FR3143226A1 - Module de puissance pour l’alimentation d’une charge électrique d’un aéronef, système d’alimentation et procédé associé - Google Patents
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Abstract
Un module de puissance (M) pour l’alimentation d’une charge électrique (L) d’un aéronef, le module de puissance (M) comprenant une pluralité de composants électroniques de puissance (2) montés sur un substrat de support (1), au moins une couche d’encapsulation (5) de la pluralité de composants électroniques de puissance (2) afin de les protéger, au moins une connexion électrique de puissance (4) reliée à au moins un composant électronique de puissance (2), au moins une couche de protection fusible (6) dans laquelle s’étend au moins une portion (40) de la connexion électrique de puissance (4), la couche de protection fusible (6) étant configurée pour changer d’état lors de la circulation d’un courant, supérieur à un seuil admissible, dans la portion (40) de la connexion électrique de puissance (4) de manière à stopper de manière définitive la circulation du courant dans ladite portion (40). Figure de l’abrégé : Figure 4
Description
La présente invention concerne le domaine de la protection contre les arcs électriques dans un système d’alimentation d’au moins une charge électrique d’un aéronef.
De manière connue, le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers Etats. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’aéronefs mais aussi à ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.
Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des aéronefs. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des aéronefs.
Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent notamment sur de nouvelles générations de moteurs d’aéronef hybrides thermiques et électriques. L’objectif de la Déposante est notamment de développer des aéronefs intégrant un système de génération électrique de forte puissance. Ceci permettrait d’augmenter la part des équipements électriques à bord afin de réduire la consommation de carburant.
En pratique, en référence à la il est représenté un système d’alimentation simplifié selon l’art antérieur pour alimenter une charge électrique L à partir d’une source de puissance S via un dispositif de puissance DP. En pratique, la source de puissance S peut être une batterie électrique, une pile à combustible ou une machine électrique apte à fonctionner en moteur et en générateur pour prélever de l’énergie mécanique sur un arbre de la turbomachine d’aéronef pour produire de l’énergie électrique. En pratique, un système d’alimentation comporte une pluralité de sources de puissance S et une pluralité de charges électriques L.
De manière connue, en référence à la , un dispositif de puissance DP comporte un ou plusieurs modules de puissance M1 pour assurer la conversion de l’énergie électrique, par exemple, des onduleurs. Un module de puissance M1 comporte plusieurs composants électroniques pilotés de façon à assurer la fonction de conversion. Leur nombre dépend de la quantité d’énergie que le module de puissance M1 devra convertir. En pratique, le dispositif de puissance DP est configuré pour recevoir une consigne de contrôle PCONS, par exemple des ordres de commutation d’interrupteurs, qui est transmise à chaque module de puissance M1 afin de paramétrer la conversion de l’énergie électrique en fonction des besoins.
En référence à la , un module de puissance M1 comporte de manière classique un substrat 11 sur lequel sont montés des composants électroniques de puissance 12, en particulier des puces électroniques. Dans cet exemple, les composants électroniques de puissance 12, commandés ou non, sont reliés par des connexions électriques 14 afin de permettre une connexion électrique. Les composants électroniques de puissance 12 sont protégés par une couche d’encapsulation 15, qui assure l’isolation électrique, et un capot de protection 17. Le module de puissance M1 comporte au moins un connecteur de puissance 13P configuré pour s’interfacer avec une source de puissance S ou une charge électrique L. Le module de puissance M1 comporte par ailleurs au moins un connecteur de données 13D, afin de permettre la commande des composants électroniques de puissance 12 dits commandables. On entend par composant commandable un composant dont l’état va pouvoir être modifié sous l’effet d’une commande de type signal électrique envoyé à ce dernier. Les transistors de puissance font partie des composants commandables. La nature des signaux véhiculés par le connecteur de données 13D pourra varier selon la nature des commandes et informations électriques échangées avec la consigne de contrôle PCONS. La structure d’un tel module de puissance M1 est connue de l’homme du métier.
