Brevet FR2548377A1 — publié le 19850104

? 7 ? L'invention concerne un montage pour déterminer l'intensité d'un courant dans des appareils d'alimentation électrique. Pour déterminer des courants dans des appareils d'alimentation électrique, il est habituel d'exploiter la chute de tension provoquée par le courant sur une résistance ohmique Une telle détermination du courant est connue, par exemple, par la demande de brevet allemand DE-OS 28 22 897, en particulier figure 3 Le shunt utilisé à cet effet est très coûteux, surtout s'il s'agit de déterminer des courants forts L'incorporation d'un tel shunt supplémentaire diminue en outre le rendement de l'appareil d'alimentation électrique Il est concevable aussi de déterminer I'intensité de courants électriques au moyen d'éléments à effet Hall Ce procéddé pose cependant des problèmes en raison de tensions offset ou de décalage et d'une tendance à la dérive. L'invention vise par conséquent à indiquer un montage pour déterminer l'intensité d'un courant dans des appareils d'alimentation électrique, qui soit réalisable moyennant une dépense minimale et qui n'entraîne pas de pertes de puissance supplémentaires. L'invention part d'un montage comprenant une bobine d'induc20 tance qui possède un enroulement principal parcouru par le courant à déterminer et un enroulement de mesure qui est raccordé à un étage comparateur. Selon l'invention, un tel montage est caractérisé en ce que l'enroulement de mesure présente la même caractéristique de réponse 25 en température que l'enroulement principal, que l'enroulement de mesure est bobiné de telle manière, par rapport à l'enroulement principal, que les deux enroulements présentent le même nombre de spires dans le sens de la transformation d'une tension alternative, que la fin de l'enroulement principal est reli Ceau début de l'enrou30 lement de mesure, que la première entrée de comparaison de l'étage comparateur est connectée à la fin de l'enroulement de mesure et que la deuxième entrée de comparaison est connectée à une prise située près de la bobine d'inductance dans le circuit parcouru par le courant à déterminer. Des modes de réalisation avantageux du montage et son utilisation seront décrits dans ce qui va suivre Bien qu'il soit connu, par la demande de brevet allemand DE-OS 29 38 533 par exemple, d'utiliser un transformateur de courant pour déterminer l'intensité du courant dans des appareils d'alimentation électrique, cette publication necontientaucune incitation en direction de la détermination de la valeur en courant continu par compensation de la tension magnétique de l'enroulement principal au moyen de la tension transformée. Un avantage particulier de la solution selon l'invention est qu'une résistance shunt supplémentaire n'est pas nécessaire. Pour déterminer le courant, on peut donc utiliser l'inductance de filtrage d'entrée, présente de toute manière, dont la résistance du cuivre est employée comme capteur de mesure L'enroulement de 15 mesure satisfait en même temps aux exigeances suivantes: la tension magnétique de l'enroulement principal et la caractéristique de réponse en température de la résistance d'enroulement de l'enroulement principal sont compensées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 20 ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente le schéma de principe d'un montage selon l'invention; la figure 2 montre le schéma d'un régulateur Buck comportant un montage de détermination de l'intensité du courant à l'entrée; la figure 3 est le schéma d'une bobine d'inductance dont les enroulements sont divisés en fractions connectées entre elles; la figure 4 est une vue en perspective d'une bobine d'inductance comportant un enroulement de mesure en méandres, avant l'enroulement de la bobine; la figure 5 est le schéma d'enroulement pour un enroulement de mesure selon une variante; et la figure 6 est une vue en élévation d'un corps de bobine. 2548377 i Dans le montage selon figure 1, le courant I à déterminer traverse, entre la borne d'entrée E et la borne de sortie A, l'enroulement principal d'une bobine d'inductance DR L'enroulement principal i est représenté sur la figure 1 par le montage en série équivalent de la résistance d'enroulement purement ohmique R et de l'inductance pure LH La fin de l'enroulement principal H 1 W est reliêeau début de l'enroulement de mesure NM représenté également par le montage en série équivalent d'une résistance d'enroulement purement ohmique RM et d'une inductance pure LM -, ce qui est repré10 senté par la jonction VP Les sens de bobinage de l'enroulement principal HW et de l'enroulement de mesure}E sont choisis de telle manière que les deux flèches de tension