FR2625322A1 - Capteur de courant a element magnetoresistif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un capteur de courant utilisant un élément magnétorésistif et donnant un signal de sortie très fidèle. Le capteur de courant comprend un concentrateur de flux magnétique 14 qui entoure pratiquement le conducteur électrique 52 en formant une région de détection magnétique 84, un élément magnétique 94, 96 produisant une composante de champ magnétique le long d'un axe décalé par rapport à l'axe principal, un composant magnétorésistif 90 disposé dans la région de détection magnétique, une source de courant constant délivrant un courant constant prédéterminé au composant magnétorésistif, et un circuit de détection de tension relié au composant magnétorésistif pour mesurer la résistance par mesure d'une tension différentielle induite par le courant constant, cette tension mesurée correspondant au courant dans le conducteur. Le composant magnétorésistif est réalisé sous la forme d'un pont de Wheatstone avec une première et une seconde paire de bornes opposées. La source de courant constant applique un courant constant prédéterminé à ce pont. La variation de la tension différentielle du pont en fonction de la température peut être rendue égale et opposée à la variation de tension de la résistance totale du pont en fonction de la température et à la variation de la tension de décalage du pont en fonction de la température.

Description

La présente invention concerne les capteurs de courant permettant de

mesurer le courant électrique dans un conducteur, et elle concerne plus particulièrement les capteurs de courant pour l'aérospatiale ou pour d'autres applications à haute performance o une extrême précision, une plage de fonctionnement étendue, la légèreté et une

structure compacte sont des caractéristiques déterminantes.

On pourra se référer, concernant cette question, à une demande de brevet américain intitulée Current Sensor for Universal Application déposée le 11 juin 1987 sous le n 061 355 au nom de Jerome K. Hastings, Bruce C. Beihoff, Michael S. Baran, Mark A. Juds et James E. Hansen et qui appartient à la Demanderesse, ainsi qu'à une demande de brevet américain intitulée MRS Current Sensor déposée le 11 juin 1987 sous le n 061 351 au nom de Jerome K. Hastings, Bruce C. Beihoff, Michael S. Baran, Mark A. Juds et James E. Hansen et qui appartient également à la Demanderesse. On sait détecter et mesurer le courant passant dans un conducteur électrique en plaçant un transformateur de courant autour du conducteur afin de capter le flux magnétique produit par le courant dans le conducteur et, avec des circuits et des instruments indicateurs appropriés, mettre en relation ce flux avec une mesure du courant passant dans le conducteur. Les transformateurs de courant sont des composants généralement volumineux et lourds, et ils ne conviennent pas à des applications extrêmes o l'on a besoin d'avoir la légèreté, une grande précision et un fonctionnement fiable malgré des variations considérables de

température.

Les capteurs à effet Hall ont également été appliqués à la mesure des courants. Ils s'avèrent cependant être des composants fragiles et fonctionnant dans une gamme limitée, et ne conviennent donc pas dans certaines applications. En outre, les capteurs Hall n'assurent pas la conformation du champ ou l'effet de transformateur nécessaire pour concentrer le champ du flux magnétique afin de permettre une

mesure sans contact extrêmement sensible.

On utilise souvent les shunts de courant pour mesurer les courants extrêmement importants. Cependant, les shunts ont tendance à être lourds et coûteux. En outre, les shunts doivent être placés en série avec un conducteur dans lequel transite le courant mesuré et, du point de vue de la sécurité, ils peuvent représenter un danger s'ils viennent à se trouver en circuit ouvert. Les considérations de fiabilité et de poids sont particulièrement critiques dans les applications aérospatiales, o les systèmes que l'on conçoit obligent souvent à utiliser des dizaines de tels composants. la présente invention propose un capteur de courant nouveau et perfectionné permettant de mesurer le courant passant dans un conducteur électrique. Plus précisément, la présente invention comprend un concentrateur de flux magnétique avec une structure polaire magnétique qui, essentiellement, entoure la forme vue en coupe du conducteur, avec deux parties polaires magnétiques à distance l'une de l'autre permettant de former entre elles une région de détection magnétique. Le courant électrique passant dans le conducteur va induire un champ magnétique dans cette région. Il est prévu des moyens pour mesurer une composante de l'intensité du champ magnétique le long d'un axe principal se trouvant dans la région de détection et pour produire également un signal de sortie fonction de celle-ci. Enfin, il est prévu des moyens pour produire suivant un second axe, décalé par rapport à l'axe principal, une composante de polarisation de l'intensité du champ magnétique dans la région de détection de telle sorte que la composante de décalage de l'intensité de champ magnétique ne soit pas affectée par le passage du courant dans le conducteur. Cette configuration présente l'avantage de permettre une augmentation de la plage de détection sans augmenter ni le poids ni la taille du composant, et permet en outre de protéger le composant d'une surcharge due à un

courant exceptionnellement élevé.

