Brevet FR3151161A1 — publié le 20250117

L’invention concerne un procédé de contrôle d’au moins un bras d’un module de puissance comprenant un filtre passe-bas, chaque bras comprenant : - des parties haute et basse reliant une tension continue positive et négative à une phase ; - des transistors Mosfet connectés en parallèle sur les parties haute et basse ; - un module de capacité fournissant de la puissance, disposé entre la partie haute et la partie basse ; - au moins un filtre passe-bas ; le procédé de contrôle comprenant les étapes suivantes : - un déchargement (E0) complet et (E1) rechargement partiel du module de capacité (DCL) ; - un court-circuitage (E2) dudit module de capacité (DCL) en connectant le drain à la source ; - une détermination (E3) du fonctionnement dudit filtre passe-bas en calculant sa capacité sur la base de la fréquence de l’inductance inhérente. L’invention concerne également un programme sur la base d’un tel procédé. Figure de l’abrégé : Fig. 2 PROCEDE DE CONTROLE DE FILTRE PASSE-BAS D’UN MODULE DE PUISSANCE, ET PROGRAMME D’ORDINATEUR SUR LA BASE D’UN TEL PROCEDE L'invention se rapporte au domaine des modules de puissance pour dispositifs électriques, en particulier pour des systèmes de traction de véhicules électriques. L’invention concerne plus particulièrement le contrôle de filtres passe-bas de ces modules de puissance. Les modules de puissance sont des convertisseurs hautement intégrés. Dans le cadre de l’invention, il s’agit d’un onduleur à trois bras, chaque bras ayant un côté haut et un côté bas avec un certain nombre de transistors Mosfet M en parallèle. Pour des raisons de compatibilité électromagnétique, un ou plusieurs filtres passe-bas RCS (ou « RC snubber » en langue anglaise) en parallèle, illustrés dans le système électronique de la , sont prévus entre le drain du côté haut, et la source du côté bas du bras. Un module de capacité DCL (ou « DC link » en langue anglaise) à haute capacité, est utilisé pour fournir de la puissance. Dans ce système électronique, plusieurs dispositifs de commande de grille (ou « gate drivers » en langue anglaise) sont utilisés pour commander la grille des dispositifs Mosfet M et les ouvrir ou les fermer. Le côté haut et le côté bas sont connectés à des brins notés HV+ et HV- produisant un signal mesurable. Malheureusement, une fois le module de puissance construit, il est difficile de mesurer si ledit filtre passe-bas RCS fonctionne comme prévu. En effet, si un RLC mètre classique (RLC meter en langue anglaise) est connecté aux brins HV+ et HV+, cela mesurera non seulement la capacité du filtre passe-bas RCS, mais aussi une capacité parasite venant du dispositif Mosfet M. Ainsi, une telle mesure ne permet pas de déterminer si le filtre passe-bas RCS fonctionne. La capacité du filtre passe-bas RCS peut être mesurée sur le module de puissance avant que les dispositifs Mosfet M soient mis en place sur la carte de circuit imprimé (mais après que les filtres passe-bas RCS y soient mis en place), mais cela implique beaucoup de contraintes et de temps de fabrication du module de puissance. Un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de proposer une solution permettant de détecter un ou plusieurs filtres passe-bas défectueux dans un module de puissance, et plus particulièrement un onduleur. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un procédé de contrôle d’au moins un bras d’un module de puissance comprenant un filtre passe-bas, chaque bras comprenant : - une partie haute reliant une tension continue positive à une phase ; - une partie basse reliant une tension continue négative à la phase ; - des transistors Mosfet connectés en parallèle sur la partie haute ; - des transistors Mosfet connectés en parallèle sur la partie basse ; - un module de capacité fournissant de la puissance, disposé entre la partie haute et la partie basse ; - au moins un filtre passe-bas connecté en parallèle entre les partie haute et basse d’une part et le module de capacité d’autre part ; le procédé de contrôle comprenant les étapes suivantes : - une étape de déchargement complet du module de capacité d’un des bras ; - une étape de rechargement partiel dudit module de capacité ; - une étape de court-circuitage dudit module de capacité en connectant la partie haute à la partie basse ; - une étape de détermination du fonctionnement dudit filtre passe-bas en calculant sa capacité sur la base de la formule où - F est une fréquence de résonance de la différence de tension entre la partie haute et de la partie basse ; - L est la valeur d’une inductance équivalente inhérente au filtre passe-bas et aux transistors Mosfet de la partie haute et de la partie basse ; - C est la valeur de la capacité du filtre passe-bas. Avantageusement, court-circuiter le module de capacité DC d’un bras testé permet de fermer la capacité parasite du dispositif Mosfet et de le décharger rapidement. En outre, un fort courant apparaît, ce qui facilite la déterminaison sélective de la capacité du filtre passe-bas. Grâce à l’invention, il n’est pas utile de mettre en œuvre une carte de circuit imprimé spécifique pour déterminer si