FR3148350A1 - ELECTRONIC ASSEMBLY WITH INTEGRATED COOLING SYSTEM, ELECTRONIC BOX COMPRISING SUCH AN ASSEMBLY - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un ensemble électronique (10) à système de refroidissement (15) intégré, comportant : - une carte à circuit imprimé (20) ; - un compartiment à composants électroniques (90) formé par une cloison métallique (70) et la carte à circuit imprimé (20) ; - au moins deux composants électroniques (30, 40), chacun étant monté dans le compartiment à composants électroniques (90) sur un côté de la carte à circuit imprimé (20) tourné vers la cloison métallique (70) ; - des ailettes de dissipation thermique (100), orientées parallèlement entre elles selon le plan transversal (T), la cloison métallique (70) portant les ailettes de dissipation thermique (100) sur son côté opposé au côté de la cloison métallique (70) faisant face aux composants électroniques (30, 40). Figure de l’abrégé : Fig. 1The invention relates to an electronic assembly (10) with an integrated cooling system (15), comprising: - a printed circuit board (20); - an electronic component compartment (90) formed by a metal partition (70) and the printed circuit board (20); - at least two electronic components (30, 40), each being mounted in the electronic component compartment (90) on a side of the printed circuit board (20) facing the metal partition (70); - heat dissipation fins (100), oriented parallel to each other along the transverse plane (T), the metal partition (70) carrying the heat dissipation fins (100) on its side opposite the side of the metal partition (70) facing the electronic components (30, 40). Abstract figure: Fig. 1
Description
L’invention porte sur le domaine des boîtiers électroniques, notamment pour le domaine de l’électronique de puissance et en particulier ceux comportant un composant électronique, et un système de refroidissement du composant électronique. Un tel boîtier électronique peut être mis en œuvre dans un véhicule automobile.The invention relates to the field of electronic housings, in particular for the field of power electronics and in particular those comprising an electronic component, and a system for cooling the electronic component. Such an electronic housing can be implemented in a motor vehicle.
Dans l’art antérieur, différents boîtiers électroniques ou ensembles électroniques comportant une carte à circuit imprimé, portant des composants électroniques et un système de refroidissement à ventilateur ou à convection naturelle sont connus. Le refroidissement des composants électroniques n’est pas toujours optimal. En outre, l’industrie cherche constamment à limiter la taille, le poids et par conséquent le coût de tels boîtiers électroniques.In the prior art, various electronic housings or electronic assemblies comprising a printed circuit board, carrying electronic components and a fan or natural convection cooling system are known. The cooling of electronic components is not always optimal. In addition, the industry is constantly seeking to limit the size, weight and consequently the cost of such electronic housings.
Un objectif de l’invention est ainsi de proposer un ensemble électronique compact, léger et peu coûteux, et un boîtier comportant un tel ensemble électronique.An objective of the invention is thus to propose a compact, lightweight and inexpensive electronic assembly, and a housing comprising such an electronic assembly.
Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un ensemble électronique à système de refroidissement intégré, comportant une carte à circuit imprimé ;To achieve this objective, the invention proposes an electronic assembly with an integrated cooling system, comprising a printed circuit board;
un compartiment à composants électroniques formé par une cloison métallique et la carte à circuit imprimé ;an electronic component compartment formed by a metal partition and the printed circuit board;
une direction transversale étant définie, dans l’ensemble électronique, perpendiculairement à la carte à circuit imprimé ;a transverse direction being defined, in the electronic assembly, perpendicular to the printed circuit board;
une direction longitudinale étant définie, dans l’ensemble électronique, parallèlement à un plan d’extension général de la carte à circuit imprimé ;a longitudinal direction being defined, in the electronic assembly, parallel to a general extension plane of the printed circuit board;
un plan transversal étant défini perpendiculairement à la carte à circuit imprimé et s’étendant selon la direction longitudinale et la direction transversale.a transverse plane being defined perpendicular to the printed circuit board and extending in the longitudinal direction and the transverse direction.
