A necessidade de alta frequência e o menor tamanho possível exigem que os conversores de potência incorporem componentes passivos mais pequenos para oferecer vantagens em termos de redução de tamanho e peso. A tendência para a substituição do silício puro por MOSFETs de carboneto de silício (SiC) de alta frequência em circuitos de potência pulsada de alta tensão reduziu o espaço e os custos necessários, ao mesmo tempo que aumentou a eficiência e melhorou o desempenho.
Graças às suas velocidades de comutação mais rápidas, os dispositivos baseados em SiC podem operar a frequências com larguras de banda bem acima dos 100 kHz. Isto abriu possibilidades para a sua utilização em aplicações como sistemas de alimentação ininterrupta (UPS), inversores solares, inversores de frequência CA e servomotores, correção do fator de potência e máquinas de soldadura controladas por computador.
No entanto, sempre existiu uma relação de compromisso entre o desempenho e o tempo de resposta, e os utilizadores em diversos setores de mercado têm-se esforçado por encontrar uma solução que vá ao encontro das suas exigências cada vez maiores. Embora os transdutores clássicos, nas versões de circuito aberto e fechado, atinjam respostas até 300 kHz, no mercado atual ainda não são suficientes para as necessidades de deteção de elevada largura de banda devido à adoção de IGBTs de SiC (transistores bipolares de porta isolada).

Largura de banda superior a 1 MHz:
Um cliente da indústria de soldadura contactou a LEM, líder de mercado no fornecimento de soluções inovadoras e de elevada qualidade para a medição de parâmetros elétricos, devido à insuficiência dos tempos de resposta e das respostas em frequência dos seus conversores de potência existentes. Em resposta, a LEM desenvolveu um transdutor híbrido que superou em muito os níveis de desempenho de qualquer outra empresa no mercado.
Este dispositivo híbrido é uma combinação de um circuito integrado de aplicação específica (ASIC) e um transdutor baseado em corrente contínua (CC) com uma bobina indutiva pura para acelerar o sinal. Graças à bobina de captação integrada no ASIC da LEM, o transdutor é capaz de reagir como um transformador de corrente. Embora os transdutores de corrente alternada (CA) existentes, baseados numa bobina pura, possam atingir níveis mais elevados, nenhum transdutor de CC que incorporasse tecnologia de malha aberta e uma bobina de captação conseguia operar com larguras de banda superiores a 1 MHz — até agora.
A solução da LEM – a família HOB, composta por aproximadamente 20 sensores de corrente de baixo consumo e múltiplas gamas, capazes de medir correntes CA, CC ou pulsadas até 250 A – foi desenvolvida para satisfazer os requisitos de deteção de elevada largura de banda quando se utilizam MOSFETs de SiC de comutação rápida em circuitos de potência pulsada de alta tensão, onde são essenciais impulsos de alta tensão rápidos e flexíveis. O cliente procurava especificamente uma solução de alto desempenho que proporcionasse tempos de resposta rápidos e maior largura de banda, tudo isto num formato compacto.

Uma Tecnologia de Semicondutores Completamente Diferente:
Embora um sensor de circuito fechado tenha sido tipicamente uma opção de elevado custo para qualquer indústria que procure atingir estes objetivos, a LEM espera que o seu transdutor híbrido se torne em breve atrativo para diversos mercados que procuram adotar qualquer tipo de conversor de modo comutado baseado em módulos de potência de SiC e GaN (nitreto de gálio) com uma ampla largura de banda. A crescente tendência para conversores de modo comutado é impulsionada pela necessidade de dispositivos e equipamentos que sejam o mais pequenos possível e que tenham uma melhor relação potência/peso.
Graças ao que a LEM designa por "uma tecnologia de semicondutores completamente diferente", os transístores de SiC ou GaN de altíssima velocidade não só garantem tempos de comutação mais rápidos, como também podem operar a frequências mais elevadas e suportar tensões mais elevadas. A empresa espera que esta tecnologia de transístores seja o padrão daqui a apenas cinco anos.
No entanto, na família HOB, muito mais importante do que a frequência da largura de banda é o tempo de resposta — o tempo entre a corrente primária e a saída do transdutor. Este fator foi crucial para o cliente da LEM, que percebeu que os transístores que operam a velocidades cada vez mais elevadas necessitam de um transdutor de corrente capaz de rastrear di/dt (a taxa de variação da corrente) da forma mais precisa possível.

