Brevet FR2568684A1 — publié le 19860207

DISPOSITIF DE LECTURE DE L'INTENSITE D'UN COURANT ELECTRIQUE. La présente invention concerne un dispositif de lecture d'un courant électrique de forte intensité dans un circuit électrique ou électronique, ce dispositif comprenant une résistance dite shunt susceptible d'être traversée par le courant, la chute de tension correspondant aux bornes de la résistance étant transmise à un amplificateur opérationnel qui délivre à sa sortie un signal exploitable par un appareil de mesure, de commande, de protection ou dans une boucle de régulation de courant. Pour mesurer l'intensité d'un courant de forte intensité dans un circuit électrique ou électronique, il est usuel d'insérer dans le circuit un élément de mesure constitué soit par un transformateur d'intensité dans le cas d'un courant alternatif sinusoldal soit par un shunt résistif dans le cas d'un courant continu, cet élément ayant dans les deux cas la particularité de délivrer une tension proportionnelle au courant qui le traverse. Les bornes du shunt sont connectées, éventuellement par l'intermédiaire d'un amplificateur, à un appareil de mesure ou de protection ou à une boucle de régulation qui affiche ou exploite la valeur d'intensité résultant de la lecture. Selon la technologie actuelle des shunts résistifs, on réalise généralement ceux-ci au moyen de conducteurs sous forme de fils ou de plaques dont la résistivité présente un coefficient de température autant que possible voisin du zéro. Lorsqu'on utilise des shunts résistifs pour mesurer des courants importants, par exemple supérieurs à 10 A, les shunts classiques présentent pour inconvénients d'être volumineux, donc difficiles à inclure dans un appareil électrique ou électronique ; de plus, ces shunts classiques doivent être réalisés en un matériau bien particulier offrant une résistivité à coefficient de température voisin de zéro. L'invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients dans un dispositif de lecture de courants continus ou alternatifs à résistance shunt en adaptant le dispositif à la mesure des fortes intensités, tout en facilitant son inclusion dans un appareil ou module électrique ou électronique. Elle a pour autre but, lorsque le dispositif de lecture comprend un amplificateur opérationnel, de tirer parti de celui-ci pour corriger les dispersions de fabrication et les dérives de température du shunt. Selon 11 invention, le dispositif de lecture de l'intensité d'un courant électrique du type cité dans le préambule comprend un support électriquement isolant et sur ce support un dépôt de pâte conductrice de faible résistivité en couche épaisse, le dépôt de pâte étant connecté au circuit associé de manière à former la résistance de shunt. I1 en résulte que l'on obtient un dispositif apte à la mesure de fortes intensités et dont la connexion au circuit associé par brasage est facilitée. Du fait que la pâte utilisée présente une très faible résistivité, la dissipation de chaleur reste faible et peut, de toute manière, être évacuée par l'application d'un dissipateur thermique au support thermiquement bon conducteur du côté dudit support opposé au dépôt de la couche épaisse. Dans un mode de réalisation préféré, une résistance de liaison avec une entrée de l'amplificateur, de valeur plus faible que celle du shunt, est connectée à la résistance de shunt, en étant constituée par un dépôt ajustable d'une couche épaisse de pâte résistive sur le même support isolant ; ce dépôt est de préférence effectué à proximité immédiate du dépôt de la résistance de shunt avec une pâte dont le coefficient de température est identique à celui de la pâte de shunt. La résistance de liaison peut ainsi être ajustée par tout procédé habituel en technologie couche épaisse, par exemple par laser, afin de compenser les dispersions de fabrication affectant le shunt et d'étalonner avec précision l'appareil de mesure ou le circuit d'asservissement. I1 résulte de cette association du shunt et de la résistance de liaison à proximité l'une de l'autre, sur un même support isolant, un faible encombrement, et la possibilité de maintenir les deux résistances sensiblement à la même température, avec pour résultat une excellente fidélité dans la lecture d'intensité. