Brevet FR3143255A1 — publié le 20240614

Le circuit électrique refroidi (100) comporte : - au moins un composant électrique (102) ; - un circuit de refroidissement (104) du ou des composants électriques (102), le circuit de refroidissement (104) étant fermé et renfermant un ferrofluide (106) ; - un échangeur thermique (108) sur le circuit de refroidissement (104) pour refroidir le ferrofluide (106) ; et - un générateur (110) d’un champ magnétique (112) dans une partie (114) du circuit de refroidissement (104) pour mettre en mouvement le ferrofluide (106). Il comporte en outre un écran électrostatique (103) intercalé entre le ou les composant électriques (102) et le générateur (110). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 CIRCUIT ELECTRIQUE REFROIDI Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un circuit électrique refroidi et un aéronef comportant un tel circuit électrique refroidi. Arrière-plan technologique Les composants électriques, qu’ils soient brasés sur une carte de circuit imprimé (de l’anglais « Printed Circuit Board » ou PCB), ou bien sur un substrat métallique, requièrent un refroidissement adapté lorsqu’ils sont parcourus par un courant électrique en fonctionnement. Lorsqu’il s’agit d’une carte de circuit imprimé, les composants électriques peuvent être refroidis de différentes manières, par exemple : la carte de circuit imprimé peut être assemblée et fixée à un radiateur à travers une couche isolante mais avec une bonne conductivité thermique ; les composants électriques montés sur la carte de circuit imprimé peuvent disposer d’une face qui peut être assemblée sur un radiateur en passant également par une interface thermique. Lorsque les composants électriques sont directement brasés sur un substrat métallique, celui-ci-sert de radiateur. Pour améliorer l’échange thermique, des ailettes sont de préférence ajoutées à l’autre face de ce substrat métallique. Souvent, lorsque cela est possible, un ventilateur est rajouté pour souffler sur ces ailettes et améliorer le transfert thermique. Il est aussi possible d’effectuer un refroidissement avec un liquide caloporteur qui circule à travers un échangeur thermique et une pompe. Dans ce cas, les radiateurs sont remplacés par des canaux de circulation du liquide caloporteur. En électronique de puissance, l’amélioration de la compacité des systèmes électriques dépend notamment de la capacité à pouvoir les refroidir efficacement. En particulier, le dimensionnement et la conception des modules et cartes de puissance peuvent être optimisés dès lors que le système de refroidissement a une grande capacité calorifique. Ainsi, une électronique de puissance refroidie par ventilation sera moins optimisée que si elle est refroidie par un liquide caloporteur. Cependant, l’encombrement de la pompe nécessaire pour faire circuler ce liquide caloporteur est un paramètre limitant pour l’optimisation de cette solution de refroidissement. Ainsi, il a été proposé dans l’état de la technique un circuit électrique refroidi, comportant : au moins un composant électrique ; un circuit de refroidissement du ou des composants électriques, le circuit de refroidissement étant fermé et renfermant un ferrofluide ; un échangeur thermique sur le circuit de refroidissement pour évacuer la chaleur du ferrofluide ; et un générateur d’un champ magnétique dans une partie du circuit de refroidissement pour mettre en mouvement le ferrofluide. Cependant, le champ magnétique généré peut perturber le ou les composants électriques. Il peut ainsi être souhaité de prévoir un circuit électrique refroidi qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités. Il est donc proposé un circuit électrique refroidi comportant : au moins un composant électrique ; un circuit de refroidissement du ou des composants électriques, le circuit de refroidissement étant fermé et renfermant un ferrofluide ; un échangeur thermique sur le circuit de refroidissement pour refroidir le ferrofluide ; et un générateur d’un champ magnétique dans une partie du circuit de refroidissement pour mettre en mouvement le ferrofluide ; caractérisé en ce qu’il comporte en outre : un écran électrostatique intercalé entre le ou les composant