FR2712093A1

FR2712093A1 - Capteur de courant électrique bi-directionnel alimenté par une source unipolaire.

Info

Publication number: FR2712093A1
Application number: FR9412475A
Authority: FR
Inventors: Etter Marcel
Original assignee: LEM SA
Current assignee: LEM SA
Priority date: 1993-11-02
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 1995-05-12
Anticipated expiration: 2014-10-19
Also published as: FR2712093B1; CH689465A5; WO1995012819A1; US5585715A

Abstract

Un capteur du type comportant un circuit magnétique couplé avec le conducteur, parcouru avec le courant à mesurer et présentant un entrefer dans lequel est disposée une cellule de Hall (3) et couplé avec une bobine de compensation (5) alimenté, ainsi que la cellule de Hall, par une source de courant unipolaire (V+ , masse) comporte un circuit d'alimentation en pont à quatre branches dans lequel la bobine (5) est connectée pour former une diagonale. La source de courant et une résistance de mesure (R) sont montées en série avec ce circuit en pont. Les éléments à conduction variable (8, 9, 15, 16) sont montés dans les quatre branches du pont et sont commandés de façon à faire circuler un courant de compensation dans la bobine (5), dans un sens ou dans l'autre, en fonction du sens du flux résiduel indiqué par la cellule de Hall (3), à travers deux branches opposées respectives du circuit en pont, les deux autres branches opposées étant non-conductrices.

Description

La présente invention concerne un dispositif capteur de courant électrique pour la mesure du courant circulant dans un conducteur primaire comportant au moins un circuit magnétique agencé pour pouvoir être couplé avec le conducteur primaire, ce circuit présentant un entrefer dans lequel est disposée une cellule de Hall fournissant un signal fonction du champ magnétique dans l'entrefer, au moins une bobine électrique étant couplée avec le circuit magnétique, la cellule de Hall et ladite bobine faisant partie d'un circuit électrique de mesure alimenté par une source de courant, ce circuit de mesure comportant au moins un circuit d'alimentation de la bobine pour y faire circuler un courant de compensation, et un circuit de commande pour la commande de ce circuit d'alimentation en fonction du signal de la cellule de Hall, de façon à tendre à annuler le champ magnétique dans l'entrefer du circuit magnétique, ce champ résultant de l'effet du courant à mesurer et du courant de compensation circulant dans la bobine, et des moyens pour mesurer ledit courant de compensation.

L'invention vise à fournir un dispositif capteur de courant de ce type qui permette la mesure d'un courant bi-directionnel, tout en étant alimenté par une source de courant unipolaire. Une telle exigence existe notamment dans une voiture électrique dans laquelle une seule batterie, par exemple de 12 volt, alimente les dispositifs auxiliaires et les phares.

Le dispositif capteur selon l'invention est caractérisé en ce que le circuit d'alimentation de la bobine est réalisé sous forme d'un circuit en pont à quatre branches dans lequel la bobine est connectée de façon à former une diagonale, la source de courant et une résistance de mesure étant montées en série entre un point de connexion commun de deux premières branches du pont connectées par ailleurs à des bornes respectives de la bobine, et les extrémités des deux autres branches du pont, des éléments commandés à conduction variable étant montés, respectivement, dans les quatre branches du pont, ledit circuit de commande du circuit d'alimentation de la bobine étant agencé pour commander lesdits éléments à conduction variable, de façon à faire circuler le courant de compensation dans la bobine, dans un sens ou dans l'autre en fonction du sens du flux résiduel indiqué par la cellule de
Hall, par deux branches opposées respectives du circuit en pont, les deux autres branches opposées étant non-conductrices.

Les revendications 2 à 10 décrivent des formes d'exécution préférentielles d'un tel dispositif.

D'autres particularités et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation illustré par le dessin annexé, dans lequel:
La Fig. 1 est un schéma électrique du circuit de mesure d'un dispositif capteur selon l'invention et,
La Fig. 2 est un schéma partiel illustrant une variante du circuit de la Fig. 1.