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée ci-après. Au dessin annexé : La figure 1 représente schématiquement en coupe le composant à couche épaisse constituant le shunt du dispositif de lecture de courant conforme à l'inven tion. La figure 2 est une vue en plan du même composant et de ses connexions. La figure 3 est le schéma d'un circuit utilisant le composant associé a' un amplificateur. La figure 4 est le schéma d'un circuit utilisant le shunt dans un montage comparateur. La figure 5 est le schéma d'un circuit utilisant le shunt dans un montage comparateur à mémoire. Sur la figure 1, le circuit électrique auquel est associée la résistance de shunt n'a pas été représenté. La résistance de shunt R (figures 1 et 2) est constituée par un dépôt de pâte en couche épaisse 1 sur un support plan 2, la couche épaisse 1 étant reliée, d'une part, au circuit associé par des barrettes de connexion rapportées 3a' 3b et, d'autre part, aux bornes d'entrée inverseuse E1 et non inverseuse E2 d'un amplificateur opérationnel A par des pistes ou fils de connexion respectifs 4 et 5. Le dépôt 1 constituant le shunt R est formé selon l'invention par une couche épaisse de pâte conductrice offrant une très faible résistivité et une bonne soudabilité, d'un type utilisé généralement pour réaliser des conducteurs, par exemple une pâte à l'argent. Le support plan 2 de la couche épaisse est électriquement isolant et il est en un matériau présentant une bonne stabilité dimensionnelle, supportant de fortes températures et bon conducteur de la chaleur. Le support 2 est par exemple en alumine. I1 sert également de support aux composants du circuit électrique ou électronique associé ; ceci est particulièrement avantageux lorsque le circuit associé est du type hybride couche épaisse. Les barrettes de connexion 3a' 3b de la couche épaisse à la partie puissance du circuit sont en cuivre et ont une section suffisante pour travailler à densité de courant faible même lorsque la résistance de shunt R est parcourue par un courant maximal. Les barrettes 3a' 3b sont fixées par des brasures respectives 6aw 6b sur des plages opposées 1a' lb de la couche épaisse et elles sont, d'autre part, maintenues mécaniquement par des brasures 7jazz 7b sur des pistes conductrices 8ax 8b déposées sur le support 2 également en technologie couche épaisse. Un liseré de verre 9 est déposé sur la couche épaisse 1 du shunt pour éviter aux brasures 6at 6b de se répandre sur le shunt et de modifier sa section et donc sa résistance ohmique. Un dissipateur thermique 10 est rapporté au support en alumine 2 du côté opposé au dépôt de la couche épaisse 1 pour évacuer les calories dégagées par le passage du courant. Les pistes de connexion 4, 5 sont formées par des dépôts en couche épaisse rattachés au shunt près des plages 1a' lb et dans la zone encadrée par le liseré 9 sur un bord de la couche épaisse 1 du shunt qui n'est pas occupé par les connexions des barrettes 3a' 3b ; elles sont reliées aux bornes d'entrée inverseuse Ei et non inverseuse E2 de l'amplificateur opérationnel A. Dans le mode de réalisation de la figure 3, la résistance de shunt R sert à la mesure de l'intensité dans le circuit. La sortie 4 du shunt R est reliée à l'entrée inverseuse E1 de l'amplificateur au moyen d'une résistance R1 de compensation et d'ajustement dont le rôle et l'agencement vont être décrits. Une résistance fixe de contre-réaction R2 est disposée entre la borne de sortie S et la borne inverseuse E1 de l'amplificateur. Si V1 est la tension disponible aux bornes 4, 5 du shunt R, la tension Vs disponible à la sortie de l'amplificateur est R2 VS R2 V1 ou, en désignant par I le courant R1 1 qui parcourt le circuit, V8 R2 R1 I R1 Etant donné que la résistance R du shunt a une valeur approximative due à la dispersion des paramètres de fabrication inhérente à la technologie couche épaisse, cette résistance doit être étalonnée ; l'étalonnage du shunt R est facilité par le fait que la résistance de liaison R1 est aisément ajustable puisqu'elle est réalisée également par dépôt d'une couche épaisse sur le support isolant 2 à proximité de la couche épaisse 1 du shunt R.Par ajustage dynamique de R1, par exemple par laser, on fixe donc le rapport R à la R1 valeur souhaitée qui correspond à l'étalonnage de l'appareil de mesure connecté sous la tension Vs. Dans la deuxième forme d'exécution illustrée par la figure 4, la résistance de shunt R est associée à un amplificateur opérationnel monté en comparateur de tension de façon que la tension de sortie Vs de l'amplificateur passe de l'état logique O à l'état logique 1 lorsque l'intensité du courant électrique I est supérieure à une valeur de seuil IC et vice-versa. Si V2 est la tension aux bornes de R1 et i le courant qui traverse R1, Vs passe de O à 1 lorsque V1 devient supérieur à V2, c'est-à-dire pour un seuil IC défini par : R RIC = R1.i, soit IC = R La résistance R du shunt a une valeur approximative pour la raison déjà indiquée. La résistance R1 est ici encore réalisée en technologie couche épaisse sur le même support 2 que R est à proximité immédiate de celle-ci. Par ajustage dyna R1 mique de R1, par exemple au laser, on fixe le rapport R à une valeur désirée qui correspond à la valeur souhaitée du seuil de courant IC produisant le changement d'état de la sortie de l'amplificateur. Dans les modes de réalisation des figures 3 et 4, l'étalonnage et respectivement le réglage du seuil d'intensité dépendent du rapport des valeurs ohmiques du shunt R et de la résistance d'entrée R1, ce rapport étant ajusté par le réglage de R1 avec une très grande précision. Il convient de noter que la pâte résistive constituant la résistance d'entrée R1 a le même coefficient de température que la pâte conductrice constituant la résistance de shunt R ; ceci permet, et du fait que la résistance de shunt et la résistance d'entrée sont positionnées sur le même support 2 isolant mais thermiquement conducteur et le plus près possible l'une de l'autre, lors d'un changement de la température R ambiante, de conserver une valeur constante au rapport R ceci compensant la dérive de température du shunt. 