U 1 et U 2 sur les inductances L Het LM sont dirigées vers la jonction commune VP Pour ce qui concerne la transformation d'une tension alternative, l'enroulement 15 principal HW et I'enroulement de mesure Ie couplé magnétiquement à lui présentent les mêmes nombres de spires; autrement dit, les nombres de spires d'enroulement autour du noyau de la bobine sont les mêmes pour les deux enroulements, quoique les résistances d'enroulement ohmiques H et RM puissent différer du facteur 104 Comme 20 l'enroulement principal HW et l'enroulement de mesure ni doivent avoir la même caractéristique de réponse en température, le matériau conducteur d'o est formé l'enroulement doit être le même ou présenterle même coefficient de température relatif de la résistance k 9. La fin de l'enroulement de mesure MW est connectée à l'entrée directe V 1 d'un étage comparateur VS formé par un amplificateur opérationnel L'entrée inversée V 2 de l'amplificateur VS est connectée à une prise AP dans le circuit parcouru par le courant I La prise AP est disposée de préférence au début ou à la fin de l'enroulement HW afin qu'il n'y ait pas de chute de tension supplémentaire rendant la compensation inefficace dans les connexions. L'amplificateur opérationnel VS est à contre-réaction, de préférence relativement forte, par la résistance RG La tension de sortie UA disponible à la sortie de l'amplificateur opérationnel peut être utilisée pour un traitement consécutif ou comme critère d'indication. Comme le montre le calcul suivant, la tension UA dépend uniquement 2548377, de l'intensité du courant I à déterminer, des résistances d'enroulement purement ohmiques et de la résistance de contre-réaction Rg. Il n'y a pas de dépendance de la température en raison de la constitution du montage. L'analyse nodale donne: R A = RM() 9) o RH(,) et RM(,) désignent les résistances d'enrourlement de l'enrou10 lement principal et de l'enroulement de mesure en fonction de la température. Pour RI(q) et R(q) on a les relations suivantes: RI,()) =IO l 1 + k O (T T)l cu o et () RM() Ro l 1 + k Cu (T T)l cu * o o Po désigne la résistance de l'enroulement principal à une température de référence To et R Mo désigne la résistance de Il'enroulement de mesure, également à la température de référence TO; k 9 Cu désigne le coefficient de température relatif de la résistance cu du cuivre formant le matériau conducteur des enroulements. Lorsqu'on introduit ces relations dans la formule obtenue par l'analyse nodale, on obtient: UA = Rg I Hio Il+ ko (T To)l u = cuo \A Rg M Ro l 1 + k * (T To)l Cu o Donc: UA = Rg I * f O) désignent les bornes de sortie du régulateur Buck Entre la borne 10 d'entrée El et le transistor de commutation Ts se trouve l'enroulement principal de la bobine d'inductance de filtrage à l'entrée DR. Cette bobine possède un enroulement de mesure supplémentaire MM qui est raccordé comme sur la figure 1 La et Ca sont les moyens de filtrage côté sortie, tandis que le condensateur Ca coopère avec 15 l'enroulement principal HW comme moyen de filtrage à l'entrée La résistance du cuivre de la bobine de filtrage d'entrée DR est utilisée comme capteur de mesure pour le courant I à déterminer du régulateur Buck. La figure 3 montre une forme de réalisation particulière de la bobine d'inductance DR Comme enroulement principal, elle possède cinq fractions d'enroulement primaire PW 1 PW 5 branchées en parallèle, tandis que l'enroulement de mesure MG est constitué de cinq fractions d'enroulement secondaire SW 1 SW 5 qui sont branchées en série en opposition de phase Comme tension alternative, il n'y a 25 qu'une seule tension d'enroulement Celle-ci est appliquée dans la branche de l'enroulement de mesure en opposition de phase avec la tension alternative de l'enroulement principal, de sorte que les deux tensions s'annulent La condition de cette compensation est que tous les enroulements possèdent la même caractéristique dé réponse 30 en température. La figure 4 montre une autre exécution de la bobine d'inductance DR L'enroulement principal HW est formé dans ce cas d'un ruban conducteur plat LS, sur lequel est appliquée une isolation IS Sur cette isolation est ou sont collé(s), en méandres, un ou 35 des fil(s) WD formant l'enroulement de mesure La direction de progression des méandres ainsi formées est perpendiculaire à la direction longitudinale du ruban conducteur LS Le ruban conducteur LS possède des éléments de raccordement à ses extrémités La jonction VP de l'enroulement principal et de l'enroulement de mesure est réalisée par soudage du début de l'enroulement M 2 sur le ruban LS, dont l'enroulement 14 est séparé par l'isolation Le ruban conducteur LS avec l'enroulement