Le présent dispositif capteur de courant travaille selon le principe de compensation, tel qu'il est décrit, par exemple, dans le brevet suisse No 677034 dont le contenu est censé faire part de la présente description. Ce type de capteur peut en effet être conçu de façon à obtenir les précisions exigées dans certaines applications telles que celle de la mesure des courants de charge et de décharge de batteries, en particulier en vue de calculer leur état de charge.

Dans l'exemple de la Fig. 1, une cellule de Hall 3 est alimentée par l'intermédiaire de résistances 1 et 2, à partir d'une batterie dont les pôles sont indiqués par V+ et O pour la masse. Le signal fourni par cette cellule de Hall, fonction du flux résiduel dans le circuit magnétique du capteur, est appliqué aux bornes d'entrée plus et moins (+, -) d'un amplificateur 7. Un potentiomètre 4 permet de compenser, de manière connue, les tensions d'offset du générateur de Hall et de l'entrée de l'amplificateur 7.

A cette occasion, il est à noter que, selon une autre forme d'exécution du circuit de mesure, I'alimentation de la cellule de
Hall peut être inversée lorsque le courant mesuré change de sens.

Ceci nécessite toutefois, dans la pratique, des éléments à très faible tension d'offset compatibles avec les exigences de précision du dispositif.

Une bobine de compensation 5, couplée avec le circuit magnétique du capteur, est alimentée à partir de la même batterie par l'intermédiaire d'un circuit en pont, dont les quatre branches comprennent des éléments commandés à conduction variable, par exemple, des transistors MOS, désignés, respectivement, par 8, 9, 15 et 16, la bobine 5 formant, entre les bornes 28 et 29, une diagonale de ce circuit en pont. Une résistance de mesure R est connectée en série avec la batterie d'alimentation entre le point de connexion commun V+ des chemins de conduction des transistors 8, 9 et la masse O.

Le signal apparaissant à la sortie de l'amplificateur 7 est appliqué, d'une part, par l'intermédiaire d'un transistor amplificateur 10 à la grille du transistor 9 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance 14, à l'émetteur d'un transistor 13 qui commande la grille du transistor MOS 8. L'émetteur du transistor 10 et la base du transistor 13 sont reliés au point intermédiaire d'un diviseur de tension 11, 12 qui détermine une tension de référence. Ainsi, selon la grandeur du signal fourni par l'amplificateur 7 par rapport à cette tension de référence, c'est l'un ou l'autre des transistors
MOS 9 et 8 qui sera rendu conducteur en fonction de la valeur absolue de la différence entre la grandeur du signal de sortie 7 et la tension de référence. En l'occurrence, le transistor 9 sera conducteur pour des valeurs du signal de sortie de l'amplificateur 7 plus grandes que la tension de référence et le transistor MOS 8 pour des valeurs plus petites que cette tension de référence.

Le signal de l'amplificateur 7 est, en outre, appliqué à un circuit comparateur 17, 18, dont l'autre entrée est reliée au point intermédiaire du diviseur de tension 11, 12 déterminant la tension de référence. Dans l'exemple de la Fig. 1, deux comparateurs 17 et 18 sont montés en parallèle avec inversion de leurs entrées respectives, et leurs sorties sont connectées, respectivement, aux grilles des transistors MOS 15 et 16, polarisés par l'intermédiaire de résistances 19 et 20, de façon à être totalement bloqués ou conducteurs selon l'état des sorties des comparateurs 17 et 18.

Ainsi, lorsque la tension de sortie de l'amplificateur 7 est plus positive que la tension de référence, le transistor MOS 16 sera rendu conducteur et la bobine 5 sera parcourue par un courant dans le sens plus, moins (+, -), indiqué sur la Fig. 1, ce courant étant fourni par l'intermédiaire du transistor 9 en fonction de la grandeur du signal de sortie de l'amplificateur 7. Lorsque ce signal devient inférieur à la tension de référence, c'est en revanche par l'intermédiaire des transistors 8 et 15 qu'un courant de compensation inverse passera dans la bobine 5, c'est-à-dire dans le sens moins, plus (-, +) de la Fig. 1. Dans les deux cas, le courant de compensation, c'est-à-dire le courant proportionnel au courant à mesurer, procure à la borne M de la résistance R une tension de mesure positive. La sortie du comparateur 18 fournira, à la borne S, un signal logique indiquant le sens du courant mesuré.