En pratique, des défauts variés peuvent apparaître en tout point du système d’alimentation : un court-circuit se produisant dans un équipement ou dans un câblage, un endommagement d’un composant soumis à une contrainte imprévue, un composant inopérant, un arc électrique, etc. Afin de protéger les différents équipements contre des courants de valeurs trop élevées, il est connu de prévoir des organes de protection commandables OPC pour isoler une partie des équipements et ainsi les protéger. Les organes de protection commandables OPC se présentent généralement sous la forme de contacteurs électromécaniques ou de composants dits statiques, recourant à l’utilisation de composants semi-conducteurs. Un organe de protection commandable OPC permet d’isoler le défaut, par exemple, une source de puissance S comme illustré à la . De manière connue, en cas de détection d’un défaut d’une source de puissance S, les organes de protection commandable OPC sont commandés de manière à reconfigurer le système d’alimentation pour alimenter les charges électriques L avec les sources de puissance S qui sont disponibles.
Pour redonder un organe de protection commandable OPC, il est souvent nécessaire de prévoir un autre composant de protection ayant une technologie de coupure dissimilaire, par exemple, une technologie fusible.
En référence à la , un organe de protection de type fusible OPF permet de couper une liaison électrique de manière définitive. De manière connue, un tel organe de protection de type fusible OPF, par exemple réalisé en silice, permet de changer d’état afin d’absorber un arc électrique et de couper la circulation du courant sur la ligne électrique sur laquelle il est monté. Sous l’effet d’un fort courant, la silice va se vitrifier pour couper la circulation du courant. De manière avantageuse, un organe de protection de type fusible OPF permet d’absorber une grande quantité d’énergie électrique pour garantir l’extinction de l’arc électrique sans engendrer de projection de matière ou d’autres dégâts.
En pratique, du fait de son positionnement en série avec l’équipement à protéger, par exemple une source de puissance S comme illustré à la , l’organe de protection de type fusible OPF doit être dimensionné pour supporter le courant principal et les transitoires sur la ligne d’alimentation reliant la source de puissance S au dispositif de puissance DP. En cas de court-circuit et de défaut de l’organe de protection commandable OPC, l’organe de protection de type fusible OPF réalisera une coupure pour un courant de coupure de valeur élevée. En pratique, lors de la croissance du courant jusqu’au courant de coupure, les courants circulant dans le module de puissance M1 croissent également et sont susceptibles d’endommager les composants électroniques de puissance 12 des modules de puissance M1. Autrement dit, lorsque les organes de protection de type fusible OPF coupent la circulation du courant, les composants électroniques de puissance 12 des modules de puissance M1 sont susceptibles d’être déjà endommagés, ce qui présente un inconvénient important. La remise en service est ainsi onéreuse. De plus, les organes de protection de type fusible OPF sont encombrants, dissipatifs et refroidis par une convection d’air naturel. Pour réduire le risque de surchauffe, un organe de protection de type fusible OPF est généralement surdimensionné. Cela pénalise de manière importante le système d’alimentation qui doit demeurer compact.
Une solution immédiate pour éliminer cet inconvénient serait de prévoir des organes de protection fusible OPF ayant un courant de coupure de valeur inférieure mais cela entrainerait une coupure intempestive en cas de fluctuation du courant sur la ligne d’alimentation entre la source de puissance S et le dispositif de puissance DP.
L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant un organe de protection fusible permettant de protéger les composants électroniques de puissance d’un module de puissance qui seraient en défaut, sans augmenter la complexité et l’encombrement.
L’invention concerne un module de puissance pour l’alimentation d’au moins une charge électrique d’un aéronef, le module de puissance comprenant une pluralité de composants électroniques de puissance montés sur un substrat de support, au moins une couche d’encapsulation de la pluralité de composants électroniques de puissance afin de les protéger, au moins une connexion électrique de puissance reliée à au moins un composant électronique de puissance.
L’invention est remarquable par le fait que le module de puissance comporte au moins une couche de protection fusible dans laquelle s’étend au moins une portion de la connexion électrique de puissance, la couche de protection fusible étant configurée pour changer d’état lors de la circulation d’un courant, supérieur à un seuil admissible, dans la portion de la connexion électrique de puissance de manière à stopper de manière définitive la circulation du courant dans ladite portion.