ledit filtre passe-bas est fonctionnel. Par ailleurs, la formule permet de déterminer la capacité du filtre passe-bas avec précision. De préférence, le drain de transistors Mosfet à la partie haute et la source de transistors Mosfet à la partie basse comprennent des dispositifs de commande de grille, caractérisé en ce que l’étape de court-circuitage du module de capacité est mise en œuvre en actionnant simultanément les dispositifs de commande de grille de la partie haute et de la partie basse. Cela permet de simplifier la mise en œuvre du court-circuit du module de capacité DC dans le cadre de l’invention. De préférence, l’étape de rechargement partiel du module de capacité est réalisée jusqu’à ce qu’il atteigne une tension comprise entre 5 V et 50 V, de préférence 20V. Cela permet d’avoir une charge suffisante pour déterminer la capacité du filtre passe-bas en limitant les capacités parasites. De préférence, ledit bras comprend plusieurs filtres passe-bas en parallèle, caractérisé en ce que la capacité déterminée est divisée par le nombre de filtres passe-bas. Cela permet de déterminer le nombre de filtres passe-bas non fonctionnels. De préférence, le module de puissance comprend trois bras équipés chacune desdits drains, sources et transistors Mosfet, et filtres passe-bas, caractérisé en ce que le procédé est mis en œuvre successivement sur chacun desdits bras. Cela permet de déterminer si ledit filtre passe-bas de chaque bras est fonctionnel. L’invention concerne en outre un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de contrôle selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. L’invention sera davantage détaillée par la description non limitative de variantes, et sur la base des figures annexées, dans lesquelles : - illustre schématiquement une architecture électrique d’un bras d’un module de puissance convenant à la mise en œuvre de l’invention ; et - illustre schématiquement la tension V et le courant I aux bornes de composants de l’architecture de la , lors de la mise en œuvre de l’invention. L’invention concerne un procédé de contrôle de filtre passe-bas d’un module de puissance du type comprenant 3 bras. Le module de puissance peut être un onduleur d’une machine de traction de véhicule électrique. Chaque bras comprend : - un drain équipé de transistors Mosfet M disposés en parallèle à un étage haut (brin HV+ ou la partie haute) ; - une source équipée de transistors Mosfet M disposés en parallèle à un étage bas (brin HV- la partie basse) ; - plusieurs filtres passe-bas RCS en parallèle entre le drain de transistors Mosfet à l’étage haut et la source de transistors Mosfet M à l’étage bas ; et - un module de capacité (DCL) fournissant de la puissance, disposé entre le drain et la source. La capacité de type DC_LINK sert à stabiliser le réseau de tension DC aux bornes de l’onduleur et fournir la puissance nécessaire au fonctionnement de l‘onduleur. Le procédé de contrôle comprend une étape de déchargement E0 complet du module de capacité (DCL) d’un des bras, jusqu’à 0V. Ensuite, de la puissance est allouée au système, en particulier sur un des bras à la fois, en chargeant le module de capacité DCL à une certaine tension, de préférence de basse valeur, par exemple à 20V sur les 400 à 800 V possibles. Ainsi, le procédé de contrôle comprend en outre une étape de rechargement E1 partiel dudit module de capacité DCL. Dans une deuxième étape E2, on court-circuite le module de capacité en fermant tous les transistors Mosfet M de l’étage haut et de l’étage bas du bras testé. A ce moment, une capacité parasite inhérente aux transistors Mosfet M étant forcée à une tension nulle, ils sont rapidement déchargés et un fort courant apparaît. Ainsi, le procédé de contrôle comprend en outre une étape de court-circuitage E2 dudit module de capacité DCL en connectant l’étage haut à l’étage bas. Dans une troisième étape E3, c’est uniquement la capacité du filtre passe-bas qui est encore chargée. On constate un effet de résonance de la tension du filtre passe-bas RCS entre les brins HV+ et HV- pendant plusieurs microsecondes. Cela dépend uniquement de la capacité du filtre passe-bas (mais pas de la capacité parasite du dispositif Mosfet M puisqu’il est déchargé), des inductances parasites du module de capacité DCL et de la barre de bus DC. Ainsi, le procédé de contrôle comprend en outre une étape de détermination E3 du fonctionnement dudit filtre passe-bas RCS en calculant sa capacité sur la base de la formule où - F est une fréquence de résonance de la différence de tension entre l’étage haut et l’étage bas ; - L est la valeur d’une inductance équivalente inhérente aux composants du filtre passe-bas et des transistors Mosfet de l’étage haut et de l’étage bas ; - C est la valeur de la capacité du filtre passe-bas RCS. Etant donné que l’inductance équivalente peut être connue avec précision, par exemple en effectuant une simulation par éléments finis sur un modèle numérique du circuit comportant les filtres passe-bas RCS, les transistors Mosfet de l’étage haut et les transistors Mosfet de l’étage bas, il est possible de calculer précisément la capacité du