électriques et le générateur. L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible. De façon optionnelle, l’écran électrostatique comporte une plaque métallique connectée à une masse électrique. De façon optionnelle également, la plaque métallique s’étend contre un tronçon du circuit de refroidissement. De façon optionnelle également, la plaque métallique porte le ou les composants électriques. De façon optionnelle également, le circuit électrique refroidi comporte une carte de circuit imprimé portant le ou les composants électriques, la carte de circuit imprimé étant fixée à la plaque métallique. De façon optionnelle également, la plaque métallique forme au moins en partie un tronçon du circuit de refroidissement. De façon optionnelle également, le tronçon entier est réalisé sur la plaque métallique, par exemple par usinage ou bien par impression tridimensionnelle. De façon optionnelle également, le circuit de refroidissement comporte une isolation électrique entre le tronçon et les deux tronçons adjacents du circuit de refroidissement, ces tronçons adjacents étant conducteurs électriques. De façon optionnelle également, le circuit de refroidissement comporte en outre un substrat isolant électrique portant le ou les composants électriques, et, à l’opposé du ou des composants électriques, une couche de métallisation formant l’écran électrostatique. Il est également proposé un aéronef comportant un circuit électrique refroidi selon l’invention. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la est une vue schématique d’un premier circuit électrique refroidi selon l’invention, la est une vue schématique d’un deuxième circuit électrique refroidi selon l’invention, la est une vue schématique d’un troisième circuit électrique refroidi selon l’invention, et la est une vue schématique d’un quatrième circuit électrique refroidi selon l’invention. Description détaillée de l’invention En référence à la , un premier exemple de circuit électrique refroidi 100 selon l’invention va à présent être décrit. Le circuit électrique refroidi 100 comporte au moins un composant électrique 102. Par exemple, le ou les composants électriques sont fixés, par exemple brasés, sur une plaque métallique 103. Le circuit électrique refroidi 100 comporte en outre un circuit 104 de refroidissement du ou des composants électriques 102. Le circuit de refroidissement 104 est fermé et renferme un ferrofluide 106. Un ferrofluide comporte un solvant liquide comme de l’eau ou bien de l’eau glycolée, avec, en suspension colloïdale dedans, des nanoparticules ferromagnétiques ou ferrimagnétiques d'une taille comprise entre 5 et 15 nanomètres, par exemple de l'ordre de 10 nanomètres. Par exemple, la plaque métallique 103 est plaquée, par exemple à l’opposé du ou des composants électriques 102, contre un tronçon 105 du circuit de refroidissement 104. Dans ce cas, la plaque métallique 103 joue le rôle d’un drain de chaleur, évacuant la chaleur générée par le ou les composants électriques vers le ferrofluide 106. Pour favoriser le transfert de chaleur, une interface thermique, telle qu’une pâte thermique par exemple, peut être intercalée entre la plaque métallique 103 et le tronçon 105. Le circuit électrique refroidi 100 comporte en outre un échangeur thermique 108 sur le circuit de refroidissement 104 pour évacuer la chaleur du ferrofluide 106. Le circuit électrique refroidi 100 comporte en outre un générateur 110 d’un champ magnétique 112 dans une partie 114 du circuit de refroidissement 104 pour mettre en mouvement le ferrofluide 106. En particulier, le ferrofluide 106 est déplacé pour passer par l’échangeur thermique 108 afin d’y être refroidi, puis à côté de la plaque métallique 103 pour absorber la chaleur dégagée par le ou les composants électriques 102, puis à nouveau jusqu’à l’échangeur thermique 108, et ainsi de suite. Le champ magnétique 112 généré est par exemple statique, c’est-à-dire à chaque point constant. Par exemple, le générateur 110 comporte un aimant permanent pour générer un champ magnétique 112 constant. Alternativement, le générateur 110 peut être conçu pour faire varier le champ magnétique 112, par exemple pour réguler une grandeur physique du circuit de