Solution de miniaturisation de transformateur de courant à basse tension (LVCT) à haute densité à effet Hall
I. Défis techniques et objectifs
Les transformateurs de courant traditionnels (CT) souffrent de dimensions importantes, de limitations de mesure en courant alternatif uniquement et de risques de saturation magnétique. Pour répondre aux besoins des systèmes électroniques compacts modernes (par exemple, la gestion des batteries, les entraînements servomoteurs, les onduleurs compacts) en termes d'économie d'espace, de conception légère, de détection continue et de réponse à haute fréquence, cette solution propose une approche de détection de courant par effet Hall miniaturisée, à haute densité, compatible AC/DC.
II. Technologie de base : capteur Hall à flux compensé en boucle fermée + intégration ASIC
- Circuit magnétique et noyau de détection miniatures
- Architecture à flux compensé en boucle fermée : puce Hall micro-silicium intégrée dans un noyau annulaire spécialement conçu pour concentrer le flux (matériau à haute perméabilité).
- Principe d'annulation du champ magnétique:
- Champ magnétique généré par le courant primaire détecté par la puce Hall.
- Circuit de rétroaction à haut gain qui alimente la bobine secondaire pour générer un champ opposé, atteignant un état "zéro-flux" en temps réel.
- Le courant de rétroaction reproduit précisément le courant primaire, éliminant la non-linéarité et la dérive thermique inhérentes aux conceptions en boucle ouverte.
- Traitement de signal fortement intégré
- Intégration ASIC dédiée:
- Amplification à faible bruit des signaux Hall
- Circuit de compensation de décalage dynamique
- Algorithme de compensation thermique de haute précision (atténuation de la dérive thermique du silicium)
- Filtrage passe-bas ajustable (typique : 100-250 kHz)
- Référence de tension intégrée et pilote de sortie
- Conception structurelle ultra-compacte
- Noyau miniaturisé : circuit magnétique optimisé avec des orifices aussi petits que Ø5mm (trous standard traversants) ou des ouvertures rectangulaires de montage en surface.
- Emballages SMD/traversants:
- Emballages de montage en surface (par exemple, SMD-8) pour un assemblage direct sur PCB, hauteur ≤ 10mm.
- Conception traversante (structure sans broches) permettant un routage direct du conducteur à travers l'orifice du noyau, permettant une installation galvaniquement isolée.
III. Avantages clés et proposition de valeur
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Dimension |
Avantage |
Proposition de valeur |
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Physique |
- Réduction de taille >70% |
Compatibilité avec des PCB à haute densité |
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- Poids ultraléger (<5g) |
Ideal pour les drones et les appareils portables |
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- Structures SMD/traversantes |
Installation simplifiée |
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Électrique |
- Mesure de courant AC/DC (DC-100kHz) |
Surveillance de la chaîne de traction des VE |
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- Isolation galvanique (>2,5kV) |
Détection de court-circuit et de fuite PV dans les onduleurs solaires |
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- Quasi-immunisé contre la saturation |
Estimation de l'état de charge de la batterie à haute précision |
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- Faible dérive thermique (<0,05%/°C) |
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Coût système |
- Courant de repos au niveau microampère |
Prolongation de la durée de vie de la batterie dans les appareils portables |
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- Aucun composant de compensation externe |
Réduction des coûts de BOM et de calibration |
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- Compatibilité complète avec l'automatisation SMT |
Mise à l'échelle pour une production de millions d'unités |
IV. Applications cibles
- Gestion des batteries (BMS): Détection de courant continu de haute précision (±1%) pour les cycles de charge/décharge des VE/ESS.
- Onduleurs compacts: Contrôle du courant de phase dans les modules IGBT (solutions SMD de gamme 100A).
- Entraînements servomoteurs: Échantillonnage du courant de moteur multi-axes (tableaux de CT SMD parallèles).
- Compteurs intelligents: Relevé de la composante continue (prévention de la fraude et du vol).
- PSU de centres de données: Surveillance du courant au niveau de la baie (intégration traversante à haute densité).
V. Extensibilité et feuille de route future
- Couverture de plusieurs gammes: Un seul boîtier prend en charge les plages de 20A à 500A (via l'optimisation du rapport noyau/bobine).
- Interface numérique: Variantes de sortie I²C/SPI optionnelles (ASIC intégré ADC).
- Classe de haute précision: La boucle fermée atteint une linéarité de 0,5% (à 25°C), répondant aux normes de comptage de classe 1.