Grâce à l’invention, une protection fusible est intégrée directement dans le module de puissance. Elle permet de stopper de manière définitive la circulation du courant dans une portion d’une connexion électrique de puissance. Par ailleurs, cette protection fusible permet de maintenir les composants électroniques de puissance dans une couche d’encapsulation afin de les protéger. La couche de protection fusible permet d’absorber l’énergie dégagée par un arc électrique et de stopper sa circulation. Ainsi, un arc électrique est contenu de manière locale, ce qui protège les composants électroniques de puissance. Le fait de disposer d’une protection fusible intégrée au module de puissance est un avantage important du fait qu’il rend superflu l’utilisation d’un organe de protection du type fusible dédié qui est encombrant et complexe à installer.
Selon un aspect, la connexion électrique de puissance est reliée entre deux composants électroniques de puissance.
Selon un aspect, la connexion électrique de puissance est reliée entre au moins un composant électronique de puissance et au moins un connecteur électrique de puissance comprenant au moins une portion s’étendant en dehors de la couche d’encapsulation.
Selon un aspect, la connexion électrique de puissance est en partie dans la couche d’encapsulation et en partie dans la couche de protection fusible.
Selon un aspect, le module de puissance comprend au moins un connecteur de déport reliant le composant électronique de puissance à la connexion électrique de puissance, la connexion électrique de puissance s’étendant uniquement dans la couche de protection fusible. La couche de protection fusible permet d’absorber toute la chaleur liée au défaut. Les composants électroniques de puissance restent protégés dans la couche d’encapsulation.
De préférence, le connecteur de déport est positionné sur le substrat de support.
De préférence, le module de puissance comporte au moins une carte de circuit imprimé montée à l’interface entre la couche d’encapsulation et la couche de protection fusible, le connecteur de déport étant relié à la connexion électrique de puissance via la carte de circuit imprimé. La carte de circuit imprimé comporte les connexions électriques de puissance et peut être remplacée de manière pratique.
Selon un aspect, le module de puissance comprend au moins une connexion électrique de données reliée à un connecteur de données, la connexion électrique de données comportant au moins une portion s’étendant dans la couche de protection fusible. De manière avantageuse, les composants électroniques de puissance sont entièrement protégés.
L’invention concerne également un système d’alimentation d’au moins une charge électrique d’aéronef comprenant au moins un dispositif de puissance comprenant au moins un module de puissance tel que présenté précédemment.
L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’un module de puissance pour l’alimentation d’au moins une charge électrique d’un aéronef, le module de puissance comprenant une pluralité de composants électroniques de puissance montés sur un substrat de support, le procédé comprenant des étapes consistant à :
- Relier au moins une connexion électrique de puissance à un composant électronique de puissance,
- Déposer une couche d’encapsulation sur le composant électronique de puissance de manière à le protéger, et
- Déposer une couche de protection fusible sur au moins une portion de la connexion électrique de puissance, la couche de protection fusible étant configurée pour changer d’état lors de la circulation d’un courant, supérieur à un seuil admissible, dans la portion de la connexion électrique de puissance de manière à stopper de manière définitive la circulation du courant dans ladite portion.
De manière préférée, la couche de protection fusible est déposée sur la couche d’encapsulation.
Selon un aspect, la couche de protection fusible est déposée directement sur la couche d’encapsulation, ce qui facilite le montage.
Selon un aspect, la couche de protection fusible est déposée indirectement sur la couche d’encapsulation, par exemple en utilisant un support intermédiaire. Le support intermédiaire permet de servir d’interface pour contenir la couche de protection fusible. Cela permet de choisir des matériaux constitutifs de la couche de protection fusible qui seraient incompatibles avec la couche d’encapsulation. Selon un aspect, le support intermédiaire est une carte circuit imprimé et des liaisons électriques sont spécifiquement réalisées sur la carte circuit imprimé pour assurer la fonction fusible.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
La est une représentation schématique d’un système d’alimentation selon l’art antérieur.
La est une représentation schématique d’un module de puissance selon l’art antérieur.
La est une représentation schématique d’un système d’alimentation selon l’invention.
