La présente invention concerne un dispositif capteur de courant électrique destiné à mesurer un courant relativement fort passant dans un conducteur et/ou à produire une image de ce courant. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif capteur de courant comportant au moins un circuit magnétique agencé de façon à pouvoir être couplé avec le conducteur primaire dans lequel passe le courant à détecter, le circuit magnétique présentant au moins un entrefer et au moins une bobine de mesure étant couplé avec ce circuit. Un dispositif détecteur de champ magnétique est disposé dans ledit entrefer.
Une source de courant et un circuit de commande correspondant ont des bornes d'entrée reliées audit dispositif détecteur de champ magnétique, un dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant est monté en série avec cette bobine de mesure et ledit circuit de commande comporte des bornes de sortie connectées audit montage en série.
Un but de la présente invention est de fournir un dispositif capteur du type décrit ci-dessus qui puisse être réalisé dans des dimensions réduites de manière à accroître le rapport entre le courant primaire maximal acceptable et le volume ainsi que le coût de fabrication du dispositif. Un autre but de l'invention est d'augmenter la précision du dispositif de mesure en réduisant les interactions entre différentes parties du dispositif.
Selon l'invention, la bobine de mesure, le dispositif détecteur de champ magnétique, le dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant et la source de courant susmentionnés sont connectés à un circuit imprimé réalisé sur une plaquette de circuit imprimé de telle façon qu'une première borne de sortie du circuit de commande, qui est connectée à la bobine de mesure, ainsi que les parties du circuit imprimé qui sont directement connectées à ladite première borne de sortie et sont donc au même potentiel que celle-ci, sont disposées dans une zone de la plaquette du circuit qui est sensiblement éloignée de la zone dans laquelle se trouvent lesdites bornes d'entrée du circuit de commande.
D'autre part, conformément à une forme d'exécution particulière de l'invention, la bobine de mesure, le dispositif détecteur de champ magnétique, le dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant et la source de courant susmentionnés sont connectés à un circuit imprimé réalisé sur une plaquette de circuit imprimé comportant une ouverture pour recevoir ledit conducteur primaire, cette ouverture étant munie sur au moins une face de la plaquette et sur la majeure partie mais pas sur la totalité de son périmètre, de parties conductrices à un potentiel constant.
Une autre forme d'exécution de l'invention consiste en un agencement dudit circuit imprimé de telle façon qu'il comporte des zones métallisées surdimensionnées, dans le plan de la plaquette, par rapport aux besoins de la conduction électrique de manière à améliorer la dissipation de chaleur.
Les caractéristiques et avantages du dispositif selon la présente invention ressortiront plus clairement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, d'une forme d'exécution préférée, illustrée dans le dessin annexé dans lequel
la figure 1 est un schéma du circuit électrique de base d'un dispositif capteur auquel s'applique l'invention,
la figure 1A est une vue, partiellement en coupe, du circuit magnétique d'un dispositif capteur selon la figure 1,
la figure 2 est une vue de l'une des faces d'une plaquette de circuit imprimé d'un dispositif selon l'invention, sur laquelle des parties seulement de la métallisation ont été représentées, et
la figure 3 est une vue de la face opposée de la plaquette selon la figure 2 sur laquelle également seulement certaines parties de l'ensemble de la métallisation ont été représentées.
Selon le schéma de la figure 1, un conducteur primaire 1 est couplé avec un circuit magnétique (non représenté à la figure 1), dans lequel il produit un champ magnétique H1. Ce circuit magnétique qui est représenté à la figure 1A, est formé par un ensemble 22 de tôles en forme de C, superposées, en un matériau magnétiquement perméable, et il est agencé de manière à permettre le passage du conducteur primaire 1 essentiellement en son centre. Il est couplé, par ailleurs, avec une bobine de mesure 2 qui, lors du fonctionnement, est alimenté en un courant de mesure produisant un champ magnétique H2 dans le sens opposé au champ H1. Le circuit magnétique présente un entrefer 23 dans lequel est logé un détecteur de champ magnétique 3, de préférence un dispositif à effet Hall, le signal de sortie duquel est appliqué à des bornes 14, 15 d'un circuit de commande.
Ce dernier comporte en particulier un amplificateur 4 et un circuit d'alimentation en courant de mesure 5 représenté par une paire de transistors 6, 7 connectés en série entre la borne positive 8 et la borne négative 9 d'une source de courant. La sortie de l'amplificateur 4 est connectée aux électrodes de commande des transistors 6, 7, dont les émetteurs sont connectés ensemble à une première borne E de la bobine de mesure 2. La deuxième borne M de cette bobine est connectée, par l'intermédiaire d'un dispositif de mesure du courant 10 et/ou une résistance de mesure 11 de faible valeur, à la masse du dispositif représentée par la borne O.
