EP3430873A1 - Module d'electronique de puissance refroidi, moteur et vehicule integrant un tel module - Google Patents

Module d'electronique de puissance refroidi, moteur et vehicule integrant un tel module

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Publication number
EP3430873A1
EP3430873A1 EP17712208.2A EP17712208A EP3430873A1 EP 3430873 A1 EP3430873 A1 EP 3430873A1 EP 17712208 A EP17712208 A EP 17712208A EP 3430873 A1 EP3430873 A1 EP 3430873A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
face
ducts
module according
electronic devices
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17712208.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Guy Diemunsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut Vedecom
Original Assignee
Institut Vedecom
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut Vedecom filed Critical Institut Vedecom
Publication of EP3430873A1 publication Critical patent/EP3430873A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14329—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for the configuration of power bus bars
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20936—Liquid coolant with phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00—Package configurations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the present invention relates to a power electronics module, and more particularly to a cooling system of such a module. It is located in the field of power electronics to control multiphase electric motors, including those that equip motor vehicles.
  • Power electronics modules are very widely used in the field of the transport industry. They are subject to many constraints during their operation, including mechanical and thermal. Thus, the temperature gradients introduced at their substrate under the effect of the heat dissipation of the components they support generate thermomechanical stresses cyclically repeated throughout the life of the component, producing thermal fatigue, mechanical stress and consecutively risks of malfunction and / or breakdowns.
  • poor temperature control degrades the performance of electronic components when it exceeds a planned range of operation and, more sustainably, the temperature variations associated with the periods of operation and shutdown of the modules.
  • Power electronics can also lead to degradations of the electrical connection wires and / or damage or breakage of soldering of the various electronic components, as well as a decrease in their reliability.
  • thermal effects related to the operation of power electronics modules is essential to increase the robustness and overall performance of such modules. In parallel with these thermal constraints, it is necessary to reduce the size and bulk of these power electronics modules. However, this reduction is, in the state of the art, limited by the need to cool these modules.
  • the object of the present invention is to respond at least in large part to the problems described above and to furthermore to other advantages.
  • Another object of the invention is to solve at least one of these problems by a new power electronics module.
  • Another object of the invention is to provide a new thermal design for such a module to reduce the adverse effects related to the heat dissipation of the components during operation.
  • Another object of the present invention is to cool more efficiently such a power module.
  • Another object of the present invention is to improve the reliability and robustness of such a power module. Another object of the present invention is to reduce breakdowns and maintenance costs of such a power module.
  • a general object of the invention is to reduce the size and weight of such a power module while ensuring reliable cooling thereof to facilitate on the one hand the implantation of said module in a vehicle electric or hybrid, and secondly to increase the autonomy of such a vehicle.
  • a power electronics module for controlling a multi-phase electrical system, said module comprising a plurality of electronic devices arranged to shape an electrical signal. said entering into a plurality of so-called outgoing electrical signals arranged to power said multiphase electrical system, each electronic device comprising (i) a so-called lower substrate arranged to form an electrical circuit and (ii) at least one electronic component integrally bonded to the lower substrate and electrically connected to the electrical circuit, the lower substrate of each electronic device comprising a lower face which is coplanar with a bottom face of the substrate of at least one other electronic device constituting the power electronics module.
  • each electronic device is preferably arranged to control a multiphase electrical system.
  • each electronic device may be of the type of a power converter, for example an AC-DC converter such as a rectifier or a switched-mode power supply, a DC-AC converter such as an inverter, a DC-DC converter such as a boost ("boost") or buck ("buck”) to supply, for example, the low-voltage auxiliaries of the on-board electrical network, the air-conditioning, the audio devices, etc.
  • multiphase electrical systems controlled by at least one module according to the first aspect of the invention or any of its improvements are preferably electric motors used for the propulsion of a motor vehicle or a train.
  • each electronic device is all coplanar with each other in order to facilitate the electrical connection of the plurality of electronic devices.
  • each electronic device can be made coplanar with at least a portion of the other electronic devices with respect to another reference face of the substrate.
  • Such alignment of the electronic devices is the basic feature of the design of a thermally optimized power electronics module. It allows in particular to distribute the different heat sources in a first heat sink plane.
  • the various improvements of the module according to the first aspect of the invention and which will be described later are intended to improve the heat dissipation on said first heat sink plane.
  • the substrate of each electronic device contributes to evacuate the heat emitted by the components at its surface during their operation, in particular by conduction phenomena.
  • the substrate is preferably made of a material making it possible both to form an electrical circuit able to interface the electronic components and also to homogenize the temperature emitted locally by said components during their operation.
  • the substrate may comprise a plurality of stacked materials for example in successive layers and according to a particular topology for performing both an electrical circuit and evacuate the heat dissipated by each component.
  • the substrate is of the DBC type for "Direct Bonded Copper" and comprises the plating of at least one copper layer on a ceramic-based support.
  • An electrical circuit can thus be easily made according to the components placed on its surface.
  • the DBC substrate is thus an excellent electrical conductor along the tracks of the electrical circuit designed on its surface, but also excellent electrical insulation on areas around said electrical tracks, and has very good thermal characteristics.
  • a module according to the first aspect of the invention comprises alternately or in a complementary manner at least one of the first improvements below taken optionally in combination:
  • the module comprises a so-called upper substrate integrally bonded and / or electrically connected to at least a portion of the electronic components, to define a second heat sink plane.
  • the upper substrates of each electronic device are coplanar with at least one other electronic device constituting the power electronics module, and preferably they are all coplanar in order to configure a second identical heat sink plane for all the electronic devices.
  • This so-called double-face configuration makes it possible to promote the evacuation of the calories dissipated by each component towards the first and second heat sink planes, the components being in thermal coupling with each of the lower and upper substrates.
  • This double-sided configuration also protects the components located between the two substrates;
  • the lower substrate or the upper substrate of each electronic device comprises a first lateral face which is coplanar with a first lateral face of the substrate of at least one other electronic device;
  • the lower substrate or the upper substrate of each electronic device comprises a second side face which is coplanar with a second lateral face of the lower or upper substrate of at least one other electronic device;
  • each electronic device comprises at least two insulated gate bipolar transistors, each transistor being associated with a diode to form a bidirectional switch.
  • a diode may be associated with a MOFSET (Metal Oxide Grid Field Effect Transistor).
  • MOFSET Metal Oxide Grid Field Effect Transistor
  • each electronic device forms the arm of an inverter, the electronic module may comprise any number of arms. More generally, the components of each electronic device are used in a binary mode, passing or blocking, oscillating at frequencies between 10 kHz and 100 kHz and thus making it possible to carry out pulse width modulations whose frequencies, amplitudes and / or cyclic ratios are controlled;
  • each electronic device extends in a longitudinal direction along which the plurality of components is aligned, thus making it possible both to facilitate the electrical connection with an external electrical circuit and to promote the heat dissipation of the electronic device by distributing more homogeneous sources of heat along said electronic device.
  • the online arrangement of the electronic devices of a module according to the invention artfully allows to increase one of the dimensions of said electronic devices;
  • a longitudinal axis is defined as being the axis along which the various electronic devices are arranged and preferentially aligned in the module according to the invention.
  • a transverse axis perpendicular to the longitudinal axis and normal to the surface of the substrates of the electronic devices of the modules is defined.
  • the module according to the first aspect of the invention or to any one of its first improvements also comprises at least one cooling system comprising:
  • At least one thermal interface in thermal coupling with at least one of the electronic devices
  • ducts with the thermal interface, said ducts being arranged to transport a heat-transfer fluid between a first end and a second end.
  • At least one of the electronic devices is thus integrally bonded to the cooling system via the thermal interface and by any means, such as, for example, gluing, screwing, brazing, crimping or any other means. mechanical assembly.
  • the thermal interface is in thermal coupling with substantially the entire surface of a face of at least one of the electronic devices, such as for example with the first or second heat sink plane defined above.
  • the thermal interface is thermally coupled with a face of several electronic devices, including electronic devices that are immediately adjacent, such as for example with the first and second heat sink planes.
  • the thermal interface is arranged to maximize the exchange surface between the electronic devices and said thermal interface.
  • the thermal coupling between the thermal interface and at least one electronic device can be direct or indirect, for example by means of a thermally conductive material, such as a thermal paste.
  • the thermal interface may also play the role of a mechanical support with respect to at least two adjacent electronic devices, forming for example a common mechanical reference system on which the two electronic devices are integrally mounted.
  • the thermal interface of such a module according to the second aspect of the invention comprises:
  • first collectors in thermal coupling with at least one face of the lower substrate, called the first regulated face, of at least one of the electronic devices, and / or
  • a plurality of second collectors in thermal coupling with at least one face of the upper substrate, called the second regulated face, of at least one of the electronic devices.
  • the first regulated face belongs to a first electronic device, while the second regulated face belongs to a second electronic device.
  • the first regulated face and the second regulated face belong to the same electronic device.
  • each regulated face of the electronic devices is thermally coupled to a plurality of collectors adjacent to each other and preferably covering the entirety of said regulated face.
  • Each collector is integrally bonded and thermally coupled to a conduit so as to promote heat exchange.
  • the calories produced at the level of each component are transmitted by conduction and successively to the substrate, then to the thermal interface, and in particular the collectors, and then to the conduits which make it possible to increase the exchange surface with the ambient air which surrounds the electronic module.
  • each duct comprises a section which extends transversely relative to the corresponding electronic devices, preferably perpendicularly;
  • each duct comprises a coupling section with at least one collector in order to promote thermal coupling between a collector and a duct, each coupling section being delimited on a first side by the first end of said duct; each duct comprises a bent portion located on a second side of the coupling section;
  • each duct comprises a rectilinear part preferentially in the direct extension of the bent portion, said rectilinear portion being delimited by the second end of said duct.
  • the rectilinear part forms a heat exchange zone with the air for the cooling system;
  • the coupling section has at least one complementary half-section to a half-section of at least one collector
  • each conduit is a heat pipe
  • the cooling system comprises a first heat exchange zone located on a first side of the electronic devices, and more particularly beyond the first side regulated in the lateral direction; at least a portion of the ducts extend laterally beyond the second regulated face, and preferably in the opposite direction to that of the ducts extending beyond the first regulated face.
  • the cooling system comprises a second heat exchange zone located on a second side of the electronic devices, and more particularly beyond the second side regulated in the lateral direction; a first thermally coupled conduit with the first regulated face extends laterally beyond said first regulated face and a second conduit thermally coupled with said first regulated face and directly adjacent said first conduit extends laterally beyond the second face; regulated.
  • a first portion of the heat-coupled ducts with the first regulated face extend towards the first heat exchange zone situated laterally on a first side of the electronic devices, and a second portion of the heat-coupled ducts. with the first regulated face extend towards the second heat exchange zone situated laterally on a second side of the electronic devices.
  • This clever configuration makes it possible to define two thermal exchange zones located laterally on either side of the electronic devices and to increase the exchange surface with the air in order to the cooling system and to improve the cooling of the electronic devices. .
  • This so-called simple alternation configuration also makes it possible to take advantage of the geometry of the module and to distribute the conduits associated with the first regulated face in two different, and preferably opposite, directions.
  • each electronic device is thermally coupled with a larger number of conduits that pass therethrough laterally to extract the calories produced.
  • the conduits are homogeneously distributed transversely to the entire surface of each electronic device, promoting heat dissipation at the level of the components attached to each electronic device; such a redundancy of the means makes it possible to make the cooling of the power electronics module according to the invention more reliable; a first thermally coupled conduit with the second regulated face extends laterally beyond said second regulated face and a second thermally coupled conduit with said second regulated face and directly adjacent to said first conduit extends laterally beyond the second face; regulated.
  • a first portion of the heat-coupled ducts with the second regulated face extend towards the second heat exchange zone situated laterally on a first side of the electronic devices, and a second portion of the ducts in coupling.
  • each face of an electronic device is thermally coupled with a conduit which extends in an opposite direction from the one in which the directly adjacent duct extends.
  • each face of an electronic device is thermally coupled with a duct which extends laterally in the direction of a heat exchange zone different from that towards which the directly adjacent duct extends.
  • the cooling system comprises alternately or in a complementary manner at least one of the fourth improvements below taken possibly in combination and each making it possible to further improve the efficiency of the cooling system:
  • the cooling system comprises a plurality of fins disposed transversely to the conduits, at least a portion of said conduits being thermally coupled with at least a portion of said fins traversed;
  • the fins are preferably arranged in the heat exchange zone and along the rectilinear part of said ducts;
  • Each fin is arranged on the one hand substantially parallel to the other fins and on the other hand substantially perpendicular to the ducts;
  • the cooling system further comprises a housing open on at least two opposite faces, said blowing, and located perpendicularly to the plurality of fins;
  • a first portion of the ducts is aligned along a first line and a second portion of the ducts is aligned along a second line, the ducts forming a two-dimensional network in such a plane.
