Mesure de courant PWM (MLI) avec un capteur de courant

Mesurer un courant PWM (Pulse Width Modulation) avec un capteur de courant nécessite quelques précautions, le signal n’est pas sinusoïdal mais riche en harmoniques et dépend fortement de la bande passante du capteur et de la chaîne de mesure.

Qu’est-ce qu’un signal PWM ?

Pulse Width Modulation (PWM) signifie modulation de largeur d’impulsion (MLI)

Un courant PWM est un signal haché : il alterne rapidement entre ON et OFF.

Au lieu de varier linéairement la tension ou le courant directement, on fait varier le temps pendant lequel le signal est ON. Le PWM sert à contrôler : vitesse, lumière et puissance, et améliore sensiblement le rendement énergétique.

Pourquoi utiliser un signal MLI ?

Le MLI permet de contrôler la puissance sans dissiper d’énergie.

Applications courantes :

• variation de vitesse moteur

• alimentations à découpage

• contrôle de résistance chaffante

• commande d’onduleurs

- Avantages

très efficace (peu de pertes)

simple à générer

compatible avec l'électronique de puissance

précis et stable

- Inconvénients

génère du bruit électrique (EMI)

nécessite parfois un filtrage

peut créer des ondulations (ripple)

Dans un signal Pulse Width Modulation (PWM / MLI), on distingue trois grandeurs mesurables importantes : la valeur instantanée, la valeur moyenne et la valeur efficace (RMS). Elles servent à des choses différentes.

Mesurer un courant PWM avec un capteur de courant dépend surtout du type de mesure à effectuer :

• la forme réelle du courant

• le courant moyen

• le courant RMS

Rôle de la bande passante du capteur

La bande passante détermine ce que le capteur “voit” réellement :

- Bande passante faible

• Le capteur agit comme un filtre passe-bas

• Il lisse le signal PWM → la mesure est proche de la valeur moyenne

• Les harmoniques sont fortement atténuées

Utile pour le contrôle moteur ou d'alimentation

- Bande passante élevée

• Le capteur suit les fronts rapides

• Il mesure la forme réelle du courant

• Les harmoniques sont visibles

Utile pour l'analyse des pertes de commutation et le diagnostic de systèmes de puissance

Critère de choix de la bande passante du capteur

• Pour valeur moyenne → bande passante ≈ 1/10 de la fréquence PWM

• Pour forme d'onde correcte → bande passante ≥ 10 × fréquence PWM

• Pour l'analyse harmonique → bande passante ≥ 20 × fréquence PWM

Le point critique à vérifier sur le capteur est également le temps de montée.

1) Bande passante du capteur très supérieure à la fréquence du PWM

Le signal de sortie suit presque parfaitement le PWM

Juste un léger arrondi des fronts, Le capteur est “rapide”

2) Bande passante du capteur égale à la fréquence du PWM

Forte déformation, le signal devient quasi exponentiel (charge/décharge)

On perd les harmoniques → comportement typique d’un filtre RC visible

3) Bande passante du capteur très inférieure à la fréquence du PWM

Le PWM disparaît presque complètement

on obtient une valeur moyenne avec une petite ondulation (ripple)

plus la bande passante baisse, plus l'ondulation diminue → signal quasi DC

Certains capteurs permettent la mesure efficace du courant.

(La valeur efficace correspond à la valeur équivalente en puissance thermique)

la valeur efficace = Imax * racine carré du rapport cyclique. Pour un courant de 10A avec un rapport cyclique de 1/2 la valeur efficace vaut 7.07A et la valeur moyenne 5A.