et notamment une source lumineuse pixellisée. En utilisant les mesures proposées par la présente invention, il devient possible de proposer un module lumineux compact, dans lequel le l’empreinte spatiale du circuit convertisseur alimentant une source lumineuse est fortement réduite par rapport à des solutions connues. Une telle configuration est intéressante dans le cadre de la réalisation d’un projecteur automobile, pour lequel le volume disponible est généralement restreint. En plus, l’aspect compact du circuit convertisseur permet d’en abriter une pluralité dans un espace relativement restreint, si cela est nécessité par la présence d’une pluralité de sources lumineuses. Les dimensions réduites sont réalisables en partageant les composants électroniques du circuit convertisseur non seulement de part et d’autre sur deux faces du circuit imprimé qui le supporte, mais en disposant des éléments semi-conducteurs de puissance, comme par exemple les transistors agissant comme interrupteurs de découpage du circuit convertisseur, dans le substrat-même du circuit imprimé. Cet arrangement permet également de réduire le risque d’incompatibilités électromagnétiques par rapport à d’autres circuits électroniques qui se trouvent dans un dispositif lumineux d’un véhicule automobile. D’une part, les boucles de courant internes au circuit convertisseur sont réduites en taille. D’autre part, selon des modes de réalisation préférés, la ou les inductances du circuit sont blindées par leur disposition dans un évidemment réalisé dans la matière d’un élément de dissipation thermique en métal. Cette disposition permet en outre une dissipation thermique efficace de la chaleur produite par le circuit convertisseur lors de son fonctionnement. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description des exemples et des dessins parmi lesquels : - montre une illustration schématisée d’une coupe à travers un circuit imprimé tel qu’il intervient dans un mode de réalisation préféré de l’invention ; - montre un schéma de montage d’un circuit électronique réalisant un convertisseur, tel qu’il est connu dans l’art antérieur ; - montre une illustration schématisée d’une coupe à travers un circuit imprimé qui réalise le circuit de la , tel qu’il est connu dans l’art antérieur ; - montre une illustration schématisée d’une coupe à travers un circuit imprimé qui réalise le circuit de la , en accord avec un mode de réalisation préféré de l’invention ; - montre une illustration schématisée d’une coupe à travers un circuit imprimé tel qu’il intervient dans un mode de réalisation préféré de l’invention. Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détails pour un mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d’autres modes de réalisation décrits à titre d’exemples et de manière non limitative. La description se concentre sur les éléments module lumineux pour un véhicule automobile qui sont nécessaires à la compréhension de l’invention. D’autres éléments, qui sont par exemple nécessaires au fonctionnement des sources lumineuses et à leur capacité de projection de faisceaux lumineux, sont en soi connues dans l’art et ne seront pas mentionnés ni décrits en détails. Il en va de même pour des éléments structurels faisant partie de tels modules lumineux de manière implicite. Par exemple, la présence d’un support ou d’éléments optiques sont implicites pour le fonctionnement d’un tel module. Un circuit imprimé tel qu’il intervient dans des modes de réalisation de la présente invention comprend de préférence, et de manière connue, plusieurs couches. Le substrat est typiquement réalisé en résine époxy non-conductrice ou à l’aide d’un matériau composite. Le circuit imprimé peut notamment comprendre des couches cuivrées électriquement conductrices. Des contacts électriques entre les couches conductrices sont réalisés par des vias assimilables à des canaux cuivrés qui percent une ou plusieurs couches isolantes du circuit imprimé. De manière connue, des composants électroniques, tels que des résistances, des capacités, des inductances ou des circuits intégrés peuvent être montés sur la surface d’un circuit imprimé. Les connexions électriques entre les composants sont réalisées par des pistes cuivrées. Des procédés destinés à réaliser les pistes, des vias, ou le montage en surface de composants ou de connecteurs font intervenir