DISPOSITIVO ELECTRONICO DE POTENCIA.

Dispositivo electrónico de potencia que comprende placas de soporte (3) que presentan una cara que recibe uno o más componentes de potencia (31) y una cara opuesta en contacto con un fluido termodisipador para el enfriamiento por conducción de dichos componentes de potencia (31),

caracterizado porque a al menos una placa de soporte (3) está asociada otra placa de soporte (3) dispuesta enfrente y provista de componentes de potencia (31) similares, y porque los componentes de potencia (31) de las dos placas de soporte (3) enfrentadas están dispuestos cara a cara e inmediatos unos a otros

Dispositivo electrónico de potencia.

La invención se refiere a un dispositivo electrónico de potencia y más especialmente a un dispositivo que comprende pulgas de potencia fijadas en placas de soporte, estando estas últimas enfriadas por un fluido termodisipador. El dispositivo electrónico de potencia según la invención se aplica, en particular, a los dispositivos electrónicos utilizados en los circuitos de distribución de energía del ámbito ferroviario, de tipo convertidor, para los cuales los valores de corriente y de tensión entregados son particularmente importantes.

De manera habitual, es conocido enfriar un componente electrónico de potencia acoplándolo a un intercambiador de calor e insertando entre estos dos elementos una placa de cerámica que aísla eléctricamente el intercambiador del componente. Así, el documento FR 2.775.416 divulga un dispositivo electrónico de potencia que comprende pulgas de potencia fijadas en una cara de una placa de soporte, comprendiendo la otra cara de la placa un intercambiador de calor. Se conoce igualmente por este documento asociar las placas de soporte por pares disponiéndolas por una y otra parte de un circuito de enfriamiento, estando entonces los intercambiadores de calor dispuestos enfrentados.

Tal dispositivo electrónico de potencia presenta no obstante el inconveniente de generar bucles de conmutación a fuertes inductancias parásitas y por lo tanto fuertes tensiones en las conmutaciones, lo que obliga a sobredimensionar los componentes de potencia para que resistan estas sobretensiones. Por supuesto, tal sobredimensionado de los componentes de potencia presenta el inconveniente de implicar un sobrecoste de fabricación y una aparatosidad más importante de los componentes de potencia.

El objetivo de la presente invención es proponer un dispositivo electrónico de potencia que permita paliar los inconvenientes de la técnica anterior mencionados en lo que antecede.

A tal efecto, la invención tiene por objeto un dispositivo electrónico de potencia que comprende placas de soporte que presentan una cara que recibe uno o más componentes de potencia y una cara opuesta en contacto con un fluido termodisipador para el enfriamiento por conducción de los componentes de potencia, caracterizado porque a al menos una placa de soporte está asociada otra placa de soporte dispuesta enfrente y provista de componentes de potencia similares, y porque los componentes de potencia de las dos placas de soporte enfrentadas están dispuestos cara a cara e inmediatos unos a otros.

Según modos particulares de realización, el dispositivo electrónico de potencia puede incluir una o varias de las características siguientes tomadas aisladamente o según todas las combinaciones técnicamente posibles:

- a cada placa de soporte está asociada otra placa de soporte dispuesta enfrente y provista de componentes de potencia similares, estando los componentes de potencia de las placas de soporte enfrentadas dispuestos cara a cara e inmediatos unos a otros;

- las placas de soporte están repartidas sobre dos bastidores hechos en material eléctricamente aislante, comprendiendo cada uno de los bastidores aberturas cuyo perímetro forma un asiento de recepción de las placas de soporte, presentando los dos bastidores una forma que permite su asociación unos contra otros con las placas de soporte de los dos bastidores enfrentadas, soportando sobre su cara libre los dos bastidores juntados una caja de enfriamiento que incluye un volumen de circulación del fluido termodisipador y medios de suministro y de evacuación del fluido termodisipador;

- los dos bastidores son idénticos;

- cada placa de soporte está alimentada de corriente por al menos un emisor y un colector que sobresalen respectivamente sobre dos bordes opuestos de la placa de soporte de modo que el emisor que alimenta una placa de soporte esté dispuesto sobre el mismo borde y cerca del colector que alimenta la placa de soporte dispuesta enfrente;