Selon un autre aspect de la présente invention, les moyens qui permettent de produire la polarisation du champ magnétique comportent un aimant permanent, une bobine ou composant équivalent disposée au voisinage d'un capteur magnétorésistif à l'intérieur de la région de détection et orientée de manière à produire un champ magnétique essentiellement perpendiculaire au champ créé par le courant passant dans le conducteur. Cette configuration procure l'avantage d'un champ de polarisation constant qui peut être facilement réglé pour permettre un ajustement de facteur

d'échelle ou une compensation en température.

Selon un autre aspect de l'invention, la configuration du capteur électronique permet une compensation de toute variation de température du capteur magnétorésistif au moyen d'une source de courant contrôlée délivrant un courant prédéterminé. Cette configuration présente l'avantage de donner une meilleure indication du courant pour une plage

plus large de températures ambiantes.

Diverses autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la

description qui va suivre qui, avec les dessins annexés,

décrit en détail à titre d'illustration des modes de

réalisation préférentiels et des variantes de l'invention.

La description détaillée des modes de réalisation

particuliers renvoient aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue isométrique du concentrateur de flux et de la carte du circuit détecteur de courant de la présente invention; - la figure 2 est une vue de dessus, en plan, du concentrateur de flux de la figure 1 pour le mode de réalisation préféré de la présente invention ainsi que pour un autre mode de réalisation; - la figure 3 est un schéma par blocs du circuit électronique de la présente invention; - la figure 4 est un diagramme schématique de l'alimentation de puissance selon le mode de réalisation préféré de la présente invention; - la figure 5 est un diagramme schématique du circuit détecteur, conformément au mode de réalisation préféré de la présente invention; - la figure 6 est un diagramme schématique du circuit de sortie en boucle de courant selon le mode de réalisation préféré de la présente invention; - la figure 7 est un diagramme schématique du circuit de sortie tension/fréquence selon le mode de réalisation préféré de la présente invention; et - la figure 8 est un diagramme schématique du circuit de sortie de pilotage de micro- relais selon le mode de

réalisation préféré de la présente invention.

On a illustré, en référence aux figures 1 et 2, le mode de réalisation préféré d'un capteur de courant 10 réalisé autour d'un capteur magnétorésistif. Le capteur 10 possède un concentrateur de flux 14 et un circuit de contrôle 16 (représenté schématiquement sur la figure 3), porté par une carte de circuit de contrôle 18 qui s'y trouve placée à l'intérieur. Le bloc carter 12 a sa partie supérieure et ses parties latérales pratiquement fermées. Les extrémités du bloc carter 12 sont ouvertes de manière à définir un passage traversant 50, de forme générale rectangulaire, permettant de recevoir un ou plusieurs conducteurs électriques isolés 52 passant au travers. Le concentrateur de flux 14 est de section générale carrée et il est ouvert à ses extrémités pour permettre au conducteur 52 de le traverser. Comme on peut mieux le voir sur la figure 1, le concentrateur de flux 14 est formé de deux pièces polaires 62 et 64 en forme générale de C qui coopérent de manière à former une structure polaire magnétique dont la forme entoure pratiquement le conducteur 52, vu en coupe. Les pièces polaires 62 et 64 comportent des montants, respectivement 66 et 68, de formes complémentaires et une paire de pièces ou parties polaires supérieures 70 et 72 orientées horizontalement et tournées vers l'intérieur, attenantes aux montants 66 et 68 et prolongeant ceux-ci. Le concentrateur de flux 14 comprend en outre une paire de pièces ou parties polaires inférieures 74 et 76 disposées horizontalement et tournées vers l'intérieur, attenantes aux montants 66 et 68

et prolongeant ceux-ci.

Les parties polaires 70 et 72 sont séparées par un intervalle horizontal référencé Gr, et les parties polaires inférieures 74 et 76 sont séparées par un intervalle horizontal de calibration référencé Gc, comme on le décrira plus en détail ci-dessous. Un élément nervuré (non représenté) s'étend dans l'intervalle de calibration Gc afin d'être sûr que l'espacement entre les parties polaires inférieures 74 et 76 est bien maintenu. Les pièces polaires 62 et 64 sont formées d'un matériau ferreux à faible taux de carbone magnétiquement conducteur tel qu'un acier. En utilisation, on prévoit de préférence des moyens (non représentés) formant entretoise isolante pour s'assurer que le conducteur 52 est rigidement maintenu dans l'axe central

du passage 50 ou au voisinage de cet axe.

Comme illustré figure 1, les parties polaires supérieures

et 72 sont réunies par un shunt conducteur magnétique 80.