Selon une forme d'exécution alternative, illustrée à la Fig. 2, chacun des circuits formés, respectivement, par deux branches opposées du circuit en pont, entre lesquelles est connectée la bobine 5, c'est-à-dire 9, 5, 16 et 8, 5, 15, peut être connecté séparément à des résistances de mesure respectives R1 et R2, de valeurs identiques, de sorte que selon le sens du courant primaire mesuré, une tension de mesure correspondante apparaît sur la borne respective M1 ou M2 de l'une ou l'autre de ces résistances de mesure. Ces signaux peuvent être directement utilisés par des microprocesseurs tels qu'ils sont souvent utilisés pour traiter les courants fournis par le présent dispositif.

Pour stabiliser la boucle d'asservissement du courant de compensation dans le présent dispositif, une contre-réaction de la tension d'alimentation de la bobine sur l'entrée moins (-) de l'amplificateur 7 est prévue conformément au schéma de la Fig. 1.

En ce qui concerne la borne 28 de la bobine 5 reliée au transistor 9, un circuit RC 21, 22 est branché directement à l'entrée moins (-) de l'amplificateur 7. Pour le courant de compensation inverse, fourni par l'intermédiaire du transistor 8, le sens des variations est inversé et, par conséquent, un amplificateur inverseur 25 est prévu en plus d'un circuit RC 23, 24, identique au circuit 21, 22. Ce circuit RC est connecté à l'entrée moins (-) de l'amplificateur 25, dont l'entrée plus (+) est reliée à l'entrée plus (+) de l'amplificateur 7. Deux résistances de valeur identique 26 et 27 sont branchées, respectivement, entre la sortie de l'amplificateur 25 et son entrée moins (-), et entre cette sortie et l'entrée moins (-) de l'amplificateur 7. Ainsi, deux sources de courant de contre-réaction sont branchées directement et en permanence à l'entrée moins (-) de l'amplificateur 7. Les deux courants étant de phases opposées, le courant de contre-réaction résultant tient finalement compte de la tension aux bornes de la bobine seule, indépendamment de la valeur de la résistance de mesure R. On obtient ainsi une excellente stabilité du circuit, sans avoir besoin d'une commutation pour brancher l'un ou l'autre des circuits de contre-réaction en fonction du sens du courant de compensation.