refroidissement, afin de compenser des perturbations externes de cette grandeur physique. Par exemple, la variation du champ magnétique peut être utilisée pour réguler un débit D du ferrofluide 106. Dans ce cas, le circuit de refroidissement 104 comporte par exemple un dispositif 116 de mesure du débit D du ferrofluide 106 et le générateur 110 est conçu pour faire varier le champ magnétique 112 pour que le débit D mesuré suive une consigne souhaitée. Le générateur 110 comporte par exemple pour cela une inductance, par exemple une bobine, ainsi qu’un dispositif d’alimentation en courant de l’inductance. Ainsi, il est possible de compenser des perturbations externes (température ambiante, pression, etc.), ce qu’un aimant permanent fixe par exemple ne permet pas. En revanche, un aimant permanent mobile pourrait être déplacé pour faire varier le champ magnétique 112. Par exemple également, le champ magnétique 112 est unipolaire. Le fait d’avoir un signal unipolaire simplifie l’électronique d’alimentation (en nombre d’interrupteurs par exemple et de conception du circuit magnétique). Par exemple encore, le champ magnétique 112 est pulsé et présente un rapport cyclique inférieur à 50% (durée de chaque pulse inférieure à la durée entre deux pulses successifs). Le fait de garder le rapport cyclique inférieur à 50% permet de rester dans un fonctionnement en régime continu (pas de discontinuité de courant) et allège la conception des éléments magnétiques. Par exemple, les pulses sont des créneaux. Pour éviter que le champ magnétique 112 ne perturbe le ou les composants électriques 102, le circuit électrique refroidi 100 comporte en outre un écran électrostatique intercalé entre le ou les composants électriques 102 et le générateur 110. De préférence, l’écran électrostatique présente une efficacité de blindage (EB) d’au moins 60 dB. L’efficacité de blindage est définie comme le rapport entre le champ électromagnétique en un point donné sans l’écran électrostatique et le champ électromagnétique au même point avec l’écran électrostatique. Plusieurs façons existent pour calculer ce rapport. Par exemple, il est possible d’utiliser un paramètre de répartition, par exemple le paramètre S21. Ce paramètre S21 est par exemple calculé avec un analyseur de réseau vectoriel (de l’anglais « vector network analyzer » VNA), en branchant une première antenne créant l’agression (un champ électromagnétique) sur un premier port du VNA et en branche une deuxième antenne sur un deuxième port du VNA, l’écran électrostatique étant intercalé entre les deux antennes. Ainsi, la deuxième antenne connectée au deuxième port reçoit l’onde électromagnétique qui passe du fait que l’écran électrostatique n’est pas parfait. Le paramètre de répartition S21 est alors calculé à partir du signal reçu sur le premier port et du signal reçu sur le deuxième port. L’efficacité de blindage peut alors être donnée par : . L’écran électrostatique est d’autant plus efficace qu’il est proche du ou des composants électriques 102. Par exemple, l’écran électrostatique comporte une plaque métallique connectée à une masse électrique 118 servant de potentiel de référence, par exemple une masse électrique du circuit électrique refroidi 100. Lorsque, comme illustré en , le générateur est situé à l’opposé du ou des composants par rapport à la plaque métallique 103, cette dernière peut avantageusement être utilisée comme écran électrostatique en étant simplement connectée à la masse électrique 118. Cette solution économise de l’espace puisqu’il n’est pas nécessaire de prévoir un écran électrostatique en plus de la plaque métallique 103. En référence à la , un deuxième exemple de circuit électrique refroidi 200 selon l’invention va à présent être décrit. Le circuit électrique refroidi 200 est identique à celui de la , si ce n’est qu’il comporte, à la place de la plaque métallique 103, un substrat isolant électrique 202, par exemple en céramique, portant le ou les composants électriques 102. Une couche de métallisation 204 peut alors être prévue sur un côté à l’opposé du ou des composants électriques 102, cette couche de métallisation 204 étant plaquée contre le tronçon 105 du circuit de refroidissement 104. Cette