CA2274008A1 - Convertisseur de puissance a consommation reduite a partir d'une source de tres faible tension - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un circuit convertisseur d'énergie, élévateur de la tension fournie par une source (1) à faible tension continue, comportant un circuit auto-oscillant, fonctionnant à très basse tension, utilisant un transformateur élévateur de tension (3, 4, 6, 6', 7) générant les signaux de commande de deux hacheurs-survolteurs (11-14) en fonctionnement alterné, du type comportant un transistor à effet de champ à enrichissement (11, 12) qui est utilisé en commutateur synchrone avec le circuit auto-oscillant, qui est branché en série avec une inductance (13, 14) aux bornes de ladite source (1) et qui est relié au circuit utilisateur à travers une diode (15, 16). L'invention a également pour objet un dispositif d'alimentation électrique des appareils utilisant un tel dispositif d'alimentation. L'invention a également pour objet la réalisation de thermocouples pour l'exploitation de la thermoélectricité à faible tension, ainsi qu'un procédé de fabrication industriel des thermocouples.

Description

Convertisseur de puissance therrnique permettant d'alimenter en électricité un appareil autonome à consommation réduite à partir d'une très faible différence de température.
s La présente invention concerne un convertisseur d'énergie permettant d'alimenter un appareil autonome à consommation réduite à partir de thermocouples soumis à une faible différence de température constituants une source de très faible tension et de résistance interne faible mais non nulle, la réalisation des thermocouples, ainsi qu'un procédé de fabrication to industriel des thermocouples.
De nombreux appareils doivent fonctionner de manière autonome, c'est-à-dire qu'ils comportent leur alimentation propre. C'est le cas d'appareils portatifs tels que des montres ~ou des amplificateurs auriculaires ~s qui ne peuvent être raccordés en permanence à un réseau d'alimentation électrique. C'est le cas également d'appareils disposés dans des endroits difficilement accessibles tels que les détecaeurs d'intrusion utilisés dans les systèmes d'alarme ; ils sont disposés par e:Kemple dans des ouvertures telles que des fenétres où il est difficile et coüteux d'amener un câble 2o d'alimentation.
Ces appareils autonomes de consommation réduite sont actuellement alimentés par des piles ou des éléments rechargeables dont la durée de vie ou de décharge est limitée, ce qui entraïne des opérations de remplacement ou de recharge relativement fréquentes et oblige à conserver des piles ou 25 accumulateurs de rechange pour éviter une interruption du fonctionnement.
On a déjà envisagé d'exploiter des sources de très faible tension en utilisant des convertisseurs fournissant une tension de sortie de l'ordre de quelques volts pour alimenter des appareils de consommation réduite sans aucune interruption de fonctionnement en utilisant un circuit auto-oscillant 3o comportant un transformateur élévateur et un transistor à effet de champ dont le trajet drain-source est branché dans. le primaire du transformateur.
Ces convertisseurs connus sont conçus pour osciller de manière à
augmenter la tension et ils ont un rendement médiocre qui ne permet pas d'extraire, à partir de sources de très faible tension, la puissance nécessaire - 3s au fonctionnement d'une montre ou d'un appareil auditif. Par ailleurs, le fonctionnement de ces oscillateurs est fortement perturbé lorsque la charge devient importante ; ils peuvent s'arrêter d'osciller ou même ne pas démarrer.
Nous connaissons bïen les documents : 1 (PÉTER WILSON « V
Switching Mode Power Supplies »), 2 (DE 14 37 235 A -Philips)) 3 (US 3 679 40 918 A KEIZI), 4 (F.BUTLER « Transistor Inverter Frequency Stabilized Circuit Suitable for Running a Tape Recorder », 5 (Patent Abstracts of JAPAN vol 5, n°78 (E-058)), 7 (FR 1 162 168 A - Société
FEUILLE DE ~EM~LACEMENT (13EGI_E 26)

2 générale d'équipement pour l'automobile, 1a locomotion aérienne). Ces documents comportent tous des circuits oscillateurs, les schémas décrits dans les documents 3 et 7 sont les plus proches de l'invention) cependant aucun d'eux n'est en mesure d'osciller spontanément lorsque s le circuit est alimenté par une tension continue aussi faible que 10 à 200 millivolt. Ceci est dû à l'effet de seuil présenté par la jonction Base-Emetteur du transistor oscillateur (de l'ordre de 0,5 volt). Un transistor bipolaire doit être polarisé pour être en mesure d'être utilisé dans un circuit auto-oscillant. Ce n'est pas le cas du transistor à effet de champ ~o à jonction JFET utilisé dans la présente invention, il présente une résistance variable lorsque la tension Grille-Source Vgs fluctue autour de zéro volt.
Le document 1 ainsi que le document 6 (US 3 913 000 A
GILBERT, CARDWELL) présentent des circuits convertisseurs utilisant ls la charge d'une inductance pour convertir une tension, le procédé est connu comme le précise bien le document 6, figure 1. Ce qui est nouveau dans le cadre de la présente invention, c'est l'association du circuit auto-oscillant et du convertisseur à découpage optimisé pour les très faibles puissances (10 microWatt à 10 milliWatt), sans autre source zo d'énergie pour faire fonctionner le convertisseur.
Le problème à la base de l'invention est de fournir un convertisseur d'énergie présentant un rendement permettant d'extraire la puissance et la tension désirées à partir de sources d'énergie électrique de très faible tension et dont le fonctionnement est assuré
2s même pour une charge importante.
A cet effet, l'invention a pour objet un circuit convertisseur d'énergie, élévateur de la tension fournie par une source à faible tension continue de résistance interne non nulle, comportant un circuit auto-oscillant, fonctionnant à très basse tension, utilisant un 3o transformateur élévateur de tension générant les signaux de commande de deux hacheurs- survolteurs en fonctionnement alterné) du type comportant un transistor à effet de champ à enrichissement qui est utilisé en commutateur synchrone avec le circuit auto-oscillant, qui est branché en série avec une inductance aux bornes de ladite source et 3s qui est relié au circuit utilisateur à travers une diode.
L'utilisation de circuits hacheurs-survolteurs permet d'extraire environ 50% de la puissance disponible dans la source. On peut alimenter des appareils sous une tension de quelques volts à partir d'une source dont la tension est de l'ordre de quelques dizaines de 4o millivolts.

3 PCT/FR97/02165 De plus, le fonctionnement est assuré pour des charges importantes.
Avantageusement, on branche en parallèle sur les bornes de ' sortie une diode écrêteuse de tension et un condensateur de grande s capacité ou un accumulateur.
De cette manière, on fixe la tension de sortie à la valeur désirée.
L'invention a également pour objet un circuit convertisseur réversible, caractérisé en ce qu'il comporte deux circuits convertisseurs branchés en antiparallèle sur la source et reliés aux bornes de sortie par to l'intermédiaire de quatre commutateurs commandés deux à deux par deux enroulements supplémentaires du transformateur du convertisseur actif et en ce que chaque convertisseur comporte un dispositif de blocage bloquant l'autre convertisseur lorsqu'il est actif.
Un tel circuit permet d'extraire: l'énergie fournie par une source 15 dont la polarité est variable. Les deux convertisseurs fonctionnent de manière alternée en fonction de la polarité de la source, le convertisseur actif bloquant l'autre convertisseur peur éviter toute perte de puissance dans le convertisseur non actif.
Avantageusement, le dispositif de blocage comporte un troisième 2o enroulement supplémentaire du transformateur aux bornes duquel est branché un circuit de redressement générant une tension continue bloquant le circuit auto-oscillant du convertisseur non actif.
L'invention a aussi pour objet un dispositif d'alimentation d'un appareil portatif autonome à partir d'un système thermique comportant 2s une source chaude et une source froide présentant une faible différence de température entre elfes, telles que l'épiderme d'un être humain et l'atmosphère ambiante, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un circuit convertisseur dans lequel la source électrique est constituée par un ensemble de détecteurs à effet Sesbeck branchés entre les deux 3o sources thermiques. Ce convertisseur convient égaiement pour extraire la puissance d'une source photovoltaïque.
Un tel dispositif d'alimentation peut être intégré dans une montre ou un appareil auditif. I1 peut aussi être utilisé pour recharger un élément rechargeable.
3s D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, faite à titre: iliustratif et nullement limitatif, en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels:
la figure 1 est le schéma d'un circuit convertisseur selon l'invention ;