différentes réactions électrochimiques bien connues dans l’art et ne seront pas décrits dans le cadre de la présente invention. La montre de manière schématisée une coupe à travers l’épaisseur d’un module lumineux 100 pour un véhicule automobile. Le module comprend un circuit imprimé 110 généralement plan ayant deux faces 112, 114 opposées. Dans l’exemple montré et de manière non-limitative, le circuit imprimé 110 sert de support à au moins une source lumineuse 120. Alternativement, la source lumineuse peut par exemple être supportée par un élément de dissipation thermique ou un autre support. Dans un tel cas, la source lumineuse peut être reliée à un circuit électronique du circuit imprimé 110, par exemple moyennant une liaison électrique par pontage de type « wire bonding » connue en soi dans l’art. Le circuit imprimé sert également de support à un circuit convertisseur 130. La source lumineuse peut de préférence être une source lumineuse à élément semi-conducteur électroluminescent, telle qu’une diode électroluminescente, LED, ou une source lumineuse pixellisé faisant intervenir un nombre important de sources lumineuses élémentaires sous forme d’une matrice. La source lumineuse 120 est, dans l’exemple montré, électriquement reliée par des pistes conductrices du circuit imprimé (non-illustrées) au circuit convertisseur 130. Le circuit convertisseur 130 est destiné à alimenter la source lumineuse en électricité et il comprend un montage qui fait intervenir au moins un composant électronique de puissance 133. Une pluralité d’architectures de circuits convertisseurs est connue dans l’art. Il s’agit notamment de circuits à découpage qui permettent de fournir une tension directe en sortie d’une valeur plus élevée ou moins élevée que la tension électrique fournie à son entrée. A titre d’exemples, le circuit convertisseur 130 peut par exemple réaliser une architecture de type « boost » en soi connue. D’autres circuit convertisseurs, comme un circuit de type abaisseur de tension (« buck ») ou des circuits flyback ainsi que SEPIC (« single ended primary inductor converter) peuvent selon l’application choisie être utilisés sans pour autant sortir du cadre de l’invention. De tels circuits convertisseurs 130 sont généralement commandés par un signal à modulation de largeur d’impulsion agissant sur un interrupteur et définissant la fréquence de découpage du convertisseur. Typiquement l’interrupteur est réalisé par un transistor à effet de champ : il s’agit d’un exemple d’un composant électronique de puissance 133. La première face 112 du circuit imprimé 110 abrite, dans l’exemple montré, la source lumineuse 120 et une première partie 132 du circuit convertisseur alors que la deuxième face 114 du circuit imprimé abrite une deuxième partie 134 du circuit convertisseur 130. L’au moins un composant électronique de puissance 133 est intégré dans le substrat du circuit imprimé, suivant des méthodes de production connues dans l’art. Ce choix de montage permet de réduire l’empreinte du circuit convertisseur sur chacune des faces individuelles du circuit imprimé. Cette empreinte est d’autant plus réduite que les trois parties 132, 133, 134 sont généralement alignées les unes au-dessus respectivement en-dessous des autres le long d’un axe perpendiculaire au plan du circuit imprimé 110, comme montré de manière non-limitative sur la . De préférence, la première partie 132 du circuit convertisseur peut regrouper les composants passifs (par exemple les résistances et les capacités) qui interviennent dans le montage, alors que la deuxième partie 134 regroupe par exemple toutes les inductances. La montre un schéma de montage d’une circuit convertisseur 230 en soi connu depuis l’art antérieur. Il sert à fournie une tension continue à une charge symbolisée par la résistance RL. Moyennant les fréquences de découpages qui régissent les états d’ouverture et de fermeture des interrupteurs Q1 et Q2, et en utilisant les caractéristiques de l’inductance L1, le circuit est capable de réaliser un courant électrique d’allure continue I1+I2 par superposition de deux courants discontinus I1 et I2 respectivement. Les boucles de courant I1 et I2 sont illustrées, ainsi que la surface A1 ayant pour périmètre la partie de circuit qui transporte uniquement le signal I1. A fréquence de découpage élevée, les signaux I1 et I2 sont des