L’ensemble électronique comporte en outre :The electronic assembly also includes:
- au moins deux composants électroniques, chacun étant monté dans le compartiment à composants électroniques sur un côté de la carte à circuit imprimé tourné vers la cloison métallique ;- at least two electronic components, each mounted in the electronic component compartment on one side of the printed circuit board facing the metal partition;
– des ailettes de dissipation thermique (100), orientées parallèlement entre elles selon le plan transversal (T), la cloison métallique (70) portant les ailettes de dissipation thermique (100) sur son côté opposé au côté de la cloison métallique (70) faisant face aux composants électroniques (30, 40) ;– heat dissipation fins (100), oriented parallel to each other along the transverse plane (T), the metal partition (70) carrying the heat dissipation fins (100) on its side opposite the side of the metal partition (70) facing the electronic components (30, 40);
chacun des au moins deux composants électroniques présentant une hauteur égale à une dimension maximale du composant électronique respectif depuis la carte à circuit imprimé dans la direction transversale ;each of the at least two electronic components having a height equal to a maximum dimension of the respective electronic component from the printed circuit board in the transverse direction;
les au moins deux composants électroniques étant disposés de telle sorte que la hauteur d’un premier composant électronique est inférieure à la hauteur du deuxième composant électronique.the at least two electronic components being arranged such that the height of a first electronic component is less than the height of the second electronic component.
Grâce à une telle configuration, le refroidissement des composants électroniques de l’ensemble électronique est amélioré.Thanks to such a configuration, the cooling of the electronic components of the electronic assembly is improved.
De préférence, l’ensemble électronique comporte un capot, de préférence en matière plastique ou métallique, la cloison métallique étant interposée entre le capot et la carte à circuit imprimée de manière à délimiter au moins un canal de circulation d’air entre la cloison métallique et le capot, l’ensemble électronique comprenant en outre au moins un ventilateur disposé à une extrémité de l’au moins un canal de circulation d’air et apte à introduire de l’air dans l’au moins un canal de circulation d’air, un axe de rotation de l’au moins un ventilateur étant orienté selon la direction longitudinale, la hauteur du premier composant électronique étant disposé plus proche de l’au moins un ventilateur selon la direction longitudinale que le deuxième composant.Preferably, the electronic assembly comprises a cover, preferably made of plastic or metal, the metal partition being interposed between the cover and the printed circuit board so as to delimit at least one air circulation channel between the metal partition and the cover, the electronic assembly further comprising at least one fan arranged at one end of the at least one air circulation channel and capable of introducing air into the at least one air circulation channel, an axis of rotation of the at least one fan being oriented in the longitudinal direction, the height of the first electronic component being arranged closer to the at least one fan in the longitudinal direction than the second component.
Ainsi, l’ensemble électronique tire parti du fait que les composants électroniques les plus petits (MOSFET, diodes, etc.) tendent à nécessiter une évacuation de chaleur plus importante que les gros composants (bobines d’inductions, transformateurs, etc.). Ici, les plus petits composants sont disposés là où les ailettes sont les plus grandes et bénéficient de la surface d’échange de chaleur avec l’air la plus grande. A contrario, les composants les plus gros sont disposés plus loin de l’entrée d’air, par ordre croissant de taille à mesure que l’on s’éloigne de l’entrée d’air, avec une dimension des ailettes diminuant dans la direction transversale mais augmentant dans la direction longitudinale.Thus, the electronic assembly takes advantage of the fact that the smallest electronic components (MOSFETs, diodes, etc.) tend to require greater heat dissipation than the larger components (induction coils, transformers, etc.). Here, the smallest components are arranged where the fins are largest and benefit from the largest heat exchange surface with the air. Conversely, the largest components are arranged further away from the air inlet, in increasing order of size as one moves away from the air inlet, with the fin dimension decreasing in the transverse direction but increasing in the longitudinal direction.
Ainsi, l’échange de chaleur total avec l’air est sensiblement maintenu, et le flux de chaleur par unité de surface de la cloison métallique est adapté aux besoins en refroidissement des composants.Thus, the total heat exchange with the air is substantially maintained, and the heat flow per unit area of the metal partition is adapted to the cooling needs of the components.
En outre, lorsqu’un ventilateur est utilisé, les plus petits composants sont disposés au plus près du ventilateur et bénéficient de l’air le plus frais, en entrée du canal de circulation d’air. A contrario, les composants les plus gros sont disposés plus loin du ventilateur, par ordre croissant de taille à mesure que l’on s’éloigne du ventilateurIn addition, when a fan is used, the smallest components are placed closest to the fan and benefit from the coolest air, at the inlet of the airflow channel. Conversely, the largest components are placed further away from the fan, in increasing order of size as one moves away from the fan.
Ainsi, en disposant le ventilateur dans l’alignement du flux d’air longeant la cloison métallique et la carte à circuit imprimé, on réduit la taille de l’ensemble électronique, permettant ainsi d’en réduire le poids et le coût grâce à une limitation du volume de ses constituants.Thus, by arranging the fan in line with the air flow along the metal partition and the printed circuit board, the size of the electronic assembly is reduced, thereby reducing its weight and cost by limiting the volume of its components.
