Brevet FR3050571A1 (20171027)
REVENDICATIONS1. Convertisseur électronique de puissance ayant un ensemble d'un nombre entier p, supérieur ou égal à deux, de bornes d'entrée ou de sortie (22, 24 ; 426, 428,\n<CLM>\1\tà au moins une charge alternative ou un générateur de tension alternatif, et de paires (6, 8 ; 406, 408,\n<CLM>\1\td'interrupteurs électroniques (12, 14, 16, 18 ; 412, 414, 416, 418, 420,\n<CLM>\1\tcommandés associés et reliés entre eux, les paires (6, 8 ; 406, 408,\n<CLM>\1\tétant connectées en parallèle entre une première borne (36 ;\n<CLM>\1\tcommune d'alimentation ou de charge continue à polarité positive et une deuxième borne (38 :\n<CLM>\1\tcommune d'alimentation ou de charge continue à polarité négative, le convertisseur électronique comprenant .- une première puce électronique (42 ;\n<CLM>\1\td'intégration monolithique verticale d'un premier aiguilleur de courant à anode commune (46 ;\n<CLM>\1\tde p premiers interrupteurs de puissance (12, 16 ; 412, 416, 420), chaque premier interrupteur (12, 16 ; 412, 416,\n<CLM>\1\tétant un premier interrupteur d'une paire différente (6, 8 ; 406, 408, 410), ayant chacun une première cathode distincte et séparée (48, 50 ; 448, 450, 452), située verticalement et à l'opposé de l'anode commune (46 ; 446); .- une deuxième puce électronique (44 ;\n<CLM>\1\td"intégration monolithique verticale d'un deuxième aiguilleur de courant à cathode commune (52 ;\n<CLM>\1\tde p deuxièmes interrupteurs de puissance (14, 18 ; 414, 418, 422), chaque deuxième interrupteur (14, 18 ; 414, 418,\n<CLM>\1\tétant un interrupteur complémentaire et homologue d'un premier interrupteur (12, 16 ; 412, 416, 420), ayant chacun une anode distincte et séparée (54, 56 ; 464, 466, 468), située verticalement à l'opposé de la cathode commune (52 ; 454); et .- une carte de circuit imprimé (304 ;\n<CLM>\1\tconfigurée pour recevoir les première et deuxième puces électroniques (42, 44 ; 442,\n<CLM>\1\tet les connecter à des modules électriques externes ; le convertisseur électronique étant caractérisé en ce que la première puce (42 ;\n<CLM>\1\tutilise un substrat volumique de type N dépourvu de mur(s) verticaux traversant d'isolation latérale, comporte p+1 pôles électriques formés par l'anode commune (46 ;\n<CLM>\1\tet les p premières 3050571 électrodes cathodes séparées (48, 50 ; 448, 450, 452), l'anode commune (46 ;\n<CLM>\1\tétant située sur une première face arrière (120 ;\n<CLM>\1\tet les premières électrodes cathodes séparées (48, 50 ; 448, 450,\n<CLM>\1\tétant situées sur une première face avant (122 ;\n<CLM>\1\tde la première puce ; et 5 la deuxième puce (44 ;\n<CLM>\1\tutilise un substrat volumique de type P dépourvu de mur(s) verticaux traversant d'isolation latérale, comporte p+1 pôles électriques formés par la cathode commune (52 ;\n<CLM>\1\tet les p deuxièmes électrodes anodes séparées (54, 56 ; 464, 466, 468), la cathode commune (52 ;\n<CLM>\1\tétant située sur une deuxième face arrière (220 ;\n<CLM>\1\tet 10 les deuxièmes électrodes anodes séparées (54, 56 ; 464, 466,\n<CLM>\1\tétant situées sur une deuxième face avant (222 ;\n<CLM>\1\tde la deuxième puce; et les première et deuxième puces électroniques (44, 46 ; 444,\n<CLM>\1\tsont reportées directement en face arrière sur la carte de circuit imprimé, l'anode commune (46 ;\n<CLM>\1\tet la cathode commune (52 ;\n<CLM>\1\tétant fixées 15 directement et respectivement sur une électrode d'anode (306 ;\n<CLM>\1\tet une électrode de cathode (308 ;\n<CLM>\1\tmétallisées sur une face avant de la carte de circuit imprimé (304 ; 654).\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon la revendication 1, 20 dans lequel chaque premier interrupteur (12, 16 ; 412, 416,\n<CLM>\1\test un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) à conduction inverse réalisé dans le même substrat de type N de la première puce, et comporte une première électrode cathode séparée, formant borne de la première cathode séparée associée, et 25 exposée face avant de la première puce ; et chaque deuxième interrupteur (14, 18 ; 414, 418,\n<CLM>\1\test un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) à conduction inverse réalisé dans le même substrat de type P de la deuxième puce, et comporte une deuxième électrode anode séparée formant borne de la deuxième anode séparée 30 associée, et exposée face avant de la première puce; et pour chaque paire (6, 8 ; 406, 408,\n<CLM>\1\tde premier et deuxième interrupteurs (12, 14, 16, 18 ; 412, 414, 416, 418, 420, 422), la première électrode cathode séparée (48, 50 ; 448, 450,\n<CLM>\1\test reliée à la deuxième électrode anode séparée (54, 56 ; 464, 466,\n<CLM>\1\tcorrespondante par une 35 liaison métallique (316, 322 ; 686, 696, 706). 