Contacts CMS souples pour contrôleur de moteur de véhicule électrique, blindage EMI

Comment la mousse conductrice protège les circuits imprimés des contrôleurs de moteurs automobiles

Dans le système de transmission d'un véhicule électrique (VE), le contrôleur de moteur est l'un des composants les plus difficiles du point de vue de la compatibilité électromagnétique (CEM).

À l'intérieur d'un circuit imprimé compact, des centaines d'ampères de courant, des centaines de volts de tension continue et des dispositifs de commutation à grande vitesse tels que des modules IGBT ou SiC MOSFET fonctionnent simultanément.

La fréquence de commutation de ces dispositifs de puissance se situe généralement entre 10 kHz et 20 kHz. Cependant, leurs fronts de commutation extrêmement rapides (souvent de l'ordre de quelques dizaines de nanosecondes) génèrent des harmoniques de haute fréquence qui peuvent atteindre des dizaines, voire des centaines de MHz.

Sans un contrôle efficace des interférences électromagnétiques (IEM), ces bruits à haute fréquence peuvent affecter les systèmes de communication du véhicule, les capteurs et autres unités de commande électroniques.

Si vous découvrez la technologie des mousses conductrices, vous pouvez commencer par consulter notre guide : Qu’est-ce que la mousse conductrice ? Utilisations, applications et avantages en matière de blindage électromagnétique .

Cet article se concentre sur les circuits imprimés des contrôleurs de moteurs automobiles et explique comment les solutions de mousse conductrice permettent de constituer un système de blindage EMI fiable pour les systèmes de propulsion électrique des véhicules électriques.

1. Défis liés aux interférences électromagnétiques des cartes de circuits imprimés de commande de moteurs automobiles

Avant d'aborder les applications des mousses conductrices, il est important de comprendre pourquoi le blindage des circuits imprimés des contrôleurs de moteurs est difficile.

Défi 1 : Rayonnement électromagnétique intense dû à la haute tension et au courant élevé

Les modules IGBT ou SiC MOSFET contenus dans un contrôleur de moteur commutent des centaines de volts et des centaines d'ampères à haute vitesse.

Chaque opération de commutation crée :

• Variation de tension élevée (dV/dt jusqu'à 10 kV/µs)
• Variation de courant élevée (dI/dt jusqu'à plusieurs kA/μs)

Ces changements rapides excitent le rayonnement électromagnétique sur :

• pistes de circuit imprimé
• structures de bus CC
• Bornes d'alimentation
• Broches semi-conductrices

Le bruit généré peut facilement s'infiltrer dans les circuits sensibles.

Défi 2 : Les circuits de commande sensibles nécessitent des signaux stables

Une carte de circuit imprimé de commande de moteur comporte généralement deux zones principales :

Les circuits de commande fonctionnent généralement à seulement 3,3 V ou 5 V.

Lorsque des parasites haute fréquence provenant de l'étage d'alimentation se couplent à l'étage de commande, cela peut provoquer :

• Lectures de capteurs incorrectes
• Erreurs de communication
• Instabilité du couple moteur
• déclenchement intempestif d'un dispositif d'alimentation

Dans les cas les plus graves, des signaux de commutation incorrects peuvent provoquer des courts-circuits entre les bras supérieurs et inférieurs du pont.

Défi 3 : Exigences de fiabilité automobile

Contrairement à l'électronique grand public, l'électronique automobile est conçue pour :

• Durée de vie de 10 à 15 ans
• température de fonctionnement de -40 °C à 125 °C
• Vibrations continues et chocs mécaniques

Les matériaux de blindage EMI doivent maintenir un contact électrique stable après des milliers de cycles thermiques et de vibrations.

Toute augmentation de la résistance de contact peut réduire l'efficacité du blindage au fil du temps.

Défi 4 : Espace d’installation limité

Les contrôleurs de moteurs pour véhicules électriques modernes continuent d'évoluer vers une densité de puissance plus élevée.

Avec la diminution de la taille des circuits imprimés, les solutions traditionnelles telles que :

• Grandes couvertures de protection
• Contacts à ressort métallique
• Structures de mise à la terre volumineuses

occuper un espace précieux.

Les solutions de mise à la terre compactes telles que les contacts CMS souples et les contacts CMS en mousse souple offrent une alternative plus efficace.

2. Quatre applications majeures de la mousse conductrice dans les circuits imprimés de contrôleurs de moteurs

Application 1 : Mise à la terre du circuit imprimé entre la carte de commande et le boîtier métallique

Il s'agit là d'une des applications les plus courantes de la mousse conductrice à l'intérieur des contrôleurs de moteurs de véhicules électriques.

Principe de fonctionnement

La carte de circuit imprimé du contrôleur moteur est généralement installée à l'intérieur d'un boîtier en aluminium moulé sous pression.

Le boîtier métallique offre :

• Protection mécanique
• Gestion thermique
• blindage EMI

Plusieurs points de mise à la terre sur le circuit imprimé doivent être connectés au boîtier métallique avec une faible impédance.

