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Janvier 2012- N°14
Efficacité énergétique

Les refroidisseurs pour l'électronique de puissance

Par air, par eau ou encore diphasique, les 3 principales technologies de
refroidissement répondent à différentes problématiques industrielles.
Cet article est consacré à l'expertise de Mersen dans le domaine des
refroidisseurs à eau utilisés pour la protection de l'électronique de
puissance.

Le refroidissement des convertisseurs

Les convertisseurs de puissance connaissent aujourd'hui un fort développement
notamment lié à la croissance des besoins énergétiques. La réduction de
leur coût, les besoins croissants de compacité et d'efficacité sont des
critères clés pour le développement des nouveaux convertisseurs. Les progrès
réalisés ces dernières années dans l'électronique de puissance nécessitent
en outre l'utilisation de composants de plus en plus performants au coeur des
convertisseurs. Focus sur l'un des éléments essentiels du dispositif qui
assure la protection thermique des convertisseurs : les refroidisseurs.

La vocation d'un système de refroidissement est de permettre à la chaleur
engendrée par un dispositif électrique ou électronique en marche d'être
évacuée pour éviter la surchauffe des composants et de prévenir leur
détérioration prématurée.

Tout l'enjeu d'un système de refroidissement est donc d'optimiser l'efficacité
de la dissipation de la chaleur. Cela est particulièrement crucial dans
l'électronique de puissance où la chaleur dissipée par les composants
électroniques qui doit être évacuée est particulièrement importante.

Cette évacuation de chaleur repose sur un certain nombre de facteurs clés :
> la conductivité thermique des maté-riaux utilisés,
> la surface d'échange entre l'élément à refroidir et le système de
refroidissement,
> le coefficient d'échange thermique du refroidisseur.
La technologie de fabrication utilisée par Mersen répond à ces exigences en
s'appuyant sur un savoir-faire unique en matière de brasage et d'usinage.

Des refroidisseurs Mersen pour l'énergie verte en mer du Nord

Mersen a signé avec Siemens Energy un contrat pour la fourniture de milliers de
systèmes de refroidissement destinés à protéger les convertisseurs utilisés
pour la transmission par câbles sub-aquatiques de l'électricité produite par
les parcs éoliens offshore installés en Mer du Nord et leur connexion aux
réseaux terrestres.

Reposant sur la technologie d'électronique de puissance CCHT (en anglais HVDC*)
utilisée dans le transport et la distribution de l'énergie électrique haute
tension, les systèmes développés par Siemens Energy permettent notamment
d'acheminer des puissances extrêmement élevées sur de très longues distances,
d'interconnecter des réseaux asynchrones ou de fréquences différentes tout en
réduisant les pertes. Ces systèmes sont en outre équipés d'une nouvelle
génération de convertisseurs de type VSC (Voltage-sourced converter) reconnus
pour leur souplesse et leur encombrement limité.

Les refroidisseurs Mersen ont été retenus pour répondre aux exigences de
fiabilité sans faille requises par ces équipements de haute technologie
utilisés dans des environnements et des conditions particulièrement exigeants.

Convertisseur Siemens
Avec l'aimable autorisation de Siemens

* High Voltage Direct Current

1-Le brasage

C'est l'opération qui consiste à assembler deux pièces métalliques entre
elles. La technologie de brasage sous vide de l'aluminium utilisée par Mersen
est reconnue pour sa fiabilité et la robustesse qu'elle confère à ses
systèmes. Réalisée sous vide et à très haute température, elle assure la
cohésion entre deux ou plusieurs pièces métalliques en permettant aux
molécules de s'agglomérer directement sans adjonction d'aucune matière
intermédiaire.
Cette technologie très propre et à la robustesse éprouvée contribue à
optimiser les échanges de chaleur pour favoriser l'évacuation de la chaleur
dissipé par les composants électroniques tout en prévenant les risques de
corrosion ou de fuites, particulièrement critiques lorsqu'il s'agit de faire
cohabiter l'eau et l'électricité

2-L'usinage

Il s'agit de l'opération qui va créer les circuits hydrauliques internes au
refroidisseur. La précision de l'usinage de Mersen permet de réaliser des
circuits dont la sophistication contribue à l'optimisation des échanges de
chaleur et en favorise sa dissipation.

Grâce à sa capacité de design de solutions adaptées aux contraintes
spécifiques de chaque problématique industrielle et à sa technologie de
brasage sous vide de l'aluminium et d'usinage haute vitesse, Mersen est devenu
incontournable sur le métier du refroidissement des composants électroniques
et permet à ses clients d'optimiser leurs coûts. Mersen travaille notamment
pour Siemens, Thalès ou sur des applications dans les secteurs de l'énergie,
du transport ou encore de l'aéronautique.

Modules IGBT

Refroidisseur

Exemple de refroidisseur en aluminium pour 3 composants de puissance IGBT

Mersen dans les technologies de refroidissement

Mersen est présent sur les trois principales technologies de refroidissement à
travers trois sites en Europe, Amérique du Nord et Asie.

Tous ces sites sont prescripteurs de l'ensemble de l'offre de refroidissement
Mersen pour répondre aux exigences des clients sur leur zone respective, dans
un souci constant d'optimisation de la performance technico-économique.
Cependant, chacun possède des capacités spécifiques issues de sa propre
histoire.

Basé à la Mure, le site français dispose d'une expertise particulière en
design de solutions et en technologie de brasage sous-vide, expertise mise en
oeuvre pour le refroidissement en eau. Elle possède également une unité de
production de refroidisseurs à caloducs.

Le site Nord-Américain de Toronto est majoritairement orienté vers la
production des refroidisseurs à air technique, s'appuyant sur une technologie
unique brevetée.

Enfin, le site chinois implanté à Shanghaï dispose de capacités spécifiques
sur les technologies de refroidissement à air et à eau, bénéficiant de
l'expertise des deux autres sites.

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