  • the ducts associated with the first regulated face may be distributed along a first line, whereas the ducts associated with the second regulated face may be distributed along a second line distant from said first line.
  • conduits aligned along the first line and the conduits aligned along the second line are organized in staggered rows.
  • a module according to the first aspect of the invention or to any one of its first and / or second and / or third and / or fourth improvements comprises alternately or in a complementary manner at least one of the fifth improvements. below possibly taken in combination:
  • At least one fan located in the extension of a blowing face and arranged to blow air through the plurality of fins and possibly ducts to improve the heat transfer between the air blown by the at least one fan and the fins, and possibly the ducts.
  • two fans are arranged laterally on either side of one of the electronic devices, in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the module, and advantageously at the level of the heat exchange zones and / or at the level of the parts.
  • rectilinear conduits the first fan is associated with the ducts that extend laterally from a first side of an electronic device beyond the first regulated face, and the second fan is associated with the ducts that extend laterally from a second side of an electronic device beyond the second regulated face.
  • each regulated face of a device is cleverly regulated by two independent networks of conduits cooled by two separate fans.
  • Such a heat exchanger is very robust and very reliable because even in the event of failure of one of the fans, each face of a device is always regulated by the remaining fan;
  • At least one electrical connection member arranged to electrically supply at least a portion of the electronic devices, said electrical connection member being located in an intermediate position between the thermal interface and said at least a portion of the electronic devices.
  • the electrical connection member comprises:
  • connection tabs in electrical contact with one of the electronic devices, at least one connecting tab extending between two conduits, at least one lug electrically connected to the plurality of connection lugs, said lug being located beyond the ducts and arranged to enable an electrical conductor to be connected thereto.
  • an assembly comprising an electric motor and a power module according to the first aspect of the invention or to any one of its first and / or second and / or third and / or or fourth and / or fifth improvements, said electric motor being controlled by said power module. It will be noted that such an electric motor is configured to propel the vehicle that it equips.
  • a motor vehicle comprising an assembly according to the second aspect of the invention.
  • a fourth aspect of the invention it is proposed to use an assembly according to the second aspect of the invention for propelling a vehicle according to the third aspect of the invention.
  • Various embodiments of the invention are provided, integrating, according to all of their possible combinations, the various optional features set forth herein.
  • FIG. 1 depicts a diagram resituating the present invention in its context
  • FIGURE 2 illustrates a perspective view of a power electronics module according to the first aspect of the invention
  • FIG. 3 illustrates a detailed view of an electronic device, as implemented in a module according to the first aspect of the invention
  • FIGURE 4 illustrates a profile view of a module according to the first aspect of the invention according to its fourth improvement
  • FIGURE 5 illustrates a sectional view of the module illustrated in FIGURE 4 and in section plane AA;
  • FIG. 6 illustrates an arrangement of the ducts passing through the fins of a module according to the first aspect of the invention and according to its fifth improvement and;
  • FIGURE 7 illustrates a detailed perspective view of a module according to the first aspect of the invention and according to its fifth improvement
  • FIG. 8 illustrates an electrical connection comb through a profile view of a module according to the first aspect of the invention and according to its fifth improvement
  • FIGURES 9 and 10 illustrate in perspective a module according to the first aspect of the invention and implementing a housing and fans according to its fifth improvement.
  • FIG. 1 illustrates a diagram of a power electronics module 10 according to the first aspect of the invention in its preferred technological context, namely its use for controlling an electric motor 20.
  • the module 10 is located in an intermediate position between a source of electrical energy 30 and the electric motor 20 on the one hand, and between an electrical network 50 and auxiliaries 40 on the other hand.
  • the source of electrical energy 30 provides so-called incoming electrical signals which are shaped by the power electronics module 10 to control the electric motor 20, and in particular its speed of rotation.
  • the source of electrical energy 30 can be of any type, and preferably of the battery type when it is embraqué on a motor vehicle for example.
  • Auxiliaries 40 include all electrical auxiliary elements to the electric motor and vehicle, commonly referred to as low voltage auxiliaries.
  • Low voltage auxiliaries include low voltage battery, engine and passenger cooling systems, driver assistance systems, and comfort and leisure equipment.
  • FIG. 2 illustrates a power electronics module 10 comprising three electronic devices 100 arranged to shape an electrical signal said to come into a plurality of so-called outgoing electrical signals arranged to power a multiphase electrical system, each electronic device comprising (i) a bottom HOa-1 10c substrate arranged to form an electrical circuit and (ii) at least one electronic component integrally bonded to the lower substrate and electrically connected to said electric circuit.
  • the incoming electrical signals are preferably of the type of a DC voltage whose nominal value is between 150V and 600V.
  • the outgoing electrical signals shaped by the power electronics module 10 are of the "Pulse Width Modulation" (PWM) type, each electronic device 100 performing such a transformation with a frequency and a frequency. given duty cycle.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • each outgoing electrical signal is out of phase with the others.
  • the components implemented on at least one electronic device 100 are interposed between a lower substrate HOa-1 10c and a top substrate 110e, HOf.
  • the electronic components are electrically connected to at least one of the lower or upper substrates.
  • the lower substrate and / or the upper substrate are arranged to thermally couple with at least a portion of the electronic components and to improve the heat dissipation produced during operation of the module.
  • the module 10 comprises three electronic devices
  • each of the two double-sided electronic devices 100a and 100b comprising a lower substrate 110a, 110b and an upper substrate 110e, HOf and
  • a third single-surface electronic device 100c comprising only a lower substrate 110c.
  • the invention is however not limited exclusively to this configuration.
  • the invention aims to cover all combinations of several electronic devices, regardless of their number and the proportion of double-sided electronic devices compared to single-surface electronic devices.
  • all the electronic devices are of the same type, and preferentially all of the double-face type.
  • At least one of the substrates 110 of at least a part of the electronic devices 100 is aligned in one or more directions in order to define a particularly advantageous geometry for the module 10 according to the first aspect of the invention which makes it possible to limit the phenomena of interference between two electronic devices 100 on the one hand, and to facilitate the electrical connection of said module 10 with an external electrical circuit, on the other hand.
  • the lower substrate 110 of each electronic device 100 comprises a face which is coplanar with a face of the substrate 110 of at least one other electronic device 100.
  • the lower substrates 110 of all the electronic devices 100 are coplanar .
  • the lower faces of the lower substrate HOa-1 10c of each electronic device 100 are all coplanar.
  • Such an organization is adapted to a power electronics module requiring the extraction of a large amount of calories, because of the electrical treatment, including its hashing, and the voltage value thus treated.
  • This relative arrangement of electronic devices allows the extraction of calories by its large faces and rationalize the power supply of these devices, aligning them along the same edge.
  • the lower substrate 110a-110c or the upper substrate 110e, 10f of each electronic device 100 comprises a first lateral face which is coplanar with a first lateral face of the substrate of at least another electronic device 100, and preferably all other electronic devices 100.
  • the lateral faces 120 of the lower substrate HOa-1 10c of each electronic device 100 are all coplanar.
  • the lower substrate 110a-110c or the upper substrate 110e, 10f of each device electronics 100 comprises a second lateral face which is coplanar with a second lateral face of the lower or upper substrate of at least one other electronic device 100, and preferably all other electronic devices 100.
  • the lateral faces opposed to the lateral faces 120 of the lower substrate 110a-1c of each electronic device 100 are all coplanar.
  • the module 10 thus comprises three electronic devices 100 whose dimensions are identical between each electronic device 100.
  • the electronic devices 100 are all aligned so that the lower and lateral faces of the substrate lower and the upper face of the upper substrates are respectively coplanar.
  • FIG. 3 illustrates a detailed view of an electronic device 100, as implemented in a module according to the first aspect of the invention.
  • the module 100 comprises a plurality of electronic components 211-213 fixed integrally to the surface of a substrate 110.
  • the substrate is arranged on the one hand to form an electrical circuit (not shown) providing interconnections between the electronic components 211-213 and their power supply and secondly to participate in the cooling of said electronic components 211-213 during their operation.
  • This problem is accentuated in power electronics which implements high voltages and / or currents: heat dissipations, especially by the Joules effect, are preponderant and it is essential to dissipate the calories produced at the level of each component in order to guarantee their good operation and avoid breakdowns.
  • the electronic components 211-213 are attached to the surface of the substrate 110 by any known fastening means, and preferably by brazing. They are also electrically connected to the electrical circuit formed on said substrate 110.
  • the means for fixing the electronic components 211-213 on the substrate are electrically conductive.
  • the components 211-213 are distributed on the surface of the substrate 110 in an advantageous configuration which makes it possible to limit the phenomena of interference between two electronic components 100, to distribute the heat sources more homogeneously along the substrate 110 during operation. of the electronic device 100 and to facilitate the electrical connection of said electronic device 100 with an external electrical circuit.
  • the components 211-213 of the electronic device 100 illustrated in FIG. 3 are substantially distributed in a longitudinal direction Y.
  • the distance between two adjacent 211-213 components is preferentially constant.
  • the device 100 is arranged to form, for example, an inverter arm, making it possible to supply at least one voltage and / or at least one alternating current from an incoming signal of different voltage and / or frequency.
  • Such a device 100 comprises at least the three types of components below: at least one insulated gate bipolar transistor 211,
  • At least one diode 212 at least one diode being associated with at least one insulated gate bipolar transistor in order to form a bidirectional switch oscillating between a passing configuration and a blocking configuration at a frequency typically between 10 kHz and 100 kHz; a feed track 213.
  • a single-sided electronic device comprises a lower substrate 110, preferably of the DBC type as defined above and on which the components 211-213 are soldered.
  • the solders of each component make it possible both to fix them solidly to said substrate, but also to ensure electrical and thermal continuity between the electrical circuit formed on the substrate and said component.
  • a dual-surface electronic device comprises a lower substrate 110 on which the components 211-213 are soldered, and an upper substrate fixed integrally to the components via their opposite side to fixed on the lower substrate.
  • the lower and / or higher substrates are of the DBC type as defined above; and the solders of each component on the lower and / or upper substrates make it possible both to fix them solidly to said substrate, but also to ensure electrical continuity between the electrical circuit formed on the substrate and said component.
  • the module 10 implemented in the illustrated embodiment preferably comprises at least one electronic device 100 of the double-sided type in order to be able to evacuate more effectively the heat dissipated during its operation.
  • all the electronic devices 100 of the module are of the double-face type.
  • Each electronic device 100 is integrally linked to the cooling system which comprises a thermal interface arranged to ensure a thermal coupling between the electronic devices 100 and conduits 321-324 arranged to transport a coolant between a first end and a second end.
  • the thermal interface is itself in thermal coupling with at least a part of the electronic devices 100.
  • the thermal coupling between the thermal interface and an electronic device 100 is direct or indirect, for example by means of a thermally conductive material such as a thermal paste.
  • the thermal interface is in direct contact with a face of at least one substrate of the electronic devices 100.
  • the thermal interface is integrally bonded to at least one substrate of the electronic devices 100 for example by gluing, screwing or any other mechanical assembly means.
  • the thermal interface provides thermal contact between the cooling system and firstly a first face of the electronic devices, ie their lower substrate, and other a second side of electronic devices, ie their upper substrate.
  • the upper and lower substrates of the dual-surface devices can be directly thermally coupled via a common or indirect thermal interface through two independent thermal interfaces. In the latter case, fastening means may be provided to sandwich the electronic devices with the thermal interface.
  • the thermal interface extends longitudinally along the Y axis and laterally over the entire surface of the face of the substrate 110 in contact with said thermal interface in order to maximize the heat exchange between the electronic device 100 and the cooling system.
  • the thermal interface takes the form of a plurality of collectors 331, 332 which extend along one side of the substrate 110.
  • the collectors are arranged to be mechanically coupled to the plurality of conduits. 321-324. More particularly, the thermal interface comprises two linear networks of collectors 331, 332, the collectors of each network being preferably regularly spaced.
  • Each collector 331, 332 is preferably thermally and mechanically coupled with a conduit 321-324.
  • the mechanical coupling can be achieved by any known means, and especially by engagement, preferably without play, for example by brazing, crimping or gluing.
  • the thermal coupling of each duct with the corresponding collector may be direct or indirect.
  • a thermal glue may optionally be used to improve the thermal coupling between the collector 331, 332 and the corresponding conduit 321-324.
  • a first network of collectors 331, called first collectors 331, is in thermal coupling with the face of a first substrate 110 opposite to that on which the components are fixed, for example the lower face of the lower substrate of an electronic device 100.
  • a second network of collectors 332, called second collectors 332, is in thermal coupling with a face of a second substrate 110 opposite to that on which the components are fixed, for example the underside of the upper substrate of an electronic device 100.
  • both sides of an electronic device 100 are thermally coupled to the cooling system, thereby improving the ability of the cooling system to dissipate the calories produced at the components of each electronic device 100.
