Les exigences en matière de haute fréquence et la nécessité d'une taille minimale impliquent que les convertisseurs de puissance doivent intégrer des composants passifs plus petits afin de réduire leur taille et leur poids. L'abandon progressif du silicium pur au profit des MOSFET en carbure de silicium (SiC) haute fréquence dans les circuits de puissance pulsés haute tension a permis de réduire l'encombrement et les coûts, tout en améliorant l'efficacité et les performances.
Grâce à leur vitesse de commutation plus rapide, les dispositifs à base de SiC peuvent fonctionner à des fréquences avec des bandes passantes bien supérieures à 100 kHz. Ceci a ouvert la voie à leur utilisation dans des applications telles que les alimentations sans interruption (ASI), les onduleurs solaires, les variateurs de vitesse et les servomoteurs, la correction du facteur de puissance et les machines à souder à commande numérique.
Cependant, un compromis a toujours existé entre performances et temps de réponse, et les utilisateurs de divers secteurs d'activité se sont efforcés de trouver une solution répondant à leurs exigences toujours plus élevées. Bien que les transducteurs classiques en versions à boucle ouverte et à boucle fermée atteignent des réponses jusqu'à 300 kHz, sur le marché actuel, ils ne sont toujours pas suffisants pour les besoins de détection d'une large bande passante en raison de l'adoption des IGBT en SiC (transistors bipolaires à grille isolée).

Bande passante supérieure à 1 MHz :
Un client du secteur du soudage a contacté LEM, leader du marché des solutions innovantes et performantes de mesure des paramètres électriques, car les temps de réponse et les réponses en fréquence de ses convertisseurs de puissance existants étaient insuffisants. En réponse, LEM a développé un transducteur hybride surpassant largement les performances de tous les autres produits du marché.
Ce dispositif hybride combine un circuit intégré spécifique (ASIC) et un transducteur à courant continu doté d'une bobine inductive pure pour accélérer le signal. Grâce à la bobine de détection intégrée à l'ASIC de LEM, le transducteur se comporte comme un transformateur de courant. Si les transducteurs à courant alternatif existants, basés sur une bobine pure, peuvent atteindre des performances supérieures, aucun transducteur à courant continu intégrant une technologie en boucle ouverte et une bobine de détection n'était capable de fonctionner avec des bandes passantes supérieures à 1 MHz – jusqu'à présent.
La solution de LEM – la gamme HOB, composée d'une vingtaine de capteurs de courant multi-gammes basse consommation capables de mesurer des courants alternatifs, continus ou impulsionnels jusqu'à 250 A – a été développée pour répondre aux exigences de détection à large bande passante lors de l'utilisation de MOSFET SiC à commutation rapide dans des circuits de puissance pulsés haute tension où la rapidité et la flexibilité des impulsions haute tension sont essentielles. Le client recherchait spécifiquement une solution performante offrant des temps de réponse rapides et une bande passante accrue, le tout dans un format compact.

Une technologie de semi-conducteurs totalement différente :
alors qu’un capteur en boucle fermée représentait généralement une option onéreuse pour toute industrie souhaitant atteindre ces objectifs, LEM prévoit que son transducteur hybride séduira bientôt divers marchés désireux d’adopter tout type de convertisseur à découpage basé sur des modules de puissance SiC et GaN (nitrure de gallium) à large bande passante. La tendance croissante vers les convertisseurs à découpage est motivée par le besoin de dispositifs et d’équipements aussi compacts que possible et présentant un meilleur rapport puissance/poids.
Grâce à ce que LEM appelle « une technologie de semi-conducteurs totalement différente », les transistors SiC ou GaN à très haute vitesse garantissent non seulement des temps de commutation plus rapides, mais peuvent également fonctionner à des fréquences plus élevées et supporter des tensions plus importantes. L’entreprise prévoit que cette technologie de transistors deviendra la norme d’ici cinq ans.
Cependant, dans la famille HOB, le temps de réponse – le délai entre le courant primaire et la sortie du transducteur – est bien plus important que la bande passante et la fréquence. Ce facteur a été essentiel pour le client de LEM, qui a compris que les transistors commutant à des vitesses toujours plus élevées doivent disposer d'un transducteur de courant capable de suivre le di/dt (le taux de variation du courant) aussi fidèlement que possible.