en méandres formé par le ou les fil(s) MW sont enroulés sur le noyau non représenté de la bobine d'inductance. La figure 5 montre le schéma d'enroulement de l'enroulement de mesure MW pour une bobine d'inductance selon une variante de réalisation Les fils WD de l'enroulement i S; sont appliqués sur un support Tr qui présente des fentes 51 à 56, au début VP et à la fin VI de l'enroulement, pour le passage des fils WD Le début du fil est d'abord passé sous une languette Stl formée par les deux fentes SI et 52 et s'étend ensuite sur la face supérieure du support Tr, paral15 lèlement à la dimension longitudinale de celui-ci, jusqu'aux fentes 53 et 54 à la fin de l'enroulement Là, le fil est guidé d'en bas autour de la languette St 2 formée par les fentes 53 et 54 Le fil. retourne ensuite, parallèlement, également sur la face supérieure, jusqu'à la languette Stl, entoure celle-ci pour s'étendre de nouveau jusqu'à la languette St 2, et ainsi de suite, jusqu'à la fin de l'enroulement de mesure MW Sur l'enroulement de-mesure MW ainsi formé est collé ensuite le ruban conducteur LS formant l'enroulement principal 14, comme dans le mode de réalisation selon figure 4. La figure 6 représente un corps de bobine cylindrique SK dont la surface latérale extérieure porte une protubérance sous forme d'un filet hélicoïdal simple An qui tourne autour de l'axe longitudinal du cylindre et possède une section droite rectangulaire, triangulaire ou trapézoïdale Comme espace d'enroulement pour l'enroulement de mesure}S, disposé en vaet-vient comme décrit en référence à la 30 figure 5, ainsi que pour l'enroulement principal HW collé sur lui, on dispose de la distance entre deux spires voisines de la protubérance An, c'est-à-dire de la dimension qui correspond au pas d'une vis Au lieu de pratiquer des fentes dans le corps de bobine SK selon le mode de réalisation de la figure 5, le corps de bobine peut 35 porter, dans l'espace d'enroulement, au début et à la fin de l'enrou- 2548377 i lement, des protubérances circulaires semblables à des boutons, autour desquels on peut faire passer le fil de l'enroulement de mesure aux points de rebroussement pour le bobinage en va-et-vient, d'une manière qui ressemble à la disposition des fils autour des languettes de l'exemple de figure 5. 2548377 i REVENDICATIONS 1 Montage pour déterminer l'intensité d'un courant (I) dans des appareils d'alimentation électrique au moyen d'une bobine d'inductance (DR)qui possède un enroulement principal parcouru par le courant ()dont l'intensité est à déterminer et un enroulement de mesure ("J)qui est raccordé à un étage comparateur (VS), caractérise. en ce que l'enroulement de mesure (}I) présente la même caractéristique de réponse en température que l'enroulement principal, que l'enroulement de mesure (} W) est bobiné de telle manière, par rapport à l'enroulement principal (HW) , que les deux enroulements (HW, IW) présentent le même nombre de spires dans le sens de la transformation d'une tension alternative, que la fin de l'enroulement principal (HW) est reliée au début de l'enroulement de mesure (MA), que la première entrée de comparaison (Vl) de l'étage comparateur 15 (VS) est connectée à la fin de l'enroulement de mesure (M) et que la deuxième entrée de comparaison (V 2) est connectée à une prise (A-P) située près de la bobine d'inductance (DR) dans le circuit parcouru par le courant (I) dont l'intensité est à déterminer. 2 Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que 20 l'étage comparateur (VS) est formé d'un amplificateur opérationnel à forte contre-réaction. 3 Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enroulement principal (HW) est composé de plusieurs fractions d'enroulement primaire (FW 1, FW 2,) branchées en parallèle et 25 que l'enroulement de mesure (XV) est composé de plusieurs fractions d'enroulement secondaire (SW 1, SW 2,) branchées en série en opposition de phase. 4 Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enroulement principal (IW) est formé d'un ruban conducteur plat 30 (LS), qu'une isolation (IS) est appliquée sur au moins l'une des faces de ce ruban conducteur et que sur cette isolation (IS) sont disposés, en méandres, des rubans conducteurs ou des fils (WD) formant l'enroulement de mesure ( 14 M), la direction de progression de la disposition en méandres étant perpendiculaire à la direction 35 longitudinale du ruban conducteur plat (LS). Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par son utilisation pour un régulateur de commutation ou de commande dont la bobine d'inductance de filtrage à l'entrée constitue en même temps la bobine d'inductance (DR) pour la détermi5 nation de l'intensité du courant.