- los bastidores soportan los emisores, los colectores y un circuito de gobierno de los componentes de potencia;

- las placas de soporte reciben cada una dos componentes IGBT que presentan un emisor común dispuesto entre los dos componentes IGBT y que salen lateralmente sobre un lado del bastidor, comprendiendo cada uno de los componentes IGBT un colector independiente que sale lateralmente sobre el otro lado del bastidor;

- una banda en material conductor de calor, tal como cobre o aluminio, está soldada sin fusión o soldada a gas sobre la cara de las placas de soporte en contacto con el fluido termodisipador, comprendiendo la banda pliegues que constituyen microcanales que favorecen el intercambio térmico con el fluido;

- los bastidores y las cajas están hechos mediante moldeado en material plástico y están ensamblados unos sobre otros por encolado o con ayuda de una junta de estanqueidad;

- las placas de soporte están hechas mediante el ensamblaje de un material eléctricamente aislante pero conductor de calor, tal como nitruro de aluminio, y de un material compuesto (o composite) conductor del calor que tiene un coeficiente de dilatación acorde con el del material eléctricamente aislante, tal como un composite de aluminio y carburo de silicio, soportando dicho material eléctricamente aislante los componentes de potencia y estando dicho composite en contacto con el fluido termodisipador.

Se comprenderán mejor los objetivos, aspectos y ventajas de la presente invención, tras la descripción dada a continuación de un modo de realización de la invención, presentado a modo de ejemplo no limitativo, refiriéndose a los dibujos anexados, en las cuales:

- la figura 1 es una vista en despiece ordenado, en perspectiva, de un modo de realización del dispositivo electrónico de potencia según la invención;

- la figura 2 es una vista en perspectiva que muestra el ensamblaje de las placas de soporte sobre uno de los bastidores del dispositivo de la figura 1;

- la figura 3 es una vista a escala ampliada, en perspectiva, del dispositivo de la figura 1 cuando están ensamblados los dos bastidores y la caja inferior;

- la figura 4 es una vista similar a la figura 3 cuando están ensamblados todos los elementos.

Para facilitar la lectura del dibujo, solamente se han representado los elementos necesarios para la comprensión de la invención.

La figura 1 representa un dispositivo electrónico de potencia para convertidor que comprende dos bastidores 1 de forma general rectangular que pueden juntarse uno contra otro por una de sus caras y recibir una caja de enfriamiento 2 por la otra cara. Los bastidores 1 son prácticamente idénticos y están hechos en un material moldeable, eléctricamente aislante, por ejemplo en resina moldeable por inyección, de tipo óxido de polifenileno (PO).

De acuerdo con la figura 2, cada bastidor 1 comprende tres aberturas 11 que reciben, cada una, una placa de soporte 3 en nitruro de aluminio metalizado sobre la cual se sueldan dos componentes de potencia 31 de tipo transistor bipolar de rejilla aislada, llamados IGBT. Las placas de soporte 3 comprenden también una banda de cobre 5 soldada sobre la cara opuesta a la cara que recibe los componentes IGBT 31, comprendiendo estas bandas de cobre 5 pliegues que constituyen microcanales visibles en las figuras 1 y 3.

Las placas de soporte 3 se mantienen apoyadas sobre la periferia interior de las aberturas 11 por encolado con interposición eventualmente de una junta de estanqueidad, no representada en las figuras, con el fin de garantizar la perfecta estanqueidad de la conexión. En una variante de realización no representada, la estanqueidad entre las placas de soporte 3 y el bastidor 1 puede estar garantizada también por una cooperación más íntima entre la placa de soporte 3 y el perímetro de la abertura 11 que la recibe, por ejemplo moldeando el bastidor 1 sobre las placas de soporte 3.

La alimentación de corriente de potencia de los componentes IGBT 31 de cada placa de soporte 3 se efectúa por medio de emisores 12 y de colectores 13 integrados en el bastidor 1 y que salen respectivamente sobre dos bordes opuestos del bastidor 1. Los emisores 12 están constituidos, a nivel de cada abertura 11, por un órgano conductor que atraviesa de manera central la abertura 11 y que sirve de emisor común a los dos componentes IGBT 31 llevados por la placa de soporte 3. Los emisores 12 comprenden, en un extremo, una tira de conexión que sale lateralmente de un lado del bastidor...