La est une représentation schématique simplifiée d’un système d’alimentation selon l’invention.
La est une représentation schématique d’un module de puissance selon une forme de réalisation selon l’invention.
La est une représentation schématique rapprochée d’une connexion électrique de la comprenant une portion montée dans la couche de protection fusible.
La est une représentation schématique rapprochée de la connexion électrique de la après absorption d’un arc électrique par la couche de protection fusible.
La est une représentation schématique d’un module de puissance selon une autre forme de réalisation selon l’invention.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
En référence à la , il est représenté un système d’alimentation pour alimenter une pluralité de charges électriques L à partir d’une pluralité de sources de puissance S. Une source de puissance S peut se présenter notamment sous la forme d’une batterie électrique, d’une pile à combustible ou d’une machine électrique configurée pour fonctionner comme moteur ou comme génératrice pour prélever de l’énergie mécanique sur un arbre d’une turbomachine d’aéronef. La charge électrique L peut se présenter notamment sous la forme d’un actionneur ou d’un moteur, en particulier, comprenant deux étoiles statoriques de manière à améliorer la redondance.
Toujours en référence à la , le système d’alimentation comprend une pluralité de dispositifs de puissance DP pour convertir et traiter l’énergie électrique issue des sources de puissance S pour alimenter les charges électriques L. A titre d’exemple, un dispositif de puissance DP peut comprendre plusieurs modules de puissance pour alimenter les différentes étoiles statoriques d’une machine électrique.
Toujours en référence à la , le système d’alimentation comprend une pluralité d’organes de protection commandables OPC, par exemple des contacteurs, de manière à permettre d’isoler un défaut d’un équipement et permettre une reconfiguration du système d’alimentation pour un fonctionnement dégradé.
De manière simplifiée, en référence à la , il est représenté par souci de clarté et de concision un système d’alimentation d’une seule charge électrique L à partir d’une seule source de puissance S. A la , le système d’alimentation comprend un dispositif de puissance DP pour convertir et traiter l’énergie électrique issue de la source de puissance S pour alimenter la charge électrique L. Un organe de protection commandable OPC est prévu sur la ligne d’alimentation reliant la source de puissance S au dispositif de puissance DP.
Comme illustré à la , le dispositif de puissance DP comprend une pluralité de modules de puissance M. De préférence, chaque module de puissance M est configuré pour remplir au moins une fonction de conversion, par exemple, pour traiter un courant triphasé pour un onduleur d’une machine électrique ou pour fournir un courant de distribution à une charge électrique L.
En référence à la , il est représenté un module de puissance M selon une première forme de réalisation de l’invention. Le module de puissance M comprend une pluralité de composants électroniques de puissance 2 montés sur un substrat de support 1. Dans cet exemple, les composants électroniques de puissance 2 se présentent sous la forme de puces électroniques ou des semi-conducteurs.
Le module de puissance M comprend au moins un connecteur de puissance 3P configuré pour recevoir de la puissance. Il est par exemple configuré pour être relié à une charge électrique L ou à une source de puissance S. Le connecteur de puissance 3P est accessible depuis l’extérieur du module de puissance M.
Le module de puissance M comprend au moins un connecteur de données 3D configuré pour recevoir une consigne de contrôle PCONS ( ), par exemple, des ordres de commutation d’interrupteurs ou de transistors. Il est par exemple configuré pour être relié à un calculateur de contrôle (non représenté). Le connecteur de données 3D est accessible depuis l’extérieur du module de puissance M.
Dans cet exemple, les composants électroniques de puissance 2 et les connecteurs 3P, 3D sont reliés par des connexions électriques 4, en particulier, des fils électriques (« wire bonding ») mais il va de soi que d’autres types de connexion pourraient convenir. En référence à la , parmi les connexions électriques 4, on distingue, d’une part, des connexions électriques de puissance 4P qui permettent de faire circuler des courants élevés, par exemple supérieurs à 10A, et, d’autre part, des connexions électriques de données 4D qui permettent de faire circuler des courants faibles, par exemple inférieurs à 10A.