signaux à haute fréquence, qui, ensemble avec l’inductance L1 risquent de générer des incompatibilités électromagnétiques avec d’autres circuits électroniques. La montre un exemple de réalisation du schéma de montage de la , tel qu’il est connu dans l’art. Ceci sert de référence. Les capacités Cin, Cout, l’inductance L1 ainsi qu’un circuit intégré qui réalisé les transistors semi-conducteurs Q1 et Q1 sont montés sur une même surface d’un circuit intégré. Les boucles de courants I1, I2, ainsi que l’aire A1 décrite dans le cadre de la . sont également illustrées. La montre, à titre comparatif, un exemple de réalisation 200 du schéma de montage de la en accord avec un mode de réalisation conforme avec l’invention. Le module illustré 200 comprend un circuit imprimé 210 qui abrite sur une première surface 212 les composants passifs 232, i.e. les capacités Cin, Cout, du circuit convertisseur 230, ainsi que la source lumineuse 220 alimentée par ce circuit convertisseur. Alternativement, la source lumineuse peut être physiquement déportée par rapport au circuit imprimé, et reliée électriquement au circuit convertisseur par une connexion par pontage, par exemple. L’inductance L1 est montée sur une deuxième surface 214 opposée du circuit imprimé 210. Cette deuxième partie 234 du circuit est susceptible de générer des ondes électromagnétiques et un échauffement. Un circuit intégré 233 qui réalisé les transistors semi-conducteurs Q1 et Q1 est intégré moyennant un procédé de fabrication connu dans l’art à l’intérieur du substrat du circuit imprimé 210. Les connexions électriques entre les faces 212, 213 et le circuit intégré 233 sont réalisées par des vias cuivrés non-illustrés. A titre explicatif, les boucles de courants I1, I2, ainsi que l’aire A1 décrite dans le cadre de la sont également illustrées. Il devient apparent que la topologie proposée par l’invention permet de réduire l’envergure des boucles de courant I1, I2, ainsi que l’aire A1 par rapport à l’exemple montré par la , réduisant ainsi le risque de rayonnement électromagnétique envers d’autres circuits électroniques. Selon une option de réalisation, le circuit imprimé 214 peut être posé sur un élément radiateur en métal, ayant un évidement au niveau de la partie 234 du circuit convertisseur. Ceci ne permet pas seulement la dissipation efficace de la chaleur produite dans cette partie du circuit, mais la présence d’un moule en métal autour de l’inductance L1 réalise également un blindage électromagnétique. La montre un autre mode de réalisation préféré de l’invention. Un module lumineux 300 comprend un circuit imprimé 310 posé, de préférence moyennant une colle thermique et électriquement isolante, sur un élément de dissipation thermique 340, tel qu’un radiateur en Aluminium. Le circuit imprimé comprend un substrat à plusieurs couches et sert de support à au moins une source lumineuse 320 destinée à être alimentée par un circuit convertisseur 330. Alternativement, il peut être envisagé de coller la source lumineuse 320 directement sur l’élément de dissipation thermique 340, et de la relier électriquement par une liaison de type pontage au circuit convertisseur 330. Une première partie 332 du circuit convertisseur est supportée par une première face 312 du circuit imprimé. Cette première partie regroupe de préférence les composants électroniques passifs du circuit convertisseur 330. Une deuxième partie 334 du circuit convertisseur est supportée par une deuxième face 314 du circuit imprimé. Cette deuxième partie regroupe de préférence les inductances du circuit convertisseur. Une troisième partie du circuit convertisseur 330, regroupant des composants électroniques de puissance tel que des transistors semi-conducteurs, est imbriquée dans une des couches internes ou intermédiaires du substrat du circuit intégré. Lorsqu’un transistor est commandé par un signal de commande (non-illustré) à fréquence élevée, il génère de la chaleur. Afin de dissiper cette chaleur, il est proposé de poser les éléments de puissance, regroupés par exemple dans un circuit intégré 333, sur une couche relativement épaisse de cuivre illustrée sur la par la surface hachurée à traits verticaux. Cette couche de cuivre est thermiquement reliée par des vias et à travers la couche isolante à l’élément de dissipation thermique 340. Le chemin d’évacuation thermique principal résultant