Le shunt 80 est retenu en position par tout moyen de fixation (non représenté) approprié non magnétiquement conducteur, et il est isolé des montants 66 et 68 et des parties polaires supérieures 70 et 72 par une mince couche de matière phénolique isolante 82. Le matériau isolant-82 maintient donc le shunt 80 à distance de chaque partie polaire supérieure 70 et 72 avec un espacement référencé Gs/2 qui sera décrit plus en détail par la suite, l'intervalle entre les parties polaires supérieures 70 et 72 adjacentes au shunt 80 étant appelé "région de détection magnétique 84". Le shunt 80 est formé de tout matériau approprié ayant une caractéristique de perméabilité égale ou supérieure à la caractéristique de perméabilité du matériau des parties polaires 62 et 64. Le concentrateur de flux 14 définit donc un circuit magnétique comprenant les pièces polaires 62 et 64, en série avec l'intervalle de calibration Gc entre les parties polaires inférieures 74 et 76, en série avec un second intervalle, référencé Gr, défini entre les parties polaires supérieures 70 et 72, et un shunt 80 en série avec un intervalle référencé Gs (un intervalle de dimension Gs/2 à chaque extrémité du shunt 80) situé en parallèle sur l'intervalle Gr. Lorsque le conducteur 52 véhiculant le courant traverse le passage 50, un champ magnétique va se trouver induit dans la région de détection

84, proportionnellement à l'intensité du courant.

Si l'on se réfère à la figure 2, en supposant que l'intensité du courant dans le conducteur 52 suit le sens indiqué par la flèche 86, un champ magnétique va être induit dans la région de détection 84 caractérisée par les lignes de flux ayant leur axe principal dans la direction désignée

par la flèche 88 et qui, pour les besoins de la description,

correspondra au champ mesuré. Le shunt 80 fonctionne de manière à détourner une partie substantielle du flux total dans le concentrateur de flux 14 de la région de détection 84. En conséquence, les moyens de mesure placés dans la région 84 peuvent permettre une précision extrême, tout en

ne lisant qu'un faible pourcentage du champ induit.

La détection du champ est réalisée par utilisation d'un capteur magnétorésistif du type fabriqué par la division Amperex de North American Phillips sous la référence KMZ1OC90, disposé centralement dans la région 84 et orienté de manière à mesurer le champ suivant l'axe principal 88. Un capteur magnétorésistif 90 est électriquement interconnecté au circuit de contrôle 16 par des fils 92. Des aimants permanents 94 et 96 sont disposés à l'intérieur de la région de détection 84 au voisinage des côtés du capteur magnétorésistif 90 et orientés de manière à établir une composante de polarisation de l'intensité du champ magnétique suivant un axe de polarisation décalé, perpendiculaire à l'axe principal 88 et indiqué par la flèche 98. Bien que l'on ait illustré deux aimants 94 et 96, on peut envisager d'en utiliser un nombre plus faible ou plus important. Les inventeurs ont cependant trouver qu'une paire d'aimants enjambant le capteur magnétorésistif 90 avec une orientation polaire renforcée procure des performances

satisfaisantes du capteur.

Par ailleurs, on peut également envisager d'autres moyens pour établir une composante de polarisation de l'intensité du champ magnétique suivant un axe de polarisation décalé perpendiculaire à l'axe principal, par exemple au moyen de bobinages électromagnétiques électriquement contrôlés, de concentrateurs de flux magnétique supplémentaires ou autres

composants semblables.

On donne au champ de polarisation un chemin de retour magnétique au moyen d'une mince couche de mumétal 100 dans la région 84 sous le capteur magnétorésistif 90 et les aimants 94 et 96. Les aimants 94 et 96 et le trajet de retour 100 se trouve à distance des parties polaires

supérieures 70 et 72.

Le capteur 10 décrit ci-dessus a été spécialement conçu

pour une application avec des courants de 100 A continus.

On comprendra cependant que l'on pourrait modifier les diverses relations géométriques entre les intervalles Gr, Gc et Gs ainsi que la place relative du capteur magnétorésistif et des aimants 94 et 96 par rapport au concentrateur de flux 14 en fonction de l'application particulière, de la sensibilité et de la plage de fonctionnement recherchées. Si l'on doit utiliser le capteur 10 dans un environnement avec des champs magnétiques élevés, on pourrait prévoir un blindage pour mettre pratiquement à l'abri le capteur 10 des champs magnétiques produits extérieurement. Dans un tel cas, on place un écran magnétique sur la surface supérieure des parties polaires supérieures 70 et 72 et on i'enroule vers le bas le long des montants 86 et 88 jusqu'à un point se trouvant au moins au-dessous de la surface inférieure du shunt 80. L'écran recouvre également la région de détection

84 et les composants qui s'y trouvent placés.

Bien que l'on puisse ajuster les dimensions des intervalles en fonction de l'application donnée, les inventeurs ont trouvé que la relation Gr < Gc < Gs apparaît convenable. Le circuit électronique monté sur la carte de circuit 18 est illustré schématiquement sur la figure 3. Ce circuit électronique consiste en une alimentation de puissance 310, un circuit détecteur 320, un circuit de sortie en boucle de courant 330, un circuit de sortie tension/fréquence 340 et

un circuit de sortie de micro-relais 350.