4 la figure 2 est ie schéma d'un circuit convertisseur réversible selon l'invention ;
les figures 3a à 3f sont des diagrammes de fonctionnement du circuit convertisseur de la figure 1 ;
s la figure 4 représente un dispositif d'alimentation à partir d'une source d'énergie d'origine thermique ;
la figure 5 illustre l'utilisation d'un dispositif d'alimentation à
partir d'une source d'énergie d'origine thermique disposé sur une cloison ;
to la figure 6 illustre l'utilisation d'un dispositif d'alimentation à
partir d'une source d'énergie d'origine thermique disposé sur le so! ;
la figure 7 illustre l'utilisation d'un dispositif d'alimentation à
partir d'une source d'énergie d'origine thermique disposé sur une vitre ;
la figure 8 représente un dispositif d'alimentation selon ts l'invention utilisé en remplacement de la pile d'une montre ;
la figure 9 représente une autre montre équipée d'origine d'un dispositif d'alimentation selon l'invention ;
ia figure 10 représente encore un autre mode de réalisation d'une montre selon l'invention ;
20 la figure 11 est le schéma électrique de la montre de la figure 10 et la figure 12 représente une chaussure équipée d'un dispositif d'alimentation selon l'invention.
La figure 1 est le schéma d'un circuit convertisseur destiné à
2s extraire l'énergie électrique fournie par une source 1 de trés faible tension, par exemple de 10 à 200 mV, qui présente une résistance interne non nulle schématisée en 2 en fournissant une tension de sortie beaucoup plus élevée, par exemple une tension de 2 V pour un appareil électronique. La source électrique 1 est branchée sur le primaire 3 d'un 3o transformateur élévateur 4 par l'intermédiaire du trajet source-drain d'un transistor 5 à effet de champ à jonction (JFET) à canal N. Le transistor JFET 5 est du type à pincement, c'est-à-dire que pour une tension de grille nulle, sa résistance drain-source n'est pas infinie mais de l'ordre de quelques ohms et il se pince lorsque la tension de grille devient 3s négative.
Le secondaire du transformateur 4 comporte deux enroulements semblables 6 et 6' reliés par un point milieu 7 relié à la masse. La grille du transistor JFET 5 est relié à la masse par une résistance 8 et au secondaire 6' par un condensateur 9.