Avantageusement, l’au moins un canal de circulation d’air peut être sensiblement convergent depuis l’au moins un ventilateur jusqu’à une ouverture de sortie du canal de circulation d’air située à une extrémité de l’au moins un canal de circulation d’air opposée à l’au moins un ventilateur.Advantageously, the at least one air circulation channel may be substantially convergent from the at least one fan to an outlet opening of the air circulation channel located at an end of the at least one air circulation channel opposite the at least one fan.
Une telle convergence vers l’ouverture de sortie du canal de circulation d’air permet d’éviter la présence de recoins mal alimentés en air par le ventilateur. Le refroidissement des composants électroniques s’en trouve ainsi amélioré.Such convergence towards the outlet opening of the air circulation channel makes it possible to avoid the presence of corners poorly supplied with air by the fan. The cooling of the electronic components is thus improved.
Avantageusement, l’au moins un canal de circulation d’air peut être exempt de section divergente dans le plan transversal, et ses angles saillants peuvent être arrondis.Advantageously, the at least one air circulation channel may be free of divergent section in the transverse plane, and its salient angles may be rounded.
A fortiori, une configuration exempte de section divergente entre l’entrée et la sortie du canal de circulation d’air a pour avantage l’absence de zone de décollement du fluide, mal refroidie, cette exemption permettant d’améliorer encore le refroidissement des composants.A fortiori, a configuration free of a divergent section between the inlet and the outlet of the air circulation channel has the advantage of the absence of a poorly cooled fluid separation zone, this exemption making it possible to further improve the cooling of the components.
Avantageusement, la cloison métallique peut comporter une portion parallèle au plan d’extension général de la carte à circuit imprimé en regard d’au moins un parmi les au moins deux composants électroniques selon la direction transversale, de préférence en regard de chacun parmi les au moins deux composants électroniques.Advantageously, the metal partition may comprise a portion parallel to the general extension plane of the printed circuit board opposite at least one of the at least two electronic components in the transverse direction, preferably opposite each of the at least two electronic components.
Une telle portion parallèle à la carte à circuit imprimé permet de prévoir la meilleure proximité entre la cloison métallique et les composants à refroidir, offrant ainsi un échange thermique amélioré.Such a portion parallel to the printed circuit board allows to provide the best proximity between the metal partition and the components to be cooled, thus providing an improved heat exchange.
Les ailettes améliorent l’échange thermique entre la cloison métallique et le flux d’air 70. Leur disposition permet en outre de canaliser le flux d’air et d’assurer sa répartition homogène contre la cloison métallique 70 pour un bon échange thermique.The fins improve the heat exchange between the metal partition and the air flow 70. Their arrangement also makes it possible to channel the air flow and ensure its homogeneous distribution against the metal partition 70 for good heat exchange.
Avantageusement, le premier composant électronique peut être un semi-conducteur tel qu’un transistor planaire, une diode ou un transformateur planaire, et/ou, le deuxième composant électronique peut être une bobine d’induction ou un transformateur ou une capacité.Advantageously, the first electronic component may be a semiconductor such as a planar transistor, a diode or a planar transformer, and/or the second electronic component may be an induction coil or a transformer or a capacitor.
L’invention porte encore sur un boîtier électronique comportant un ensemble électronique tel que précité.The invention also relates to an electronic housing comprising an electronic assembly as mentioned above.
L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles :
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En référence à la
L’ensemble électronique 10 comporte une carte à circuit imprimé 20, un capot en matière plastique 80 et une cloison métallique 70.The electronic assembly 10 comprises a printed circuit board 20, a plastic cover 80 and a metal partition 70.
La cloison métallique 70 est interposée entre le capot en matière plastique 80 et la carte à circuit imprimé 20 , et délimite :The metal partition 70 is interposed between the plastic cover 80 and the printed circuit board 20, and delimits:
- au moins un canal de circulation d’air 50 entre la cloison métallique 70 et le capot en matière plastique 80, et- at least one air circulation channel 50 between the metal partition 70 and the plastic cover 80, and
- un compartiment à composants électroniques 90 entre la cloison métallique 70 et la carte à circuit imprimé 20.- an electronic component compartment 90 between the metal partition 70 and the printed circuit board 20.