L'alimentation de puissance 310 reçoit l'énergie du secteur (ou l'énergie électrique provenant d'une autre source primaire d'énergie) et produit les tensions nécessaires au fonctionnement du reste du circuit illustré figure 3. L'alimentation de puissance 310 comporte une alimentation de puissance primaire 400 et une alimentation de puissance secondaire 420. L'alimentation.de puissance primaire 400 comprend la liaison de l'alimentation de puissance 310 à une ligne d'alimentation continue 401. Pour un véhicule ou un aéronef, ce serait typiquement une source en 28 V continus. La lampe de l'alimentation de puissance 402 est allumée lorsque l'appareil est alimenté. La diode Zener 403 et la résistance 404 forment un diviseur de tension permettant de limiter la tension délivrée à l'entrée du régulateur continu 407, en particulier en cas de surtension et de transitoires. La diode Zener 403 a une tension d'avalanche de 33 V dans le mode de réalisation préféré de la présente invention. La diode 405 isole ou découple l'entrée du régulateur des transitoires de tension à transition négative en entrée, et le condensateur 406 joue le rôle de source de tension de réserve pour le régulateur associé au cours de brefs intervalles o la tension d'entrée décline ou est interrompue. Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, le circuit régulateur d'alimentation de puissance est de préférence un LM7812. 'La sortie du régulateur d'alimentation de puissance 407 est soumise à un filtrage supplémentaire via un circuit de filtrage formé de la résistance 408 et des condensateurs 409 et 410. La partie d'alimentation de puissance primaire 400 fournit donc une tension de sortie positive V+ sur la borne 411 et une tension de sortie de masse sur la borne 412. Dans le mode de réalisation préféré de la-présente invention, la tension d'alimentation de puissance positive V+ est de 12 V. L'alimentation de puissance secondaire 420 permet d'avoir une masse virtuelle, ce qui permet à l'alimentation de puissance 310 de fournir, à partir d'une source de polarité unique (V+ et la masse), une alimentation bipolaire virtuelle (V+, la masse et- V-) aux amplificateur

opérationnels utilisés dans le circuit électronique 300.

L'amplificateur opérationnel 401 pilote un suiveur de tension formé des transistors 422 et 423. Une tension de polarisation, dérivée de l'alimentation de puissance V+ à la borne 411, est appliquée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 421. On obtient ceci par un circuit diviseur de tension comprenant les résistances 424,

425, 426 et 427, le condensateur 428 et la diode Zener 429.

La diode Zener 429 a de préférence une tension d'avalanche de 6,4 V de manière à mettre une tension de polarisation de 6 V sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur

opérationnel 421.

La résistance 430 assure la rétroaction de la borne de sortie 440 sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 421. Cette rétroaction a tendance à stabiliser la tension de sortie à la borne 440 à la tension de polarisation d'entrée appliquée sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 421, minimisant ainsi toute erreur sur la tension en 440 en raison de la présence de la

résistance 432 ou des effets des transistors 422 et 423.

Le suiveur de tension de sortie est formé par les transistors 422 et 423, les résistances 431 et 432, la diode Zener 433 et le condensateur 434. Les transistors 422 et 423 sont reliés ensemble suivant un montage en base commune et en émetteur commun totem pole. Le pilotage de la base de ces transistors provient de la sortie de l'amplificateur opérationnel 421. Ces deux transistors forment un suiveur de tension qui produit une sortie avec essentiellement la même tension qu'en entrée sur leurs bases, tout en permettant une plus grande possibilité de pilotage du courant. La diode Zener 433 et la résistance 432 assurent une protection contre les surtensions provenant de transitoires qui pourraient être induits en retour dans le circuit en provenance de conducteurs de grande longueur reliés au point 440 à la référence de masse. La diode Zener 433 a de préférence une tension d'avalanche de 20 V. Le condensateur

434 sert à assurer un lissage de la sortie.

La sortie sur la borne 444 est la masse virtuelle du système d'alimentation bipolaire. Plutôt que de fonctionner avec une véritable alimentation de puissance bipolaire, l'alimentation de puissance secondaire permet d'avoir une masse virtuelle pour une alimentation de puissance bipolaire virtuelle. Les entrées de puissance V+ des circuits à amplificateurs opérationnels sont reliés par la borne 411 à V+, les entrées de masse des circuits à amplificateurs opérationnels sont reliées par la borne 440 à la masse virtuelle, qui est de préférence fixée à 6 V ou à la moitié de la tension régulée d'alimentation, et les entrées V- des circuits à amplificateurs opérationnels sont reliées par la

borne 412 à la masse vraie.

Le circuit détecteur 320 est relié au capteur magnétorésistif 90 et produit en sortie un signal de tension correspondant à la résistance du capteur magnétorésistif. Le circuit détecteur 320 comporte une source de courant constant 510, un circuit amplificateur différentiel de

détection 520 et un circuit de pilotage de sortie 540.

La source de courant constant 510 délivre un courant constant entre les bornes opposées du capteur magnétorésistif 90. Le capteur magnétorésistif 90 se

présente sous la forme d'un pont résistif de Wheatstone.

Cette configuration permet d'avoir une plus grande sensibilité de mesure de la résistance variable en fonction du flux magnétique. La source de courant constant 510 délivre un courant constant entre les bornes 2 et 4 du capteur magnétorésistif 90. La tension entre les bornes 1 et 3 est mesurée par le circuit amplificateur différentiel de détection 520, qui délivre donc une mesure de la résistance du capteur magnétorésistif 90. Ceci permet d'avoir une

mesure du flux magnétique traversant le capteur.