La Fig. 2 illustre, outre l'utilisation de deux résistances de mesure séparées, I'utilisation de transistors bi-polaires à la place des transistors MOS 15 et 16 de la Fig. 1. Dans ce cas, les bases des transistors 15' et 16' sont mises au potentiel de leur collecteur respectif par la fermeture de contacts analogiques 35, 36 commandés par les comparateurs 17 et 18. Le reste du schéma, analogue à celui de la Fig. 1, n'a pas été reproduit dans la Fig. 2.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif capteur de courant électrique pour la mesure du courant circulant dans un conducteur primaire comportant au moins un circuit magnétique agencé pour pouvoir être couplé avec le conducteur primaire, ce circuit présentant un entrefer dans lequel est disposée une cellule de Hall (3) fournissant un signal fonction du champ magnétique dans l'entrefer, au moins une bobine électrique (5) étant couplée avec le circuit magnétique, la cellule de Hall et ladite bobine faisant partie d'un circuit électrique de mesure alimenté par une source de courant, ce circuit de mesure comportant au moins un circuit d'alimentation de la bobine pour y faire circuler un courant de compensation, et un circuit de commande pour la commande de ce circuit d'alimentation en fonction du signal de la cellule de Hall, de façon à tendre à annuler le champ magnétique dans l'entrefer du circuit magnétique, ce champ résultant de l'effet du courant à mesurer et du courant de compensation circulant dans la bobine (5), et des moyens (R) pour mesurer ledit courant de compensation, caractérisé en ce que, la source de courant étant unipolaire par rapport à la masse, le circuit d'alimentation de la bobine est réalisé sous forme d'un circuit en pont à quatre branches dans lequel la bobine (5) est connectée de façon à former une diagonale, la source de courant et une résistance de mesure (R) étant montées en série entre un point de connexion commun (V+) de deux premières branches du pont connectées par ailleurs à des bornes respectives (28, 29) de la bobine (5), et les extrémités des deux autres branches du pont, des éléments commandés à conduction variable (8, 9, 15, 16) étant montés, respectivement, dans les quatre branches du pont, ledit circuit de commande du circuit d'alimentation de la bobine étant agencé pour commander lesdits éléments à conduction variable (8, 9, 15, 16), de façon à faire circuler le courant de compensation dans la bobine (5), dans un sens ou dans l'autre, en fonction du sens du flux résiduel indiqué par la cellule de Hall (3), à travers deux branches opposées respectives du circuit en pont, les deux autres branches opposées étant non-conductrices.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments à conduction variable sont des transistors (8, 9, 15, 16) dont les chemins de conduction forment les branches du circuit en pont et dont les électrodes de commande sont commandées à partir du signal de la cellule de Hall (3), de façon que l'un des transistors (8 ou 9) dans deux branches opposées du pont soit plus ou moins conducteur en fonction de la grandeur de ce signal, que l'autre de ces transistors (15 ou 16) soit conducteur en offrant une résistance minimale, et que les deux autres transistors du pont soient bloqués.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux transistors (8, 9) du pont dont l'un à la fois est plus ou moins conducteur, sont reliés, directement ou par l'intermédiaire d'une résistance de mesure (R), à la même borne (V+ ou O) de ladite source de courant.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit circuit de commande comporte un amplificateur (7) à deux entrées connectées aux bornes de sortie de la cellule de Hall (3), la sortie de cet amplificateur étant connectée, d'une part, pour commander un premier (9) ou un second (8) desdits transistors reliés à la même borne de la source de courant, selon que la tension de sortie de l'amplificateur (7) est supérieure ou inférieure à une tension de référence et, d'autre part, pour commander les transistors (16, 15) connectés dans les branches opposées du pont, pour respectivement rendre conducteur ou bloquer l'un ou l'autre de ces derniers transistors, selon que la tension de sortie de l'amplificateur (7) est supérieure ou inférieure à ladite tension de référence.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la sortie de l'amplificateur (7) du signal de la cellule de Hall est connectée à la base d'un premier transistor de commande (10) dont les deux autres électrodes sont connectées, respectivement, au point intermédiaire d'un diviseur de tension (11, 12) déterminant ladite tension de référence, et à l'électrode de commande dudit premier transistor (9) du pont, la sortie dudit amplificateur (7) étant connectée, en outre, par l'intermédiaire d'une résistance (14), à une électrode du chemin de conduction d'un second transistor de commande (13), dont l'électrode de commande est reliée audit point intermédiaire du diviseur de tension (11, 12) et dont l'autre électrode du chemin de conduction est connectée à l'électrode de commande dudit second transistor (18) du pont.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la sortie de l'amplificateur (7) du signal de la cellule de Hall est connectée à une première entrée d'un circuit comparateur (17, 18) dont la seconde entrée est connectée audit point intermédiaire du diviseur de tension (11, 12), et que les sorties de ce circuit comparateur sont connectées pour commander lesdits transistors (15, 16) des branches opposées à celles desdits premier et second transistors (8, 9) du pont, de manière à les rendre, respectivement, conducteur ou bloqué selon les signaux fournis par ledit circuit comparateur (17, 18).
7. Dispositif selon les revendications 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que les bornes (28, 29) de la bobine (5) sont connectées, par l'intermédiaire d'un circuit de contre-réaction respectif (21, 22; 23-27), à une entrée de l'amplificateur (7) du signal de la cellule de Hall, I'un de ces circuits de contre-réaction comportant un inverseur (25), de sorte que les signaux de contre-réaction obtenus sont adaptés à la polarité du courant dans la bobine.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments commandés à conduction variable du circuit d'alimentation de la bobine sont, au moins en partie, des transistors MOS.
9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'un des signaux fournis par ledit circuit comparateur (en S) est appliqué au circuit de mesure pour indiquer le sens du courant mesuré.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque circuit formé, respectivement, par deux branches opposées du circuit en pont entre lesquelles est connectée ladite bobine, est connecté à une résistance de mesure respective (R1; R2), de façon à fournir un signal de mesure séparé pour l'un et l'autre des sens du courant mesuré.