Tempos de resposta a partir de 100 ns.
Tradicionalmente, enquanto a taxa de variação da corrente (di/dt) podia atingir até 500 A por microssegundo (possivelmente até 1 kA/µs) com esta tecnologia, o tempo de resposta noutros transdutores era de cerca de 1,5 microssegundos. A LEM comprometeu-se a fornecer aos seus clientes um tempo de resposta até 200 nanossegundos. E não só atingiu esse objetivo, como o superou com a nova família HOB e a sua bobina de captação, que oferece um tempo de resposta de 150 ns (10 vezes mais rápido do que qualquer outro produto no mercado). Em alguns casos, o tempo de resposta chegou a ser de apenas 100 ns.
Os modelos da família HOB oferecem correntes nominais de 50 A, 75 A, 100 A e 130 A, enquanto as correntes de pico (Ipm) são 2,5 vezes superiores a estes valores. Os modelos especiais (SP) da gama são concebidos à medida para satisfazer requisitos específicos do utilizador, mas todos têm uma frequência de corte (a -3dB) acima de 1MHz. A família de transdutores HOB standard utiliza uma fonte de alimentação de 5V (com uma tensão de referência de 2,5V), enquanto outros modelos possuem fontes de alimentação de 3,3V, 3,4V e 3,5V. Todos os modelos podem operar a temperaturas de -40°C a +105°C.
Outras características que diferenciam o sensor HOB dos seus concorrentes incluem o isolamento galvânico entre os circuitos primário e secundário, uma barra de distribuição integrada e um design inovador e compacto com montagem em furo passante (THT) na placa de circuito impresso.

O Futuro da Tecnologia Híbrida:
O transdutor híbrido, que ocupa o mesmo espaço que os transdutores anteriormente disponíveis, baseia-se numa tecnologia que a LEM já forneceu com sucesso à indústria automóvel. No entanto, graças ao seu tamanho reduzido e desempenho superior, a LEM espera que esta tecnologia se expanda para outros domínios à medida que os custos de fabrico dos transístores diminuem, a automatização aumenta e a produção cresce.
O futuro desta nova tecnologia híbrida promete ser sólido, acompanhando o crescimento do mercado para aplicações que exijam baixo custo, excelente desempenho e elevada velocidade de resposta. Entre as aplicações extremamente exigentes que se encaixam perfeitamente no novo dispositivo da LEM estão os cortadores de plasma portáteis, máquinas de soldadura e conversores CC/CC, bem como o já referido mercado das UPS (sistemas de alimentação ininterrupta), fontes de alimentação comutada, variadores de frequência para motores CA e servomotores e conversores estáticos para acionamentos de motores CC.
A LEM já está a receber pedidos de clientes para um transdutor para montagem em placa de circuito impresso (PCB) com correntes nominais de 300 A, 600 A e superiores. Embora seja difícil prever com exatidão a rapidez com que a procura irá evoluir, a LEM está posicionada para fornecer um sensor de corrente de malha aberta com várias gamas para uma vasta gama de mercados. Este sensor apresenta tempos de resposta e largura de banda de frequência sem precedentes, bem como fiabilidade, baixo consumo de energia, baixo ruído e imunidade melhorada à variação de tensão dv/dt (aceleração) a que os módulos de potência de SiC podem ser sujeitos.
 
LEM – Life Energy Motion.
A LEM, empresa líder em medição elétrica, desenvolve as melhores soluções de energia e mobilidade para garantir que os sistemas dos seus clientes são otimizados, fiáveis ​​e seguros. A nossa equipa de 1.500 pessoas em mais de 15 países transforma o potencial tecnológico em soluções poderosas. A LEM desenvolve e emprega os melhores talentos do mundo, que trabalham na vanguarda das principais tendências, como a energia renovável, a mobilidade, a automação e a digitalização.
Graças às suas soluções elétricas inovadoras, a LEM ajuda os seus clientes e a sociedade a acelerar a transição para um futuro sustentável. A LEM está cotada na Bolsa de Valores Suíça (SIX Swiss Exchange) desde 1986 sob o símbolo LEHN.
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