La source de courant constant 510 comprend un amplificateur opérationnel 501 et une pluralité de résistances 502, 503, 504, 505 et 506. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 501 est reliée à la masse à la borne 507 via la résistance 502. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 501 est reliée à la masse virtuelle à la borne 508 via la résistance 503. La contre-réaction négative est obtenue par la résistance 504, tandis que la contre-réaction positive est obtenue par les résistances 505 et 506. Ce circuit forme une source de courant constant de Howland qui délivre un courant par le point commun des résistances 505 et 506. Les résistances 504

et 505 sont choisies de manière à avoir la même résistance.

En raison du gain élevé possible de l'amplificateur opérationnel 501, les tensions à l'entrée inverseuse et à

l'entrée non inverseuse doivent être pratiquement les mêmes.

Sinon, l'amplificateur opérationnel 501 produirait une tension de sortie très importante. La tension aux bornes de la résistance 504 doit donc être extrêmement proche de la tension aux bornes des deux résistances 505 et 506. La valeur de la résistance 506 détermine l'intensité du courant

délivré à partir du point commun des résistances 505 et 506.

Comme on l'expliquera plus loin, le courant délivré particulier est choisi de manière à compenser les variations de résistance du capteur magnétorésistif 90 en fonction de

la température.

Le circuit amplificateur différentiel de détection 520 comprend un amplificateur opérationnel 521. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 501 est reliée à la borne 1 du capteur magnétorésistif 90 via la résistance 522. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 521 est reliée à la borne 3 du capteur magnétorésistif 90 via la résistance 523. De préférence, les résistances 522 et 523 ont des valeurs identiques. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 521 est également reliée à un potentiomètre diviseur de tension 526. Le potentiomètre 526 est monté entre les bornes 2 et 4 du capteur magnétorésistif , recevant ainsi une fraction du courant en provenance de la source de courant 510. Le curseur du potentiomètre 526 est relié à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 521 via la résistance 527. Le potentiomètre 526 est ajusté de manière que la sortie du circuit amplificateur différentiel de détection 520 soit à zéro pour un courant

nul dans le conducteur 52.

Le circuit amplificateur différentiel de détection 520 comporte une combinaison d'une contre-réaction positive et d'une contre-réaction négative afin de permettre une large plage d'ajustement du gain par un contrôle unique. La contre-réaction négative de la sortie du l'amplificateur opérationnel 521 sur l'entrée inverseuse est obtenue par une paire de résistances identiques 524 et 525. La contre-réaction positive est obtenue par une paire de résistances 528 et 529 et un potentiomètre 530. Les résistances 528 et 529 ont des valeurs qui sont identiques à celles des résistances 524 et 525. Les résistances 528 et 529 sont montées en série entre l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 521 et la masse. Le potentiomètre 530 est monté entre le point commun des résistances 524 et 525 et le point commun des résistances 528 et 529. Le réglage du potentiomètre 530 contrôle l'importance de la contre-réaction positive appliquée à l'amplificateur opérationnel 521, et donc le gain de ce circuit. Le signal de sortie du circuit amplificateur

différentiel de détection 520 est délivré sur la borne 531.

Le circuit de pilotage de sortie 540 a été prévu pour augmenter les possibilités de pilotage en sortie du circuit de détection 320. Ce circuit est un suiveur de tension formé des transistors 542 et 543 et des résistances 541 et 542. Le signal de sortie est délivré sur la borne 546. La diode Zener 545, qui est montée entre la jonction commune d'émetteur des transistors 542 et 543 et la masse, a été ajoutée pour permettre une protection contre les surtensions provenant de transitoires induits sur des conducteurs de grande dimension qui pourraient être reliés au point de

sortie 546.

Comme mentionné précédemment, la valeur du courant délivré par la source de courant constant 510 est choisie pour permettre une compensation de la température. Le capteur magnétorésistif 90 possède une résistance à coefficient de température positif connu. Dans le cas d'une variation de température, la résistance du capteur magnétorésistif 90 change, la résistance augmentant pour une température croissante. Ceci fait varier les tensions mesurées aux bornes 1 et 3. La mesure est en outre compliquée par le fait que, en pratique, tous les capteurs utilisés en tant que capteur magnétorésistif 90 présentent de légers déséquilibres dus aux différences de valeur entre les quatre résistances du pont. Le potentiomètre 526 a été prévu pour permettre une annulation de la différence de tension due au déséquilibre des résistances lorsque aucun courant ne passe dans le conducteur 52. Ceci permet une calibration initiale, mais ne prend pas en compte les

variations en fonction de la température.

Le courant délivré par la source de courant constant 510 est choisi de manière que la différence de tension sur ses deux bornes soit relativement stable. Ceci est obtenu en ajustant le courant délivré de telle sorte que la variation de la tension différentielle entre les bornes 1 et 3 en fonction de la température soit égale et opposée à la variation de tension de la résistance totale du pont en fonction de la température et à la variation de la tension de décalage du pont en fonction de la température. Ce courant aura une valeur différente pour chaque type de capteur et devra donc être calculé pour chaque type de

capteur.