Le module de puissance 4 comporte une couche d’encapsulation 5, couvrant la pluralité de composants électroniques de puissance 2 afin de les protéger. De préférence, la couche d’encapsulation 5 est réalisée par un gel diélectrique à base de silicone, un gel silicone bi-composant diélectrique thermodurcissable ou encore une couche d’isolant Parylene. Une telle couche d’encapsulation 5 est connue de l’homme du métier. Cette couche d’encapsulation 5 assure de manière avantageuse l’isolation électrique. Les connecteurs 3P, 3D comportent au moins une portion s’étendant en dehors de la couche d’encapsulation 5.
L’invention est remarquable en ce que le module de puissance M comporte au moins une couche de protection fusible 6 dans laquelle s’étend au moins une portion 40 d’une connexion électrique 4. Dans cet exemple, plusieurs connexions électriques 4 comportent une portion 40 dans la couche de protection fusible 6, en particulier, une connexion électrique de puissance 4P reliant un composant électronique de puissance 2 à un connecteur de puissance 3P, une connexion électrique de puissance 4P reliant les deux composants électroniques de puissance 2 et une connexion électrique de données 4D reliée au connecteur de données 3D.
La couche de protection fusible 6 est configurée pour changer d’état lors de la circulation d’un courant supérieur à un seuil admissible de manière à stopper de manière définitive la circulation des courant dans les portions 40 de connexion électrique 4 situées dans la couche de protection fusible 6.
Comme illustré à la représentant de manière schématique une connexion électrique de puissance 4, une portion 40 est située dans la couche de protection fusible 6. Lors de l’apparition d’un défaut à l’intérieur ou à l’extérieur du module de puissance DP, un courant déjà présent dans la portion 40 de la connexion électrique 4 va croître, jusqu’à dépasser un seuil admissible, de préférence, au moins égal à deux fois le courant nominal traversant la portion 40 de la connexion électrique 4 selon un mode de fonctionnement nominal. En quelques microsecondes, la portion 40 de la connexion électrique 4 va fondre, va former un pont liquide et va finir par se séparer, donnant naissance à un arc électrique.
Lors du dépassement de seuil admissible, le courant circulant dans la portion 40 de la connexion électrique 4 engendre un changement d’état de la couche de protection fusible 6 qui devient une couche de coupure 6’, comme illustré à la , qui vient stopper définitivement la circulation dans ladite portion 40. Des courants de valeurs excessives ne peuvent plus circuler, ce qui protège l’intégrité des composants électroniques de puissance 2.
Ce changement d’état va permettre d’absorber l’énergie dégagée par la connexion électrique 4. Lorsque la couche de protection fusible 6 va revenir à l’état d’origine (état solide), celle-ci est transformée en une couche de coupure 6’ qui assure l’interruption définitive de la circulation du courant dans la portion 40 de la connexion électrique 4.
Le dispositif de puissance DP dans lequel le module de puissance M en défaut est utilisé se retrouve alors dans un état de sécurité, du fait de l’arrêt du défaut et de la capacité de la couche de protection fusible 6 (couche de coupure 6’) à contenir la tension au niveau de la connexion électrique 4.
La couche de protection fusible 6 est de préférence configurée pour changer de phase lors de son changement d’état, sous l’effet de la présence d’une forte densité de chaleur. De manière préférée, la couche de protection fusible 6 est stable thermiquement et chimiquement et compatible avec la couche d’encapsulation 5. De préférence, la couche de protection fusible 6 est configurée pour réaliser une isolation électrique de manière à éviter la propagation de courants électriques issus des composants électroniques de puissance 2 et, ce, même lorsque la couche de protection fusible 6 devient une couche de coupure 6’. De préférence, la couche de protection fusible 6 est hydrophobe et permet également une tenue au feu sans dégagement de fumées toxiques. De manière préférée, la couche de protection fusible 6 comporte du sable, de préférence, du sable siliceux pur.
Dans cet exemple, la couche de protection fusible 6 est directement en contact avec la couche d’encapsulation 5.