Lorsque la tension de grille varie, cefa entraîne une variation de la résistance drain-source et) par suite) une variation du courant dans le primaire 3 qui crée une tension élevée au secondaire 6' du transformateur 4. La fréquence de cette oscillation dépend de s l'inductance du transformateur 4, de la capacité répartie des secondaires 6 et 6' et de la capacités grille-source du transistor JFET 5.
Le condensateur 9 forme un découplage galvanique de la grille et permet à l'oscillateur, grâce à la jonction PN grille-source, de consommer très peu d'énergie.
io Conformément à l'invention, on utilise) pour chaque alternance de l'oscillation, un circuit du type hacheur-survolteur comportant un transistor 11, respectivement 12, de type MOS-FET à canal N et à
enrichissement dont la tension grille-source de seuil est faible (par exemple, 1 à 3 V), une inductance 13, respectivement 14, et une diode ts Schottky 15, respectivement 16. Chaque transistor MOS-FET 11, respectivement 12) est branché en série avec l'inductance 13, respectivement 14, et leurs grilles sont commandées par le secondaire 6', respectivement 6 du transformateur 4 dont les sorties sont croisées de manière que les tensions de grille: des deux transistors MOS-FET 11 2o et 12 soient en opposition de phase.
Les diodes Schottky 15 et 16 sont branchées chacune entre le drain du transistor MOS-FET et le pôle positif de sortie. Un condensateur 17 de capacité très élevée et une diode écrêteuse de tension 18 sont en parallèle sur les bornes de sortie du convertisseur.
25 Ces deux éléments servent à fixer is: valeur de la tension de sortie ; ils peuvent être remplacés par un élément rechargeable.
Le fonctionnement de ce circuit convertisseur est illustré par les diagrammes des figures 3a à 3f qui représentent respectivement les tensions des secondaires 6 et 6', le courant dans l'une des inductances, 30 la tension drain-source d'un des transistors, le courant traversant l'autre inductance, la tension drain-source de l'autre transistor et la tension de la source 1. Lorsque la tension de grille du transistor 12 est positive et supérieure au seuil, Vs, ce transistor est conducteur) l'inductance 14 accumule de l'énergie au fur et à mesure que le courant la parcourant . 3s croit, tandis que la tension aux bornes de la source 1 décroït de manière Quasi linéaire. Lorsque la tension de grille repasse en dessous du seuil, le transistor 12 se bloque et l'énergie stockée dans l'inductance 14 est transférée à la borne positive de sortie par la diode Schottky 16. Pour l'alternance suivante, c'est le transistor 11 qui charge l'inductance 13 4o qui se décharge ensuite à la sortie.
L'avantage de l'utilisation des deux hacheurs-survolteurs est que l'auto-oscillateur est, du point de vue énergétique, utilisé dans sa seule fonction d'oscillateur et que l'on utilise la tension alternative disponible seulement pour piloter les hacheurs-survolteurs.
La figure 2 représente un convertisseur réversible qui peut extraire l'énergie fournie par une source 21 de très faible tension dont la s polarité varie. Deux circuits convertisseurs sont branchés en antiparallèle sur cette source de manière à fonctionner de manière alternée en fonction de la polarité de ia source 21. Chacun de ces circuits comporte un transistor JFET 22, respectivement 22', un primaire 23, respectivement 23') un secondaire à double enroulement 20-24, respectivement 20'-24', deux transistors MOS-FET 25 et 26) respectivement 25' et 26', deux inductances 27 et 28, respectivement 27' et 28', et deux diodes Schottky 29 et 31, respectivement 29' et 31' qui sont branchées sur ia sortie 32 par l'intermédiaire de commutateurs qui seront décrits plus bas.
~s Le transformateur de chaque convertisseur comporte un enroulement supplémentaire 33, respectivement 33', dont ta tension est envoyée sur un circuit redresseur constitué de deux diodes 34, respectivement 34', associées à un condensateur 35, respectivement 35', et dont la tension continue de sortie est appliquée entre la source et 20 la grille du transistor JFET 22', respectivement 22 du circuit auto-oscillant de l'autre convertisseur de manière à assurer le blocage du deuxième convertisseur pendant que le premier est actif et inversement.
La tension de sortie de chaque hacheur-survolteur est envoyée sur les bornes de sortie, U+ et U-, par l'intermédiaire de Quatre 2s commutateurs 39, 41, 38 et 37, des transistors MOS-FET, qui sont montés en pont et sont commandés chacun par la tension issue des enroulements supplémentaires 42 et 43, respectivement 42' et 43') du transformateur de chaque convertisseur qui est redressée par des diodes 44 et 45) respectivement 44' et 45', et filtrée par des 3o condensateurs.
Lorsque la tension délivrée par la source 21 est positive, c'est le circuit auto-oscillant bâti autour du transistor JFET 22 qui oscille. Ce faisant, il délivre une tension continue qui assure la conduction des commutateurs à transistor MOS-FET 41 et 39. La borne positive du 3s hacheur-survolteur {cathode des diodes 29 et 31 ) est ainsi commutée via le trajet drain-source du transistor MOS-FET 41 sur 1a sortie U+. La sortie négative du hacheur-survolteur (sources des transistors 22, 25 et 26} est ainsi commutée via le trajet source-drain du transistor MOS-FET
39 sur la sortie U-.
4o Par ailleurs, l'enroulement 33 délivre une tension qui, une fois redressée par les diodes 34 et filtrée par le condensateur 35, va bloquer le transistor JFET 22' du circuit auto-oscillant non actif mais dont la résistance drain-source était jusqu'alors faible.
. Lorsque la tension délivrée par la source 21 est négative, c'est le circuit auto-oscillant bâti autour du transistor JFET 22' qui oscille. Le fonctionnement est identique au fonctionnement décrit précédemment.
' Le commutateur à transistor MOS-FE:T 38 va commuter la sortie positive du hacheur-survolteur (cathode des diodes 29' et 31') sur ia sortie U+.
Le commutateur à transistor MOS-FET 37 va commuter la sortie négative du hacheur-survolteur (sources des transistors 22', 25' et 26') to sur la sortie U-.
De même, une tension négative issue du redressement de la tension du secondaire 33' va bloquer le transistor JFET 22.
L'enroulement 20, respectivement 20', constitue une variante de l'enroulement 6' du montage de la figure 1. II permet de faire fonctionner ts le circuit auto-oscillant avec le rapport de transformation correct et il permet d'augmenter la tension de commande des transistors MOS-FET
du hacheur-survolteur de manière à obtenir des commutations plus franches.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la source d'énergie 2o de faible tension est constituée par un ensemble de détecteurs à effet Seebeck placés entre une source thermique chaude et une source thermique froide dont la différence de température est faible, par exempte quelques degrés. Ces deux sources peuvent être constituées par l'épiderme de la personne utilisant un appareil autonome et le milieu 2s ambiant.
La figure 4 illustre le principe d'un tel dispositif d'alimentation utilisant une chaleur d'origine animale. II comporte un substrat 51 en matière thermiquement isolante dans lequel sont placés des détecteurs à effet Seebeck 52, sous forme de petits barreaux, c'est-à-dire des 3o sortes de thermocouples. Compte tenu de la faible valeur de la tension délivrée par de tels détecteurs, à savoir 0,2 mV par degré Celsius (coefficient de Seebeck), ils sont branchés en série pour obtenir une tension de 10 à 200 mV. Tous les barreaux sont placés entre une plaque collectrice 56 disposée à même la peau 53 de l'utilisateur et un 35 échangeur de chaleur 54 échangeanit la chaleur avec l'air ambiant. Deux électrodes 55 fournissent la sortie basse tension destinée au convertisseur.
La figure 5 illustre l'utilisation d'une source d'origine thermique entre les deux c8tés d'une paroi ~61. Les détecteurs Seebeck sont ao disposés entre un radiateur 62 disposé à l'intérieur de la pièce et constituant un échangeur de chaleur avec l'air intérieur et échangeur 63 avec l'air extérieur qui comporte un montant 64 traversant la paroi 61 dans une section 65 en matiére thermiquement isolante.
La figure 6 illustre le cas où l'on utilise la différence de température avec le sol 71. Un support thermiquement isolant 72 est s placé dans le sol et il comporte à sa partie supérieure un échangeur de chaleur de surface 73. Les détecteurs Seebeck sont disposés entre la face inférieure de cet échangeur de chaleur 73 et la face supérieure d'un pieu 74 collecteur thermique planté dans le sol.
Ce dispositif d'alimentation utilise un convertisseur réversible io car la différence de température entre le sol et l'air ambiant s'inverse entre le jour et la nuit. Ce dispositif d'alimentation peut par exemple être utilisé dans le domaine de la signalisation routière au sol. En particulier, on peut l'utiliser pour alimenter un dispositif lumineux 75 telle qu'une diode électroluminecente et réaliser une bande blanche balisée.
ls La figure 7 représente l'utilisation de la différence de température entre les deux faces d'une vitre 81. On emploie un échangeur de chaleur 82 disposé suc la paroi extérieure de la vitre en contact avec l'air extérieur, une plaque collectrice 83 placée sur ia face intérieure de la vitre et un échangeur de chaleur 85 disposé à l'intérieur 2o sur un support thermiquement isolant 84 placé sur la face intérieure de la vitre et recevant la plaque collectrice 83. Les détecteurs Seebeck sont disposés entre la plaque collectrice 83 et !'échangeur de chaleur 85.
Le dispositif d'alimentation des figures 5 et 7 peut par exemple 2s être utilisé pour alimenter un détecteur d'intrusion disposé au niveau d'une ouverture d'un local, tel qu'une fenêtre et fonctionnant de manière autonome.
La figure 8 est une vue en coupe d'une montre 91 qui comporte, dans le fond de son boitier, un logement de pile 92. Une alimentation 3o conforme à l'invention est intercalée entre la peau de l'utilisateur et le fond du boîtier en lieu et place du couvercle de fermeture d'origine de Is montre. Elfe comporte un fond collecteur de chaleur 93 sur lequel les détecteurs Seebeck 94 sont disposés selon un cercle en étant noyés dans un matériau thermiquement isolant 95. Un réceptacle 96 3s présentant la forme d'une pile comprend les circuits électroniques et vient se placer dans te logement de pile 92.
La figure 9 représente une montre dans laquelle le dispositif d'alimentation est intégré dans le boîtier. Dans ce cas encore, les détecteurs Seebeck 101 sont disposés en couronne et les circuits 4o électroniques contenus dans le corps 102 de la montre et noyés dans un matériau thermiquement isolant 103.