couche de métallisation 204 peut ainsi être connectée à la masse électrique 118 pour former l’écran électrostatique. En référence à la , un troisième exemple de circuit électrique refroidi 300 selon l’invention va à présent être décrit. Le circuit électrique refroidi 300 est identique à celui de la , si ce n’est qu’il comporte une carte de circuit imprimé 302 portant le ou les composants électriques 102. Ce ou ces derniers sont par exemple brasés sur la carte de circuit imprimé 102. La carte de circuit imprimé 302 est alors rapportée contre la plaque métallique 103. En référence à la , un quatrième exemple de circuit électrique refroidi 400 selon l’invention va à présent être décrit. Le circuit électrique refroidi 400 est identique à celui de la ou bien de la , si ce n’est que la plaque métallique 103 forme au moins en partie le tronçon 105 du circuit de refroidissement 104. Par exemple, le tronçon 105 entier est réalisé sur la plaque métallique 103, par exemple par usinage ou bien par impression tridimensionnelle (par exemple par fabrication additive). Dans ce cas, le circuit de refroidissement 104 comporte de préférence une isolation électrique 402 entre ce tronçon 105 et les deux tronçons adjacents du circuit de refroidissement 104 lorsque ces tronçons adjacents sont conducteurs électriques. Cette isolation électrique 402 peut être réalisée par des matériaux polymère (silicone, époxy, …) ou bien par des matériaux céramiques (AlN, Al2O3, …). Il apparaît clairement qu’un circuit électrique refroidi tel que ceux décrits précédemment permet de réduire les perturbations des composants électriques. On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Circuit électrique refroidi (100 ; 200 ; 300 ; 400), comportant : au moins un composant électrique (102) ; un circuit de refroidissement (104) du ou des composants électriques (102), le circuit de refroidissement (104) étant fermé et renfermant un ferrofluide (106) ; un échangeur thermique (108) sur le circuit de refroidissement (104) pour refroidir le ferrofluide (106) ; et un générateur (110) d’un champ magnétique (112) dans une partie (114) du circuit de refroidissement (104) pour mettre en mouvement le ferrofluide (106) ; caractérisé en ce qu’il comporte en outre : un écran électrostatique (103 ; 204) intercalé entre le ou les composants électriques (102) et le générateur (110). Circuit électrique refroidi (100 ; 300 ; 400) selon la revendication 1, dans lequel l’écran électrostatique comporte une plaque métallique (103) connectée à une masse électrique (118). Circuit électrique refroidi (100 ; 300) selon la revendication 2, dans lequel la plaque métallique (103) s’étend contre un tronçon (105) du circuit de refroidissement (104). Circuit électrique refroidi (100) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle la plaque métallique (103) porte le ou les composants électriques (102). Circuit électrique refroidi (300) selon la revendication 2 ou 3, comportant une carte de circuit imprimé (302) portant le ou les composants électriques (102), la carte de circuit imprimé (302) étant fixée à la plaque métallique (103). Circuit électrique refroidi (400) selon la revendication 2, dans lequel la plaque métallique (103) forme au moins en partie un tronçon (105) du circuit de refroidissement (104). Circuit électrique refroidi (400) selon la revendication 2, dans lequel le tronçon (105) entier est réalisé sur la plaque métallique (103), par exemple par usinage ou bien par impression tridimensionnelle. Circuit électrique refroidi (400) selon la revendication 7, dans lequel le circuit de refroidissement (104) comporte une isolation électrique (402) entre le tronçon (105) et les deux tronçons adjacents du circuit de refroidissement (104), ces tronçons adjacents étant conducteurs électriques. Circuit électrique refroidi (200) selon la revendication 1, comportant en outre un substrat isolant électrique (202) portant le ou les composants électriques (102), et, à l’opposé du ou des composants électriques (102), une couche de métallisation (204) formant l’écran électrostatique. Aéronef comportant un circuit électrique refroidi (100 ; 200 ; 300 ; 400) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.