En référence à la , pour assurer la protection mécanique, le module de puissance est monté dans un boitier 7 qui comporte, de préférence, une semelle 72 reliée au substrat 1 et un capot 71. De préférence, les connecteurs 3P, 3D s’étendent en saillie du capot 71. Dans cet exemple, le module de puissance M comporte un dissipateur 73 pour améliorer le drainage de calories qui est relié à la semelle 72, en particulier, via une couche d’interface thermique. Selon un aspect de l’invention, la couche d’encapsulation 15 et le boiter 71 sont réalisés en un seul et même élément.
Un exemple de mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’un module de puissance M va être dorénavant présenté. Les composants électroniques de puissance 2 sont positionnés sur le substrat 1, de préférence du type SnAg. De préférence, le substrat 1 a été préalablement sérigraphié de manière à former une couche de redistribution des connecteurs électriques et les composants électroniques de puissance 2 sont fixés sur le substrat 1 par refusion.
Dans cet exemple, le procédé comporte des étapes consistant à :
- Relier au moins une connexion électrique 4 à un composant électronique de puissance 2,
- Déposer une couche d’encapsulation 5 sur le composant électronique de puissance 2 de manière à le protéger,
- Stabiliser la couche d’encapsulation 5, par exemple, par une opération d’étuvage, de polymérisation ou autre, et
- Déposer une couche de protection fusible 6 sur au moins une portion 40 de la connexion électrique de puissance 4.
Selon un aspect, le procédé comporte une étape consistant à monter une partie du boiter 7 avant l’étape consistant à déposer la couche d’encapsulation 5. Cela permet d’utiliser le volume de la première partie du boîtier pour faciliter le dépôt de la couche d’encapsulation 5. De préférence, le procédé comporte une étape consistant à monter une deuxième partie du boîtier 7 après l’étape consistant à déposer la couche de protection fusible 6.
De manière préférée, la couche d’encapsulation 5 est déposée avant la couche de protection fusible 6 afin de réaliser le module de puissance M par dépôt de couches superposées, ce qui est pratique.
Un exemple de mise en œuvre va être présenté en référence aux figures 5 à 7. Comme illustré à la , le module de puissance M est alimenté par le connecteur de puissance 3P qui fournit de la puissance à deux composants électroniques de puissance 2 via des connexions électriques de puissance 4P. Dans cet exemple, un composant électronique de puissance 2 est aussi relié à un connecteur de données 3D via une connexion électrique de données 4D.
Lors de l’apparition d’un court-circuit sur le système d’alimentation, le courant augmente de manière rapide, en particulier, dans les connexions électriques de puissance 4P comme illustré à la .
De manière avantageuse, la portion 40 de la connexion électrique de puissance 4 permet de changer l’état de la couche de protection fusible 6 qui se transforme en couche de coupure 6’. Dans cet état, le courant circulant dans la portion 40 de la connexion électrique de puissance 4 est stoppé définitivement comme illustré à la . Cela permet avantageusement de protéger les composants électroniques de puissance 2 contre des courants de valeur élevée. De manière avantageuse, la couche de protection fusible 6 permet d’absorber l’énergie de l’art électrique pour protéger les composants électroniques de puissance 2.
De manière préférée, lorsque la couche de protection fusible 6 change d’état, le courant est stoppé dans l’ensemble des portions 40, c’est-à-dire, même dans celles qui n’ont pas fait circuler un courant supérieur au seuil admissible. Cela est particulièrement le cas pour la connexion électriques de contrôle 4D dans laquelle il ne circule pas de courant élevé.
Les composants électroniques de puissance 2 sont ainsi protégés. Il suffit pour un opérateur de remplacer la couche de protection fusible 6 et les connexions électriques 4P, 4D pour remettre en service le module de puissance M, ce qui est avantageux.
Une autre forme de réalisation est représentée à la . Par souci de clarté et de concision, il sera uniquement décrit les différences avec la première forme de réalisation de la . Les éléments communs ou analogues portent les mêmes références sur la et ne seront pas décrits de nouveau.
En référence à la , le module de puissance M comporte une carte de circuit imprimé 8, appelée « PCB », disposée entre la couche d’encapsulation 5 et la couche de protection fusible 6. De manière avantageuse, cela permet aux connexions électriques de favoriser la remise en service en créant une frontière entre la couche d’encapsulation 5 et la couche de protection fusible 6. De plus, cela permet de bénéficier d’une grande liberté pour choisir les matériaux pour la couche d’encapsulation 5 et la couche de protection fusible 6 étant donné qu’ils ne sont pas en contact direct. Cela permet par ailleurs de faciliter la remise en service.