La figure 10 représente un mode de réalisation d'une montre où, pour augmenter la surface d'échange et) par suite, la puissance de ta source, les détecteurs Seebeck sa~nt placés dans le bracelet de la montre qui est constitué de maillons articulés dans lesquels sont placés s des détecteurs Seebeck. Dans ce cas, on a ajouté un générateur photovoltaïque 111 sur un des maillons ; il peut être directement mis en parallèle sur la sortie du dispositif d'alimentation selon l'invention ou comporter également un circuit convertisseur. La figure 11 indique le schéma électrique de l'ensemble, les sources constituées par chaque maillon étant branchées en série pour constituer la source électrique relié au convertisseur.
La figure 12 représente l'intéç~ration d'un dispositif d'alimentation selon l'invention dans un élément chaussant tel qu'une chaussure. Dans ce cas, les détecteurs Seebeck 121 sont logés dans la semelle 122 de ns la chaussure et utilisent la différence de température entre le pied de l'utilisateur et le soi. On prévoit alors une plaque 123 d'évacuation de la chaleur des pieds qui est en contact avec les détecteurs Seebeck ainsi qu'une plaque 126 collectrice de l;a chaleur des pieds. Les circuits électroniques 124 sont également logés dans la semelle 122.
2o Le dispositif d'alimentation peut étre utilisé pour alimenter des éléments de sécurité tels que des dia~des électroluminescentes 125.
Dans te cas d'une chaussure: de ski, le dispositif d'alimentation peut faire fonctionner un émetteur ou un transpondE;rr permettant de retrouver l'utilisateur en cas d'accident tet qu'une avalanche ou 25 alimenter par contact le dispositif élE:ctronique de déclenchement de la sécurité des fixations.
La description ci dessus d'exemples de réalisation de l'invention n'a été fournie qu'à titre illustratif et nullement limitatif et l'on peut y apporter des modifications ou variantes sans sortir pour autant du cadre 3o de la présente invention. En particuü~er, on peut utiliser d'autres sources de très faible tension ou en utiliser plusieurs en combinaison.
Le convertisseur réversible de la figure 2 peut étre utilisé dans le cas d'échanges de chaleur avec l'air ambiant, par exemple dans le cas des figures 5 à 7. Ce convertisseur réversible permet de fournir une 3s alimentation quand la différence de température, par exemple entre la terre et l'air ambiant, s'inverse entre le jour et la nuit. On récupère toute l'énergie possible en utilisant le flux et le reftux des échanges thermiques.
Par ailleurs, on peut réaliser un amplificateur auriculaire 4o alimenté par un dispositif d'alimentation utilisant la différence de WO 98/25333 PCTlFR97/02165 IO
température entre la peau et l'air ambiant et disposé dans ou autour de l'oreille.
Un tel convertisseur d'énergie exploite efficacement tes très faibles tensions générées sous faible impédance par un module thermoélectrique utilisant l'effet Seebeck, lorsque celui-ci est soumis à
une faible différence de température.
It exploite également efficacement les très faibles tensions Io générées sous faible impédance par un module thermoélectrique utilisant l'effet Seebeck ne comportant que quelques paires, lorsque celui ci est soumis à une forte différence de température.
Un tel thermocouple par exemple constitué en FeSi2 dopé N et P supporte des différences de température d'environ 700 °C, une paire t5 unique génère alors entre 100 mV et 1V.
Une paire unique peut par exemple contribuer à alimenter un thermomètre pour mesurer avec un capteur autonome des températures élevées. L'action du convertisseur en sortie de thermocouple régule la tension de d'alimentation du thermomètre, le thermomètre peut par 2o exemple exploiter la tension du thermocouple pour mesurer la température.
Un premier exemple de réalisation d'un thermocouple à
disiliciure de fer concerne la mesure de la température d'un récipient alimentaire, une casserole) un autocuiseur ou une poéle par exemple.
2s La génération d'énergie est réalisée par l'élément en FeSi2 intercalé entre la paroi du récipient chauffée lors de la cuisson, et le manche, qui fait office de radiateur. Le convertisseur connecté en sortie de thermocouple génère la tension de fonctionnement du thermomètre.
Ce premier exempte peut également âtre réalisé avec un module 3o thermocouple à base de tellure de bismuth tel que décrit dans la deuxième parie du texte, en lieu et place de l'élément en FeSi2) dés tors que la température chaude ne dépasse pas 250°C.
Un second exemple de réalisation concerne la sécurité des 35 réchauds à gaz, dont l'auto-extinction accidentelle est à la base de nombreux accidents.
Un dispositif d'allumage piézoélectrique est destiné à rallumer automatiquement la flamme soufflée accidentellement. Un couple en FeSi2 dont une jonction est dans la flamme et l'autre à la température de l'eau du tuyeau d'arrivée constitue un excellent moyen d'alimenter électriquement le dispositif d'allumage. Le circuit convertisseur sécurise son fonctionnement et simplifie l'installation.
s Un troisième exemple d'application concerne la génération électrique d'une voiture.
Traditionnellement assurée p;ar un alternateur) la recharge de la batterie et la fourniture de la puissance électrique s'effectue au détriment de la propulsion. Pourtant le moteur thermique dissipe ~o beaucoup de chaleur perdue dans l'environnement.
Cette chaleur être convertie par un procédé thermoélectrique en courant sous tension 12V. Un thermocouple FeSl2 en contact avec l'échappement des gaz et en contact avec le circuit d'eau observe une différence de température entre ses faces qui peut atteindre 700 °C.
is Un couple suffit pour générer une tension exploitable par le circuit convertisseur précédemment décrit. Une version forte puissance de ce circuit serait préconisée.
L'économie de carburant résultant d'un tel procédé peut atteindre 20%.
On décrit ci après un mode de réalisation d'un module thermocouple utiliser pour les faibles différences de température, à base de tellure de bismuth.
2s Les thermocouples dits éléments à effet Peltier ou Seebeck sont utilisés dans l'industrie de façon courante pour le refroidissement.
Parcouru par un courant d'alimentation, le thermocouple absorbe la chaleur sur tune de secs faces et la rejette sur l'autre.
Fonctionnant comme pompe à chaleur sans pièce mobile, ce dispositif 3o est remarquable par son intégration et sa fiabilité plus que pour son rendement énergétique et son coût de fabrication.
Soumis à une différence de température entre ses faces collectrices, et parcouru par un flux thermique) le thermocouple agit comme un générateur électrique à basse impédance, il transforme une 3s partie du flux thermique en puissance: électrique exploitable. La aussi) le générateur est remarquable de simplicité mais déplore un rendement médiocre, et une rentabilité économique discutable.

Les modules thermoélectriques sont traditionnellement constitués d'un circuit électrique mettant en série des barreaux semi-conducteurs alternativement dopés N et P, ces barreaux sont soumis en parallèle au flux thermique traversant le module.
s Traditionnellement, ces barreaux verticaux sont alignés en rangs serrés sur un plan horizontal, et pris en sandwich entre deux plaques céramiques isolantes munies d'un circuit électrique sérigraphié.
- Une caractéristique générale de ce type de réalisation est la faible impédance électrique du module, conséquence directe du nombre lo limité des barreaux de faibles résistances électriques. II en résulte soit la nécessité d'une alimentation basse tension pour la génération de froid, soit l'usage d'un convertisseur élévateur de tension en sortie de thermocouple générateur.
- Une seconde caractéristique concerne la difficulté d'intégration 15 ou d'assemblage de ce module dans un système thermique: le flux thermique ne franchissant pas les interstices, le module doit étre collé
ou comprimé ou soudé à ses drains thermiques, cela nécessite précision et savoir faire, et cela entraîne des pertes de rendement. Les modules sont en général réalisés en céramique, pour garantir l'isolation 2o électrique du circuit et la bonne conduction du flux thermique, et pour éviter la rupture entraînée par les dilatations associées aux différences de température entre les faces. II n'est pas possible de souder ces modules, le collage est délicat et ia compression nécessite des assemblages dissipateurs. De plus, les drains thermiques auxquels sont 2s rapportés les modules doivent présenter des conductivités élevées ou des dissipations importantes en raison de l'intensité du flux qui traverse le module.
- Une troisième caractéristique des modules concerne leur sensibilité à la corrosion. En effet, les barreaux semi-conducteurs sont 3o généralement assemblés sans protection, afin de limiter les pertes thermiques, ils sont alors exposés à la corrosion.
- Enfin, la caractéristique critique de ces modules est leur coût.
Les facteurs du coût sont successivement: le prix de la matière première thermoélectrique, le coût de la transformation, le coût de la 3s découpe en éléments, la manipulation d'éléments miniatures) ie coût de la céramique, de sa découpe, de sa sérigraphie et de ia soudure et enfin te coüt de l'assemblage du pressage et de la cuisson du module.