1. Dispositivo electrónico de potencia que comprende placas de soporte (3) que presentan una cara que recibe uno o más componentes de potencia (31) y una cara opuesta en contacto con un fluido termodisipador para el enfriamiento por conducción de dichos componentes de potencia (31), caracterizado porque a al menos una placa de soporte (3) está asociada otra placa de soporte (3) dispuesta enfrente y provista de componentes de potencia (31) similares, y porque los componentes de potencia (31) de las dos placas de soporte (3) enfrentadas están dispuestos cara a cara e inmediatos unos a otros.

2. Dispositivo electrónico de potencia según la reivindicación 1, caracterizado porque a cada placa de soporte (3) está asociada otra placa de soporte (3) dispuesta enfrente y provista de componentes de potencia (31) similares, estando los componentes de potencia (31) de las placas de soporte (3) enfrentadas dispuestos frente a frente e inmediatos unos a otros.

3. Dispositivo electrónico de potencia según una cualquiera de la reivindicación 1 a 2, caracterizado porque dichas placas de soporte (3) están distribuidas sobre dos bastidores (1) hechos en material eléctricamente aislante, comprendiendo cada uno de los bastidores (1) aberturas (11) cuyo perímetro forma un asiento de recepción de dichas placas de soporte (3), presentando dichos dos bastidores (1) una forma que permite la asociación de los dos bastidores (1) uno contra otro con las placas de soporte (3) de los dos bastidores (1) enfrentadas, soportando sobre su cara libre los dos bastidores (1) juntados una caja de enfriamiento (2) que incluye un volumen de circulación del fluido termodisipador y medios (22) de suministro y de evacuación de dicho fluido.

4. Dispositivo electrónico de potencia según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos dos bastidores (1) son idénticos.

5. Dispositivo electrónico de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque cada placa de soporte (3) está alimentada de corriente por al menos un emisor (12) y un colector (13) que sobresalen respectivamente sobre dos bordes opuestos de la placa de soporte (3) de modo que el emisor (12) que alimenta una placa de soporte (3) esté dispuesto sobre el mismo borde y cerca del colector (13) que alimenta la placa de soporte (3) dispuesta enfrente.

6. Dispositivo electrónico de potencia según las reivindicaciones 3 y 5, caracterizado porque dichos bastidores (1) soportan dichos emisores (12), dichos colectores (13) y un circuito de gobierno (4) de los componentes de potencia (31).

7. Dispositivo electrónico de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, caracterizado porque dichas placas de soporte (3) reciben, cada una, dos componentes IGBT (31) que presentan un emisor (12) común dispuesto entre los dos componentes IGBT (31) y que sale lateralmente sobre un lado del bastidor (1), comprendiendo cada uno de dichos componentes IGBT (31) un colector (13) independiente que sale lateralmente sobre el otro lado del bastidor (1).

8. Dispositivo electrónico de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque una banda (5) en material conductor de calor, tal como de cobre o de aluminio, está soldada sin fusión o soldada a gas sobre la cara de las placas de soporte (3) en contacto con el fluido termodisipador, comprendiendo dicha banda (5) pliegues que constituyen microcanales que favorecen el intercambio térmico con dicho fluido.

9. Dispositivo electrónico de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dichos bastidores (1) y cajas (2) están hechos mediante moldeado en material plástico y están ensamblados unos sobre otros por encolado o con ayuda de una junta de estanqueidad.

10. Dispositivo electrónico de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dichas placas de soporte (3) están hechas mediante el ensamblaje de un material eléctricamente aislante pero conductor de calor, tal como nitruro de aluminio, y de un material compuesto (o composite) conductor del calor que tiene un coeficiente de dilatación acorde con el del material eléctricamente aislante, tal como un composite de aluminio y carburo de silicio, soportando dicho material eléctricamente aislante los componentes de potencia y estando dicho composite en contacto con el fluido termodisipador.