Sélection d'un transformateur de courant en pratique : un modèle évalué à 40 A peut-il vraiment mesurer un courant de crête de 50 A ?

L'autre jour, un ingénieur en alimentation nous a contacté via le site Web de VOOHU. Il travaille sur une configuration de détection de courant sinusoïdal continu de 90 kHz, avec un courant de crête côté primaire/côté de 50 A. Il avait un transformateur de courant WHPT-EP100-018 sous la main, mais la fiche technique indique 40A Max.

Il avait trois questions :

Le pic de 50 A dépasse-t-il 40 A ?

La hausse de température peut-elle y faire face ?

Même si la hausse de température passe, le noyau pourrait-il encore saturer ?

Passons en revue chacun d’eux.

Le pic de 50 A dépasse-t-il réellement 40 A ?

Beaucoup d’ingénieurs pensent instinctivement : « 50 > 40, donc c’est fini ». Mais nous devons faire la distinction entre la pointe et le RMS : le RMS est ce qui détermine le chauffage.

Pour une onde sinusoïdale continue, RMS = crête ÷ √2.

50A crête ÷ 1,414 ≈ 35,4A RMS

Il ne s’agit donc pas d’une question « 50 contre 40 », c’est un « 35,4 A RMS » qui se situe entre les points de test 30 A et 40 A. En termes d’ampleur de chauffage, cette condition ne dépasse pas la valeur nominale de 40 A.

Qu’en est-il de l’augmentation de la température ?

Nous avons extrait les données des tests thermiques pour cette pièce :

Ambiante du test : ~25°C, température initiale du produit : 25,4°C

L'augmentation de la température est calculée comme la température stabilisée moins la température initiale (et non la température ambiante). Donc 52,4°C moins 25,4°C donne 27°C.

Le 35,4 A RMS du client se situe entre 30 A et 40 A, ces points de données servent donc de référence approximative. Mais ce n’est qu’une estimation papier.

À 90 kHz, les pertes dans les enroulements CA, les pertes dans le noyau, la valeur de la résistance de charge, la dissipation thermique du PCB et le flux d'air du boîtier affectent tous de manière significative la température finale. Les calculs sur papier vous donnent une direction, mais vous devez vraiment les exécuter sur le tableau réel.

Conseil : Testez cette pièce dans les conditions réelles de fonctionnement jusqu'à l'équilibre thermique, puis mesurez la température. Ne prenez pas la décision finale en vous basant uniquement sur la fiche technique.

Le noyau va-t-il saturer ?

C’est là que de nombreux ingénieurs sont confus. 40 A Max est le courant nominal, pas le courant de saturation.

La saturation ne concerne pas uniquement l’amplitude du courant primaire : il s’agit plutôt de savoir si la densité de flux reste dans les limites. La densité du flux dépend de :

• Tension induite secondaire totale (pas seulement la tension aux bornes de la résistance de charge)

• Fréquence de fonctionnement (90 kHz)

• Nombre de tours (100)

• Surface transversale effective du noyau (Ae ≈ 10,7 mm²)

Pour le WHPT-EP100-018 à 90 kHz, chaque augmentation de 1 V RMS de la tension induite secondaire totale augmente la densité de flux maximale d'environ 2,34 mT. La fiche technique donne une référence Bmax typique de 220 mT.

Comment savoir si le noyau sature :

• Calculez Bpk en fonction de la tension induite secondaire totale réelle ; maintenez-le en dessous de 220 mT avec marge.

• Vérifiez la forme d'onde de sortie : recherchez une compression d'amplitude, un aplatissement local ou une distorsion qui pourrait indiquer une saturation.

• Vérifiez que l'amplitude de sortie reste linéaire avec le courant primaire.

Si les trois conditions sont remplies, vous pouvez conclure que le noyau ne sature pas dans ces conditions.