L'invention présente un module thermoélectrique qui améliore les quatre caractéristiques générale:>, un procédé de réalisation de tels modules ainsi que quelques exemples d'applications.
Selon l'invention, les thermocouples sont réalisés à partir s de matériaux semi-conducteurs aux porteurs de type N et P, reliés en série électriquement et en parallèle thermiquement.
Les matériaux de types P sont par exempte réalisés à partir d'un alliage contenant une composition de 77.5 % de Sb2Te3 dans 22.5 % de Bi2Te3 , tes matériaux de type N sont réalisés à partir d'un alliage ~o comportant 5 % de Bi2Se3 dans 95 °~o de Bi2Te3 .
Selon l'invention chaque matériau fait l'objet d'un recuit sous vide à température de 650 ° C pendant une durée de 12 heures environ, sous ampoule de quartz, puis d'une cristallisation à
température contrôlée selon la méthode dite THM ( Travelling Heater ~5 Method ), générant un barreau de .diamètre de l'ordre de 30 mm de diamètre à la vitesse de 20 mm par jour environ. Par cette méthode, il est obtenu des matériaux polycristallins de haute qualité
thermoélectrique, dont le coefficient de mérite Z de l'ordre de 3 10-3 K-' dépasse celui des matériaux commercialisés à ce jour ( Z = 2.5 10-3 K-' 2o environ ). Un tel matériau augmente le coefficient de performance d'un dispositif refroidisseur d'environ 30 °/> par rapport aux matériaux utilisés à ce jour. II présente un axe de meilleure efficacité A) dans l'axe du barreau, tel que représenté figure 13.
Selon l'invention, les matériaux sont découpés en 25 barreaux, assemblés, et enveloppés.
Selon un mode de réalisation préférentiel mais non exclusif, le thermocouple élémentaire est constitué d'un même nombre de barreaux dopés N et de barreaux dopés P alignés et intercalés. Ces barreaux sont de dimensions égales, de base par exemple carrée de largeur L
3o entre 0.45 x 0.45 et 1 x 1 mm et de hauteur H entre 1 et 3 mm. Le nombre de barreaux variera en fonction des applications entre 20 et 400 environ. Figure 14 Selon l'invention les barreaux alignés alternativement N
(221 ) et P (222) sont collés les uns aux autres par les flancs en vis à
35 vis. Un tel collage sera réalisé par e:xempfe par insertion entre chaque barreau d'une membrane 223 pré~imprégnée, therrnocollable) dont l'adhérence est assurée lors d'un cycle de compression à chaud.
Un film kapton de faible épaisseur: environ 25 microns, préimprégné sur une épaisseur totale de 75 microns réalise une liaison ao solide et durable entre chaque barreau, en assurant l'isolation électrique entre ceux ci.
FEUILLE DE REMPLACEMENT ~(REGLE 26) WO 98!25333 PCT/FR97/02165 Le kapton, d'une conductivité thermique 10 fois plus faible que le matériau thermoélectrique n'entraîne qu'un très faible pont thermique entre les barreaux, son influence sur les performances est négligeable.
De plus le kapton est un matériau renforcé, compatible avec le collage époxy. II consolide la structure en protégeant les barreaux.
Une membrane en fibre de verre préimprégnée époxy convient également.
Selon l'invention, les barreaux alignés sont enveloppés sur les flancs par une membrane de faible épaisseur 224. Celle ci est collée lo sur les flancs, adhère aux barreaux et aux membranes intercalaires.
Ces membranes achèvent de consolider l'alignement, protègent chaque barreau dont seules les sections 225 restent apparentes.
Une telle membrane est par exemple réalisée à partir d'un tissage fibre de verre préimprégné de résine époxy ou d'un film kapton préimprégné dans une résine époxy.
Le kapton présente l'avantage d'un préencollage sur une face unique exclusivement. Le thermocollage sous pression consolide et rigidifie la structure.
Le verre époxy sera préféré pour permettre une mise en forme 2o de l'élément avant thermodurcissement. II apparaTt possible de fléchir l'élément et de lui donner la courbure indispensable à certains assemblages. Une telle forme représentée en vue de dessus figure 16 sera imposée avant cuisson, laquelle la figera définitivement.
Selon l'invention, les barreaux sont connectés électriquement en série, ies jonctions N P entre deux barreaux successifs étant réalisées sur les sections supérieures, les jonctions P
N sur les sections inférieures.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, ies jonctions sont réalisées directement sur la section des barreaux, par 3o des pistes en nickel 231 figure 15 d'une épaisseur de l'ordre de 50 microns environ. Chaque élément de jonction présente une longueur légèrement inférieure à 2xL et une largeur de L, il assure la jonction en recouvrant totalement la surface de section de deux barreaux successifs. Selon plusieurs exemples de réalisation qui seront détaillés dans la description du procédé de fabrication, la section est soit recouverte d'une couche de nickel chimique de l'épaisseur de 50 microns, sectionnée aux endroits opportuns, soit recouverte d'une couche d'accrochage ultra mince en nickel, sur laquelle est brasée au bismuth étain 232 la piste de nickel, ou bien la section est attaquée à
l'acide qui ne préserve que le bismuth, lequel est brasé au bismuth avec la piste nickel.
FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26) Par ce premier mode de réalisation, le circuit électrique en nickel est déposé directement sur legs sections, ce qui contribue à la protection du matériau car le nickel constitue une excellente barrière chimique et ne s'oxyde que peu.
s Dans ce premier mode de réalisation, la barrette sera préférentiellement collée aux drains thermiques 251 figure 17 lors de l'assemblage, selon les procédé usuels en électronique visant à dissiper la chaleur des composants vers le circuit sur lequel ils reposent.
Un tel collage assure une isolation électrique entre le lo composant et le support par exf:mple métallique et conducteur électrique, cette qualité est indispensable pour que les pistes nickel ne soient pas court-circuitées. Un tel collage assure une bonne conduction de ia chaleur vers le support en raison de ta conductivité thermique intrinsèque de la résine 252 optimisée pour cette application. Une bonne ls résine présente une conductivité équivalente à celle du matériau thermoélectrique. Enfin) la tenue mécanique d'un tel collage peut être optimisée par un renfort en fibre de verre dans la résine, garantissant une reprise d'effort sécurisée. Une colle époxy chargée d'une céramique conductrice imprégnant un tissage fin de fibre réalise une optimisation de la tenue mécanique. Un tel collage réalisé à chaud sous pression fixe la barrette sur le support avec un ancrage robuste. L'époxy de la colle thermique fusionnant avec l'époxy des membranes, la structure est renforcée et les barreaux sont alors totalement enveloppés.
2s Selon un second modE: de réalisation figure 18, les sections des barreaux sont recouvertes d'une très fine couche de nickel faisant barrière de diffusion. La barrette est brasée au bismuth étain 263 sur un circuit imprimé 261 qui réalise les jonctions inter-barreaux, par des pistes parallèles 262 contiguës isolées entre elles espacées au pas 3o de 2L et d'une largeur légèrement inférieure à 2L. Ces pistes rectangulaires 262 ont une longueur de quelques millimètres, elles sont en cuivre nickelé. Dans ce second mode de réalisation, ie circuit imprimé est réalisé à partir d'une membrane mince 264 de 'type ffex' constituée d'un tissage en fibre de verre imprégné d'une résine époxy 3s chargée d'éléments conducteurs de l;a chaleur, tels qu'une poudre de céramique) recouvert d'une feuille de cuivre 262 d'épaisseur classique, 35 ou 70 microns. II sera pris soin de d'effectuer une gravure du circuit en cuivre puis un dépôt nickel comme barrière de diffusion, et enfin un préétamage au bismuth.
4o Un exemple de réalisation met en oeuvre un préiaminé verre époxy chargé au nitrure de bore collé sur un feuillard de cuivre. La FEUILLE DE PEMPLACEMENT (FiEGLE 26) sérigraphie et la gravure du cuivre définissent le circuit, il est alors brasé après nickelage sur les barreaux.
Dans ce second mode de réalisation, le circuit imprimé est collé contre les pièces métalliques faisant drain thermique 265, en s aluminium, cuivre, étain, t8le, acier au nickel, Invar ou inox selon l'application, ou bien ie circuit est intégré, à un circuit classique disposant de plan de cuivre dissipateurs et par exemple de traversées cuivrées pour le transfert de la chaleur.
Les circuits imprimés du type stratifié cuivre sur aluminium lo conviennent particulièrement à l'application, après nickelage du cuivre.
Dans ce mode de réalisation, la barrette est prise en sandwich entre deux tels circuits et pressée à chaud afin de consolider à la fois la brasure et la colle époxy.
15 II a été décrit deux exemples de réalisation du thermocouple élémentaire sous forme d'une barrette constituée d'un alignement de barreaux de matériau alternativement dopé N et P. Dans un cas le circuit électrique est réalisé en nickel sur fa barrette munie de connecteur aux extrémités, dans l'autre cas le circuit est réalisé sur le 2o support, sous la forme d'un circuit imprimé, sur lequel est brasé ia barrette.
Dans les deux cas la barrette est pressée à chaud de préférence entre le support faisant drain thermique inférieur et le drain thermique supérieur.
2s Un pressage à froid avec une colle thermique polymérisable est également envisageable.
Un autre exemple de réalisation du module est constitué de multiples barrettes accolées pour constituer un bloc dont les dimensions sont de l'ordre de 10x10x2 mm3. Sa constitution est semblable, ses 3o caractéristiques similaires.
Selon l'invention) le composant élémentaire présente des caractéristiques élémentaires d'impédance électrique, thermique, de puissance de froid, ainsi qu'une section utile correspondant à la section 3s de sa base.
Les modes d'assemblage de ces barrettes thermocouples élémentaires rendent aisée leur intégration dans des systèmes de refroidissement thermoélectrique ou des générateur thermoélectriques) car il permet d'adapter la densité et le: nombre de modules élémentaires aux caractéristiques électriques et thermiques des interfaces.
En particulier, un thermocouple classique présente une conductivité thermique importante, et potentiellement un flux important, entraînant parfois la nécessité de dissiper chaleur et froid par des radiateurs à ailette importants et en régime forcé.
Une moindre densité de matière thermoélectrique permet par exemple à moindre coût d'étaler sur une surface importante les thermocouples, et donc de disposer de surfaces d'échange plus lo importante sans ventilation ni ailette, encombrantes. Cela simplifie le transport de fa chaleur. Par ce procc:dé, les faces froides et chaudes peuvent n'être que de simples plaques très discrètes d'aluminium isolées l'une de l'autre par une mousse autocollante placée autour des composants.
ls En thermogénération, lea écarts de températures sont réduits, les puissances dissipées sont faibles, les densités de barrette également.
Selon l'invention, nous décrivons un premier exemple de 2o réalisation d'un dispositif de refroidissement par exemple destiné à un mini-réfrigérateur.
Un tel dispositif comporte une face intérieure, froide, une face extérieure, chaude, et en option un échangeur de chaleur.
En fonction des performances, la face chaude extérieure 2s dissipe environ deux fois la chaleur ~>rélevée dans la partie froide. On prévoira donc parfois une ventilation forcée dont le principe est décrit ci après.
La face froide 271 figure 19 constitue la structure du système de refroidissement. Elle eat réalisée à partir d'un circuit 3o imprimé stratifié cuivre nickelé sur aluminium. Sur l'aluminium est laminé un sandwich constitué d'une couche de fibre de verre préimprégnée à la résine conductrice: thermique, et d'une couche de cuivre figurant le circuit électrique 272 désiré.
Le circuit électrique est réparti en deux zones:
35 Une première zone où est implanté le dispositif d'alimentation et de régulation, une deuxième zone figurant le circuit thermoélectrique.
Le circuit d'alimentation et de régulation est réalisé à partir de composants à montage de surface, implantés dans la première zone.
FEUILLE DE REMPLACEMENT l',REGLE 26) II est constitué d'un simple redresseur à diode , d'un condensateur 274 et d'un relais multiple 275 commandé par le thermostat intégré 276.
Les barrettes thermocouples 277 sont soudées au bismuth étain et implantées dans la zone du circuit thermoélectrique, selon un s schéma série-parallèle. Le procédé de montage est conforme aux standards des composant CMS.
Une couche en mousse isolante thermique adhérente 278 remplit tout le volume résiduel entre les composants, sur une hauteur de l'ordre de L.
lo Enfin, une mosaïque de dissipateurs thermiques 279 vient couvrir la zone des barrettes thermocouples, chaque dissipateur muni d'un circuit statifié cuivre étain est soudé sur entre 2 et 4 barrettes, et par exemple consolidé en son centre par un rivet inox.
Ces dissipateurs 279 sont par exemple réalisés en 15 aluminium extrudé.
Selon un mode de réalisation non exclusif de l'invention, un ventilateur 701 en option réalise une dissipation forcée dans un tunnel 702 autour des paies des dissipateurs. Ce ventilateur est déclenché en parallèle avec les thermocouples, sous la consigne du thermostat.
2o Associé au tunnel de ventilation et au ventilateur) deux clapets 703 obturent sous l'effet de leur masse les entrées et sorties du tunnel, afin de réduire au maximum d'effet des pertes d'isolation quand le relais est ouvert, conséquence de la conductivité thermique des cellules. Ces clapets s'ouvrent dès mise en route du ventilateur et des 2s thermocouples.
Une paroi isolante 702 et 278 contribue à renforcer l'isolation, notamment autour du tunnel de ventilation.
Un tel procédé est utilisable pour les mini-réfrigérateurs, 3o pour des mini-climatisations, pour des systèmes de refroidissement de liquides industriels ou alimentaires, (dans ce cas particulier, la paroi froide 271 est en contact avec un échangeur à circulation de fluide), pour des étals de boucherie, etc.
Ce dispositif optimise l'encombrement et l'efficacité du 3s refroidissement) ainsi que l'isolation. En effet: i! présente une grande surface d'échange pour la face froide, donc elle autorise un échange uniquement convectif sans ventilateur et sans encombrement, elle concentre modérément le flux sur la face chaude, et il est possible de conditionner au fonctionnement des thermocouples l'échange thermique 4o avec l'extérieur par ventilation forcée.