On peut obtenir une approximation de cette valeur de courant par une règle empirique. En première approximation, la valeur de la résistance 506 est ajustée à un pourcentage donné de la résistance individuelle des branches du pont de Wheatstone du capteur magnétorésistif 90. On notera, d'après

la description ci-dessus, que la valeur de la résistance 506

détermine le courant délivré par la source de courant constant 510. On a constaté que les variations de température dans le capteur magnétorésistif 90 sont pratiquement compensées si la valeur de la résistance 506 est de 28 % de la résistance individuelle des branches du pont de Wheatstone pour des capteurs dont la résistance de branche va jusqu'à environ 10 ka, et de 18 % de la résistance individuelle des branches pour des capteurs dont

la résistance de branche est supérieure à 10 kQ.

On peut utiliser trois circuits de sortie différents, seuls ou combinés demanière quelconque. Le circuit de sortie en boucle de courant 330 délivre un signal de courant proportionnel à la tension de sortie du circuit détecteur 320, et il sert à piloter des conducteurs de grande longueur allant jusqu'au circuit utilisateur. Le circuit de sortie tension/fréquence 340 délivre deux signaux de sortie qui ont une fréquence proportionnelle à la tension en sortie du circuit détecteur 320. Enfin, le circuit de sortie pour micro-relais 350 possède un niveau ajustable pour faire basculer un ou plusieurs micro-relais en fonction de la

tension de sortie du circuit détecteur.

Le circuit de sortie en boucle de courant 330 est une source de courant contrôlée. Ce circuit est tout à fait comparable au circuit à courant constant 510 qui fait partie du circuit détecteur 320. L'entrée, qui vient de la borne de sortie 546, est reliée à la borne d'entrée 601. Le signal de masse virtuelle venant de la borne 440 est appliqué à la borne d'entrée 602. Ces signaux déterminent, avec les résistances 611 et 612, le courant de sortie du circuit. On notera que l'amplificateur opérationnel 610 est rendu sehsible à la différence entre la sortie de la borne 546 du circuit de détection 320 et le signal de masse virtuelle de

la borne 440 de l'alimentation de puissance 310.

L'amplificateur opérationnel 610 est relié aux résistances 613, 614 et 619 pratiquement de la même manière que l'amplificateur opérationnel 501 et les résistances 504, 505 et 506 de la source de courant constant 510, le circuit suiveur de tension comprenant en outre les résistances 615 et 616 et les transistors 617 et 618. Ce circuit suiveur de tension permet d'avoir une aptitude au pilotage en courant plus importante qu'à partir du seul amplificateur opérationnel 610. Laediode Zener 621 assure une protection contre les surtensions. Le condensateur 622 assure le filtrage du signal de sortie. Le circuit de sortie en boucle de courant 330 produit un courant de sortie qui est proportionnel à la tension de sortie à la borne 546 du circuit de détection 320. Ce courant de sortie est donc

lui-même proportionnel au courant dans le conducteur 52.

L'utilisation d'un tel circuit de pilotage de courant est avantageux lorsque le signal de sortie doit être envoyé sur une ligne de transmission très longue jusqu'à l'appareil

utilisant ce signal.

Le circuit de sortie tension/fréquence 340 produit deux signaux de sortie dont la fréquence est proportionnelle au courant mesuré dans le conducteur 52. Un circuit amplificateur de gain unité formé de l'amplificateur opérationnel 710 et des résistances 711, 712, 713, 714 et 715 joue le rôle de tampon pour le signal d'entrée constitué par la différence de tension entre la sortie de la borne 546 du circuit de détection 320 appliqué sur la borne d'entrée 701 et le signal de masse virtuelle provenant de la borne 440 de l'alimentation de puissance 310 et appliqué sur la

borne d'entrée 702.

Un oscillateur commandé en tension 720 donne la référence de fréquence. Cet oscillateur commandé en tension 720 est de préférence un Exar XR2209. La fréquence de sortie est contrôlée par le condensateur 721 et par la tension appliquée à la borne d'entrée, tension aux bornes de la résistance 715. Cette fréquence est donnée par l'équation suivante: Fsortie = Fcentrale x [ (1+ (R1+R2) - Vsortie/Vmasse + 0, 6) x (R1/R2)] Fsortie étant la fréquence de sortie, Fcentrale valant 1 / (R1 x C), Ri étant la valeur de la résistance 715, R2 étant la valeur de la résistance 714, Vsortie étant la tension de sortie sur la borne 546 du circuit de détection 320 reçu sur la borne 701, Vmasse étant la tension de masse virtuelle sur la borne 440 de l'alimentation de puissance 310 reçue sur la borne 702 et C étant la capacité du condensateur 721. Un signal carré de sortie est produit sur la borne 7 et un signal triangulaire de sortie est produit sur la borne 8. Le signal carré de sortie sur la borne 7 de l'oscillateur commandé en tension 720 est appliqué à un circuit suiveur de tension comprenant les résistances 722 (qui relient cette sortie à la tension d'alimentation V+ sur la borne 725), 726 et 729, les transistors 727 et 728, la diode Zener 731 et le condensateur 732. Ce circuit est tout à fait comparable aux circuits suiveurs de tension précédemment décrits à propos des figures 4 et 6. Ce suiveur de tension produit le signal

carré de sortie sur la borne 730.