Dans cet exemple, le module de puissance M comprend plusieurs organes de déport 9, logés dans la couche d’encapsulation 5, qui sont reliés d’une part à un composant électronique de puissance 2 et d’autre part, à la carte de circuit imprimé 8. La connexion électrique de puissance 4 est reliée uniquement à la carte de circuit imprimé 8 et s’étend dans la couche de protection fusible 6, en particulier, uniquement dans cette dernière.
Ainsi, suite à l’apparition d’un arc électrique, les connexions électriques de puissance 4 peuvent être retirées de manière pratique avec la couche de protection fusible 6. Lors de la remise en service, il suffit de recréer les connexions électriques de puissance 4 et de déposer une nouvelle couche de protection fusible 6. La couche d’encapsulation 5, les composants électroniques de puissance 2 et les organes de déport 9 ne sont avantageusement pas affectés. De manière préférée, les connexions électriques de puissance 4 sont précablées sur la carte de circuit imprimé 8, ce qui facilite le montage et la remise en service.
De manière préférée, chaque organe de déport 9 se présente sous la forme d’un pilier vertical monté sur le substrat 1. De manière préférée, chaque organe de déport 9 est relié à un composant électronique de puissance 2 via une connexion électrique interne 4a qui s’étend, de préférence, uniquement dans la couche d’encapsulation 5 comme illustré à la .
Dans cet exemple, en référence à la , le connecteur de puissance 3P comporte :
- une partie interne 31P, logée dans la couche d’encapsulation 5, qui est montée d’une part sur le substrat 1 et reliée d’autre part, à la carte de circuit imprimé 8,
- une partie externe 32P, logée en partie dans la couche de protection fusible 6 et
- une liaison externe 33P reliant électriquement la partie externe 32P à la partie interne 31P via la carte de circuit imprimé 8.
De manière analogue, la liaison externe 33P s’étend uniquement dans la couche de protection fusible 6. La couche de protection fusible 6 est configurée pour changer d’état lors de la circulation d’un courant, supérieur à un seuil admissible, dans la liaison externe 33P de manière à stopper de manière définitive la circulation du courant dans la liaison externe 33P. Ainsi, de manière avantageuse, la couche de protection fusible 6 peut changer d’état lors de l’apparition d’un arc électrique dans le connecteur de puissance 3P.
Un exemple de mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’un module de puissance M va être dorénavant présenté. Les composants électroniques de puissance 2 sont positionnés sur le substrat 1. De préférence, le substrat 1 a été préalablement sérigraphié de manière à former une couche de redistribution des connecteurs électriques et les composants électroniques de puissance 2 sont fixés sur le substrat 1 par refusion avec les organes de déport 9 et les connexions électriques internes 4a. De préférence, la partie interne 31P du connecteur de puissance 3P est également positionnée sur le substrat 1.
Le procédé comporte une étape consistant à déposer une couche d’encapsulation sur les éléments positionnés sur le substrat 1 afin de les protéger et former un premier ensemble.
Ensuite, le procédé comporte une étape consistant à assembler la carte de circuit imprimé 8 sur le premier ensemble. Les connexions électriques 4, la liaison externe 33P et la partie externe 32P du connecteur de puissance 3P sont de préférence précâblées. L’assemblage peut être réalisé par brasage mais également, de façon privilégiée, par une opération de montage à la presse « press-fit ». Des organes de déport 9 compatibles sont choisis en cas de montage à la presse. Après assemblage, le procédé comporte une étape consistant à déposer la couche de protection fusible 6. Un tel procédé de fabrication permet d’offrir une grande flexibilité dans le choix du matériau de la couche d’encapsulation 5 et de la couche de protection fusible 6 étant donné qu’ils ne sont pas en contact direct.