Cela permet aux courants de bruit en mode commun générés par la section d'alimentation de circuler rapidement dans le boîtier et de retourner au système d'alimentation.

Pourquoi utiliser des contacts CMS souples ?

Les solutions de mise à la terre traditionnelles comprennent :

• Contacts à ressort métallique
• Colonnes en caoutchouc conducteur

Cependant, ces méthodes présentent des limites :

Les contacts CMS souples combinent :

• structure en silicone élastique
• Revêtement conducteur
• Compatibilité avec l'assemblage SMT automatisé

Contrairement aux ressorts métalliques traditionnels, Contacts en mousse souple SMD peut absorber les petites vibrations mécaniques et maintenir une mise à la terre stable.

Pour une explication détaillée des structures en mousse conductrice SMT, veuillez vous référer à :

Qu'est-ce qu'un joint de blindage EMI SMT ?

Application 2 : Blindage d’isolation entre la zone d’alimentation et la zone de commande

Principe de fonctionnement

À l'intérieur d'une carte de circuit imprimé de commande de moteur, la section d'alimentation et la section de commande doivent être physiquement séparées.

L'objectif est d'empêcher le couplage des bruits de commutation avec les circuits sensibles.

Les solutions traditionnelles utilisent des blindages métalliques.

Cependant, les couvercles métalliques présentent plusieurs inconvénients :

• Procédé de soudage supplémentaire
• Coût d'assemblage plus élevé
• Fuite potentielle à travers les espaces entre le blindage et le circuit imprimé

Solution de mousse conductrice

Un joint rectangulaire en mousse conductrice FOF peut être installé entre la zone d'alimentation et la zone de commande.

Une fois compressé :

• La surface supérieure est en contact avec le dissipateur thermique ou le boîtier en aluminium.
• La surface inférieure est en contact avec le circuit imprimé.
• Une barrière d'isolation EMI tridimensionnelle est créée

Cette structure bloque le couplage électromagnétique entre deux zones fonctionnelles.

Pourquoi ne pas utiliser du papier aluminium ?

La feuille de cuivre assure principalement un blindage planaire.

Cependant, les structures de commande de moteurs nécessitent souvent une isolation verticale.

La mousse conductrice offre :

• Contact tridimensionnel
• Capacité de comblement des lacunes
• Compensation élastique pour la tolérance d'assemblage

Pour une comparaison détaillée des matériaux, voir :

Mousse conductrice vs feuille de cuivre vs feuille d'aluminium vs tissu conducteur : Comparaison des performances clés

Application 3 : Blindage de mise à la terre pour condensateurs de bus CC et modules de puissance

Principe de fonctionnement

À l'intérieur d'un contrôleur de moteur de véhicule électrique, le condensateur du bus CC et le module d'alimentation figurent parmi les sources les plus importantes de bruit électromagnétique à haute fréquence.

Grandes boucles de courant entre :

• condensateurs du bus CC
• Modules IGBT/MOSFET SiC
• barres omnibus en cuivre
• Pistes de circuits imprimés à courant élevé

générer un fort rayonnement électromagnétique de champ proche.

Si le chemin de retour haute fréquence n'est pas correctement contrôlé, le bruit peut se propager dans tout le système du véhicule.

Solution de mousse conductrice

La mousse conductrice peut être installée entre :

• Boîtier du module d'alimentation
• structure du condensateur du bus CC
• Dissipateur de chaleur
• Boîtier en aluminium

créer plusieurs points de mise à la terre à faible impédance.

Cette approche permet de :

• Réduire l'impédance du chemin de retour haute fréquence
• Minimiser la surface de la boucle de courant
• émissions rayonnées plus faibles
• Améliorer les performances CEM automobiles

Exigences de sélection des matériaux

Cette zone fonctionne généralement sous forte contrainte thermique.

La température à proximité des modules de puissance peut dépasser 100 °C en fonctionnement continu.

Par conséquent, les applications automobiles nécessitent généralement :

• Noyau en mousse de silicone
• Film conducteur PI plaqué or
• Structure résistante aux hautes températures

Comparées aux mousses conductrices standard, les structures plaquées or offrent une meilleure résistance à l'oxydation et une fiabilité de contact à long terme.

Pour plus de détails sur le choix du revêtement, voir :

Mousse EMC plaquée or, nickelée ou étamée : quel revêtement est le meilleur ?

Application 4 : Mise à la terre par blindage à 360° entre les connecteurs et le boîtier

Principe de fonctionnement

Les connecteurs externes constituent des points critiques de fuite d'interférences électromagnétiques dans les contrôleurs de moteurs de véhicules électriques.

Les interfaces typiques comprennent :

• Connecteurs d'entrée CC haute tension
• Connecteurs de sortie pour moteur triphasé
• Connecteurs de signaux basse tension

Lorsque des connecteurs traversent des boîtiers métalliques, l'ouverture peut se comporter comme une « antenne à fente » et permettre aux interférences électromagnétiques internes de s'échapper.