Le signal triangulaire de sortie sur la borne 8 de l'oscillateur contrôlé en tension 720 est appliqué à un circuit amplificateur tampon. Ce circuit amplificateur tampon comporte un amplificateur de gain unité et un suiveur de tension. L'amplificateur de gain unité comprend les résistances 742, 743 et 744 et l'amplificateur opérationnel 741. La sortie de l'amplificateur opérationnel pilote un suiveur de tension à l'intérieur de la boucle de rétroaction comprenant les résistances 745 et 748, les transistors 746 et 747, la diode Zener 751 et le condensateur 752. Ce circuit est semblable au circuit, illustré sur la figure 4, qui produit la tension de masse virtuelle. Cet amplificateur tampon produit le. signal triangulaire de sortie sur la borne 750. Le circuit de pilotage de micro-relais 810 illustré

figure 8 est formé de deux circuits identiques 810 et 840.

Chacun de ces circuits est relié de manière à recevoir le signal de sortie de la borne 346 (la sortie du circuit de détection) sur la borne 800. Pour simplifier, on ne décrira que le circuit 810. Bien que l'on ait représenté deux circuits, l'homme de l'art comprendra que l'on pourrait prévoir un nombre quelconque de circuits à relais, chacun

ayant son propre niveau de basculement.

Le circuit 810 fait basculer un relais 813 lorsque le niveau de tension à l'entrée 800 dépasse un niveau

prédéterminé. Un diviseur de tension formé des résistances-

802 et 804 et du potentiomètre 803 est utilisé pour ajuster le niveau de basculement. Le réglage du potentiomètre 803 ajuste la tension appliquée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 801 via la résistance 805. Le signal d'entrée sur la borne 800 est relié à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 801 via la résistance 806. Une contre-réaction positive est réalisée par la résistance 807. L'amplificateur opérationnel 801 est monté en comparateur. La sortie de l'amplificateur opérationnel est égale à la tension de la masse si la tension d'entrée est inférieure à la tension réglée par le potentiomètre 803. La sortie de l'amplificateur opérationnel est égale à la tension d'alimentation V+ si la tension d'entrée est supérieure à la tension réglée par le potentiomètre 803. La contre-réaction positive par la résistance 807 assure le verrouillage du circuit lorsque la tension d'entrée dépasse la tension réglée par le potentiomètre 803. La sortie de l'amplificateur opérationnel pilote la base du transistor 811 via les résistances 808 et 809. Lorsque la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel est V+, le transistor 811 est rendu passant, ce qui laisse passer dans l'enroulement 813 du relais un courant en provenance de l'alimentation de puissance B+ depuis la borne 825. Ceci provoque -la commutation des contacts du relais (non représentés). On a prévu une diode 812 pour absorber la pointe de tension inverse provenant du bobinage 813 du relais lorsque le transistor 811 est rendu

bloquant, ce qui protège ce transistor 811.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Un capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: - un concentrateur de flux magnétique (14) comportant une paire de structures polaires magnétiques (62, 64) disposées de manière à pratiquement entourer le conducteur électrique (52) et placées à distance l'une de l'autre de manière à former entre elles une région de détection magnétique (84), le courant électrique passant dans le conducteur électrique induisant proportionnellement au courant électrique, suivant un axe principal (88), un champ magnétique dans cette région de détection magnétique, - des moyens d'application d'un champ magnétique (94, 96), placés de manière à produire, suivant un axe (98) décalé par rapport à l'axe principal, une composante d'intensité du champ magnétique dans la région de détection magnétique, cette composante de champ magnétique suivant un axe décalé n'étant pratiquement pas affectée par le passage du courant électrique dans le conducteur électrique, - un composant magnétorésistif (90) placé dans la région de détection magnétique, présentant une résistance proportionnelle à la valeur du champ électrique suivant l'axe principal, une source de courant constant (510), reliée au composant magnétorésistif de manière à délivrer un courant constant prédéterminé à ce composant magnétorésistif, et - un circuit détecteur de tension (520), relié au composant magnétorésistif de manière & mesurer la résistance proportionnellement à la valeur du flux magnétique suivant l'axe principal en mesurant au moins une tension induite par le courant constant, et produisant un signal d'indication de courant représentatif du courant électrique passant dans le

conducteur électrique.

2. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication 1, dans lequel: - le composant magnétorésistif (90) est formé de quatre résistances magnétosensibles ayant des résistances élémentaires approximativement égales disposées en pont de Wheatstone avec une première (2,4) et une seconde (1,3) paire de bornes opposées, - la source de courant constant (510) est reliée au composant magnétorésistif de manière à délivrer le courant constant prédéterminé entre la première paire de bornes opposées (2,4), et - le circuit détecteur de tension (520) est relié au composant magnétorésistif de manière à mesurer la tension différentielle entre la seconde paire de bornes opposées

(1,3).

3. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication 2, dans lequel le courant constant prédéterminé de la source de courant constant est ajusté de telle sorte que la variation de la tension différentielle entre la seconde paire de bornes en fonction de la température soit égale et opposée à la variation de tension de la résistance totale du pont en fonction de la température et à la variation de la tension

de décalage du pont en fonction de la température.

4. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication 3, dans lequel la source de courant constant (510) est formée par un circuit Howland comprenant: - un amplificateur opérationnel (501) avec une borne d'entrée inverseuse, une borne d'entrée non inverseuse et une borne de sortie, - une première résistance (504) montée entre cette borne de sortie et cette borne d'entrée inverseuse, - une seconde résistance (505) dont la valeur est égale à celle de la première résistance, avec une première borne reliée à la borne d'entrée non inverseuse, et - une troisième résistance (506) montée entre la borne de sortie et la seconde borne de la seconde résistance, le courant constant prédéterminé de la source de courant constant étant délivré A partir du point commun de la seconde et de la troisième résistance, la valeur de la troisième résistance étant d'environ 28 % de la résistance élémentaire de chacune des quatre résistances magnétosensibles si cette résistance élémentaire est inférieure à 10 k2 et étant d'environ 18 % de cette résistance élémentaire si cette résistance d'élément dépasse kQ.

5. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication 2, dans lequel le circuit détecteur de tension (520) comporte: - un amplificateur opérationnel (521) avec une borne d'entrée inverseuse reliée à une première borne (1) de la seconde paire de bornes, une entrée non inverseuse reliée à une seconde borne (3) de la seconde paire de bornes et une borne de sortie, le signal sur la borne de sortie constituant ledit signal d'indication de courant, - un premier circuit diviseur de tension monté entre la borne d'entrée inverseuse et la borne de sortie, formé par deux premières résistances (524, 525) montées en série avec un premier noeud à leur point commun, chacune de ces premières résistances ayant une valeur prédéterminée, - un second circuit diviseur de tension monté entre la borne d'entrée non inverseuse et un potentiel de masse, formé par deux secondes résistances (528, 529) montées en série avec un second noeud à leur point commun, chacune de ces secondes résistances ayant ladite valeur de résistance prédéterminée, et - une résistance variable (530), montée entre le premier noeud et le second noeud, ayant une valeur de résistance variable permettant de contrôler le gain du circuit

détecteur de tension.

6. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication 5, dans lequel le circuit détecteur de tension (520) comporte en outre, relié à l'entrée non inverseuse, un circuit diviseur de tension ajustable par l'opérateur, ce circuit diviseur de tension ajustable par l'opérateur permettant la compensation des faibles variations des résistances magnétosensibles en permettant un réglage à zéro du signal indicateur de courant lorsqu'aucun courant électrique ne

passe dans le conducteur électrique.

7. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication 6, dans lequel le circuit diviseur de tension ajustable par l'opérateur est formé d'un potentiomètre (526) monté entre la première paire -de bornes (2,4) du capteur magnétorésistif, le curseur, ajustable par l'opérateur,

étant relié à la borne d'entrée non inverseuse.

8. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication 2, comprenant en outre un circuit de sortie en boucle de courant (330) relié au circuit détecteur de tension pour produire un signal de courant proportionnel au signal

indicateur de courant.

9. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication 2, comprenant en outre un circuit de sortie tension/fréquence (340) relié au circuit détecteur de tension pour produire un signal d'oscillation dont la fréquence est proportionnelle

au signal indicateur de courant.

10. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication 2, comprenant en outre au moins un circuit de sortie de pilotage de relais (350), chaque circuit de pilotage de relais étant relié au circuit détecteur de tension et comprenant: - un circuit diviseur de tension (802, 803, 804) réglable par l'opérateur pour produire une tension réglable par l'opérateur, - un relais avec un bobinage de relais (813) et au moins un contact de commutation de relais contrôlé par l'activation du bobinage de relais, et - un circuit comparateur (801) relié au circuit détecteur de tension, au diviseur de tension réglable par l'opérateur

et au relais, avec une première entrée reliée au diviseur de-

tension réglable par l'opérateur, une seconde entrée recevant le signal indicateur de courant et une sortie reliée à la bobine de relais, de manière à n'activer cette bobine de relais que lorsque le signal indicateur de courant

dépasse la tension réglable par l'opérateur.

11. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication , dans lequel les moyens d'application d'un champ

magnétique comprennent au moins un aimant permanent.

12. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication 11, dans lequel les aimants permanents comprennent un premier et un second aimant permanent (94, 96) disposés sur

des côtés opposés de la région de détection magnétique (84).

13. Le capteur de courant destiné à mesurer le courant passant dans un conducteur électrique de la revendication 2, dans lequel on délivre en sortie du circuit détecteur de tension un signal qui est l'image exacte de l'intensité, de la fréquence et du sens du courant passant dans le

conducteur électrique.