filtre passe-bas sur la base de la fréquence mesurée. Cette valeur de capacité est égale à la capacité d’un filtre multipliée par le nombre de filtres passe-bas RCS fonctionnels. Ainsi, il est possible de détecter un quelconque filtre passe-bas RCS défaillant. Pour améliorer la précision, il est préférable de tester les trois bras l’un après l’autre, en appliquant la tension du module de capacité DCL uniquement sur un des trois bras à la fois. En particulier, le drain de transistors Mosfet M à l’étage haut, et la source de transistors Mosfet M à l’étage bas comprennent des dispositifs de commande de grille. Le dispositif de commande de grille permet de commander la grille dudit dispositif Mosfet M en ouverture et en fermeture. Les dispositifs de commande de grille sont agencés en deux jeux, l’un étant connecté à l’étage haut, permettant de mettre en œuvre une commande haute CH ; l’autre étant connecté à l’étage bas, permettant de mettre en œuvre une commande basse CL. Les deux commandes simultanées permettent de court-circuiter le module de capacité DCL. Plus particulièrement, l’étape de court-circuitage E2 du module de capacité DCL est mise en œuvre en actionnant simultanément les dispositifs de commande de grille de l’étage haut CH et de l’étage bas CL. La montre l’évolution en fonction du temps en secondes de la tension V et du courant I aux bornes des différents composants pendant la charge du module de capacité DCL, puis pendant et après le court-circuit. Les graphes représentent de haut en bas, la tension du module de capacité DCL, la tension du système de commande de l’étage haut CH, de celui de l’étage bas CL, le courant à l’étage haut et à l’étage bas, et la différence de tension entre l’étage haut et l’étage bas. En utilisation, si tous les filtres passe-bas RCS sont fonctionnels, alors la fréquence de résonance est à son maximum (cf. courbe sinusoïdale à haute fréquence en pointillés dans la ). Si une partie desdits filtres passe-bas RCS sont fonctionnels, alors la fréquence de résonance est moindre que précédemment (cf. courbe sinusoïdale à basse fréquence en trait plein dans la ). Si aucun desdits filtres n’est fonctionnel, alors une très faible fréquence de résonance est observée (ou pas de fréquence comme c’est le cas sur la ligne horizontale en bas à droite de la ). Ainsi, sur la base de la fréquence d’oscillation de la tension aux bornes des étages haut et bas, il est possible de détecter le nombre de filtres passe-bas RCS fonctionnels. Procédé de contrôle d’au moins un bras d’un module de puissance comprenant un filtre passe-bas (RCS), chaque bras comprenant : - une partie haute reliant une tension continue positive à une phase ; - une partie basse reliant une tension continue négative à la phase ; - des transistors Mosfet (M) connectés en parallèle sur la partie haute ; - des transistors Mosfet (M) connectés en parallèle sur la partie basse ; - un module de capacité (DCL) fournissant de la puissance, disposé entre la partie haute et la partie basse ; - au moins un filtre passe-bas (RCS) connecté en parallèle entre les parties haute et basse d’une part et le module de capacité d’autre part ; le procédé de contrôle comprenant les étapes suivantes : - une étape de déchargement (E0) complet du module de capacité (DCL) d’un des bras ; - une étape de rechargement (E1) partiel dudit module de capacité (DCL) ; - une étape de court-circuitage (E2) dudit module de capacité (DCL) en connectant la partie haute à la partie basse ; - une étape de détermination (E3) du fonctionnement dudit filtre passe-bas (RCS) en calculant sa capacité sur la base de la formule où - F est une fréquence de résonance de la différence de tension entre la partie haute et la partie basse ; - L est la valeur d’une inductance équivalente inhérente au filtre passe-bas (RCS) et aux transistors Mosfet de la partie haute et de la partie basse ; - C est la valeur de la capacité du filtre passe-bas (RCS). Procédé de contrôle selon la revendication 1 dans lequel le drain de transistors Mosfet (M) à la partie haute et la source de transistors Mosfet (M) à la partie basse comprennent des dispositifs de commande de grille, caractérisé en ce que l’étape de court-circuitage (E2) du module de capacité (DCL) est mise en œuvre en actionnant simultanément les dispositifs de commande de grille (CH, CL) de la partie haute et de la partie basse. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l’étape de rechargement (E1) partiel du module de capacité (DCL) est réalisée jusqu’à ce qu’il atteigne une tension comprise entre 5 V et 50 V, de préférence 20V. Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit bras comprend plusieurs filtres passe-bas (RCS) en parallèle, caractérisé en ce que la capacité déterminée est divisée par le nombre de filtres passe-bas (RCS). Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le module de puissance comprend trois bras équipés chacun desdits drains, sources et transistors Mosfet (M), et filtres passe-bas (RCS), caractérisé en ce que le procédé est mis en œuvre successivement sur chacun desdits bras. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.