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RÉSUMÉ
Cet article dresse un bilan des différentes technologies utilisables pour la mesure de courant en s’appuyant sur les exemples d’applications spécifiques à l’électronique de puissance. Les capteurs de courant permettent de garantir la fiabilité et la qualité de fonctionnement des systèmes. Le domaine de l’automobile, tout comme celui des transports, a de plus en plus recours à ces composants dont les performances et les exigences ont considérablement évolué ces dernières années.
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François COSTA : Professeur des universités à l’IUFM de Créteil
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Patrick POULICHET : Enseignant-chercheur ESIEE
INTRODUCTION
Le marché du capteur de courant s’est fortement développé ces dernières années : de nouvelles applications ayant pour objet d’améliorer la fiabilité et la qualité de fonctionnement des systèmes sont apparues, comme par exemple dans le domaine de l’automobile où l’électronique de puissance et de commande a subi un développement quasi exponentiel. Ces secteurs de grande diffusion et leurs contraintes de prix ont fait évoluer les besoins en matière de capteurs de courant, leurs performances et les contraintes qu’ils subissent. Ceux-ci font désormais appel à des techniques d’intégration proches de celles rencontrées en microélectronique, certaines fabrications intègrent un ASIC ou d’autres sont directement déposées sur un substrat de silicium. Enfin, des progrès sensibles ont été réalisés sur la fabrication des capteurs magnétiques (effet Hall, magnétorésistance géante, etc.) depuis une dizaine d’années seulement.
Outre le secteur de l’automobile déjà évoqué, les capteurs de courant sont utilisés dans d’autres secteurs des transports, (traction électrique, avionique), dans les procédés industriels mais aussi dans les domaines de l’instrumentation et de la métrologie. Pour ces derniers, la précision de mesure est un critère de grande importance.
Ce dossier se propose d’établir un état de l’art des différentes technologies utilisables pour la mesure de courant et de les situer dans quelques domaines d’application spécifiques à l’électronique de puissance.
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1. Principes de mesure des courants
1.1 Contraintes de mesure d’un capteur de courant dans le domaine de l’électronique de puissance
1.1.1 Caractéristiques métrologiques attendues d’un capteur
Le choix d’un capteur de courant dépend de trois types de contraintes :
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les contraintes électriques du signal à mesurer : amplitude, fréquence, variations dynamiques (d I /dt), présence d’une composante continue, environnement électromagnétique ;
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les contraintes d’environnement : température d’utilisation, vibrations, isolement, volume disponible ;
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et des contraintes d’usage : précision, dérives dans le temps, résolution, coût.
La considération de ces différentes contraintes doit permettre d’effectuer un choix parmi les différents principes et technologies disponibles.
Nous allons commencer par préciser quelques notions qui caractérisent un capteur de courant.
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Dynamique de mesure
C’est la différence algébrique entre les valeurs extrêmes de la grandeur à mesurer pour laquelle les indications d’un capteur ne doivent pas être entachées d’une erreur supérieure à une valeur maximale tolérée. La résolution du capteur définit la plus petite variation que le capteur sera en mesure d’identifier. La dynamique doit être stable dans le temps et non affectée de dérives. La dérive exprime la lente variation du signal de sortie en fonction du temps.
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Sensibilité
La sensibilité d’un capteur de courant s’exprime en V × A –1. Elle exprime la proportionnalité entre la tension de sortie du capteur et le courant qui le traverse. De façon idéale elle est indépendante de la fréquence, constante et sans dérives.
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Précision
La précision s’exprime au travers de l’erreur, exprimée en pourcentage de l’étendue de mesure. L’erreur peut être causée par le capteur ou par son environnement.
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Finesse
C’est la qualité qui caractérise l’aptitude d’un capteur à donner la valeur de la grandeur...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - Les capteurs de courant de marque LEM : http://www.lem.com/
-
(2) - * - Capteur d’induction et de courant de marque Honeywell : http://content.honeywell.com/sensing/prodinfo/current/
-
(3) - * - Résistance magnétique géante GMR : http://www.nve.com/spec/PDFs/catalog.pdf
-
(4) - * - Résistance de type shunt : http://www.caddock. com/
-
(5) - * - Capteur à effet Hall de marque Allegro : http:// www.allegromicro.com/
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(6) - * - Les capteurs magnétiques et les capteurs de courant de marque Bell : http://www.sypris. com/stm/content.asp?page id=671
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