Les minuscules capteurs TMR transforment la détection de courant : haute précision, basse consommation, design compact

Aujourd'hui, une gamme de technologies peut transformer les champs magnétiques en tensions proportionnelles, permettant des applications diverses, des encodeurs magnétiques à la détection de courant.

L'effet Hall, découvert par Edwin Hall en 1879, alimente depuis longtemps les capteurs magnétiques à semi-conducteurs. Pourtant, ses limites — consommation plus élevée, sensibilité limitée et coût — ont stimulé la recherche d'alternatives plus efficaces.

Vient la magnétorésistance (MR), le phénomène où la résistance électrique d'un matériau change sous un champ magnétique. L'effet MR varie avec l'aimantation interne du matériau, offrant de nouvelles voies pour la conception de capteurs.

Une dérivée révolutionnaire de la MR est la magnétorésistance tunnel (TMR). Découverte par le professeur Terunobu Miyazaki dans les années 1990, un capteur TMR consiste en deux couches ferromagnétiques séparées par une barrière isolante nanométrique. Lorsque les aimantations des couches s'alignent, la résistance chute ; lorsqu'elles s'opposent, elle augmente — un effet quantique élégant.

Figure 1 : Une jonction TMR composée de deux ferromagnétiques et d'une couche tunnel (Source : Crocus Technology)

Crocus Technology

Crocus Technology exploite sa plateforme TMR brevetée XtremeSense pour fournir des capteurs magnétiques pour l'électronique industrielle et grand public. La famille XtremeSense inclut des interrupteurs intégrés et des capteurs de courant qui excellent en performance et encombrement.

Avantages clés de XtremeSense TMR :

• Rapport signal/bruit exceptionnel — résolution de 5 mA en détection de courant.
• Consommation ultra-faible — 110 nA en mode interrupteur.
• Stabilité thermique robuste — < 40 ppm/°C.

« La demande pour une détection de courant haute vitesse, précise et à faible latence augmente — surtout dans les architectures d'électronique de puissance », déclare Tim Kaske, VP Ventes et Marketing de Crocus.

Les capteurs TMR s'adaptent naturellement au rôle de capteurs de courant. Leur résistance varie avec le champ magnétique environnant, et associés à la circuitry CMOS moderne, ils délivrent des mesures à haut SNR, linéaires et thermiquement stables — idéales pour applications avec et sans contact.

Cas d'usage : correction du facteur de puissance (PFC)

La correction du facteur de puissance (PFC) est une technologie critique dans les alimentations, imposée par des normes comme EN 61000-3-2. Un étage PFC augmente la capacité de courant de charge tout en supprimant les harmoniques CA, produisant un courant propre et en phase.

Kaske note : « Nous ciblons le PFC totem-pole CCM avec MOSFET GaN — un domaine qui a peu évolué en une décennie. De nouveaux contrôleurs supportent maintenant cette architecture, ouvrant la voie aux chargeurs VE, à l'informatique et aux centres de données. »

La détection de courant basée sur shunt traditionnelle introduit des limites — taille, perte de puissance et contraintes de bande passante. Les solutions TMR peuvent diviser par deux ou quatre l'encombrement PCB tout en offrant une précision, bande passante et latence supérieures.

« Les ingénieurs qui comptaient sur les capteurs Hall voient maintenant comment le TMR offre un bond de performance en précision, bande passante et efficacité », ajoute Kaske.

Le diagramme de blocs d'un PFC actif standard suit en Figure 2. Un pont à diodes redresse l'entrée CA en CC, et un pré-convertisseur (typiquement un boost) tire un courant sinusoïdal du secteur, délivrant une sortie CC.

Figure 2 : Diagramme d'un étage PFC actif typique (Source : Crocus Technology)

Le PFC totem-pole CCM de la Figure 3 utilise deux MOSFET GaN (S1 et S2) dans un demi-pont haute fréquence, tandis que S3 et S4 gèrent la commutation synchrone à fréquence secteur. Ses avantages — haute efficacité, faibles pertes et réduction du nombre de composants — le rendent attractif pour les systèmes de puissance modernes. Le design requiert un capteur de courant capable de capturer les transitoires rapides pour éviter les défaillances en cascade, utilisant un capteur bidirectionnel unique pour surveiller les deux demi-cycles.

Figure 3 : PFC totem-pole CCM (Source : Crocus Technology)

Selon Crocus, les capteurs TMR XtremeSense sont le choix idéal pour cette application, offrant :

• Haut SNR et sortie propre vers le contrôleur.
• Perte de conduction minimale.
• Bande passante 1 MHz, faible délai de phase et temps de montée 300 ns pour mesure rapide.
• Détection de surintensité programmable et broche de défaut pour intégration MCU.
• Détection bidirectionnelle des courants positifs et négatifs.
• Isolation 5 kV pour la sécurité.

« L'énergie solaire est un autre terrain fertile », dit Kaske. « Les transformateurs de courant fournissent isolation et sécurité, mais le TMR peut concurrencer — offrant une isolation comparable avec une précision supérieure. »

> Cet article a été publié à l'origine sur notre site frère, Power Electronics News.

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