  • All collectors 331-332 of a collector network are preferably thermally coupled to each other.
  • the thermal interface therefore comprises two independent collector networks each comprising at least two collectors, each collector network preferably being made in one-piece fashion.
  • the collectors 331, 332 are formed of one or more materials having a high coefficient of thermal conductivity, such as for example copper, magnesium or aluminum.
  • Each network of collectors 331, 332 can be made monolithically or result from the assembly of several separate collectors. Similarly, each collector can be made monolithically or result from the assembly of several parts in order to achieve the thermal and mechanical coupling with the corresponding conduit.
  • the first and second collectors 331, 332 comprise a concave-shaped through bore formed by a lower end 3311 and lateral edges 3312.
  • the shape of the lower end 3311 is preferably complementary to that of the section of conduits 321 with which the collectors 331, 332 cooperate.
  • the lower end 3311 of the collectors 331, 332 assumes a circular shape, complementary to the circular section of the ducts 321-324.
  • the cooling system may comprise a closure piece arranged to hold the duct inside the collector, the closure part being arranged to cooperate with the collector.
  • the bore of at least one manifold may take the form of a through hole, for example a circular hole, within which a duct may be inserted and held, for example by means of a free assembly, the conduit 321-324 can be inserted into force in the manifold 331, 332.
  • the cooling system comprises a plurality of conduits 321-324 arranged to dissipate calories, preferably by circulating a liquid heat transfer fluid and / or gas between a first end 3211-3241 and a second end 3212-3242.
  • Each duct 321-324 comprises: a first bent portion 3213-3243,
  • a second rectilinear part 3214-3244 preferably situated in the direct extension of the first bent part 3213-3243, and
  • a coupling section 3215-3245 arranged to cooperate with a collector 331, 332 in order to perform a mechanical coupling and a thermal coupling with said collector 331, 332.
  • the length of the coupling section is preferably slightly greater than that of the collector 331, 332 so that the first end 3211-3241 of the corresponding conduit is located on the other side of said manifold 331, 332 relative to the bent portion.
  • each duct is in thermal coupling with at least one collector, and preferably exactly one.
  • At least one conduit is a heat pipe.
  • the cooling system of a module according to a fourth improvement may comprise a plurality of fins 311-314 arranged transversely to the conduits 321-324 in the X direction, at least a portion of said ducts 321- 324 being in thermal coupling with at least a portion of said traversed fins 311-314.
  • the fins 311-314 preferably take the form of a thin flat plate with regard to its lateral dimensions, typically between a few tenths of millimeters to a few millimeters.
  • the fins 311-314 are made of at least one material having a high coefficient of thermal conductivity in order to promote the transfer of calories with the surrounding fluid, such as for example aluminum or copper.
  • Each conduit 321-324 passes through a plurality of fins 311-314.
  • the fins 311-314 thus comprise at least one recess whose dimensions are slightly greater than those of the section of said through ducts 321-324 so as to ensure a thermal coupling between the fins 311-314 and the ducts 321-324 and / or maintaining the fins 311-31 on the conduits 321-324.
  • a fixing means makes it possible to fix a fin 311-314 on each through duct 321-324.
  • the described embodiment uses fins 311-314 which are: mounted along at least one segment of the rectilinear portion 3214-3244 of the ducts
  • said ducts 321-324 are preferably organized in a two-dimensional array, and preferably in two rows spaced from one another, a first portion of the ducts 321-324 being aligned along a first line and a second part of the ducts 321-324 being aligned along a second line.
  • the ducts 321 are aligned along the first so-called upper line and located above the second so-called lower line in which the ducts 322 are aligned.
  • the fins 311-314 associated with the conduits 321-324 aligned along the first upper line are distinct from the fins 311-314 associated with the conduits 321-324 aligned along the second lower line.
  • the conduits 321-324 aligned along the first upper line and the conduits 321-324 aligned along the second lower line are thermally and / or mechanically coupled with the same group of fins 311-314, each fin being crossed. simultaneously by a conduit 321-324 associated with the upper line and another conduit 321-324 associated with the lower line.
  • the conduits 321-324 can be mounted on the collectors 331-332 and alternately oriented laterally beyond the first regulated face and beyond the second regulated face.
  • the conduits 321-324 of the same network of collectors 331-332 may all be aligned along the first line or be distributed along the first and second lines.
  • the conduits 321-324 of the same network of collectors 331-332 are all oriented on the same side with respect to the first or the second regulated face.
  • the conduits 321-324 of the same network of collectors 331-332 may all be aligned along the first line or be distributed along the first and second lines.
  • a first portion of the ducts 321 associated with the first collectors 331 is oriented laterally on a first side of the electronic device 100 and a second portion of the ducts 324 associated with the first collectors 331 is laterally oriented. a second side of the electronic device 100 opposite to the first side.
  • a first portion of the ducts 324 associated with the second collectors 332 is oriented laterally of a first side of the electronic device 100 and a second portion of the ducts 324 associated with the second collectors 332 is oriented laterally of a second side of the electronic device 100 opposite to the first side.
  • this alternation in the direction of extension of the ducts is made between two ducts immediately adjacent to one another.
  • the invention also covers the case where a first pair of ducts is alternated with a second pair of ducts.
  • the dissipation thermal protection is provided jointly by a first part of the cooling located on a first side of said device and by a second portion of a second side opposite said first side.
  • the ducts 321 aligned along the first line and the ducts 322 aligned along the second line are staggered in a plane formed by a fin.
  • the conduits 321 aligned along the first line are all aligned with a constant spacing pitch.
  • the conduits aligned along the second line 322 are all aligned with a constant spacing pitch.
  • the spacing pitch of the ducts aligned along the second line 322 is identical to the spacing pitch of the conduits aligned along the first line 321.
  • the staggered organization of the ducts 321-324 is achieved by means of a shifting of the ducts 321. of the first line with respect to the conduits 322 of the second line.
  • the offset is advantageously equal to half the spacing pitch of the conduits 321-234.
  • This clever configuration makes it possible to promote the flow of air between each duct 321-324 and to prevent, in a direction perpendicular to the alignment direction of ducts 321-324, the heat exchange between each duct 321-324. and the air is maximum. More particularly, the staggered configuration of the ducts 321-324 makes it possible to limit the interferences between the ducts 321-324, in particular by the shading effect that a duct overlay involves.
  • the ducts pass through the fins so that, in the plane of said fins, the surface of the fin located above said ducts is equal to that below.
  • the module 10 also comprises an electrical connection member 520 arranged to electrically supply at least a portion of the electronic devices 10, said connection member electrical 520 extending into at least a portion of the electronic devices.
  • the connection member 520 preferably comprises (i) a plurality of connection tabs 521 in electrical contact with at least one of the electronic devices, each connecting tab 521 extending laterally between two adjacent conduits 321-324, and (ii) at least one lug 511-516 electrically connected to at least a portion of connecting lugs 521 via a longitudinal section 523.
  • the electrical connection member 520 is arranged to establish at least one electrical connection with at least one electronic devices 10 at at least one feed track 213.
  • the connection member 520 shown takes the form of a connecting comb 520.
  • the module 10 comprises two groups of electrical connection combs 520 each located on either side of the electronic devices 100. Each group comprises a number of comb preferably equal to the number of electronic devices 100 of the module 10. In the illustrated example, two groups of three combs 520 are arranged on either side of the electronic devices.
  • Each comb 520 comprises a lug 511-516 arranged to be able to connect an electrical conductor, for example by brazing or screwing.
  • each lug takes the form of a flat dough having a central opening in order to introduce an electrical conductor to establish an electrical connection.
  • Lugs 511-516 are advantageously located laterally beyond the ducts and fins in order to easily connect an electrical conductor.
  • Each comb 520 and each lug 511-516 are at least partially conductive. They are for example formed at least in part of a metallic material such as copper.
  • each comb 520 is arranged to establish an electrical connection between the corresponding lug 511-516 and one of the electronic devices 100, each comb being preferably connected to a different electronic device 100, for example by soldering on a pad 213c or 213d illustrated in FIG. 3.
  • a first portion of the lugs 511-516 is preferably arranged to conduct an incoming electrical current carried by an electrical conductor to at least one of the electronic devices 100.
  • a second portion of the lugs 511-516 is preferably arranged to drive an outgoing electric current shaped by at least one of the electronic devices 100 to an electrical conductor.
  • Each comb 520 is electrically insulated from the other combs 520.
  • each comb 520 can be made monolithically, or part of them can be made monolithically, including those located on the same side of the electronic devices 100.
  • FIGURES 9 and 10 illustrate a perspective view of a module 10 according to the first aspect of the invention and implementing a housing and / or fans according to its fifth development.
  • FIGURE 9 identical to FIGURE 10 one half of the housing has not been shown for ease of understanding.
  • such a module 10 thus comprises: a housing 700 open on at least two opposite faces, called AF blowing faces, located perpendicular to the plurality of fins, and / or
  • At least one fan 711-713 located in the extension of a blowing face and arranged to blow air through the plurality of fins 311-314 and 321-324 ducts.
  • the module 10 described in FIGS. 9 and 10 comprises three electronic devices longitudinally aligned in the Y direction and in the configuration illustrated in FIG. 2.
  • the housing 700 comprises a plurality of plates 701-705 arranged to form a housing around the at least one electronic device 100 and / or the cooling system.
  • the plates may be bonded together or fixed directly to the module 10.
  • the housing optionally comprises fastening means cooperating with complementary means on the module 10, so that the housing is held in position once fixed on said module 100.
  • each conduit 321-324 are preferably located outside the housing 700.
  • the lateral face 704 comprises openings whose dimensions are slightly greater than those of the conduit 321-324 and / or its second end 3212-3234.
  • the housing comprises a first open face 730 and / or a second open face 740, that is to say unobstructed by a plate, so that an air flow is possible between the fins 311-314 , the air rushing between said fins 311-314 by the first open face 730 and, optionally, emerging through the second open face 740.
  • the housing is arranged to form between the blowing faces a air channel passing through the cooling system at the plurality of conduits 321-324 and the plurality of fins 311-314.
  • the circulation of air inside the cooling system can be natural or forced, thanks in particular to at least one fan 711-713.
  • the module 10 according to the first aspect of the invention thus comprises two air channels passing through the cooling system:
  • a first air channel is formed of a first side of the at least one electronic device 100, beyond the first regulated face and at the level of the rectilinear part 3214, 3224 of the plurality of ducts 321, 322 and the plurality of fins 311, 312.
  • the first air channel is visible in FIGURE 9 between the arrows 730 and 740 on the visible side of the housing 700;
  • a second channel is formed of a second side of the at least one electronic device 100, beyond the second regulated face and at the level of the rectilinear part 3234, 3244 of the plurality of conduits 323, 324 and the plurality of fins 313, 314.
  • the second air channel is embodied by the two groups of fins exposed in FIG. 9.
  • the first and second air channels are advantageously oriented perpendicularly to the fins 311-314, and preferably in the longitudinal direction of the module 10. More particularly, the blowing faces are arranged in such a way that a flow of air It flows in a laminar manner and can reach each duct without detours.
  • the dimensions of the rectilinear portions 3214-3244 of the ducts 321-324 correspond to the lateral dimensions of a fan 711-716.
  • the module 10 according to the first aspect of the invention comprises:
  • each electronic device 100 comprising a lower substrate and an upper substrate, the three devices being aligned in a longitudinal direction Y and the opposite faces of each lower and respectively upper substrate being respectively coplanar with each other;
  • first collectors 331 in thermal coupling with the entire surface of the first regulated face of each electronic device 100; second collectors 332 in thermal coupling with the entire surface of the first regulated face of each electronic device 100; a plurality of heat pipes 321-324, each manifold 331, 332 being thermally coupled with a heat pipe 321-324;
  • a first portion of the heat pipes 321, 322 associated with the first collectors 331 extends laterally beyond the first regulated face and a second portion of the heat pipes 321, 322 associated with the first collectors 331 extends laterally. beyond the first regulated face.
  • each heat pipe 321, 322 associated with the first collectors 331 extends in a direction different from that in which extends the heat pipe 321, 322 directly adjacent.
  • a first portion of the heat pipes 323, 324 associated with the second collectors 332 extends laterally beyond the first regulated face and a second portion of the heat pipes 323, 324 associated with the second collectors 332 extends laterally beyond of the first regulated face.
  • each heat pipe 323, 324 associated with the second collectors 332 extends in a direction different from that in which extends the heat pipe 323, 324 directly adjacent.
  • Each first and second portion of the heat pipes 321-324 associated respectively with the first and second collectors is in thermal coupling with a separate portion of the fins 311-314.
  • the fins 311-314 are arranged in four distinct groups, each fin group 311-314 being in thermal coupling with one and only one of the first and second portions of heat pipes 321-324 defined above.