Lors du passage d'un courant primaire dans le conducteur 1, le détecteur à effet Hall 3 détecte la différence entre les champs H1 et H2 et fournit un signal de commande servant à l'asservissement du courant de mesure dans la bobine 2, de manière à ramener cette différence à zéro. Le courant mesuré entre les bornes M et O représente donc à chaque instant la valeur du courant primaire, fournissant ainsi une image de celui-ci.
Le terme mesurer utilisé ici, signifie généralement, dériver du courant à détecter une grandeur décrivant l'intensité de ce courant, en particulier l'intensité instantanée en fonction du temps, alors que produire une image est censé comprendre toutes les façons d'afficher ou de produire d'une autre manière une représentation des variations de courant dans le temps.
Le présent dispositif comporte une plaquette de circuit imprimé 12 représenté respectivement recto et verso aux figures 2 et 3. Cette plaquette de circuit imprimé comporte une ouverture centrale 13 à travers laquelle passe le conducteur primaire 1. Les métallisations formées sur chacune des deux faces de la plaquette de circuit imprimé sont seulement représentées en partie aux figures 2 et 3 et les composants montés sur la plaquette et d'autres parties du circuit connectées à celle-ci, à savoir la bobine de mesure 2, la source de courant électrique connectée aux bornes 8 et 9 et les dispositifs de mesure et/ou d'affichage de courant connectés à la borne M, ne sont pas représentés dans les figures 2 et 3.
La face de la plaquette de circuit imprimé représentée à la figure 2 montre en particulier l'emplacement de la borne E de la bobine de mesure 2 et l'emplacement des bornes d'entrée 14, 15 de l'amplificateur 4. Il s'est avéré que le présent agencement de ces bornes, selon lequel la borne E et les parties de connexion qui sont au même potentiel, sont sensiblement éloignées des bornes d'entrée de l'amplificateur 4, permet de réduire considérablement des perturbations du circuit de commande, en particulier en ce qui concerne les composantes à fréquence élevée.
Un autre agencement qui conduit à une amélioration sensible des performances du présent dispositif et qui permet de réaliser celui-ci sous une forme très compacte, est également montré dans les figures 2 et 3. Cet agencement consiste en des portions métallisées entourant la majeure partie de l'ouverture 13 sur au moins une face, et de préférence sur les deux faces de la plaquette de circuit imprimé. Ces portions comportent essentiellement les portions connectées à la borne 9 de la source de courant et qui sont donc maintenues à un potentiel constant. Ces portions qui ne forment pas une boucle entièrement fermée autour de l'ouverture 13, constituent un écran efficace vis-à-vis du rayonnement électro-magnétique émanant du conducteur primaire 1.
Ceci évite en particulier des perturbations dûes au courant dans le conducteur primaire 1, plus particulièrement lors de fortes variations de l'intensité du courant primaire.
Une autre caractéristique de la plaquette de circuit imprimé du présent dispositif est également montrée dans les figures 2 et 3 en rapport avec les parties de connexion métallisées du circuit imprimé. Ces métallisations comportent des zones étendues qui sont sensiblement surdimensionnées, dans le plan de la plaquette, par rapport aux besoins de la conduction électrique entre les différents points à connecter, l'agencement représenté permettant de réaliser une amélioration de la dissipation de chaleur de la plaquette 12. De telles portions étendues sont en particulier les zones 16 à 21 représentées dans les figures 2 et 3. Cette caractéristique contribue également à l'amélioration du fonctionnement du présent dispositif et permet de réduire la taille de celui-ci à un minimum essentiellement défini par les dimensions extérieures du circuit magnétique.
The present invention relates to an electric current sensor device for measuring a relatively strong current passing through a conductor and / or for producing an image of this current. More particularly, the invention relates to a current sensor device comprising at least one magnetic circuit arranged so as to be able to be coupled with the primary conductor through which the current to be detected passes, the magnetic circuit having at least one air gap and at least one coil. being coupled with this circuit. A magnetic field detector device is arranged in said air gap.
A current source and a corresponding control circuit have input terminals connected to said magnetic field detector device, a current measurement and / or display device is connected in series with this measuring coil and said control circuit. includes output terminals connected to said series connection.
An object of the present invention is to provide a sensor device of the type described above which can be produced in reduced dimensions so as to increase the ratio between the maximum acceptable primary current and the volume as well as the manufacturing cost of the device. Another object of the invention is to increase the precision of the measuring device by reducing the interactions between different parts of the device.
According to the invention, the measuring coil, the magnetic field detector device, the device for measuring and / or displaying the current and the aforementioned current source are connected to a printed circuit produced on a printed circuit board of such so that a first output terminal of the control circuit, which is connected to the measuring coil, as well as the parts of the printed circuit which are directly connected to said first output terminal and are therefore at the same potential as the latter, are arranged in an area of the circuit board which is substantially distant from the area in which are located said input terminals of the control circuit.
