L’évolution des tendances de l’électrification exige une technologie de détection de courant adaptée.
Cet article est publié par pÉlectrique dans le cadre d’un partenariat de contenu numérique exclusif avec Bodo’s Power Systems.
LEM a récemment annoncé une collaboration avec TDK sur des capteurs de courant intégrés (ICS) basés sur la technologie de magnétorésistance en tunnel (TMR) de prochaine génération, pour les applications d’électrification. Cette collaboration répond à la demande croissante de technologies de détection de courant nécessitant des produits à grands volumes et abordables. Bodo s’est entretenu avec Thomas Hargé, vice-président de la gestion mondiale des produits chez LEM, sur les tendances de l’industrie et la valeur ajoutée de ce partenariat pour les clients.
Bodo: Comment les tendances de l’électrification ont-elles impacté le marché et les technologies de détection de courant ?
Hargé: La décarbonisation mondiale est un facteur majeur, avec les pays embarquant dans ce qui est rien de moins qu’une révolution de l’électrification. Nous allons inévitablement vers une planète électrifiée, ce qui a un impact sur une large gamme de marchés.
Thomas Hargé. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Bodo’s Power Systems [PDF]
Bien sûr, l’un des domaines les plus importants est l’électrification des véhicules de passagers. Les transports ont été l’une des principales sources d’émissions excessives de CO2, et le secteur automobile devrait représenter la moitié du marché des capteurs de courant d’ici les cinq prochaines années. Cela représente un changement majeur en termes d’avancées technologiques qui doivent être développées dans un laps de temps très court.
Bodo: Comment LEM a-t-elle adapté ses produits ou ses stratégies pour suivre la tendance de l’électrification ?
Hargé: Depuis les tout débuts de l’électronique de puissance, LEM développe des technologies de détection de courant pour les secteurs ferroviaire, automobile et industriel. La société travaille en étroite collaboration avec les clients et les marchés clés, optimisant les technologies existantes et travaillant en co-conception avec les utilisateurs finaux.
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Depuis au moins une décennie, LEM développe des capteurs de courant spécifiques aux applications des véhicules électriques (VE) et des véhicules électriques hybrides (PHEV). Avec l’accélération du marché, LEM s’est concentrée sur la collaboration avec les clients pour améliorer l’intégration de ces capteurs dans les convertisseurs, les chargeurs embarqués (OBC) – qui convertissent le courant alternatif en courant continu pour charger la batterie du véhicule – et les systèmes de gestion de batterie.
Bodo: Quelles sont les exigences techniques pour la détection de courant dans différentes applications, et quelles sont les tendances émergentes ?
Hargé: La taille est toujours un facteur déterminant en raison de l’espace limité à l’intérieur d’un véhicule électrique. De plus, tous les composants doivent avoir une taille minimale pour rendre le véhicule aussi léger que possible, afin de réduire la consommation d’énergie et d’augmenter l’autonomie des voitures entre les charges.
Une meilleure intégration au sein des systèmes des clients peut conduire à des solutions semiconductrices révolutionnaires. C’est pourquoi LEM investit considérablement dans les capacités de développement des semiconducteurs pour créer des capteurs de courant intégrés. Il s’agit essentiellement d’un « capteur de courant sur une puce », permettant aux utilisateurs de construire des systèmes plus petits.
Des systèmes de conversion d’énergie plus petits peuvent également être développés en utilisant le carbure de silicium (SiC) ou le nitrure de gallium (GaN). Ces nouveaux transistors peuvent commuter plus rapidement et permettre aux utilisateurs de réduire la taille des composants magnétiques (bobines d’inductance). Par conséquent, les capteurs de courant doivent être beaucoup plus rapides et plus intelligents que ce qui était précédemment requis, tout en permettant de mesurer des courants à fréquence plus élevée.
Encore une fois, l’intégration est la clé pour des conceptions compactes, donc la fonction de détection de courant devient de plus en plus petite. Il y a également de plus en plus d’intégration de logiciels pour simplifier les opérations, fournir des fonctionnalités supplémentaires et minimiser la quantité de matériel dans un VE.
Enfin, mais tout aussi important, plusieurs applications automobiles nécessitent une mesure de courant « sûre ». C’est pourquoi LEM a développé des capteurs conformes à la norme ISO26262 avec des niveaux de sécurité comprenant une gestion de la qualité et un niveau d’intégrité de sécurité automobile (ASIL) C.
Bodo: Comment restez-vous à la pointe des exigences techniques évolutives dans différentes applications ?
Hargé: Travailler avec des clients clés et co-développer des solutions innovantes est essentiel pour rester en tête sur le marché et répondre à la demande. Comme mentionné précédemment, les investissements de LEM dans la technologie des semiconducteurs ont permis à l’entreprise d’accélérer la miniaturisation de ses capteurs.
En investissant dans de nouvelles technologies de détection telles que le TMR grâce à sa collaboration avec TDK, LEM peut développer des capteurs plus rapides, plus précis et à consommation d’énergie réduite. Parallèlement, LEM a également investi considérablement dans les capacités logicielles pour rendre les systèmes qu’elle développe plus intelligents que leurs prédécesseurs. Ces investissements comprennent un centre de R&D spécialement conçu à Lyon, en France, et la création d’une équipe dédiée en Bulgarie.
Bodo: Quel est votre constat concernant le paysage actuel du marché de la détection de courant ?