  • the fans 711-716 are distributed around the electronic devices 100 so as to blow air at the straight portions 3214-3244 of the heat pipes 321-324, each regulated face of each electronic device 100 being thus thermally regulated via two separate fans 711-716 and remote from each other, associated with a set of heat pipes 321-324 and fins 311-314 separate and distant.
  • This preferred embodiment thus provides a power electronics module whose clever design optimizes the management of thermal aspects.

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Abstract

L'invention concerne un module d'électronique de puissance pour commander un système électrique multiphasé, ledit module comprenant une pluralité de dispositifs électroniques agencés pour mettre en forme un signal électrique dit entrant en une pluralité de signaux électriques dits sortants agencés pour alimenter ledit système électrique multiphasé, chaque dispositif électronique comportant : - un substrat dit inférieur agencé pour former un circuit électrique, ledit substrat inférieur de chaque dispositif électronique comprenant une face inférieure qui est coplanaire avec une face inférieure du substrat d'au moins un autre dispositif électronique; - au moins un composant électronique lié solidairement au substrat inférieur et connecté électriquement au circuit électrique; - un système de refroidissement agencé pour réguler la température du substrat inférieur. L'invention concerne aussi un véhicule électrique mettant en œuvre un moteur électrique commandé par un tel module.

Description

« MODULE D'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE REFROIDI, MOTEUR ET VEHICULE INTEGRANT UN TEL MODULE »
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1652196 déposée le 15 mars 2016 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Domaine technique
La présente invention concerne un module d'électronique de puissance, et plus particulièrement un système de refroidissement d'un tel module. Elle se situe dans le domaine de l'électronique de puissance pour commander des moteurs électriques multiphasés, notamment ceux qui équipent des véhicules motorisés.
État de la technique antérieure
Les modules d'électroniques de puissance sont très largement utilisés dans le domaine de l'industrie du transport. Ils sont soumis à de nombreuses contraintes durant leur fonctionnement, notamment mécaniques et thermiques. Ainsi, les gradients de température introduits au niveau de leur substrat sous l'effet de la dissipation de chaleur des composants qu'ils supportent engendrent des contraintes thermomécaniques répétées de manière cyclique tout au long de la vie du composant, produisant une fatigue thermique, un stress mécanique et consécutivement des risques de dysfonctionnement et/ou de pannes.
À titre d'exemple, un mauvais contrôle de la température dégrade les performances des composants électroniques lorsqu'elle dépasse une gamme prévue de fonctionnement et, de manière plus durable, les variations de température liées aux périodes de fonctionnement et d'arrêt des modules d'électroniques de puissance peuvent conduire aussi à des dégradations des fils de connexion électrique et/ou à des dégradations voire des ruptures des brasures des différents composants électroniques, ainsi qu'une baisse de leur fiabilité. Ainsi la prise en compte des effets thermiques liés au fonctionnement des modules d'électroniques de puissance est primordiale pour augmenter la robustesse et les performances globales de tels modules. En parallèle de ces contraintes thermiques, il convient de réduire la taille et l'encombrement de ces modules d'électronique de puissance. Or, cette réduction est, dans l'état de la technique, limitée par la nécessité de refroidir ces modules.
La présente invention a pour objet de répondre au moins en grande partie aux problèmes décrits précédemment et de conduire en outre à d'autres avantages.
Un autre but de l'invention est de résoudre au moins un de ces problèmes par un nouveau module d'électronique de puissance.
Un autre but de l'invention est de proposer un nouveau design thermique pour un tel module permettant de réduire les effets néfastes liés aux dissipations thermiques des composants durant leur fonctionnement.
Un autre but de la présente invention est de refroidir plus efficacement un tel module de puissance.
Un autre but de la présente invention est d'améliorer la fiabilité et la robustesse d'un tel module de puissance. Un autre but de la présente invention est de réduire les pannes et les coûts de maintenance d'un tel module de puissance.
Enfin, un but général de l'invention est de réduire l'encombrement et le poids d'un tel module de puissance tout en assurant un refroidissement fiable de celui-ci afin de faciliter d'une part l'implantation dudit module dans un véhicule électrique ou hybride, et d'autre part d'augmenter l'autonomie d'un tel véhicule.
Exposé de l'invention
Selon un premier aspect de l'invention, on atteint au moins l'un des objectifs précités avec un module d'électronique de puissance pour commander un système électrique multiphasé, ledit module comprenant une pluralité de dispositifs électroniques agencés pour mettre en forme un signal électrique dit entrant en une pluralité de signaux électriques dits sortants agencés pour alimenter ledit système électrique multiphasé, chaque dispositif électronique comportant (i) un substrat dit inférieur agencé pour former un circuit électrique et (ii) au moins un composant électronique lié solidairement au substrat inférieur et connecté électriquement au circuit électrique, le substrat inférieur de chaque dispositif électronique comprenant une face inférieure qui est coplanaire avec une face inférieure du substrat d'au moins un autre dispositif électronique constitutif du module d'électronique de puissance.
Les dispositifs électroniques sont préférentiellement agencés pour commander un système électrique multiphasé. À titre d'exemple non-limitatifs, chaque dispositif électronique peut être du type d'un convertisseur d'énergie, par exemple un convertisseur alternatif - continu tel qu'un redresseur ou une alimentation à découpage, un convertisseur continu - alternatif tel qu'un onduleur, un convertisseur continu - continu tel qu'un hacheur élévateur (« boost ») ou abaisseur (« buck ») pour par exemple alimenter les auxiliaires basse tension du réseau de bord, la climatisation, les périphériques audio.... Les systèmes électriques multiphasés commandés par au moins un module conforme au premier aspect de l'invention ou à l'un quelconque de ses perfectionnements sont préférentiellement des moteurs électriques utilisés pour la propulsion d'un véhicule automobile ou d'un train.
Préférentiellement, les faces inférieures de chaque dispositif électronique sont toutes coplanaires entre elles afin de faciliter la connexion électrique de la pluralité de dispositifs électroniques. Alternativement, chaque dispositif électronique peut être rendu coplanaire avec au moins une partie des autres dispositifs électroniques par rapport à une autre face de référence du substrat. Un tel alignement des dispositifs électronique constitue la caractéristique élémentaire de la conception d'un module d'électronique de puissance optimisé du point de vue thermique. Il permet notamment de répartir les différentes sources de chaleur selon un premier plan dissipateur de chaleur. Les différents perfectionnements du module conforme au premier aspect de l'invention et qui seront décrits ultérieurement visent à améliorer la dissipation de chaleur sur ledit premier plan dissipateur de chaleur.
De manière avantageuse, le substrat de chaque dispositif électronique contribue à évacuer la chaleur émise par les composants à sa surface durant leur fonctionnement, notamment par des phénomènes de conduction. Le substrat est préférentiellement réalisé dans un matériau permettant à la fois de former un circuit électrique apte à interfacer les composants électroniques et aussi d'homogénéiser la température émise localement par lesdits composants durant leur fonctionnement.
Le substrat peut comprendre une pluralité de matériaux empilés par exemple en couches successives et selon une topologie particulière permettant de réaliser à la fois un circuit électrique et d'évacuer la chaleur dissipée par chaque composant. Préférentiellement, le substrat est du type DBC pour « Direct Bonded Copper » (Direct Plaqué Cuivre - DPC) et comprend le placage d'au moins une couche de cuivre sur un support à base de céramique. Un circuit électrique peut ainsi être facilement réalisé en fonction des composants placés à sa surface. Le substrat DBC est ainsi un excellent conducteur électrique le long des pistes du circuit électrique dessiné à sa surface, mais aussi un excellent isolant électrique sur des zones situées autour desdites pistes électriques, et possède de très bonnes caractéristiques thermiques.
De manière préférentielle, un module conforme au premier aspect de l'invention comprend alternativement ou de manière complémentaire au moins un des premiers perfectionnements ci- dessous pris éventuellement en combinaison :
- le module comprend un substrat dit supérieur lié solidairement et/ou connecté électriquement à au moins une partie des composants électroniques, afin de définir un deuxième plan dissipateur de chaleur. Eventuellement, les substrats supérieurs de chaque dispositif électronique sont coplanaires avec au moins un autre dispositif électronique constitutif du module d'électronique de puissance, et préférentiellement ils sont tous coplanaires afin de configurer un deuxième plan dissipateur de chaleur identique pour tous les dispositifs électroniques. Cette configuration, dite double -face, permet de favoriser l'évacuation des calories dissipées par chaque composant vers les premier et deuxièmes plans dissipateurs de chaleur, les composant étant en couplage thermique avec chacun des substrats inférieurs et supérieurs. Cette configuration double-face permet aussi de protéger les composants situés entre les deux substrats ;
- le substrat inférieur ou le substrat supérieur de chaque dispositif électronique comprend une première face latérale qui est coplanaire avec une première face latérale du substrat d'au moins un autre dispositif électronique ; _ le substrat inférieur ou le substrat supérieur de chaque dispositif électronique comprend une deuxième face latérale qui est coplanaire avec une deuxième face latérale du substrat inférieur ou supérieur d' au moins un autre dispositif électronique ;
- chaque dispositif électronique comprend au moins deux transistors bipolaires à grille isolée, chaque transistor étant associé à une diode pour former un interrupteur bidirectionnel. Alternativement, une diode peut être associée à un MOFSET (Transistor à effet de champ à grille métal-oxyde). Ainsi chaque dispositif électronique forme le bras d'un onduleur, le module électronique pouvant comprendre un nombre quelconque de bras. D'une manière plus générale, les composants de chaque dispositif électronique sont utilisés dans un mode binaire, passant ou bloquant, oscillant à des fréquences comprises entre 10kHz et 100kHz et permettant ainsi de réaliser des modulations de largeur d'impulsion dont les fréquences, amplitudes et/ou rapports cycliques sont contrôlés ;
- tous les dispositifs électroniques comprennent les mêmes composants ; - chaque dispositif électronique s'étend selon une direction longitudinale le long de laquelle la pluralité de composants est alignée, permettant ainsi à la fois de faciliter la connexion électrique avec un circuit électrique extérieur et de favoriser la dissipation thermique du dispositif électronique en répartissant de manière plus homogène les sources de chaleur le long dudit dispositif électronique. En effet, la disposition en ligne des dispositifs électroniques d'un module selon l'invention permet astucieusement d'augmenter l'une des dimensions desdits dispositifs électroniques ;
- Eventuellement, au moins une partie des dispositifs électroniques partagent le substrat inférieur et/ou supérieur ; Eventuellement, la première face latérale d'un premier dispositif électronique est distincte de la première face latérale d'un autre dispositif électronique ; et la deuxième face latérale d'un premier dispositif électronique est distincte de la deuxième face latérale d'un autre dispositif électronique. Dans les paragraphes qui suivent, on définit un axe longitudinal comme étant l'axe le long duquel les différents dispositifs électroniques sont disposés et préférentiellement alignés dans le module selon l'invention. De manière comparable, on définit un axe transversal perpendiculaire à l'axe longitudinal et normal à la surface des substrats des dispositifs électroniques des modules.
Selon un deuxième perfectionnement, le module conforme au premier aspect de l'invention ou à l'un quelconque de ses premiers perfectionnements comporte par ailleurs au moins un système de refroidissement comprenant :
- au moins une interface thermique en couplage thermique avec au moins un des dispositifs électroniques,
- une pluralité de conduits en couplage thermique avec l'interface thermique, lesdits conduits étant agencés pour transporter un fluide caloporteur entre une première extrémité et une deuxième extrémité.
Il est ainsi possible d'évacuer les calories dissipées par effet Joules au niveau des dispositifs électroniques durant leur fonctionnement, de mieux réguler la température desdits dispositifs électronique et d'éviter des surchauffes qui conduiraient à des dysfonctionnements ou à des pannes. Au moins un des dispositifs électroniques est ainsi lié solidairement au système de refroidissement par l'intermédiaire de l'interface thermique et selon tous moyens, tels que par exemple le collage, le vissage, le brasage, le sertissage ou n'importe quel autre moyen d'assemblage mécanique. Préférentiellement, l'interface thermique est en couplage thermique avec sensiblement toute la surface d'une face d'au moins un des dispositifs électroniques, tel que par exemple avec le premier ou le deuxième plan dissipateur de chaleur défini précédemment. Eventuellement, l'interface thermique est couplée thermiquement avec une face de plusieurs dispositifs électroniques, notamment les dispositifs électroniques qui sont immédiatement adjacents, tel que par exemple avec les premiers et deuxièmes plans dissipateurs de chaleur.
D'une manière générale, l'interface thermique est agencée pour maximiser la surface d'échange entre les dispositifs électroniques et ladite interface thermique.
Le couplage thermique entre l'interface thermique et au moins un dispositif électronique peut être direct ou indirect, par exemple par l'intermédiaire d'un matériau thermiquement conducteur, telle qu'une pâte thermique.