3050571 41\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon la revendication 2, dans lequel les première et deuxième puces (44, 46 ; 444, 446), la carte de circuit 5 imprimée (304 ;\n<CLM>\1\tet les liaisons métalliques (316, 322 ; 686, 696,\n<CLM>\1\tentre les premières électrodes cathodes séparées et les deuxièmes électrodes anodes séparées, sont configurées de sorte à minimiser les inductances de mailles de commutation, formées par des boucles de courant orthogonales au plan du PCB et définies par les trajets des courants 10 circulant le long des liaisons métalliques aériennes de puissance (316, 322 ; 686, 696,\n<CLM>\1\tface avant et le long de zones de surface retour de la carte de circuit imprimée situées en dessous des liaisons métalliques.\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon l'une quelconque 15 des revendications 2 à 3, dans lequel les premières électrodes cathodes séparées (48, 50 ; 448, 450,\n<CLM>\1\tsont alignées côte à côte sur la face avant de la première puce (44, 444); et les deuxièmes électrodes anodes séparées (54, 56 ; 464, 466,\n<CLM>\1\tsont alignées côte à côte sur la face avant de la deuxième puce (46, 446); et 20 les épaisseurs des électrodes d'anode et de cathode, métallisées sur la plaque de circuit imprimé, et les épaisseurs des première et deuxième puces sont ajustées de sorte à rendre égale la hauteur des électrodes cathodes séparées par rapport au plan de substrat PCB à la hauteur des électrodes anodes séparées par rapport au même plan PCB, et permettre 25 des contacts planaires entre les liaisons métalliques et les premières et deuxièmes électrodes.\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel 30 les premières électrodes cathodes séparées (48, 50 ; 448, 450,\n<CLM>\1\tsont alignées côte à côte sur la face avant de la première puce suivant une première direction d'alignement ; et les deuxièmes électrodes anodes séparées (54, 56 ; 464, 466,\n<CLM>\1\tsont alignées côte à côte sur la face avant de la deuxième puce suivant une 35 deuxième direction d'alignement ; et 3050571 42 les première et deuxième directions d'alignement sont mises parallèles sur la carte PCB et la longueur de chaque liaison métallique (316, 322 ; 686, 696,\n<CLM>\1\treliant une électrode cathode séparée à une électrode anode séparée est raccourcie le plus possible de sorte à minimiser l'aire de 5 la boucle de commutation correspondante sans générer de rayonnement radiofréquence dans la bande des fréquences comprises entre 10 et 100 MHz de niveau incompatible avec les normes EMC actuellement en vigueur.\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon l'une quelconque 10 des revendications 3 à 5, dans lequel les premières électrodes cathodes séparées (48, 50 ; 448, 450,\n<CLM>\1\tsont alignées côte à côte sur la face avant de la première puce suivant une première direction d'alignement ; et les deuxièmes électrodes anodes séparées (54, 56 ; 464, 466,\n<CLM>\1\t15 sont alignées côte à côte sur la face avant de la deuxième puce suivant une deuxième direction d'alignement ; et les épaisseurs des électrodes d'anode et de cathode (306, 308 ; 662, 664), métallisées sur la plaque de circuit imprimé PCB, sont ajustées de sorte à être à un même niveau ; et 20 les bordures en vis-à-vis des électrodes d'anode et de cathode (308 ; 664), métallisées sur la plaque de circuit imprimé PCB sont rapprochés de sorte à fixer et connecter des condensateurs céramiques sous forme de composants montés en surface (CMS) sur lesdites électrodes d'anode et de cathode du PCB en dessous et entre deux liaisons métalliques voisines ; et 25 des condensateurs céramiques CMS (342) sont fixés sur et connectés sur lesdites électrodes d'anode et de cathode (306,\n<CLM>\1\tdu PCB en dessous et entre deux liaisons métalliques voisines.\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon l'une quelconque 30 des revendications 3 à 5, dans lequel les premières électrodes cathodes séparées sont alignées côte à côte sur la face avant de la première puce suivant une première direction d'alignement ; et 3050571 43 Les deuxièmes électrodes anodes séparées sont alignées côte à côte sur la face avant de la deuxième puce suivant une deuxième direction d'alignement ; et les bordures en vis-à-vis des électrodes d'anode et de cathode, 5 métallisées sur la plaque de circuit imprimé PCB sont rapprochés suffisamment de sorte à connecter des condensateurs céramiques enterrés dans le substrat du PCB auxdites électrodes d'anode et de cathode, les condensateurs étant situés en dessous et entre deux liaisons métalliques voisines inter cathodes-anodes séparées ;et 10 des condensateurs céramiques enterrés dans le substrat du PCB sont connectés aux électrodes d'anode et de cathode du PCB.