Grâce à l’invention, une coupure du courant est réalisée de manière locale dans un module de puissance M pour des courants de coupure plus faibles que dans l’art antérieur. Cela permet de protéger les composants électroniques de puissance 2 et facilite une remise en service. La puissance d’un arc électrique est absorbée de manière locale par la couche de protection fusible 6. Cela permet de limiter les projections de matière et la diffusion des endommagements.
Claims (9)
- Module de puissance (M) pour l’alimentation d’au moins une charge électrique (L) d’un aéronef, le module de puissance (M) comprenant une pluralité de composants électroniques de puissance (2) montés sur un substrat de support (1), au moins une couche d’encapsulation (5) de la pluralité de composants électroniques de puissance (2) afin de les protéger, au moins une connexion électrique de puissance (4) reliée à au moins un composant électronique de puissance (2), module de puissance (M) caractérisé par le fait qu’il comporte au moins une couche de protection fusible (6) dans laquelle s’étend au moins une portion (40) de la connexion électrique de puissance (4), la couche de protection fusible (6) étant configurée pour changer d’état lors de la circulation d’un courant, supérieur à un seuil admissible, dans la portion (40) de la connexion électrique de puissance (4) de manière à stopper de manière définitive la circulation du courant dans ladite portion (40).
- Module de puissance (M) selon la revendication 1, dans lequel, la connexion électrique de puissance (4) est reliée entre deux composants électroniques de puissance (2).
- Module de puissance (M) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel, la connexion électrique de puissance (4) est reliée entre au moins un composant électronique de puissance (2) et au moins un connecteur électrique de puissance (3P) comprenant au moins une portion s’étendant en dehors de la couche d’encapsulation (5).
- Module de puissance (M) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant au moins un connecteur de déport (9) reliant le composant électronique de puissance (2) à la connexion électrique de puissance (4), la connexion électrique de puissance (4) s’étendant uniquement dans la couche de protection fusible (6).
- Module de puissance (M) selon la revendication 4, comprenant au moins une carte de circuit imprimé (8) montée à l’interface entre la couche d’encapsulation et la couche de protection fusible (6), le connecteur de déport (9) étant relié à la connexion électrique de puissance (4) via la carte de circuit imprimé (8).
- Module de puissance (M) selon l’une des revendications 1 à 5, comprenant au moins une connexion électrique de données (4D) reliée à un connecteur de données (3D), la connexion électrique de données (4D) comportant au moins une portion (40) s’étendant dans la couche de protection fusible (6).
- Module de puissance (M) selon l’une des revendications 1 à 6, dont la connexion électrique de puissance (4) se présente sous la forme d’un fil longitudinal qui comporte plusieurs parties (41, 42) ayant des sections différentes.
- Système d’alimentation d’un réseau électrique d’aéronef (REA) comprenant au moins un dispositif de puissance (DP) comprenant au moins un module de puissance (M) selon l’une des revendications 1 à 7.
- Procédé de fabrication d’un module de puissance (M) pour l’alimentation d’au moins une charge électrique (L) d’un aéronef, le module de puissance (M) comprenant une pluralité de composants électroniques de puissance (2) montés sur un substrat de support (1), le procédé comprenant des étapes consistant à :
- Relier au moins une connexion électrique de puissance (4) à un composant électronique de puissance (2),
- Déposer une couche d’encapsulation (5) sur le composant électronique de puissance (2) de manière à le protéger, et
- Déposer une couche de protection fusible (6) sur au moins une portion (40) de la connexion électrique de puissance (4), la couche de protection fusible (6) étant configurée pour changer d’état lors de la circulation d’un courant, supérieur à un seuil admissible, dans la portion (40) de la connexion électrique de puissance (4) de manière à stopper de manière définitive la circulation du courant dans ladite portion (40).
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| FR2212868A FR3143226A1 (fr) | 2022-12-07 | 2022-12-07 | Module de puissance pour l’alimentation d’une charge électrique d’un aéronef, système d’alimentation et procédé associé |
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2022
- 2022-12-07 FR FR2212868A patent/FR3143226A1/fr active Pending
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2023
- 2023-11-28 WO PCT/EP2023/083334 patent/WO2024120891A1/fr unknown
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|---|---|
| WO2024120891A1 (fr) | 2024-06-13 |
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