De plus, le circuit d'alimentation est implanté dans une surface perdue pour le refroidissement sans surcoüt.
Pour une application de ce type on préférera des modules carrés d'environ 10x10 mm2 constitués de barrettes accolées, chacun s pompant environ 1 watt sur une surface de 10 cm2.
Selon l'invention, nous clécrivons figure 20 un exemple de dispositif de microgénérateur électrique) un maillon de bracelet:
Le collecteur de chaleur est réalisé en stratifié cuivre aluminium 281 dont le cuivre 282 est nickelé ou en circuit imprimé.
o Le dissipateur est réalisé en stratifié cuivre aluminium 283 dont le cuivre 284 est nickelé. CE: dissipateur représente la face supérieure du bracelet et comporte de~ petites ailettes 285.
De part et d'autre du maillon, ainsi que sur la zone centrale des barrettes d'environ 10 mm de longueur sont brasées entre le 1s collecteur et le dissipateur. A chaque extrémité du maillon, un pivot nickelé 287 est brasé sur la face interne du dissipateur, ou bien sur la face interne du collecteur, il assure fa continuité électrique de maillon en maillon grâce à un axe conducteur.
Un rivet ou une vis inox contribue à consolider le maillon 2o en exerçant une pression sur la brasure.
Une mousse (non représentée) assure à la protection et la propreté du maillon, ainsi que l'isolation entre les deux faces.
Au poignet, la différence de température entre fe collecteur et le dissipateur induit un flux thermique converti en force électromotrice 2s collectée entre les pivots.
Avec environ 20 paires N P par maillon, et une différence de température de l'ordre de 10°C entre les faces, chaque maillon d'une surface de 2 cm2 génère une différence de potentiel de l'ordre de 20 mV, sous une impédance de 2.4 ohm) soit environ 40 microwatts 3o maximum délivrés.
Ceci constitue un exemple non exclusif de mise en oeuvre de thermogénérateur optimisé. La ten.~ion de sortie est proportionnelle à
ta différence de température entre les faces collectrices et dissipatrices et au nombre de couples N P, et par ailleurs, la puissance électrique 3s délivrée est maximum quand la résistance thermique des barreaux est équivalente à celle du dissipateur, la section totale de matière thermoélectrique autorisée est donc figée. La tension maximum est obtenue pour des barreaux dont le rapport HIL2 est maximum.
FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26) WO 98/25333 PCT/F'R97/02165 A faible section et grande longueur les barreaux sont fragiles, et le renfort par des membranes contribue à rendre possible l'optimisation du facteur HILZ.