\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel 15 Les liaisons métalliques (316, 322 ; 686, 696,\n<CLM>\1\tde puissance sont comprises dans l'ensemble formé par les fils métalliques soudés, les rubans ou clips métalliques brasés ou frittés.\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon l'une quelconque 20 des revendications 1 à 8, dans lequel chaque premier interrupteur N RC-IGBT de la première puce comporte un premier nombre entier c1, supérieur ou égal à un, de premières cellules MOS, et chaque première cellule MOS comporte une unique électrode 25 élémentaire de première grille séparée et deux électrodes élémentaires de première cathode séparée entourant de part et d'autre l'électrode élémentaire de première grille séparée, et pour chaque premier interrupteur N RC-IGBT pris isolément, les électrodes élémentaires de la première cathode séparée et les électrodes 30 élémentaires de la première grille séparée sont respectivement intégrées dans l'électrode unique de première cathode séparée et ramenés à l'électrode unique de la première grille dudit premier interrupteur N RC-IGBT, l'électrode unique de la première grille étant déportée et isolée de l'électrode unique de première cathode séparée; et 3050571 44 chaque deuxième interrupteur P RC-IGBT de la deuxième puce comporte un deuxième nombre entier c2, supérieur ou égal à un, de deuxièmes cellules MOS, et chaque deuxième cellule MOS comporte une unique électrode 5 élémentaire de deuxième grille séparée et deux électrodes élémentaires de deuxième anode séparée entourant de part et d'autre l'électrode élémentaire de première grille séparée, et pour chaque deuxième interrupteur PN RC-IGBT pris isolément, les électrodes élémentaires de la deuxième anode séparée et les électrodes 10 élémentaires de la deuxième grille séparée sont respectivement dans l'électrode unique de deuxième anode séparée et ramenés à l'électrode unique de la deuxième grille dudit deuxième interrupteur P RC-IGBT, l'électrode unique de la deuxième grille étant déportée et isolée de l'électrode unique de deuxième anode séparée. 15\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, compris dans l'ensemble formés par les ponts en H à quatre interrupteurs, les ponts onduleurs et redresseurs polyphasés ayant au moins deux phases. 20\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant deux paires d'interrupteurs agencés selon une topologie de pont en H et dans lequel les premiers interrupteurs des deux paires, intégrés dans la première 25 puce, forment une première cellule de commutation ; et les deuxièmes interrupteurs des deux paires, intégrés dans la deuxième puce, forme une deuxième cellule de commutation.\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon la revendication 30 11, comprenant en outre un premier circuit de commande de la première cellule de commutation et un deuxième circuit de commande de la cellule de commutation, les premier et deuxième circuits de commande étant configurés de sorte que le convertisseur fonctionne comme un pont onduleur ou fonctionne 35 comme un pont redresseur. 3050571\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant p paires d'interrupteurs électroniques IGBT à conduction 5 inverse, agencés selon une topologie de pont redresseur ou onduleur polyphasé, et dans lequel chaque paire constituée d'un premier interrupteur N RC-IGBT et d'un deuxième interrupteur P RC-IGBT forme une cellule de commutation, et les premiers interrupteurs N RC-IGBT, intégrés dans la première 10 puce, forment un premier ensemble de demi-cellules de commutation, et les deuxièmes interrupteurs P RC-IGBT, intégrés dans la deuxième puce, forment un deuxième ensemble de demi-cellules de commutation.\n<CLM>\1\tConvertisseur électronique de puissance selon la revendication 15 13, comprenant p circuits de commande des p cellules de commutation, et dans lequel un seul circuit de commande différent est utilisé par cellule de commutation, et pour chaque cellule de commutation, le circuit de commande associé est connectée entre une électrode de grille, commune au 20 premier interrupteur N RC-IGBT et au deuxième interrupteur P RC-IGBT de la paire formant la cellule de commutation, et un point milieu de la même paire formant la cellule de commutation. 25