De manière avantageuse, l'interface thermique peut aussi jouer le rôle d'un support mécanique à l'égard d'au moins deux dispositifs électroniques adjacents, en formant par exemple un référentiel mécanique commun sur lequel les deux dispositifs électroniques sont montés solidairement.
De manière préférentielle, l'interface thermique d'un tel module conforme au deuxième aspect de l'invention comprend :
- une pluralité de premiers collecteurs en couplage thermique avec au moins une face du substrat inférieur, dite première face régulée, d'au moins un des dispositifs électroniques, et/ou
- une pluralité de seconds collecteurs en couplage thermique avec au moins une face du substrat supérieur, dite deuxième face régulée, d'au moins un des dispositifs électroniques.
Selon une première alternative, la première face régulée appartient à un premier dispositif électronique, tandis que la deuxième face régulée appartient à un deuxième dispositif électronique.
Selon une deuxième alternative, la première face régulée et la deuxième face régulée appartiennent à un même dispositif électronique.
Cette configuration astucieuse tire avantage de la présence des deux substrats situés en opposition pour au moins une partie des dispositifs électroniques, permettant ainsi de doubler les capacités du système de refroidissement et d'améliorer le refroidissement des dispositifs électroniques. La première face régulée et la deuxième face régulée s'étendent ou correspondent respectivement au premier plan dissipateur de chaleur et au deuxième plan dissipateur de chaleur défini précédemment. Ainsi, chaque face régulée des dispositifs électroniques est couplée thermiquement à une pluralité de collecteurs adjacents les uns aux autres et couvrant préférentiellement l'intégralité de ladite face régulée. Chaque collecteur est lié solidairement et couplé thermiquement à un conduit de manière à favoriser les échanges thermiques.
Ainsi, les calories produites au niveau de chaque composant sont transmises par conduction et successivement au substrat, puis à l'interface thermique, et notamment les collecteurs, puis aux conduits qui permettent d'augmenter la surface d'échange avec l'air ambiant qui entoure le module électronique.
Dans un module conforme au premier aspect de l'invention ou à l'un quelconque de ses premiers et/ou deuxièmes perfectionnements, les conduits transportant le fluide caloporteur comprennent alternativement ou de manière complémentaire au moins un des troisièmes perfectionnements ci-dessous pris éventuellement en combinaison : _ chaque conduit comprend un tronçon qui s'étend transversalement par rapport aux dispositifs électroniques correspondants, préférentiellement perpendiculairement ;
- chaque conduit comprend un tronçon de couplage avec au moins un collecteur afin de favoriser le couplage thermique entre un collecteur et un conduit, chaque tronçon de couplage étant délimité d'un premier côté par la première extrémité dudit conduit ; _ chaque conduit comprend une partie coudée située d'un deuxième côté du tronçon de couplage ;
- chaque conduit comprend une partie rectiligne préférentiellement dans le prolongement direct de la partie coudée, ladite partie rectiligne étant délimitée par la deuxième extrémité dudit conduit. La partie rectiligne forme une zone d'échange thermique avec l'air pour le système de refroidissement ;
- le tronçon de couplage présente au moins une demi-section complémentaire à une demi- section d' au moins un collecteur ;
- chaque conduit est un caloduc ;
- au moins une partie des conduits s'étend latéralement au-delà de la première face régulée afin d' améliorer la robustesse et la fiabilité du système de refroidissement. En d'autres termes, le système de refroidissement comprend une première zone d'échange thermique située d'un premier côté des dispositifs électroniques, et plus particulièrement au-delà de la première face régulée dans la direction latérale ; au moins une partie des conduits s'étend latéralement au-delà de la deuxième face régulée, et préférentiellement dans le sens opposé de celui des conduits qui s'étendent au-delà de la première face régulée. En d'autres termes, le système de refroidissement comprend une deuxième zone d'échange thermique située d'un deuxième côté des dispositifs électroniques, et plus particulièrement au-delà de la deuxième face régulée dans la direction latérale ; un premier conduit couplé thermiquement avec la première face régulée s'étend latéralement au-delà de ladite première face régulée et un deuxième conduit couplé thermiquement avec ladite première face régulée et directement adjacent audit premier conduit s'étend latéralement au-delà de la deuxième face régulée. En d'autres termes, une première partie des conduits en couplage thermique avec la première face régulée s'étendent vers la première zone d'échange thermique située latéralement d'un premier côté des dispositifs électroniques, et une deuxième partie des conduits en couplage thermique avec la première face régulée s'étendent vers la deuxième zone d'échange thermique située latéralement d'un deuxième côté des dispositifs électroniques. Cette configuration astucieuse permet de définir deux zones d'échanges thermique situées latéralement de part et d'autres des dispositifs électroniques et d'augmenter la surface d'échange avec l'air afin du système de refroidissement et d'améliorer le refroidissement des dispositifs électroniques. Cette configuration dite d'alternance simple permet aussi de tirer avantage de la géométrie du module et de répartir les conduits associés à la première face régulée dans deux sens différents, et préférentiellement opposées. Ainsi, chaque dispositif électronique est couplé thermiquement avec un plus grand nombre de conduits qui le traversent latéralement afin d'en extraire les calories produites. Les conduits sont répartis de manière homogène transversalement à toute la surface de chaque dispositif électronique, favorisant la dissipation thermique au niveau des composants fixés sur chaque dispositif électronique ; une telle redondance des moyens permet de fiabiliser le refroidissement du module d'électronique de puissance selon l'invention ; un premier conduit couplé thermiquement avec la deuxième face régulée s'étend latéralement au-delà de ladite deuxième face régulée et un deuxième conduit couplé thermiquement avec ladite deuxième face régulée et directement adjacent audit premier conduit s'étend latéralement au-delà de la deuxième face régulée. En d'autres termes, une première partie des conduits en couplage thermique avec la deuxième face régulée s'étendent vers la deuxième zone d'échange thermique située latéralement d'un premier côté des dispositifs électroniques, et une deuxième partie des conduits en couplage thermique avec la deuxième face régulée s'étendent vers la première zone d'échange thermique située latéralement d'un deuxième côté des dispositifs électroniques Ainsi, chaque face d'un dispositif électronique est couplée thermiquement avec un conduit qui s'étend dans un sens opposé de celui dans laquelle s'étend le conduit directement adjacent. De plus chaque face d'un dispositif électronique est couplée thermiquement avec un conduit qui s'étend latéralement dans la direction d'une zone d'échange thermique différente de celle vers laquelle s'étend le conduit directement adjacent. Cette configuration dite de double alternance permet astucieusement d'augmenter le nombre de conduits associés à chaque face régulée et d'améliorer la robustesse et la fiabilité du système de refroidissement.
Dans un module conforme au premier aspect de l'invention ou à l'un quelconque de ses premiers et/ou deuxièmes et/ou troisièmes perfectionnements, le système de refroidissement comprend alternativement ou de manière complémentaire au moins un des quatrièmes perfectionnements ci-dessous pris éventuellement en combinaison et permettant chacun d'améliorer encore l'efficacité du système de refroidissement :
- le système de refroidissement comprend une pluralité d'ailettes disposées transversalement aux conduits, au moins une partie desdits conduits étant en couplage thermique avec au moins une partie desdites ailettes traversées ;
- les ailettes sont préférentiellement disposées dans la zone d'échange thermique et le long de la partie rectiligne desdits conduits ;
- chaque ailette est agencée d'une part de manière sensiblement parallèle aux autres ailettes et d'autre part de manière sensiblement perpendiculaire aux conduits ;
- le système de refroidissement comprend par ailleurs un boîtier ouvert sur au moins deux faces opposées, dites de soufflage, et situées perpendiculairement à la pluralité d'ailettes ;
- dans un plan contenant une ailette, une première partie des conduits est alignée selon une première ligne et une deuxième partie des conduits est alignée selon une deuxième ligne, les conduits formant dans un tel plan un réseau bidimensionnel. A titre d'exemple non limitatif, les conduits associés à la première face régulée peuvent être réparties selon une première ligne, tandis que les conduits associés à la deuxième face régulée peuvent être réparties selon une deuxième ligne distante de ladite première ligne. Cette configuration astucieuse permet d'augmenter la densité des conduits utilisés dans le système de refroidissement associé au module d'électronique de puissance selon l'invention tout en optimisant la perte de charge sur le fluide traversant les ailettes ; - le pas du réseau de conduits dans le plan contenant une ailette est préférentiellement homogène ;
- les conduits alignés selon la première ligne et les conduits alignés selon la deuxième ligne sont organisés en quinconce.
De manière avantageuse, un module conforme au premier aspect de l'invention ou à l'un quelconque de ses premiers et/ou deuxièmes et/ou troisièmes et/ou quatrièmes perfectionnements, comprend alternativement ou de manière complémentaire au moins un des cinquièmes perfectionnements ci-dessous pris éventuellement en combinaison :
- au moins un ventilateur situé dans le prolongement d'une face de soufflage et agencé pour souffler de l'air au travers de la pluralité d'ailettes et éventuellement des conduits afin d'améliorer le transfert thermique entre l'air soufflé par l'au moins un ventilateur et les ailettes, et éventuellement les conduits. Préférentiellement, deux ventilateurs sont disposés latéralement de part et d'autre de l'un des dispositifs électroniques, selon un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du module, et avantageusement au niveau des zones d'échange thermique et/ou au niveau des parties rectilignes des conduits : le premier ventilateur est associé aux conduits qui s'étendent latéralement d'un premier côté d'un dispositif électronique au-delà de la première face régulée, et le deuxième ventilateur est associé aux conduits qui s'étendent latéralement d'un deuxième côté d'un dispositif électronique au-delà de la deuxième face régulée. Ainsi, lorsque le module conforme au premier aspect de l'invention est configuré selon une configuration d'alternance simple ou de double alternance telles que définies précédemment, chaque face régulée d'un dispositif est astucieusement régulée par deux réseaux indépendants de conduits refroidis par deux ventilateurs distincts. Un tel échangeur thermique est très robuste et très fiable car même en cas de panne de l'un des ventilateurs, chaque face d'un dispositif est toujours régulée par le ventilateur restant ;
- au moins un organe de connexion électrique agencé pour alimenter électriquement au moins une partie des dispositifs électroniques, ledit organe de connexion électrique étant situé dans une position intermédiaire entre l'interface thermique et ladite au moins une partie des dispositifs électroniques.
Préférentiellement, l'organe de connexion électrique comprend :
- une pluralité de pattes de connexion en contact électrique avec un des dispositifs électroniques, au moins une patte de connexion s' étendant entre deux conduits, - au moins une cosse électriquement liée à la pluralité de pattes de connexion, ladite au moins une cosse étant située au-delà des conduits et agencée pour permettre d'y connecter un conducteur électrique.
Selon un deuxième aspect de la présente invention, il est proposé un ensemble comprenant un moteur électrique et un module de puissance conforme au premier aspect de l'invention ou à l'un quelconque de ses premiers et/ou deuxièmes et/ou troisièmes et/ou quatrièmes et/ou cinquièmes perfectionnements, ledit moteur électrique étant commandé par ledit module de puissance. On notera qu'un tel moteur électrique est configuré pour propulser le véhicule qu'il équipe. Selon un troisième aspect de la présente invention, il est proposé un véhicule motorisé comprenant un ensemble conforme au deuxième aspect de l'invention.
Selon un quatrième aspect de l'invention, il est proposé d'utiliser un ensemble conforme au deuxième aspect de l'invention pour propulser un véhicule conforme au troisième aspect de l'invention. Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.
Description des figures et des modes de réalisation
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d'une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d' autre part, sur lesquels :
- la FIGURE 1 décrit un diagramme resituant la présente invention dans son contexte
- la FIGURE 2 illustre une vue en perspective d'un module d'électronique de puissance conforme au premier aspect de l'invention ;
- la FIGURE 3 illustre une vue de détail d'un dispositif électronique, tel que mis en œuvre dans un module conforme au premier aspect de l'invention ;
- la FIGURE 4 illustre une vue de profil d'un module conforme au premier aspect de l'invention selon son quatrième perfectionnement ;
- la FIGURE 5 illustre une vue en coupe du module illustré sur la FIGURE 4 et selon le plan de coupe AA ; - la FIGURE 6 illustre un arrangement des conduits traversant les ailettes d'un module conforme au premier aspect de l'invention et selon son cinquième perfectionnement et ;
- la FIGURE 7 illustre une vue de détail en perspective d'un module conforme au premier aspect de l'invention et selon son cinquième perfectionnement ; - la FIGURE 8 illustre un peigne de connexion électrique au travers d'une vue de profil d'un module conforme au premier aspect de l'invention et selon son cinquième perfectionnement ;
- les FIGURES 9 et 10 illustrent en perspective d'un module conforme au premier aspect de l'invention et mettant en œuvre un boîtier et des ventilateurs selon son cinquième perfectionnement.