est illustré par la flèche en trait gras. Des vias cuivrés 311 permettent en outre de relier électriquement les pistes cuivrées des surfaces 312, 314 entre elles, et de contacter sélectivement des couches intermédiaires du circuit imprimé. L’élément de dissipation thermique 340 comprend un évidement 342 qui sert à recevoir les composants électroniques de la deuxième partie 334 du circuit convertisseur, qui font saillie sur la deuxième face 314 du circuit imprimé 310. Comme montré sur la , la profondeur de l’évidement est de préférence légèrement supérieure à la hauteur des composants électroniques par rapport à la surface 314. Ceci permet de d’adapter de manière précise le contact entre les composants 334 et l’élément de dissipation thermique, par exemple en intercalant une colle thermiquement conductrice. Comme décrit précédemment, l’évidement 342 qui peut par exemple et de manière non-limitative avoir une forme cylindrique, réalise implicitement un blindage électromagnétique autour des composants de la deuxième partie 334 du circuit convertisseur. [40] Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne limitent pas l’étendue de la protection de l’invention. En faisant recours à la description qui vient d’être donnée, d’autres modes de réalisation sont envisageables sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. L’étendue de la protection est déterminée par les revendications. Module lumineux (100, 200, 300) pour un véhicule automobile comprenant une source lumineuse (120, 220, 320) et un circuit imprimé (110, 210, 310) supportant un circuit convertisseur (130, 230, 330) destiné à alimenter la source lumineuse en électricité, le circuit convertisseur comprenant au moins un composant électronique de puissance (133, 233, 333), caractérisé en ce qu’une première face (112, 212, 312) du circuit imprimé abrite une première partie (132, 232, 332) du circuit convertisseur, une deuxième face (114, 214, 314) du circuit imprimé abrite une deuxième partie (134, 234, 334) du circuit convertisseur, et ledit au moins un composant électronique de puissance est intégré dans le substrat du circuit imprimé. Module lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première partie (132, 232, 332) du circuit convertisseur (130, 230, 330) comprend des composants électroniques passifs. Module lumineux selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième partie (134, 234, 334) du circuit convertisseur comprend une inductance. Module lumineux selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et deuxième parties du circuit convertisseur, ainsi que l’au moins un composant électronique de puissance sont alignés sur un axe perpendiculaire à la première (112, 212, 312) et à la deuxième face (114, 214, 314) du circuit imprimé (110, 210, 310). Module lumineux selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’au moins un composant électronique de puissance (133, 233, 333) comprend un transistor destiné à agir comme interrupteur dans le circuit convertisseur (130, 230, 330). Module lumineux selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’au moins un composant électronique de puissance (233, 333) est inclus dans un circuit intégré imbriqué dans le substrat du circuit imprimé. Module lumineux selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit intégré est en contact avec une couche de cuivre interne au substrat du circuit imprimé. Module lumineux (330) selon une des revendications précédentes comprenant un élément de dissipation thermique (340) sur lequel le circuit intégré est posé avec sa deuxième face (314), l’élément de dissipation thermique comprenant un évidement (342) destiné à recevoir la deuxième partie (334) du circuit convertisseur (330). Module lumineux selon les deux revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche de cuivre interne au substrat du circuit imprimé (310) est thermiquement reliée par au moins un via (311) à l’élément de dissipation thermique (340). Module lumineux selon une des revendication précédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse (120, 220, 320) est supportée par la première face dudit circuit imprimé. Module lumineux selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse (120, 220, 320) comprend une source lumineuse à élément semi-conducteur électroluminescent, et notamment une source lumineuse pixellisée.