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European Journal of Electrical Engineering
2103-3641
Revue des Systèmes
Revue Internationale de Génie électrique (1295-490X)
 

 ARTICLE VOL 16/3-4 - 2013  - pp.409-424  - doi:10.3166/ejee.16.409-424
TITRE
Étude d'un rupteur-fusible multivoie sur PCB à assistance pyrotechnique, appliqué à une nouvelle structure de redondance pour l'électronique de puissance

TITLE
Design and evaluation of a PCB dual-switch fuse with energetic materials embedded. Application for new fail-safe and fault-tolerant converters

RÉSUMÉ

Dans cet article, un nouveau concept de rupteur-fusible passif multivoie est proposé, autorisant l’isolation symétrique et complète d’une cellule de commutation, de façon induite (mode fusible) ou de façon volontaire (mode rupteur). Le dispositif présenté est composé d’un fusible di-phasé compact (passive dual-fuse), connecté en série avec une cellule de commutation, et réalisé en circuit imprimé, intégrant dans son épaisseur un matériau énergétique permettant d’assister en mode fusible ou de déclencher en mode rupteur l’ouverture du dispositif. Dans un premier temps, nous présentons la conception mécanique du rupteur-fusible et les premiers tests d’ouverture assistée par un matériau énergétique enfouis. Dans un deuxième temps, nous décrivons la méthode de dimensionnement du fusible sur circuit imprimé et les simulations électrothermiques par éléments finis sous Comsol 3D TM. Enfin, nous détaillons les résultats expérimentaux de coupures, obtenus en régime dynamique sur une nouvelle structure de redondance par connexion série.



ABSTRACT

In this paper, a new concept of passive dual-switch fuse is proposed, allowing to symmetrically disconnecting a switching cell against a leg short circuit failure. This device is composed of a di-phase fuse connected in series with a switching cell. It is made of standard printed circuit board, including in its thickness, an energetic material in order to assist the disconnection, combining a dual-fuse mode and a passive dual-switch mode. Firstly, we present the mechanical design of the dual-switch and the first tests of rupture by means of an energetic material buried. In a second step, we describe the design of the dual-fuse on PCB and electrothermal finite elements simulations by means of Comsol 3D TM. Finally, a combined dual-switch fuse prototype is fully integrated in a voltage source inverter and experimentally validated.



AUTEUR(S)
Zhifeng DOU, Emmanuel SARRAUTE, Frédéric RICHARDEAU, Vincent BLEY, Jean-Marc BLAQUIERE, Claire VELLA, Gilles GONTHIER

MOTS-CLÉS
upteur fusible passif multivoie, circuit imprimé, matériau énergétique, convertisseur sécurisé, convertisseur à tolérance de pann

KEYWORDS
fuse, passive switch, FR4 Copper - PCB, energetic materials, fail-safe converter, fault-tolerant converte

LANGUE DE L'ARTICLE
Anglais

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