Les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs ; on pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
En particulier tous les perfectionnements et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Dans les paragraphes et les FIGURES qui suivent, l'axe Y représente l'axe longitudinal défini précédemment et l'axe X représente l'axe transversal défini précédemment. La FIGURE 1 illustre un schéma d'un module d'électronique de puissance 10 conforme au premier aspect de l'invention dans son contexte technologique préféré, à savoir son utilisation pour commander un moteur électrique 20.
Comme visible sur la FIGURE 1, le module 10 se situe dans une position intermédiaire entre une source d'énergie électrique 30 et le moteur électrique 20 d'une part, et entre un réseau électrique 50 et des auxiliaires 40 d'autre part. La source d'énergie électrique 30 fournit des signaux électriques dits entrants qui sont mis en forme par le module d'électronique de puissance 10 afin de contrôler le moteur électrique 20, et notamment sa vitesse de rotation. La source d'énergie électrique 30 peut être de tout type, et préférentiellement de type batterie lorsqu'elle est embraquée sur un véhicule automobile par exemple. Les auxiliaires 40 comprennent tous les éléments électriques auxiliaires au moteur électrique et au véhicule, communément dénommés auxiliaires basses tensions. Les auxiliaires basse tension comprennent notamment la batterie basse tension, les systèmes de refroidissement du moteur et de l'habitacle, les systèmes d'assistance de conduite et les équipements de confort et de loisir. La FIGURE 2 illustre un module d'électronique de puissance 10 comprenant trois dispositifs électroniques 100 agencés pour mettre en forme un signal électrique dit entrant en une pluralité de signaux électriques dits sortants agencés pour alimenter un système électrique multiphasé, chaque dispositif électronique comportant (i) un substrat HOa-l lOc dit inférieur agencé pour former un circuit électrique et (ii) au moins un composant électronique lié solidairement au substrat inférieur et connecté électriquement audit circuit électrique.
À titre d'exemple non limitatif, les signaux électriques entrant sont préférentiellement du type d'une tension continue dont la valeur nominale est comprise entre 150V et 600V. Les signaux électriques sortant mis en forme par le module d'électronique de puissance 10 sont du type « Puise Width Modulation » (PWM pour « Modulation à Largeur d'Impulsion »), chaque dispositif électronique 100 réalisant une telle transformation avec une fréquence et un rapport cyclique donné. De manière préférentielle, chaque signal électrique sortant est déphasé par rapport aux autres.
Préférentiellement, les composants mis en œuvre sur au moins un dispositif électronique 100 sont interposés entre un substrat inférieur HOa-l lOc et un substrat supérieur 110e, HOf. Les composants électroniques sont connectés électriquement à au moins un des substrats inférieurs ou supérieurs.
Préférentiellement, le substrat inférieur et/ou le substrat supérieur sont agencés pour réaliser un couplage thermique avec au moins une partie des composants électroniques et améliorer la dissipation de chaleur produite durant le fonctionnement du module. Dans l'exemple illustré sur la FIGURE 2, le module 10 comprend trois dispositifs électroniques
- un premier dispositif électronique dit double-face 100a et un deuxième dispositif électronique double -face 100b, chacun des deux dispositifs électroniques double-faces 100a etlOOb comportant un substrat inférieur 110a, 110b et un substrat supérieur 110e, HOf et
- un troisième dispositif électronique dit simple -face 100c comportant uniquement un substrat inférieur 110c. Bien qu'adapté à des dispositifs électroniques double -faces, l'invention n'est cependant pas limitée exclusivement à cette configuration.
L'invention vise à couvrir toutes les combinaisons de plusieurs dispositifs électroniques, quels que soient leur nombre et la proportion de dispositifs électroniques double -faces par rapport aux dispositifs électroniques simple -face. Préférentiellement, tous les dispositifs électroniques sont du même type, et préférentiellement encore tous du type double -face.
De manière avantageuse, au moins un des substrats 110 d'au moins une partie des dispositifs électronique 100 est aligné selon une ou plusieurs directions afin de définir une géométrie particulièrement avantageuse pour le module 10 conforme au premier aspect de l'invention qui permet de limiter les phénomènes d'interférences entre deux dispositifs électroniques 100 d'une part, et de faciliter la connexion électrique dudit module 10 avec un circuit électrique extérieur, d' autre part.
Selon une première variante, le substrat inférieur 110 de chaque dispositif électronique 100 comprend une face qui est coplanaire avec une face du substrat 110 d'au moins un autre dispositif électronique 100. Préférentiellement, les substrats inférieurs 110 de tous les dispositifs électroniques 100 sont coplanaires.
Dans l'exemple illustré sur la FIGURE 2, les faces inférieures du substrat inférieur HOa-l lOc de de chaque dispositif électronique 100 sont toutes coplanaires.
Une telle organisation est adaptée à un module d'électronique de puissance nécessitant l'extraction d'une grande quantité de calories, en raison du traitement électrique, notamment son hachage, et de la valeur de tension ainsi traitée. Cette disposition relative des dispositifs électroniques permet d'extraire les calories par ses grandes faces et de rationaliser l'alimentation électrique de ces dispositifs, en les alignant le long d'un même bord.
Selon une deuxième variante, éventuellement complémentaire à la première variante, le substrat inférieur 110a- 110c ou le substrat supérieur 110e, I lOf de chaque dispositif électronique 100 comprend une première face latérale qui est coplanaire avec une première face latérale du substrat d'au moins un autre dispositif électronique 100, et préférentiellement de tous les autres dispositifs électroniques 100.
Dans l'exemple illustré sur la FIGURE 2, les faces latérales 120 du substrat inférieur HOa-l lOc de de chaque dispositif électronique 100 sont toutes coplanaires.
Selon une troisième variante, éventuellement complémentaire aux deux premières variantes, le substrat inférieur 110a- 110c ou le substrat supérieur 110e, I lOf de chaque dispositif électronique 100 comprend une deuxième face latérale qui est coplanaire avec une deuxième face latérale du substrat inférieur ou supérieur d'au moins un autre dispositif électronique 100, et préférentiellement de tous les autres dispositifs électroniques 100.
Dans l'exemple illustré sur la FIGURE 2, les faces latérales opposées aux faces latérales 120 du substrat inférieur 110a-l 10c de de chaque dispositif électronique 100 sont toutes coplanaires.
Dans le mode de réalisation illustré sur la FIGURE 2, le module 10 comprend ainsi trois dispositifs électroniques 100 dont les dimensions sont identiques entre chaque dispositif électronique 100. Les dispositifs électroniques 100 sont tous alignés de manière à ce que les faces inférieures et latérales du substrat inférieur et la face supérieure des substrats supérieurs soient respectivement toutes coplanaires.
La FIGURE 3 illustre une vue de détail d'un dispositif électronique 100, tel que mis en œuvre dans un module conforme au premier aspect de l'invention.
Le module 100 comprend une pluralité de composants électroniques 211-213 fixés solidairement à la surface d'un substrat 110. Le substrat est agencé d'une part pour former un circuit électrique (non représenté) assurant des interconnexions entre les composants électroniques 211-213 et leur alimentation électrique et d'autre part pour participer au refroidissement desdits composants électroniques 211-213 durant leur fonctionnement. Cette problématique est accentuée en électronique de puissance qui met en œuvre des tensions et/ou des courants élevés : les dissipations de chaleur notamment par effet Joules sont prépondérantes et il est indispensable de dissiper les calories produites au niveau de chaque composant afin de garantir leur bon fonctionnement et éviter des pannes.
Les composants électroniques 211-213 sont fixés à la surface du substrat 110 par tous moyens de fixation connus, et préférentiellement par brasage. Ils sont aussi connectés électriquement au circuit électrique formé sur ledit substrat 110. Avantageusement, les moyens de fixation des composants électroniques 211-213 sur le substrat sont conducteurs électriquement.
Les composants 211-213 sont répartis à la surface du substrat 110 selon une configuration avantageuse qui permet de limiter les phénomènes d'interférences entre deux composants électroniques 100, de répartir les sources de chaleur de manière plus homogène le long du substrat 110 durant le fonctionnement du dispositif électronique 100 et de faciliter la connexion électrique dudit dispositif électronique 100 avec un circuit électrique extérieur.
Plus particulièrement, les composants 211-213 du dispositif électronique 100 illustré sur la FIGURE 3 sont sensiblement répartis suivant une direction longitudinale Y. La distance entre deux composants 211-213 adjacents est préférentiellement constante. Cette configuration avantageuse permet d'optimiser la répartition des sources de chaleur à la surface de chaque substrat et donc, in fine, d'améliorer le transfert thermique des calories produites au niveau de chaque composant vers le substrat et le milieu extérieur. Cette configuration permet aussi de minimiser les phénomènes d'interférence entre deux composants adjacents.
Le dispositif 100 est agencé pour former par exemple un bras d'onduleur, permettant de fournir au moins une tension et/ou au moins un courant alternatif à partir d'un signal entrant de tension et/ou de fréquence différente. Un tel dispositif lOOcomprend au moins les trois types de composants ci-dessous : - au moins un transistor bipolaire à grille isolée 211,
- au moins une diode 212, au moins une diode étant associée à au moins un transistor bipolaire à grille isolée afin de former un interrupteur bidirectionnel oscillant entre une configuration passante et une configuration bloquante à une fréquence typiquement comprise entre 10 kHz et 100 kHz, _ une piste d'alimentation 213.
Un dispositif électronique simple-face comprend un substrat inférieur 110, préférentiellement du type DBC tel que défini précédemment et sur lequel les composants 211-213 sont brasés. De manière préférentielle, les brasures de chaque composant permettent à la fois de les fixer solidairement audit substrat, mais aussi d'assurer une continuité électrique et thermique entre le circuit électrique réalisé sur le substrat et ledit composant.
Un dispositif électronique double -face comprend un substrat inférieur 110 sur lequel les composants 211-213 sont brasés, et un substrat supérieur fixé solidairement aux composants par l'intermédiaire de leur face opposée à fixées sur le substrat inférieur. De manière préférentielle, les substrats inférieurs et/ou supérieurs sont du type DBC tels que définis précédemment ; et les brasures de chaque composant sur les substrats inférieurs et/ou supérieurs permettent à la fois de les fixer solidairement audit substrat, mais aussi d'assurer une continuité électrique entre le circuit électrique réalisé sur le substrat et ledit composant.
En référence aux FIGURES 4 et 5, un module conforme au premier aspect de l'invention et comprenant un système de refroidissement selon son quatrième perfectionnement va maintenant être décrit.
Le module 10 mis en œuvre dans le mode de réalisation illustré comprend préférentiellement au moins un dispositif électronique 100 du type double-face afin de pouvoir évacuer plus efficacement la chaleur dissipée durant son fonctionnement. Avantageusement, tous les dispositifs électroniques 100 du module sont du type double -face.
Chaque dispositif électronique 100 est lié solidairement au système de refroidissement qui comprend une interface thermique agencée pour assurer un couplage thermique entre les dispositifs électronique 100 et des conduits 321-324 agencés pour transporter un fluide caloporteur entre une première extrémité et une deuxième extrémité. L'interface thermique est elle-même en couplage thermique avec au moins une partie des dispositifs électroniques 100.
Eventuellement, le couplage thermique entre l'interface thermique et un dispositif électronique 100 est direct ou indirect, par exemple par l'intermédiaire d'un matériau thermiquement conducteur tel qu'une pâte thermique.
Dans l'exemple illustré sur les FIGURES 4 et 5, l'interface thermique est en contact direct avec une face d'au moins un substrat des dispositifs électroniques 100. L'interface thermique est liée solidairement à au moins un substrat des dispositifs électroniques 100, par exemple par collage, par vissage ou par n'importe quel autre moyen d'assemblage mécanique. Dans le cas où le module comprend un dispositif électronique du type double-face, l'interface thermique assure un contact thermique entre le système de refroidissement et d'une part une première face des dispositifs électroniques, i.e. leur substrat inférieur, et d'autre part une deuxième face des dispositifs électroniques, i.e. leur substrat supérieur. Les substrats supérieurs et inférieurs des dispositifs double -face peuvent être couplés thermiquement de manière directe par l'intermédiaire d'une interface thermique commune ou indirecte par l'intermédiaire de deux interfaces thermiques indépendantes. Dans ce dernier cas, des moyens de fixations peuvent être prévu afin de prendre en sandwich les dispositifs électroniques avec l'interface thermique.
Préférentiellement, l'interface thermique s'étend longitudinalement selon l'axe Y et latéralement sur toute la surface de la face du substrat 110 en contact avec ladite interface thermique afin de maximiser les échanges thermiques entre le dispositif électronique 100 et le système de refroidissement.
Dans le mode de réalisation illustré, l'interface thermique prend la forme d'une pluralité de collecteurs 331, 332 qui s'étendent le long d'une face du substrat 110. Les collecteurs sont agencés pour être couplés mécaniquement à la pluralité de conduits 321-324. Plus particulièrement, l'interface thermique comprend deux réseaux linéaires de collecteurs 331, 332, les collecteurs de chaque réseau étant préférentiellement régulièrement espacés.