Le compartiment à composants électroniques 90 est prévu étanche à l’eau, grâce notamment à la cloison métallique 70. La cloison métallique 70, dont un côté donne sur l’au moins un canal de circulation d’air 50, permet en outre d’assurer le refroidissement du compartiment à composants électroniques 90 et des composants électroniques 30, 40 s’y trouvant.The electronic component compartment 90 is designed to be watertight, in particular thanks to the metal partition 70. The metal partition 70, one side of which opens onto the at least one air circulation channel 50, also makes it possible to ensure the cooling of the electronic component compartment 90 and the electronic components 30, 40 located therein.
Dans l’ensemble électronique 10, les repères géométriques suivants sont définis (voir
- une direction transversale Y perpendiculaire à la carte à circuit imprimé 20,- a transverse direction Y perpendicular to the printed circuit board 20,
- une direction longitudinale X parallèle à un plan d’extension général P de la carte à circuit imprimé 20,- a longitudinal direction X parallel to a general extension plane P of the printed circuit board 20,
- un plan transversal T perpendiculaire à la carte à circuit imprimé 20 et s’étendant selon la direction longitudinale X et la direction transversale Y.- a transverse plane T perpendicular to the printed circuit board 20 and extending in the longitudinal direction X and the transverse direction Y.
L’ensemble électronique 10 comporte en outre :The electronic assembly 10 further comprises:
- au moins deux composants électroniques 30, 40, chacun monté dans le compartiment à composants électroniques 90 sur un côté de la carte à circuit imprimé 20 tourné vers la cloison métallique 70,- at least two electronic components 30, 40, each mounted in the electronic component compartment 90 on one side of the printed circuit board 20 facing the metal partition 70,
- au moins un ventilateur 60, disposé à une extrémité de l’au moins un canal de circulation d’air 50 et apte à introduire de l’air dans l’au moins un canal de circulation d’air 50, un axe de rotation de l’au moins un ventilateur 60 étant orienté selon la direction longitudinale X.- at least one fan 60, arranged at one end of the at least one air circulation channel 50 and capable of introducing air into the at least one air circulation channel 50, an axis of rotation of the at least one fan 60 being oriented in the longitudinal direction X.
Chacun des au moins deux composants électroniques 30, 40 présente une hauteur L1, L2 égale à une dimension maximale du composant électronique 30, 40 respectif depuis la carte à circuit imprimé 20 dans la direction transversale Y. Les au moins deux composants électroniques 30, 40 sont disposés de sorte que la hauteur L1 d’un premier composant électronique 30, disposé plus proche de l’au moins un ventilateur 60 selon la direction longitudinale X que le deuxième composant 40, est inférieure à la hauteur L2 du deuxième composant électronique 40.Each of the at least two electronic components 30, 40 has a height L1, L2 equal to a maximum dimension of the respective electronic component 30, 40 from the printed circuit board 20 in the transverse direction Y. The at least two electronic components 30, 40 are arranged such that the height L1 of a first electronic component 30, arranged closer to the at least one fan 60 in the longitudinal direction X than the second component 40, is less than the height L2 of the second electronic component 40.
L’au moins un canal de circulation d’air 50 est sensiblement convergent depuis l’au moins un ventilateur 60 jusqu’à une ouverture de sortie 110 du canal de circulation d’air 50 située à une extrémité 130 de l’au moins un canal de circulation d’air 50 opposée à l’au moins un ventilateur 60. De préférence, l’au moins un canal de circulation d’air 50 est exempt de section divergente dans le plan transversal T.The at least one air circulation channel 50 is substantially convergent from the at least one fan 60 to an outlet opening 110 of the air circulation channel 50 located at an end 130 of the at least one air circulation channel 50 opposite the at least one fan 60. Preferably, the at least one air circulation channel 50 is free of a divergent section in the transverse plane T.
La cloison métallique 70 comporte une portion 120 parallèle au plan d’extension général P de la carte à circuit imprimé 20 en regard d’au moins un parmi les au moins deux composants électroniques 30, 40 selon la direction transversale Y, de préférence en regard de chacun parmi les au moins deux composants électroniques 30, 40 ainsi qu’illustré en
L’ensemble électronique 10 comporte de préférence des ailettes de dissipation thermique 100, orientées parallèlement entre elles selon le plan transversal T. La cloison métallique 70 porte les ailettes de dissipation thermique 100 sur son côté opposé au côté de la cloison métallique 70 faisant face aux composants électroniques 30, 40.The electronic assembly 10 preferably comprises heat dissipation fins 100, oriented parallel to each other along the transverse plane T. The metal partition 70 carries the heat dissipation fins 100 on its side opposite the side of the metal partition 70 facing the electronic components 30, 40.