Temps de réponse à partir de 100 ns.
Traditionnellement, alors que le di/dt pouvait atteindre 500 A par microseconde (voire 1 kA/µs) avec cette technologie, le temps de réponse des autres transducteurs était d'environ 1,5 microseconde. LEM s'est engagé à fournir à ses clients un temps de réponse jusqu'à 200 nanosecondes. Non seulement cet objectif a été atteint, mais il a été amélioré grâce à la nouvelle gamme HOB et sa bobine de détection, qui offre un temps de réponse de 150 ns (10 fois plus rapide que toute autre solution sur le marché). Dans certains cas, le temps de réponse a même atteint 100 ns.
Les modèles de la gamme HOB offrent des courants nominaux de 50 A, 75 A, 100 A et 130 A, tandis que les courants de puissance crête (Ipm) sont 2,5 fois supérieurs. Les modèles spéciaux (SP) de la gamme sont conçus sur mesure pour répondre aux exigences spécifiques des utilisateurs, mais tous présentent une fréquence de coupure (à -3 dB) supérieure à 1 MHz. La gamme standard de transducteurs HOB utilise une alimentation de 5 V (avec une tension de référence de 2,5 V), tandis que d'autres modèles fonctionnent avec des alimentations de 3,3 V, 3,4 V et 3,5 V. Tous les modèles peuvent fonctionner à des températures allant de -40 °C à +105 °C.
Parmi les autres caractéristiques qui distinguent le capteur HOB de ses concurrents, on peut citer l'isolation galvanique entre les circuits primaire et secondaire, une barre omnibus intégrée et une conception innovante et compacte grâce au montage traversant (THT) sur le circuit imprimé.

L'avenir de la technologie hybride :
Le transducteur hybride, occupant les mêmes dimensions que les transducteurs existants, repose sur une technologie que LEM a déjà fournie avec succès à l'industrie automobile. Grâce à sa taille réduite et à ses performances supérieures, LEM prévoit que cette technologie s'étendra à d'autres domaines à mesure que les coûts de fabrication des transistors diminueront, que l'automatisation augmentera et que la production progressera.
L'avenir de cette nouvelle technologie hybride est prometteur, le marché étant en pleine croissance pour les applications exigeant un coût très faible, d'excellentes performances et un temps de réponse rapide. Parmi les applications extrêmement exigeantes parfaitement adaptées au nouveau dispositif de LEM figurent les découpeurs plasma portables, les postes à souder et les convertisseurs CC/CC, ainsi que le marché des onduleurs (UPS), les alimentations à découpage, les variateurs de vitesse pour moteurs CA et servo, et les convertisseurs statiques pour moteurs CC.
LEM reçoit déjà des demandes de clients pour un transducteur monté sur circuit imprimé offrant des intensités nominales de 300 A, 600 A et plus. Bien qu'il soit difficile de prédire avec exactitude l'évolution de la demande, LEM est en mesure de fournir un capteur de courant multi-gamme en boucle ouverte à un large éventail de marchés. Ce capteur offre des temps de réponse et une bande passante sans précédent, ainsi qu'une fiabilité, une faible consommation d'énergie, un faible bruit et une meilleure immunité aux variations de tension (dv/dt) (accélération) auxquelles les modules de puissance en SiC peuvent être soumis.
 
LEM – Life Energy Motion.
LEM, entreprise leader dans le domaine des mesures électriques, développe des solutions énergétiques et de mobilité de pointe afin de garantir l'optimisation, la fiabilité et la sécurité des systèmes de ses clients. Notre équipe de 1 500 personnes, répartie dans plus de 15 pays, transforme le potentiel technologique en solutions performantes. LEM recrute et emploie les meilleurs talents au monde, à la pointe des grandes tendances telles que les énergies renouvelables, la mobilité, l'automatisation et la numérisation.
Grâce à ses solutions électriques innovantes, LEM accompagne ses clients et la société dans l'accélération de la transition vers un avenir durable. LEM est cotée à la Bourse suisse (SIX Swiss Exchange) depuis 1986 sous le symbole LEHN.
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