Recommandation de sélection finale

Dans l'ensemble, le WHPT-EP100-018 pouvait « à peine » gérer le côté thermique, mais du point de vue de l'évaluation du produit et de la fiabilité à long terme, nous avons recommandé au client de passer directement au WHPT-ER115-006.

Trois raisons :

1. La note actuelle correspond directement. Le WHPT-ER115-006 est évalué à 50 A maximum, sans aucune ambiguïté quant à savoir si c'est « terminé » ou non.

2. Même rapport de tours, pas de refonte secondaire-côté. Les deux sont au 1:100, de sorte que le circuit d'échantillonnage et la logique de mise à l'échelle existants peuvent être réutilisés.

3. La couverture des fréquences est solide. La série couvre 20 kHz à 1 MHz, donc 90 kHz se situe bien dans sa zone de confort.

Pour ce projet, nous avons suggéré les étapes de vérification suivantes :

1. Utilisez un courant sinusoïdal de crête réel de 90 kHz, 50 A.

2. Connectez la véritable résistance de charge, le redresseur et les circuits de serrage.

3. Exécutez-le à l’intérieur du PCB cible et du boîtier jusqu’à ce que la stabilité thermique soit atteinte.

4. Enregistrez la température maximale du produit et l'augmentation de la température.

5. Mesurez la tension induite secondaire totale et calculez la densité de flux.

6. Vérifiez la mise à l’échelle de la sortie, l’amplitude et l’intégrité de la forme d’onde.

Si vous rencontrez des questions similaires lors de la sélection du transformateur actuel, n'hésitez pas à contacter l'équipe d'assistance technique de VOOHU : nous parlons d'atelier, d'ingénieur à ingénieur.

Assistance à la sélection et à la solution

VOOHU propose une gamme complète de transformateurs de courant, couvrant EP7, EP10, ER11.5, EF12.6, EE5 et d'autres tailles de noyau, avec des courants nominaux primaires de 5A à 50A et des rapports de transformation de 1:20 à 1:200. Nous fournissons également des résistances de charge correspondantes, des dispositifs de protection TVS/ESD, des transformateurs push-pull et d'autres composants périphériques, afin que vous puissiez créer une chaîne de signal complète et une solution d'isolation autour de la détection de courant.

Foire aux questions

Q : Un transformateur de courant nominal VOOHU WHPT-série 40A-peut-il réellement mesurer un courant de crête de 50A ?

R : Vous ne pouvez pas décider simplement en comparant « 50 > 40 » : le type de forme d'onde compte en premier.

Pour une onde sinusoïdale pure continue sans polarisation CC, un pic de 50 A correspond à environ 35,4 A RMS (50 ÷ √2), ce qui est inférieur à la valeur nominale de 40 A RMS. Du point de vue du chauffage RMS, il ne dépasse donc pas la valeur nominale. Pour les autres formes d'onde, recalculez le RMS en fonction de la forme et du rapport cyclique ; les transformateurs de courant standard ne conviennent pas à la détection continue du courant continu.

Q : Que signifie réellement la « valeur nominale de 40 A » sur la fiche technique d'un transformateur de courant ? Le dépassement entraîne-t-il un échec immédiat ?

R : La notation est une limite de conception et non un seuil strict « dépassement = échec ».

« 40A Max » implique généralement deux choses :

• Limite thermique : À 40 A RMS, l'augmentation de température reste dans les limites de conception (généralement 40 à 50 °C).

• Limite magnétique : Au pic de 40A, le noyau ne saturera pas.

Un dépassement de 40 A ne provoque pas nécessairement des dommages immédiats, mais peut entraîner :

1. Élévation excessive de la température, réduisant la durée de vie à long terme.

2. Noyau entrant dans la région non linéaire, déformant la forme d'onde de sortie.

3. Précision réduite et erreur de mesure accrue.

Q : Comment déterminez-vous si le noyau sature ? Est-il suffisant de vérifier l'amplitude du courant ?

R : Non. La saturation doit être évaluée en combinant la fréquence, les spires, la surface centrale et la tension induite secondaire totale.