Chaque collecteur 331, 332 est préférentiellement couplé thermiquement et mécaniquement avec un conduit 321-324. Le couplage mécanique peut être réalisé par tout moyen connu, et notamment par engagement, préférentiellement sans jeu, par exemple par brasage, le sertissage ou par collage.
Le couplage thermique de chaque conduit avec le collecteur correspondant peut-être direct ou indirect. Une colle thermique peut éventuellement être utilisée pour améliorer le couplage thermique entre le collecteur 331, 332 et le conduit 321-324 correspondant.
Un premier réseau de collecteurs 331, appelés premiers collecteurs 331, est en couplage thermique avec la face d'un premier substrat 110 opposée à celle sur laquelle les composants sont fixés, par exemple la face inférieure du substrat inférieur d'un dispositif électronique 100.
Un deuxième réseau de collecteurs 332, appelés seconds collecteurs 332, est en couplage thermique avec une face d'un deuxième substrat 110 opposée à celle sur laquelle les composants sont fixés, par exemple la face inférieure du substrat supérieur d'un dispositif électronique 100.
De cette manière, les deux faces d'un dispositif électronique 100 sont couplées thermiquement au système de refroidissement, améliorant ainsi la capacité du système de refroidissement à pouvoir dissiper les calories produites au niveau des composants de chaque dispositif électronique 100.
Tous les collecteurs 331-332 d'un réseau de collecteur sont préférentiellement couplés thermiquement entre eux.
Dans l'exemple illustré sur la FIGURE 4, l'interface thermique comprend donc deux réseaux indépendants de collecteurs comprenant chacun au moins deux collecteurs, chaque réseau de collecteurs étant préférentiellement réalisé de manière monobloc.
Préférentiellement, les collecteurs 331, 332 sont formés d'un ou plusieurs matériaux présentant un fort coefficient de conductivité thermique, tels que par exemple le cuivre, le magnésium ou l'aluminium. Chaque réseau de collecteurs 331, 332 peut être réalisé de manière monolithique ou résulter de l'assemblage de plusieurs collecteurs distincts. De même, chaque collecteur peut être réalisé de manière monolithique ou résulter de l'assemblage de plusieurs pièces afin de pouvoir réaliser le couplage thermique et mécanique avec le conduit correspondant.
En référence à la FIGURE 5, les premiers et seconds collecteurs 331, 332 comprennent un alésage traversant de forme concave, formé par une extrémité inférieure 3311 et par des bords latéraux 3312. La forme de l'extrémité inférieure 3311 est préférentiellement complémentaire à celle de la section des conduits 321 avec lesquels les collecteurs 331, 332 coopèrent. Dans l'exemple illustré sur la FIGURE 5, l'extrémité inférieure 3311 des collecteurs 331, 332 prend une forme circulaire, complémentaire de la section circulaire des conduits 321-324.
Selon une première variante, le système de refroidissement peut comprendre une pièce de fermeture agencée pour maintenir le conduit à l'intérieur du collecteur, la pièce de fermeture étant agencée pour coopérer avec le collecteur.
Selon une deuxième variante, l'alésage d'au moins un collecteur peut prendre la forme d'un trou débouchant, par exemple circulaire, à l'intérieur duquel un conduit peut être inséré et maintenu, par exemple grâce à un assemblage sans jeu, le conduit 321-324 pouvant être inséré en force dans le collecteur 331, 332.
Le système de refroidissement comprend une pluralité de conduits 321-324 agencés pour dissiper des calories, préférentiellement en faisant circuler un fluide caloporteur liquide et/ou gazeux entre une première extrémité 3211- 3241 et une deuxième extrémité 3212-3242.
Chaque conduit 321-324 comprend : _ une première partie coudée 3213-3243,
- une deuxième partie rectiligne 3214-3244 située préférentiellement dans le prolongement direct de la première partie coudée 3213-3243, et
- un tronçon de couplage 3215-3245 agencé pour coopérer avec un collecteur 331, 332 afin de réaliser un couplage mécanique et un couplage thermique avec ledit collecteur 331, 332. La longueur du tronçon de couplage est préférentiellement légèrement supérieure à celle du collecteur 331, 332 de sorte que la première extrémité 3211-3241 du conduit correspondant est située de l'autre côté dudit collecteur 331, 332 par rapport à la partie coudée.
Afin d'améliorer l'efficacité du système de refroidissement, chaque conduit est en couplage thermique avec au moins un collecteur, et préférentiellement exactement un.
Préférentiellement, au moins un conduit est un caloduc.
En référence aux FIGURES 4 à 8, le système de refroidissement d'un module selon un quatrième perfectionnement peut comprendre une pluralité d'ailettes 311-314 disposées transversalement aux conduits 321-324 selon la direction X, au moins une partie desdits conduits 321-324 étant en couplage thermique avec au moins une partie desdites ailettes traversées 311-314. Les ailettes 311-314 prennent préférentiellement la forme d'une plaque plane de faible épaisseur au regard de ses dimensions latérales, typiquement comprises entre quelques dixièmes de millimètres à quelques millimètres.
Les ailettes 311-314 sont réalisées dans au moins un matériau présentant un coefficient de conductivité thermique élevé afin de favoriser les transferts de calories avec le fluide qui l'entoure, tel que par exemple l'aluminium ou cuivre.
Chaque conduit 321-324 traverse une pluralité d'ailettes 311-314. Les ailettes 311-314 comprennent ainsi au moins un évidement dont les dimensions sont légèrement supérieures à celles de la section desdits conduits traversant 321-324 de manière à garantir un couplage thermique entre les ailettes 311-314 et les conduits 321-324 et/ou le maintien des ailettes 311- 314 sur les conduits 321-324.
Eventuellement, un moyen de fixation permet de fixer une ailette 311-314 sur chaque conduit traversant 321-324.
Préférentiellement, le mode de réalisation décrit met en œuvre des ailettes 311-314 qui sont : _ montées le long d'au moins un segment de la partie rectiligne 3214-3244 des conduits
321-324, et/ou
- régulièrement espacées entre elles, et/ou
- agencées de manière sensiblement parallèle entre elles, et/ou
- agencées de manière sensiblement perpendiculaire aux conduits 321-324. Dans un plan contenant les ailettes, lesdits conduits 321-324 sont préférentiellement organisés suivant un réseau bidimensionnel, et préférentiellement suivant deux rangées distantes l'une de l'autre, une première partie des conduits 321-324 étant alignée selon une première ligne et une deuxième partie des conduits 321-324 étant alignée selon une deuxième ligne.
Sur la FIGURE 6, les conduits 321 sont alignés suivant la première ligne dite supérieure et située au-dessus de la deuxième ligne dite inférieure selon laquelle les conduits 322 sont alignés.
Selon une première variante, les ailettes 311-314 associées aux conduits 321-324 alignés suivant la première ligne supérieure sont distinctes des ailettes 311-314 associées aux conduits 321-324 alignés suivant la deuxième ligne inférieure. Selon une seconde variante, les conduits 321-324 alignés suivant la première ligne supérieure et les conduits 321-324 alignés suivant la deuxième ligne inférieure sont couplés thermiquement et/ou mécaniquement avec le même groupe d'ailettes 311-314, chaque ailette étant traversée simultanément par un conduit 321-324 associé à la ligne supérieure et un autre conduit 321-324 associé à la ligne inférieure.
Plusieurs configurations sont possibles quant à la répartition latérale des conduits 321-324. Les différentes configurations couvertes par la présente invention exploitent toutes les combinaisons permettant de répartir les conduits 321-324 latéralement au-delà des premières et deuxièmes faces régulées des dispositifs électroniques et selon la première et/ou la deuxième ligne telles que définies précédemment.
Selon une première configuration, les conduits 321-324 peuvent être montés sur les collecteurs 331-332 et alternativement orientés latéralement au-delà de la première face régulée et au-delà de la deuxième face régulée. Les conduits 321-324 d'un même réseau de collecteurs 331-332 peuvent être tous alignés suivant la première ligne ou être répartis suivant les premières et deuxièmes lignes.
Selon une deuxième configuration, les conduits 321-324 d'un même réseau de collecteurs 331- 332 sont tous orientés du même côté par rapport à la première ou la deuxième face régulée. Les conduits 321-324 d'un même réseau de collecteurs 331-332 peuvent être tous alignés suivant la première ligne ou être répartis suivant les premières et deuxièmes lignes. Sur le mode de réalisation illustré à la FIGURE 4, une première partie des conduits 321 associés aux premiers collecteurs 331 est orientée latéralement d'un premier côté du dispositif électronique 100 et une deuxième partie des conduits 324 associés aux premiers collecteurs 331 est orientée latéralement d'un deuxième côté du dispositif électronique 100 opposé au premier côté. De même, une première partie des conduits 324 associés aux seconds collecteurs 332 est orientée latéralement d'un premier côté du dispositif électronique 100 et une deuxième partie des conduits 324 associés aux seconds collecteurs 332 est orientée latéralement d'un deuxième côté du dispositif électronique 100 opposé au premier côté. De manière optionnelle, cette alternance dans le sens d'extension des conduits est faite entre deux conduits immédiatement adjacents l'un à l'autre. L'invention couvre également le cas où un premier couple de conduits est alterné à un deuxième couple de conduits.
Cette configuration avantageuse permet astucieusement de projeter les surfaces d'échanges thermique dans des zones différentes et distantes l'une de l'autre par rapport aux dispositifs électroniques 100. Ainsi, pour une face de refroidissement donnée d'un module électronique 100, la dissipation thermique est assurée conjointement par une première partie du système de refroidissement située d'un premier côté dudit dispositif et par une deuxième partie située d'un deuxième côté opposé audit premier côté.
Avantageusement, comme visible sur les FIGURES 6 et 8, les conduits 321 alignés selon la première ligne et les conduits 322 alignés selon la deuxième ligne sont organisés en quinconce dans un plan formé par une ailette. Les conduits 321 alignés selon la première ligne sont tous alignés avec un pas d'espacement constant. De même, les conduits alignés selon la deuxième ligne 322 sont tous alignés avec un pas d'espacement constant. Préférentiellement, le pas d'espacement des conduits alignés selon la deuxième ligne 322 est identique au pas d'espacement des conduits alignés selon la première ligne 321. L'organisation en quinconce des conduits 321-324 est réalisée grâce à un décalage des conduits 321 de la première ligne par rapport aux conduits 322 de la deuxième ligne. Le décalage est avantageusement égal à la moitié du pas d'espacement des conduits 321-234.
Cette configuration astucieuse permet de favoriser l'écoulement d'air entre chaque conduit 321- 324 et d'éviter que, dans une direction perpendiculaire à la direction d'alignement des conduits 321-324, l'échange thermique entre chaque conduit 321-324 et l'air soit maximal. Plus particulièrement, la configuration en quinconce des conduits 321-324 permet de limiter les interférences entre les conduits 321-324, notamment par l'effet d'ombrage qu'une superposition de conduit implique.
Préférentiellement, les conduits traversent les ailettes de manière à ce que, dans le plan desdites ailettes, la surface de l'ailette située au-dessus desdits conduits soit égale à celle située en- dessous.
Conformément aux FIGURES 4, 7 et 8, et selon un cinquième perfectionnement du premier aspect de l'invention, le module 10 comprend aussi un organe de connexion électrique 520 agencé pour alimenter électriquement au moins une partie des dispositifs électroniques 10, ledit organe de connexion électrique 520 s 'étendant dans au moins une partie des dispositifs électroniques. L'organe de connexion 520 comprend préférentiellement (i) une pluralité de pattes de connexion 521 en contact électrique avec au moins un des dispositifs électroniques, chaque patte de connexion 521 s'étendant latéralement entre deux conduits adjacents 321-324, et (ii) au moins une cosse 511-516 électriquement liée à au moins une partie de pattes de connexion 521 par l'intermédiaire d'un tronçon longitudinal 523. L'organe de connexion électrique 520 est agencé pour établir au moins une connexion électrique avec au moins un des dispositifs électroniques 10 au niveau d'au moins une piste d'alimentation 213. Sur les FIGURES 4, 7 et 8, l'organe de connexion 520 représenté prend la forme d'un peigne de connexion 520.
Le module 10 comprend deux groupes de peignes de connexion électrique 520 situés chacun de part et d'autre des dispositifs électroniques 100. Chaque groupe comprend un nombre de peigne préférentiellement égal au nombre de dispositifs électroniques 100 du module 10. Dans l'exemple illustré, deux groupes de trois peignes 520 sont disposés de part et d'autre des dispositifs électroniques.
Chaque peigne 520 comprend une cosse 511-516 agencée pour pouvoir y connecter un conducteur électrique, par exemple par brasage ou vissage. Dans l'exemple illustré, chaque cosse prend la forme d'une pate plate présentant une ouverture centrale afin de pouvoir y introduire un conducteur électrique pour établir une connexion électrique.