5 Ces deux mises en oeuvre de modules élémentaires en barrette sont non limitatives et les exemples donnés mettent en valeur leur simplicité.
Selon l'invention, nous décrivons un procédé de réalisation 1o de module barrette.
Chaque barrette contient une alternance de matériaux thermoélectriques dopés P et N. Ces matériaux font l'objet d'une croissance cristalline et présentent un axe d'anisotropie A figure 13 de la conductivité thermique et du facteur de mérite.
~s Selon l'invention) les lingots N et P de départ sont rectangulaires, allongés selon l'axe anisotrope.
Les lingots sont alors découpés selon des tranches parallèles contenant l'axe anisotrope, d'épaisseur proche de L. Une telle découpe est par exemple réalisée à la scie multifils ou bien à la scie à
2o disque.
Les tranches 291 ) 292 figure 21 sont alors alternées P et N
en conservant les axes parallèles, superposées, en intercalant en chaque tranche une membrane thermocofiable 293 de faible épaisseur.
Cette membrane est par exemple un Kapton de 25 microns comportant de part et d'autre 25 microns de résine époxy, ou bien un verre époxy.
Le lingot reconstitué est donc un composite constitué d'une alternance de tranches N P isolées électriquement.
Une première cuisson assure une polymérisation partielle, sous pression, à température proche de 130°C.
3o Après traitement, le nouveau lingot est alors redécoupé en tranches d'épaisseur L environ, selon des plans contenant l'axe d'anisotropie et perpendiculaires au tranches précédentes.
Chaque tranche 2101 figure 22 contenant des tiges rectangulaires de section L2 alternativement de matière N et P est alors couverte de part et d'autre par deux membranes en kapton 2102, 2103 préencollées sur une face seulement. Les tranches sont alors superposées et le lingot reconstitué. On réalise ainsi des barrettes, car les tranches ne sont pas collées entre elles. II est également possible de couvrir les tranches de verre époxy, et de les séparer par une FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26) membrane de démoulage en pacothane. Cette dernière autorisera la séparation des barrettes.
Enfin, pour réaliser des rnodules blocs, on intercalera entre les tranches une seule membrane en kapton préencollée sur les deux s faces ou une membrane en verre époxy. On prendra soin d'alterner les barreaux N et P pour réaliser une répartition en damier.
Un cycle de cuisson sous pression achève la polymérisation des tranches.
Le lingot est alors découpé selon le plan perpendiculaire à
lo l'axe d'anisotropie selon des tranches d'une épaisseur H, 2111, 2112, figure 23, chaque tranche laissant apparaître les sections des barreaux.
Chaque tranche contient les barrettes élémentaires N P, les barrettes sont juxtaposées et sont liées par l'adhérence résiduelle. Un cisaillement les désolidarise.
~s Les modules restent en bloc.
La tranche présente' les sections vives des thermoéléments, celle-ci est protégée par un dépôt de nickel soit électrolytique soit chimique, dans un tain. Le nickel agit comme barrière de diffusion et interface d'accrochage pour la brasure.
2o Plusieurs alternatives apparaissent:
- La couche de nickel déposée est de forte épaisseur) environ 0,1 mm et elle assure un recouvrement continu de la tranche, avec accrochage robuste sur les barreaux. Alors, par découpe ou attaque chimique sélective, il est possible de réaliser les liaisons entre 2s fes barreaux directement, puis de séparer les barrettes munies de leur propre circuit électrique. Un flash par sputering contribue à déclencher l'accrochage préalablement au dépôt chimique. La barrette est destinée à étre collée à la colle thermique.
- La couche de nickel est de faible épaisseur. La tranche 3o est nickelée sur la section des barreaux exclusivement. Alors on vient braser sous presse à chaud un circuit souple en cuivre préétamé au bismuth étain 2121, figure 24 sur une membrane en verre époxy chargé
au nitrure de bore. Une phase de pressage à température de brasure de la tranche soude les jonctions. Le circuit aura été préalablement gravé
3s par sérigraphie sur le cuivre lié à une lfeuille adhésive transparente 2122 en verre époxy chargé. Chaque barrette réalisée par ce procédé
comporte deux languettes soudables les barrettes sont séparées par découpe de la membrane verre époxy chargé.
- La couche de nickel eat fine, la barrette est destinée à
4o être soudée sur un circuit imprimé qui assure les jonctions inter-EEU1LLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26) éléments. Le circuit imprimé est en cuivre nickelé et étamé au bismuth.
Un stratifié cuivre nickelé aluminium constitue la meilleur alternative technique.
s II a été décrit un module thermoélectrique sous la forme d'une barrette multiéléments) des versions d'assemblage de cette barrette soit par collage, soit par brasure, l'intégration de cette barrette dans un circuit électrique et thermique, deux exemples de mise en oeuvre de tels éléments pour un dispositif de réfrigération et pour un Io microgénérateur, et enfin, un procédé de réalisation de telles barrettes minimisant les opérations de découpe et de manipulation.
Un assemblage de barrettes constitue un bloc dont les applications sont similaires.
La barrette présente comme annoncé
15 - une optimisation de l'impédance électrique, conséquence de l'optimisation de HILz et du nombre de barreaux.
- une optimisation de l'impédance thermique: La barrette comporte une conductivité thermique élémentaire, l'association très simple des barrettes en série électriquement et en parallèle 2o thermiquement permet l'adaptation de la résistance thermique des barrettes à celte des drains et dissipateur thermiques préexistant associés.
- une résistance mécanique améliorée par le fait de la structure composite.
2s - une résistance à la corrosion améliorée par le fait que chaque élément est totalement enrobé soit de résine, soit de nickel.
- une simplification de l'assemblage, par la mise en oeuvre de techniques similaires à celles utilisées en CMS.
Le procédé de réalisation est optimisé en terme de coût 3o par le fait qu'il supprime les éléments suivant:
- découpe individuelle des barreaux - manipulation des barreaux individuels - brasure sur support céramique L'assemblage est moins coûteux, car il se limite à un 35 collage à chaud ou bien à une brasure sur circuit imprimé à support dissipatif.