On the other hand, in accordance with a particular embodiment of the invention, the measuring coil, the magnetic field detector device, the device for measuring and / or displaying the current and the aforementioned current source are connected. to a printed circuit produced on a printed circuit board comprising an opening for receiving said primary conductor, this opening being provided on at least one face of the board and on most, but not all of its perimeter, of conducting parts with constant potential.
Another embodiment of the invention consists of an arrangement of said printed circuit in such a way that it includes oversized metallized zones, in the plane of the wafer, relative to the needs of electrical conduction so as to improve dissipation heat.
The characteristics and advantages of the device according to the present invention will emerge more clearly from the following description, given by way of example, of a preferred embodiment, illustrated in the appended drawing in which
FIG. 1 is a diagram of the basic electrical circuit of a sensor device to which the invention applies,
FIG. 1A is a view, partially in section, of the magnetic circuit of a sensor device according to FIG. 1,
FIG. 2 is a view of one of the faces of a printed circuit board of a device according to the invention, on which only parts of the metallization have been shown, and
Figure 3 is a view of the opposite face of the wafer according to Figure 2 in which also only certain parts of the entire metallization have been shown.
According to the diagram in Figure 1, a primary conductor 1 is coupled with a magnetic circuit (not shown in Figure 1), in which it produces a magnetic field H1. This magnetic circuit which is represented in FIG. 1A, is formed by a set 22 of C-shaped sheets, superimposed, of a magnetically permeable material, and it is arranged so as to allow the passage of the primary conductor 1 essentially in its center . It is also coupled with a measuring coil 2 which, during operation, is supplied with a measuring current producing a magnetic field H2 in the opposite direction to the field H1. The magnetic circuit has an air gap 23 in which is housed a magnetic field detector 3, preferably a Hall effect device, the output signal of which is applied to terminals 14, 15 of a control circuit.
The latter comprises in particular an amplifier 4 and a measurement current supply circuit 5 represented by a pair of transistors 6, 7 connected in series between the positive terminal 8 and the negative terminal 9 of a current source. The output of the amplifier 4 is connected to the control electrodes of the transistors 6, 7, the emitters of which are connected together to a first terminal E of the measurement coil 2. The second terminal M of this coil is connected, by the through a device for measuring current 10 and / or a measuring resistance 11 of low value, to the mass of the device represented by terminal O.
When a primary current flows through the conductor 1, the Hall effect detector 3 detects the difference between the fields H1 and H2 and provides a control signal used to control the measurement current in the coil 2, so to bring this difference to zero. The current measured between terminals M and O therefore represents at all times the value of the primary current, thus providing an image of it.
The term measure used here, generally means, to derive from the current to detect a quantity describing the intensity of this current, in particular the instantaneous intensity as a function of time, while producing an image is supposed to include all the ways of displaying or to produce in another way a representation of the variations of current over time.
The present device comprises a printed circuit board 12 shown respectively front and back in FIGS. 2 and 3. This printed circuit board has a central opening 13 through which the primary conductor 1 passes. The metallizations formed on each of the two faces of the printed circuit board are only partially shown in Figures 2 and 3 and the components mounted on the board and other parts of the circuit connected to it, namely the measuring coil 2, the electric current source connected to the terminals 8 and 9 and the current measurement and / or display devices connected to the terminal M, are not shown in FIGS. 2 and 3.
The face of the printed circuit board shown in FIG. 2 shows in particular the location of the terminal E of the measuring coil 2 and the location of the input terminals 14, 15 of the amplifier 4. It is is found that the present arrangement of these terminals, according to which the terminal E and the connection parts which are at the same potential, are substantially distant from the input terminals of the amplifier 4, makes it possible to considerably reduce disturbances of the control circuit , in particular with regard to high frequency components.
Another arrangement which leads to a significant improvement in the performance of the present device and which makes it possible to produce it in a very compact form, is also shown in FIGS. 2 and 3. This arrangement consists of metallized portions surrounding the major part of the opening 13 on at least one side, and preferably on both sides of the printed circuit board. These portions essentially comprise the portions connected to terminal 9 of the current source and which are therefore maintained at a constant potential. These portions which do not form a fully closed loop around the opening 13, constitute an effective screen with respect to the electromagnetic radiation emanating from the primary conductor 1.
This in particular avoids disturbances due to the current in the primary conductor 1, more particularly during large variations in the intensity of the primary current.
Another characteristic of the printed circuit board of the present device is also shown in FIGS. 2 and 3 in relation to the metallized connection parts of the printed circuit. These metallizations include large areas which are substantially oversized, in the plane of the wafer, relative to the needs of the electrical conduction between the different points to be connected, the arrangement shown making it possible to improve the heat dissipation of the wafer 12. Such extended portions are in particular the zones 16 to 21 shown in FIGS. 2 and 3. This characteristic also contributes to improving the operation of the present device and makes it possible to reduce the size of the latter to an essentially defined minimum. by the external dimensions of the magnetic circuit.