Les cosses 511-516 sont avantageusement situées latéralement au-delà des conduits et des ailettes afin de pouvoir connecter facilement un conducteur électrique.
Chaque peigne 520 et chaque cosse 511-516 sont au moins partiellement conducteurs. Ils sont par exemple formés au moins en partie d'un matériau métallique tel que du cuivre.
Ainsi, chaque peigne 520 est agencé pour établir une connexion électrique entre la cosse correspondante 511-516 et l'un des dispositifs électroniques 100, chaque peigne étant relié préférentiellement à un dispositif électronique 100 différent, par exemple par brasage sur un plot 213c ou 213d illustré sur la FIGURE 3. Une première partie des cosses 511-516 est préférentiellement agencée pour conduire un courant électrique entrant transporté par un conducteur électrique vers au moins un des dispositifs électroniques 100. Une deuxième partie des cosses 511-516 est préférentiellement agencée pour conduire un courant électrique sortant mis en forme par au moins un des dispositifs électroniques 100 vers un conducteur électrique. Chaque peigne 520 est isolé électriquement par rapport aux autres peignes 520.
Eventuellement, chaque peigne 520 peut être réalisé de manière monolithique, ou une partie d'entre eux peut être réalisée de manière monolithique, notamment ceux qui sont situés d'un même côté des dispositifs électroniques 100.
Les FIGURES 9 et 10 illustre une vue en perspective d'un module 10 conforme au premier aspect de l'invention et mettant en œuvre un boîtier et/ou des ventilateurs selon son cinquième perfectionnement. Dans la FIGURE 9 identique à la FIGURE 10, une moitié du boîtier n'a pas été représentée pour faciliter la compréhension.
De manière additionnelle aux autres éléments déjà décrit précédemment, pris en combinaison ou de manière isolée, un tel module 10 comprend ainsi : - un boîtier 700 ouvert sur au moins deux faces opposées, dites de soufflage A-F, et situées perpendiculairement à la pluralité d'ailettes, et/ou
- au moins un ventilateur 711-713 situé dans le prolongement d'une face de soufflage et agencé pour souffler de l'air au travers de la pluralité d'ailettes 311-314 et des conduits 321-324. Le module 10 décrit sur les FIGURES 9 et 10 comprend trois dispositifs électroniques alignés longitudinalement selon la direction Y et selon la configuration illustrée sur la FIGURE 2.
Le boîtier 700 comprend une pluralité de plaques 701-705 agencées pour former un boîtier autour de l'au moins un dispositif électronique 100 et/ou du système de refroidissement. Les plaques peuvent être liées solidairement entre elles ou fixées directement sur le module 10. Le boîtier comprend éventuellement des moyens de fixation coopérant avec des moyens complémentaires sur le module 10, de manière à ce que le boîtier soit maintenu en position une fois fixé sur ledit module 100.
Les deuxièmes extrémités de chaque conduit 321-324 sont préférentiellement situées à l'extérieur du boîtier 700. À cet effet, la face latérale 704 comprend des ouvertures dont les dimensions sont légèrement supérieures à celles du conduit 321-324 et/ou de sa deuxième extrémité 3212-3234.
Le boîtier comprend une première face ouverte 730 et/ou une deuxième face ouverte 740, c'est- à-dire non obstruées par une plaque, de manière à ce qu'une circulation de l'air soit possible entre les ailettes 311-314, l'air s'engouffrant entre lesdites ailettes 311-314 par la première face ouverte 730 et, éventuellement, ressortant par la deuxième face ouverte 740. D'une manière plus générale, le boîtier est agencé pour former entre les faces de soufflage un canal d'air traversant le système de refroidissement au niveau de la pluralité de conduits 321-324 et de la pluralité d'ailettes 311-314.
La circulation de l'air à l'intérieur du système de refroidissement peut être naturelle ou forcée, grâce notamment à au moins un ventilateur 711-713. Préférentiellement, le module 10 conforme au premier aspect de l'invention comprend ainsi deux canaux d'air traversant le système de refroidissement :
- un premier canal d'air est formé d'un premier côté de l'au moins un dispositif électronique 100, au-delà de la première face régulée et au niveau de la partie rectiligne 3214, 3224 de la pluralité de conduits 321, 322 et de la pluralité d'ailettes 311, 312. Le premier canal d'air est visible sur la FIGURE 9 entre les flèches 730 et 740 du côté de la partie visible du boîtier 700 ; et
- un deuxième canal est formé d'un deuxième côté de l'au moins un dispositif électronique 100, au-delà de la deuxième face régulée et au niveau de la partie rectiligne 3234, 3244 de la pluralité de conduits 323, 324 et de la pluralité d'ailettes 313, 314. Le deuxième canal d' air est matérialisé par les deux groupes d' ailettes mises à nues sur la FIGURE 9.
Les premier et deuxième canaux d'air sont avantageusement orientés perpendiculairement aux ailettes 311-314, et préférentiellement dans le sens longitudinal du module 10. Plus particulièrement, les faces de soufflage sont disposées d'une manière telle qu'un flux d'air s'y écoulant de manière laminaire puisse atteindre chaque conduit sans détours.
De manière avantageuse, les dimensions des parties rectilignes 3214-3244 des conduits 321-324 correspondent aux dimensions latérales d'un ventilateur 711-716.
Le mode de réalisation préféré de l'invention va maintenant être décrit. Dans le mode de réalisation préféré, le module 10 conforme au premier aspect de l'invention comprend :
- trois dispositifs électroniques 100, chaque dispositif électronique 100 comprenant un substrat inférieur et un substrat supérieur, les trois dispositifs étant alignés selon une direction longitudinale Y et les faces opposées de chaque substrat inférieur et respectivement supérieur étant respectivement toutes coplanaires entre elles ;
- un système de refroidissement conforme aux perfectionnements de l'invention et comprenant :
- des premiers collecteurs 331 en couplage thermique avec toute la surface de la première face régulée de chaque dispositif électronique 100 ; _ des seconds collecteurs 332 en couplage thermique avec toute la surface de la première face régulée de chaque dispositif électronique 100 ; - une pluralité de caloducs 321-324, chaque collecteur 331, 332 étant couplé thermiquement avec un caloduc 321-324 ;
- une pluralité d'ailettes 311-314 disposées le long de la partie rectiligne 3214-3244 de chaque caloduc 321-324 perpendiculairement auxdits caloducs 321-324 ; _ six ventilateurs 711-716 disposés perpendiculairement aux parties rectilignes 3214-
3244 des caloducs 321-324 ;
- un boîtier 700.
Dans le mode de réalisation préféré, une première partie des caloducs 321, 322 associés aux premiers collecteurs 331 s'étend latéralement au-delà de la première face régulée et une deuxième partie des caloducs 321, 322 associés aux premiers collecteurs 331 s'étend latéralement au-delà de la première face régulée. De plus, chaque caloduc 321, 322 associé aux premiers collecteurs 331 s'étend dans une direction différente de celle dans laquelle s'étend le caloduc 321, 322 directement adjacent.
De manière comparable, une première partie des caloducs 323, 324 associés aux seconds collecteurs 332 s'étend latéralement au-delà de la première face régulée et une deuxième partie des caloducs 323, 324 associés aux seconds collecteurs 332 s'étend latéralement au-delà de la première face régulée. De plus, chaque caloduc 323, 324 associé aux seconds collecteurs 332 s'étend dans une direction différente de celle dans laquelle s'étend le caloduc 323, 324 directement adjacent. Chaque première et deuxième partie des caloducs 321-324 associés respectivement aux premiers et seconds collecteurs est en couplage thermique avec une partie distincte des ailettes 311-314. En d'autres termes, les ailettes 311-314 sont agencées en quatre groupes distincts, chaque groupe d'ailette 311-314 étant en couplage thermique avec une et une seule des premières et deuxièmes parties de caloducs 321-324 définies précédemment. Les ventilateurs 711-716 sont répartis autour des dispositifs électroniques 100 de manière à souffler de l'air au niveau des parties rectilignes 3214-3244 des caloducs 321-324, chaque face régulée de chaque dispositif électronique 100 étant ainsi régulée thermiquement par l'intermédiaire de deux ventilateurs 711-716 distincts et distants l'un de l'autre, associés à un jeu de caloducs 321-324 et d'ailettes 311-314 distincts et distants. Ce mode de réalisation préféré propose ainsi un module d'électronique de puissance dont la conception astucieuse optimise la gestion des aspects thermiques. L'utilisation d'un système de refroidissement actif associant des caloducs à des ailettes et des ventilateurs dans une configuration nouvelle et avantageuse permet d'améliorer la fiabilité et la robustesse dudit module. En effet, pour chacune des faces régulées des dispositifs électroniques, la redondance et la distribution spatiale des éléments qui composent ledit échangeur thermique permet d' assurer un refroidissement même lorsqu'un ventilateur tombe en panne.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.

Claims

Revendications
Module d'électronique de puissance pour commander un système électrique multiphasé, ledit module comprenant une pluralité de dispositifs électroniques agencés pour mettre en forme un signal électrique dit entrant en une pluralité de signaux électriques dits sortants agencés pour alimenter ledit système électrique multiphasé, chaque dispositif électronique comportant :
- un substrat dit inférieur agencé pour former un circuit électrique,
- au moins un composant électronique lié solidairement au substrat inférieur et connecté électriquement au circuit électrique,
caractérisé en ce que le substrat inférieur de chaque dispositif électronique comprend une face inférieure qui est coplanaire avec une face inférieure du substrat d'au moins un autre dispositif électronique constitutif du module d'électronique de puissance.
Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend par ailleurs au moins un système de refroidissement comprenant :
- au moins une interface thermique en couplage thermique avec au moins un des dispositifs électroniques,
- une pluralité de conduits en couplage thermique avec l'interface thermique, lesdits conduits étant agencés pour transporter un fluide caloporteur entre une première extrémité et une deuxième extrémité.
Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'interface thermique comprend :
- une pluralité de premiers collecteurs en couplage thermique avec au moins une face du substrat inférieur, dite première face régulée, d'au moins un des dispositifs électroniques, et/ou
- une pluralité de seconds collecteurs en couplage thermique avec au moins une face du substrat supérieur, dite deuxième face régulée, d'au moins un des dispositifs électroniques.
Module selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la pluralité des conduits comprend un tronçon qui s'étend transversalement et/ou perpendiculairement par rapport aux dispositifs électroniques correspondants.
5. Module selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque conduit comprend une première partie coudée et une deuxième partie rectiligne.
Module selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une partie des conduits s'étend latéralement au-delà de la première face régulée et/ou au-delà de la deuxième face régulée.
Module selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'un premier conduit couplé thermiquement avec la première face régulée s'étend latéralement au-delà de ladite première face régulée et un deuxième conduit couplé thermiquement avec ladite première face régulée et adjacent audit premier conduit s'étend latéralement au-delà de la deuxième face régulée.
Module selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'un premier conduit couplé thermiquement avec la deuxième face régulée s'étend latéralement au-delà de ladite deuxième face régulée et un deuxième conduit couplé thermiquement avec ladite deuxième face régulée et adjacent audit premier conduit s'étend latéralement au-delà de la deuxième face régulée.
9. Module selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le système de refroidissement comprend une pluralité d'ailettes disposées transversalement aux conduits, au moins une partie desdits conduits étant en couplage thermique avec au moins une partie desdites ailettes traversées.
10. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque ailette est agencée d'une part de manière sensiblement parallèle aux autres ailettes et d'autre part de manière sensiblement perpendiculaire aux conduits.
11. Module selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le système de refroidissement comprend par ailleurs un boîtier ouvert sur au moins deux faces opposées, dites de soufflage, et situées perpendiculairement à la pluralité d'ailettes.
12. Module selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ventilateur situé dans le prolongement d'une face de soufflage et agencé pour souffler de l'air au travers de la pluralité d'ailettes.
13. Module selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que, dans un plan contenant une ailette, une première partie des conduits est alignée selon une première ligne et une deuxième partie des conduits est alignée selon une deuxième ligne.
14. Module selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de connexion électrique agencé pour alimenter électriquement au moins une partie des dispositifs électroniques, ledit organe de connexion électrique étant situé dans une position intermédiaire entre l'interface thermique et ladite au moins une partie des dispositifs électroniques.
15. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'organe de connexion électrique comprend :
- une pluralité de pattes de connexion en contact électrique avec un des dispositifs électroniques, chaque patte de connexion s 'étendant entre deux conduits,
- au moins une cosse électriquement liée à la pluralité de pattes de connexion, ladite au moins une cosse étant située au-delà des conduits et agencée pour permettre d'y connecter un conducteur électrique.
16. Véhicule motorisé comprenant un ensemble comprenant un moteur électrique et un module de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur électrique est commandé par le module de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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