Claims (22)

REVENDICATIONS

1. Circuit convertisseur d'énergie, élévateur de la tension fournie par une source (1; 21) à faible tension continue de résistance interne (2) non nulle, comportant un circuit auto-oscillant, fonctionnant à très basse tension, utilisant un transformateur élévateur de tension (3, 4, 6, 6',7;
20, 23, 24, 20', 23', 24') générant les signaux de commande de deux hacheurs-survolteurs (11-14; 25-28, 25'-28') en fonctionnement alterné, du type comportant un transistor à effet de champ à enrichissement (11, 12; 25, 26, 25', 26') qui est utilisé en commutateur synchrone avec le circuit auto-oscillant, qui est branché en série avec une inductance (13, 14; 27, 28, 27', 28') aux bornes de ladite source (1; 21) et qui est relié
au circuit utilisateur à travers une diode (15, 16; 29, 31, 29', 31').

2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on branche en parallèle sur les bornes de sortie un dispositif écrêteur de tension et un condensateur de grande capacité ou un accumulateur (18).

3. Circuit convertisseur réversible, caractérisé en ce qu'il comporte deux circuits convertisseurs (20, 22-29, 31; 20', 22'-29', 31') selon la revendication 1 branchés en antiparallèle sur la source (21) et reliés aux bornes de sortie (U+, U-) par l'intermédiaire de quatre commutateurs(37-39, 41) commandés deux à deux par deux enroulements supplémentaires (42, 4.3, 42', 43') du transformateur du convertisseur actif et en ce que chaque convertisseur comporte un dispositif de blocage (33-35, 33'-35') Moquant l'autre convertisseur.

4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de blocage comporte un troisième enroulement (33, 33') supplémentaire du transformateur aux bornes duquel est branché un circuit de redressement (34, 34') générant une tension continue bloquant le circuit auto-oscillant du convertisseur non actif.

5. Dispositif d'alimentation d'un appareil portatif autonome à partir d'un système thermique comportant une source chaude et une source froide présentant une faible différence de température entre elles, telles que l'épiderme d'un être humain et l'atmosphère ambiante, caractérisé
en ce qu'il est constitué d'un circuit convertisseur selon la revendication 1, 2, 3 ou 4 dans lequel la source électrique est constituée par un ensemble de détecteurs à effet Seebeck (52; 94; 101) branchés entre les deux sources thermiques.

6. Dispositif d'alimentation d'un appareil portatif autonome caractérisé en ce qu'il est constitué d'un circuit convertisseur selon la revendication 1, 2, 3 ou 4 dans lequel la source électrique est constituée par une cellule photovoltaïque (111).

7. Montre bracelet (91) caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'alimentation (94; 101) selon au moins l'une des revendications 5 ou 6 disposé sous son boîtier à la place de la pile (92) ou intégré dans le boîtier.

8. Bracelet montre constitué de maillons articulés, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'alimentation selon au moins l'une des revendications 5 ou 6, en ce que les maillons comportent chacun des détecteurs Seebeck, les sources constituées par chaque maillon étant branchées en série pour constituer la source électrique relié au convertisseur.

9. Dispositif de signalisation routière au sol, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'alimentation selon la revendication 5 utilisant la différence de température entre l'air ambiant et la chaussée alimentant un dispositif lumineux.

10. Détecteur d'intrusion caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'alimentation selon la revendication 5 ou 6 disposé entre l'intérieur et l'extérieur du local surveillé.

11. Chaussure caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'alimentation (121, 124) selon la revendication 5 disposé entre l'intérieur et l'extérieur de la chaussure et alimentant un dispositif de sécurité (125) porté par la chaussure.

12. Composant thermoélectrique comportant du tellure de bismuth dopé à l'antimoine et du tellure de bismuth dopé au sélénium, caractérisé en ce que sa structure est de nature composite, constituée de barreaux parallépipèdiques de matière thermoélectrique accolés (221,222), enrobés sur les faces en regard d'une membrane isolante électrique et thermique (223), renforcés mécaniquement sur les flancs par une membrane isolante électrique et thermique (224), couverts sur les faces apparentes (225) d'un circuit électrique mince, assurant la mise en série électrique des barreaux.

13. Composant élémentaire selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'il est constitué, selon une structure de barrette, d'un alignement de barreaux alternativement dopés P et N, collés l'un à
l'autre par les faces en regard par une membrane thermocollable, enrobés par une membrane latérale renforcée, nickelé sur les tranches apparentes des barreaux, puis brasé à un circuit mince élémentaire assurant les jonctions d'un barreau au suivant.

14. Module parrallélépipédique selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'il est constitué de la juxtaposition de plusieurs composants élémentaires selon la revendication 13 reliés en série électriquement et traversés en parallèle par le flux thermique.

15. Composant selon les revendications 13 et 14 caractérisé
en ce que le circuit électrique mince (261) est réalisé à partir d'une membrane fine en verre époxy chargée au nitrure de bore (264), support d'un cuivre gravé nickelé (262) et préétamé au bismuth (263) , et en ce que cette membrane est brasée et thermocollée sous presse au dit composant.

16. Composant selon les revendications 13 et 14 caractérisé
en ce que le circuit électrique est réalisé sur un support rigide et conducteur thermique (251,265) recouvert d'une membrane isolante électrique et conductrice thermique (252,264), par un cuivre gravé, nickelé et étamé au bismuth.

17. Générateur de froid caractérisé en ce qu'il exploite des composants selon les revendications 12 à 16 et en ce qu'il est constitué
d'une plaque en aluminium recouverte d'un circuit électrique mince assurant la liaison entre les composants, en ce que tes composants sont thermocollés à la plaque ou brasés, en ce que les composant sont recouverts par plusieurs dissipateurs sous un flux d'air entraîné par un ventilateur.

18. Générateur thermoélectrique caractérisé en ce qu'il comporte des composants selon les revendications 12 à 16 chacun intercalé entre un collecteur à une température (281) et un dissipateur à
une température différente (285), et un circuit de liaison électrique entre les composants (282).

19. Procédé de réalisation du composant selon les revendications 12 à 16 caractérisé en ce que le matériaux de départ, sous forme de deux barreaux, l'un dopé au sélénium, l'autre à
l'antimoine, subit un premier cycle de découpe en tranches, puis une reconstitution du barreau avec interposition de membranes thermocollabtes, avec alternance des matériaux d'une tranche à l'autre, puis un durcissement du barreau reconstitué, puis une découpe en tranche dans un plan perpendiculaire, puis une reconstitution avec interposition de membrane, et durcissement, et enfin un troisième cycle de découpe dans l'axe perpendiculaires à celui des barreaux, réalisant les composants sans circuit électrique.

20. Générateur de tension pour alimenter un thermomètre de mesure de la température d'un récipient culinaire caractérisé en ce qu'il comporte au moins un couple thermoélectrique en disiliciure de fer ou bien un module thermocouple selon la revendication 12, l'un ou l'autre intercalé entre le manche et le récipient, et connecté à un circuit convertisseur selon la revendication 1.

21. Générateur de tension pour alimenter un circuit de sécurité
pour un chauffe eau à gaz caractérisé en ce qu'il comporte un thermocouple en disiliciure de fer en contact avec la flamme et avec le circuit d'eau connecté à un circuit convertisseur selon la revendication 1.

22. Générateur pour un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un thermocouple en disiliciure de fer en contact avec l'échappement et le circuit de refroidissement connecté à un circuit convertisseur selon la revendication 1.