Solution de mousse conductrice

Un joint en mousse conductrice en forme d'anneau est installé entre :

• Bride de raccordement
• ouverture du boîtier métallique

Après serrage, la mousse se comprime et crée une connexion conductrice continue à 360°.

Cela permet :

• Étanchéité électromagnétique complète
• Mise à la terre à faible impédance
• Compensation fiable des écarts

Pourquoi choisir la mousse conductrice plutôt que le caoutchouc conducteur ?

On utilise également couramment des anneaux en caoutchouc conducteur, mais la mousse conductrice offre plusieurs avantages :

Pour les applications de blindage de connecteurs compacts, les joints en mousse conductrice offrent une solution légère et flexible.

3. Exigences particulières relatives à la mousse conductrice de qualité automobile

L'électronique automobile exige une fiabilité nettement supérieure à celle de l'électronique grand public.

Les exigences suivantes sont essentielles pour les applications de contrôleurs de moteurs de véhicules électriques :

4. Guide de sélection de la mousse conductrice pour contrôleur de moteur

5. Questions fréquentes concernant le blindage EMI des contrôleurs de moteur

Q1 : Est-il possible de mettre directement à la terre la carte de circuit imprimé du contrôleur de moteur à l’aide de vis, au lieu d’utiliser de la mousse conductrice ?

Les vis peuvent servir de points de mise à la terre, mais elles ne peuvent pas garantir une mise à la terre continue sur toute la surface du circuit imprimé.

De petits espaces peuvent apparaître entre deux vis en raison de :

• déformation du circuit imprimé
• dilatation thermique
• vibrations mécaniques

Ces espaces peuvent créer des antennes à fente indésirables.

La mousse conductrice assure une mise à la terre répartie sur plusieurs points, maintenant une connexion continue à faible impédance entre le circuit imprimé et le boîtier.

Q2 : Les contacts CMS souples peuvent-ils résister à la température à l’intérieur des contrôleurs de moteur ?

Cela dépend de la structure du matériau.

La mousse conductrice standard à âme en PU convient généralement aux températures modérées, mais peut ne pas répondre aux exigences du secteur automobile.

Pour les contrôleurs de moteurs de véhicules électriques, noyau en silicone Contacts en mousse souple SMD sont préférés car ils peuvent résister à :

• -40°C basse température
• Fonctionnement à haute température jusqu'à 280 °C selon la structure du matériau

Cela les rend adaptés aux environnements automobiles difficiles.

Q3 : Quelle est la différence entre les contacts CMS souples automobiles et les contacts CMS en mousse standard ?

Les solutions de qualité automobile nécessitent des améliorations dans plusieurs domaines :

Niveau matériel

Les versions automobiles utilisent généralement :

• Élastomères de silicone de qualité supérieure
• Films conducteurs plus fiables
• Technologie de placage améliorée

Niveau de fabrication

Ils exigent :

• Gestion de la qualité IATF16949
• traçabilité des lots
• Contrôle strict des processus

Tests de fiabilité

Les produits automobiles doivent passer des tests plus stricts :

• tests de cyclage thermique
• essais de vibration
• Tests de vieillissement
• Essais de corrosion

Q4 : Que se passe-t-il si le blindage EMI du contrôleur de moteur tombe en panne ?

Un mauvais contrôle des interférences électromagnétiques peut entraîner :

• erreurs de communication CAN/LIN
• Signaux de retour d'information du résolveur incorrects
• Précision réduite du contrôle moteur
• Échec aux tests de certification EMC
• déclenchement intempestif d'un dispositif d'alimentation

Dans les situations les plus graves, une commutation incorrecte peut endommager les modules IGBT ou SiC MOSFET.

Pourquoi choisir Konlida ?

Konlida Precision Electronics Co., Ltd. Fondée en 2006, elle est spécialisée dans le développement et la fabrication de matériaux de blindage EMI et de solutions de mousse conductrice de précision.

Comptant parmi les premiers fabricants capables de produire en série des produits en mousse conductrice CMS, Konlida a développé des solutions de blindage de qualité automobile pour :

• contrôleurs de moteurs pour véhicules électriques
• Systèmes de gestion de batterie (BMS)
• unités de contrôle électronique automobile
• Électronique de puissance industrielle

Nos solutions de mousse conductrice pour l'automobile prennent en charge :

• plaquage or
• Étamage
• nickelage
• structures en mousse de silicone
• Assemblage automatisé SMT

Grâce à leurs matériaux à noyau en silicone supportant des applications à haute température jusqu'à 280 °C, nos Contact en mousse souple SMD Ces solutions aident les clients du secteur automobile à obtenir une mise à la terre stable des circuits imprimés et une fiabilité CEM à long terme.

De la sélection des matériaux et de la conception structurelle à la validation des prototypes et à la production en série, Konlida fournit une assistance complète en matière de blindage EMI pour les systèmes de transmission électrique de nouvelle génération.