De préférence, non limitativement, le premier composant électronique 30 est un transistor ou une diode, et/ou, le deuxième composant électronique 40 est une bobine d’induction ou un transformateur.Preferably, but not limited to, the first electronic component 30 is a transistor or a diode, and/or the second electronic component 40 is an induction coil or a transformer.
Selon une alternative, l’ensemble électronique 10 comporte un premier composant électronique, par exemple de type MOSFET, IGBT, diode ou transformateur planaire, présentant une première hauteur L1, un deuxième composant électronique, par exemple de type bobine d’induction, capacité ou transformateur, présentant une deuxième hauteur L2 et un troisième composant électronique, par exemple de type bobine d’induction ou transformateur présentant une troisième hauteur, de telle sorte que L3>L2>L1.According to an alternative, the electronic assembly 10 comprises a first electronic component, for example of the MOSFET, IGBT, diode or planar transformer type, having a first height L1, a second electronic component, for example of the induction coil, capacitor or transformer type, having a second height L2 and a third electronic component, for example of the induction coil or transformer type having a third height, such that L3>L2>L1.
Le système de refroidissement 15 comporte notamment le ventilateur 60, la cloison métallique 70, le capot 80, les ailettes 100. Grâce à la configuration précitée, le système de refroidissement 15 est intégré à l’ensemble électronique 10 et/ou au boitier électronique 5, lequel est ainsi particulièrement compact, léger et peu coûteux.
The cooling system 15 comprises in particular the fan 60, the metal partition 70, the cover 80, the fins 100. Thanks to the aforementioned configuration, the cooling system 15 is integrated into the electronic assembly 10 and/or the electronic box 5, which is thus particularly compact, light and inexpensive.
Claims (8)
- une carte à circuit imprimé (20) ;
- un compartiment à composants électroniques (90) formé par une cloison métallique (70) et la carte à circuit imprimé (20) ;
une direction transversale (Y) étant définie, dans l’ensemble électronique (10), perpendiculairement à la carte à circuit imprimé (20) ;
une direction longitudinale (X) étant définie, dans l’ensemble électronique (10), parallèlement à un plan d’extension général (P) de la carte à circuit imprimé (20) ;
un plan transversal (T) étant défini perpendiculairement à la carte à circuit imprimé (20) et s’étendant selon la direction longitudinale (X) et la direction transversale (Y) ;
l’ensemble électronique (10) comportant en outre :
- au moins deux composants électroniques (30, 40), chacun étant monté dans le compartiment à composants électroniques (90) sur un côté de la carte à circuit imprimé (20) tourné vers la cloison métallique (70) ;
- des ailettes de dissipation thermique (100), orientées parallèlement entre elles selon le plan transversal (T), la cloison métallique (70) portant les ailettes de dissipation thermique (100) sur son côté opposé au côté de la cloison métallique (70) faisant face aux composants électroniques (30, 40) ;
chacun des au moins deux composants électroniques (30, 40) présentant une hauteur (L1, L2) égale à une dimension maximale du composant électronique (30, 40) respectif depuis la carte à circuit imprimé (20) dans la direction transversale (Y) ;
les au moins deux composants électroniques (30, 40) étant disposés de telle sorte que la hauteur (L1) d’un premier composant électronique (30) est inférieure à la hauteur (L2) du deuxième composant électronique (40).Electronic assembly (10) with integrated cooling system (15), comprising:
- a printed circuit board (20);
- an electronic component compartment (90) formed by a metal partition (70) and the printed circuit board (20);
a transverse direction (Y) being defined, in the electronic assembly (10), perpendicular to the printed circuit board (20);
a longitudinal direction (X) being defined, in the electronic assembly (10), parallel to a general extension plane (P) of the printed circuit board (20);
a transverse plane (T) being defined perpendicular to the printed circuit board (20) and extending in the longitudinal direction (X) and the transverse direction (Y);
the electronic assembly (10) further comprising:
- at least two electronic components (30, 40), each being mounted in the electronic component compartment (90) on a side of the printed circuit board (20) facing the metal partition (70);
- heat dissipation fins (100), oriented parallel to each other along the transverse plane (T), the metal partition (70) carrying the heat dissipation fins (100) on its side opposite the side of the metal partition (70) facing the electronic components (30, 40);
each of the at least two electronic components (30, 40) having a height (L1, L2) equal to a maximum dimension of the respective electronic component (30, 40) from the printed circuit board (20) in the transverse direction (Y);
the at least two electronic components (30, 40) being arranged such that the height (L1) of a first electronic component (30) is less than the height (L2) of the second electronic component (40).
Electronic housing (10) comprising an electronic assembly (10) according to any one of claims 1 to 7.
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