Hargé: Ces dernières années, nous avons constaté comment la croissance du marché automobile grâce à l’électrification a attiré plusieurs entreprises du secteur des semiconducteurs qui ont étendu leur présence dans le secteur. On a également observé une croissance du nombre de producteurs automobiles de deuxième niveau classiques (c’est-à-dire des fabricants de composants qui fournissent les constructeurs automobiles) proposant certaines solutions.
Bodo: Quelles stratégies vous permettent de rester compétitif et de vous adapter aux dynamiques changeantes du marché ?
Hargé: Outre les efforts du côté technologique décrits ci-dessus, LEM est le seul acteur du secteur à se concentrer exclusivement sur les capteurs de courant. Cela a permis à l’entreprise de disposer aujourd’hui de la gamme la plus étendue de capteurs de courant, ce qui signifie qu’elle a pu choisir la bonne technologie pour chaque nouveau défi. Le TMR est une autre technologie qui viendra étoffer cette gamme de solutions. De plus, LEM a accumulé un niveau extrêmement élevé de savoir-faire dans le domaine de la mesure de courant. Cela a joué un rôle clé en permettant aux ingénieurs de LEM de développer des capteurs précis et fiables dans les applications des clients.
Bodo: Comment LEM utilise-t-elle des capteurs de courant intégrés pour résoudre les défis de la « compacité, de l’intelligence et de la réduction des coûts » des appareils ?
Hargé: LEM considère les ICS comme l’évolution naturelle des capteurs de courant. En fait, les capteurs intégrés ne sont en réalité que des versions plus petites de leurs prédécesseurs. Ce qui est souvent mal compris, c’est que tous les défis liés à la mesure du courant sont amplifiés par la miniaturisation. Il est donc absolument essentiel pour les acteurs opérant dans ce secteur de comprendre et d’avoir une expérience profonde des paramètres critiques tels que di/dt, dV/dt, et les décharges partielles, pour n’en citer que quelques-uns.
Bodo: Pouvez-vous donner des exemples de la manière dont la technologie ICS aborde des défis spécifiques sur le marché ?
Hargé: L’un des plus grands avantages des ICS est leur taille. Par exemple, une application typique où un capteur LEM traditionnel serait trop grand serait pour les vélos électriques. Grâce à la technologie ICS, des capteurs 8-SOIC (largeur de 3,90 mm) tels que les transducteurs de courant à effet Hall GO 20 SME sont désormais suffisamment petits pour s’intégrer dans un moteur de vélo électrique tout en assurant un contrôle précis du couple. Ces capteurs extrêmement plats présentent une séparation galvanique entre les circuits primaire et secondaire, une tension d’essai isolée de 2500V RMS et une faible consommation d’énergie. Ils offrent également une grande immunité aux interférences externes, une capacité d’isolation supérieure, pas d’hystérésis magnétique et une faible résistance électrique (0,9 mΩ).
Bodo: Dans sa gamme de capteurs à circuits intégrés, comment la technologie TMR de LEM répond-elle spécifiquement aux défis des applications ?
Hargé: La plupart des ICS utilisent actuellement des éléments de Hall pour détecter le champ magnétique généré par le courant à mesurer. Après avoir passé de nombreuses années à améliorer les capteurs à effet Hall, LEM était arrivée à un point où améliorer un paramètre (comme la vitesse) signifiait compromettre d’autres paramètres (comme la précision et la consommation d’énergie). La beauté du TMR est qu’il offre les trois avantages – une meilleure vitesse et précision, ainsi qu’une consommation d’énergie réduite – en même temps. Les compromis ont été supprimés et cela contribuera grandement à répondre aux défis de certaines applications spécifiques.
Bodo: Quelles applications bénéficient le plus de la technologie TMR et pourquoi ?
Hargé: Les premières applications à bénéficier de la technologie TMR seront les chargeurs embarqués des VE, car ils nécessitent une mesure de courant très rapide. Ensuite, viendront les onduleurs solaires, avec des capteurs de courant intégrés fournissant un excellent décalage de compensation en fonction de la température, ce qui est essentiel du côté CA.
Bodo: Comment le partenariat avec TDK renforce-t-il la capacité de LEM à proposer des solutions sur le marché ?
Hargé: TDK a développé une expertise très approfondie dans la technologie TMR au fil du temps. La combinaison des connaissances de TDK dans le domaine du TMR et de l’expérience de LEM dans le développement d’ICS permettra de définir une nouvelle norme en termes de performance des ICS pour les OBC, les onduleurs solaires et d’autres applications telles que la mobilité autonome. LEM a sélectionné TDK comme partenaire en raison de ses performances technologiques de premier ordre, ainsi que de sa fiabilité d’approvisionnement, sa qualité automobile et sa maturité de processus. Cette collaboration a été créée pour produire un capteur basé sur la technologie TMR qui soit plus rapide, plus précis et avec moins de bruit que les solutions existantes.
Bodo: Comment cette collaboration contribue-t-elle au temps de mise sur le marché et à la fiabilité/qualité des solutions de LEM ?
Hargé: Il faut de nombreuses années pour développer un bon TMR et un ICS de haute qualité. En unissant leurs forces, les deux sociétés utiliseront leurs technologies existantes pour réduire considérablement le temps qu’il aurait fallu à chacune d’entre elles pour lancer un produit de première classe, révolutionnaire sur le marché. TDK développe des matrices TMR pour LEM, en les intégrant dans des capteurs de courant intégrés pour les secteurs mentionnés précédemment. Le marché des capteurs de courant nécessite des produits à grands volumes et abordables, et cette collaboration permettra de les fournir.
Cet article est initialement paru dans le magazine Bodo’s Power Systems [PDF].