1 Dans une variante du deuxième mode de réalisation (figure 5), la sortie S de l'amplificateur opérationnel comparateur est reliée à l'entrée inverseuse E1 par l'intermédiaire d'une résistance R5 en série avec une diode D1. De ce fait, la tension de sortie Vs du comparateur est portée à l'état logique 1 lorsque la tension de mesure V1 devient plus grande que la tension de seuil V2 et reste maintenue à l'état 1 lorsque V1 redevient plus petite que V2. On.mémorise que la valeur du courant I du circuit à surveiller dépasse le seuil prédéterminé. I1 va de soi que l'on peut apporter au mode de réalisation décrit des modifications sans sortir du cadre de l'invention. Le dispositif de lecture décrit est applicable à tous appareils de mesure, de protection, de commande ou de régulation, en particulier dans des redresseurs, onduleurs ou convertisseurs. Revendications de brevet 1. Dispositif de lecture d'un courant électrique de forte intensité dans un circuit électrique ou électronique, ce dispositif comprenant une résistance dite shunt susceptible d'être traversée par le courant, la chute de tension correspondant aux bornes de la résistance étant tranmise à un amplificateur opérationnel qui délivre à sa sortie un signal exploitable par un appareil de mesure, de protection ou de commande ou dans une boucle de régulation de courant, caractérisé par le fait que le dispositif de lecture d'intensité comprend un support électriquement isolant (2) et sur ce support un dépôt de pâte conductrice de faible résistivité en couche épaisse (1), le dépôt de pâte étant connecté au circuit associé de manière à former la résistance de shunt (R). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une résistance d'ajustement (R1 R2) est reliée à une entrée (E1) de l'amplificateur, cette résistance étant ajustable et constituée par un dépôt en couche épaisse de pâte résistive disposée sur un support électriquement isolant. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le support électriquement isolant de la couche épaisse formant la résistance d'ajustement (R1, R2) est constitué par le support (2) de la couche épaisse (1) du shunt (R). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'une résistance de compensation (R1, R2) est reliée à une entrée (E1) de l'amplificateur, cette résistance étant constituée par un dépôt en couche épaisse d'une pâte résistive sur un support électriquement isolant, cette pâte présentant une résistivité à coefficient de température sensiblement identique à celui de la pâte du shunt (R), et par le fait que la résistance de liaison- (R1) est disposée sur le support (2) au voisinage immédiat de la résistance de shunt (R). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le support électriquement isolant de la couche épaisse formant la résistance de compensation (R1, R2) est constitué par le support (2) de la couche épaisse (1) du shunt (R), et par le fait que la résistance de compensation est disposée sur le support (2) au voisinage immédiat du shunt (R). 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que la résistance d'ajustement et la résistance de compensation sont constituées par une même résistance (R1, R2). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le shunt (R) est connecté au circuit par l'intermédiaire de barrettes de connexion (3a 3b) reposant, d'une part, sur des plages marginales (la, lb) de la couche épaisse (1) et, d'autre part, sur des pistes (8a 8b) constituées par une couche épaisse déposée sur le support électriquement isolant (2). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il est prévu au bord du shunt (R) des pistes (4, 5) de connexion avec les entrées (E1, E2) de l'amplificateur, ces pistes étant déposées en couche épaisse près des plages 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la résistance de shunt (R) est reliée par l'intermédiaire de la résistance d'ajustement et/ou de compensation (R1) à l'entrée inverseuse (E1) d'un amplificateur à sortie analogique. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la résistance de shunt (R) est reliée par l'intermédiaire de la résistance d'ajustement et/ou de compensation (R1) à l'entrée inverseuse (E1) d'un amplificateur opérationnel comparateur. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le circuit associé au shunt (R) est du type hybride couche épaisse et comprend des composants disposés sur le support électriquement isolant (2) du shunt.