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Cinq pièges à éviter dans la conception de circuits d'application de transformateurs de courant
Un guide avancé pour passer de « faire fonctionner les choses » à « les faire bien fonctionner »
2026-07-14
Lors de nos échanges avec de nombreux clients concernant les applications des transformateurs de courant, nous avons constaté que beaucoup d'ingénieurs privilégient les solutions « fonctionnelles » pour la conception des circuits de détection de courant. Du moment que le circuit fonctionne et que les données concordent approximativement, le projet est mis en service. Or, « fonctionnel » ne rime pas avec « performant » : souvent, quelques détails clés font la différence, et pourtant, ils peuvent engendrer des variations importantes en termes de précision, de fiabilité et de plage dynamique du système. Cet article aborde les idées reçues courantes relatives au choix des transformateurs de courant et à la conception des circuits, met en lumière cinq pièges de conception fréquemment négligés et propose des solutions adaptées.
Premier écueil : un placement incorrect de la résistance d’échantillonnage. Le transformateur de courant fournit un courant alternatif (CA). Si un signal de tension continue (CC) est requis, un redressement et une conversion courant-tension (I/V) sont nécessaires. De nombreux ingénieurs ont l’habitude d’ utiliser une résistance pour convertir le courant alternatif en tension alternative, puis de redresser et filtrer cette dernière pour obtenir une tension continue. Ce circuit peut générer un signal, mais sa précision est médiocre. La cause principale réside dans la distorsion de la relation tension-courant due à la non-linéarité de la diode. La méthode correcte ne requiert que quelques modifications mineures : placer la résistance d’échantillonnage après le circuit de redressement, exploiter la caractéristique de courant constant du transformateur et laisser ce dernier compenser automatiquement la non-linéarité de la diode, améliorant ainsi considérablement la précision de la détection. Cependant, cette méthode exige une capacité de pilotage suffisante du transformateur. Si le signal de sortie du transformateur est faible, des solutions alternatives, telles qu’un redressement de précision, sont nécessaires.
Le deuxième écueil : une adaptation d'impédance de charge inadéquate. L'impédance de charge d'un transformateur de courant influe directement sur sa précision. Lorsque cette impédance dépasse la plage de tolérance du transformateur, le courant d'excitation augmente brusquement et le noyau magnétique tend à saturer, ce qui entraîne une augmentation significative de l'erreur de mesure. Certains ingénieurs augmentent arbitrairement la valeur de la résistance d'échantillonnage afin d'obtenir une tension d'entrée ADC plus élevée, compromettant ainsi totalement les spécifications de précision du transformateur. La bonne approche consiste à consulter la fiche technique du transformateur de courant ou à contacter le fabricant avant de concevoir le circuit d'échantillonnage, à vérifier sa plage de charge nominale et à s'assurer que la valeur de la résistance d'échantillonnage ne dépasse pas cette limite. Ce n'est qu'ainsi que l'on peut atteindre le niveau de précision indiqué par le fabricant.
Le troisième écueil : l’injection directe du signal alternatif dans un CAN unipolaire. Le signal alternatif fourni par le transformateur de courant est un signal bipolaire centré sur 0 V, alors que la plupart des CAN de microcontrôleurs n’acceptent que les signaux unipolaires positifs. L’injection directe du signal alternatif dans le CAN entraîne la non-reconnaissance de l’alternance négative, ce qui provoque de graves anomalies dans les données échantillonnées. Trois solutions courantes permettent de résoudre ce problème : premièrement, un logiciel peut être utilisé pour convertir et traiter uniquement l’alternance positive, ce qui convient aux applications où la précision n’est pas critique ; deuxièmement, un circuit redresseur peut être utilisé pour convertir le signal bipolaire en un signal unipolaire ; troisièmement, une tension de polarisation continue peut être appliquée au signal alternatif pour l’amener dans la plage d’entrée du CAN, puis la valeur alternative d’origine peut être rétablie par logiciel. Cette troisième solution est la plus courante, mais il convient de prêter attention à la précision et à la dérive thermique du circuit de polarisation lui-même, qui peuvent être compensées par un échantillonnage différentiel ou un étalonnage logiciel.
Quatrième écueil : se focaliser uniquement sur le rapport de transformation en négligeant la classe de précision et les caractéristiques de saturation. Nombre d’ingénieurs, lors du choix d’ un transformateur de courant (TC), ne tiennent compte que du rapport de transformation, ignorant les différences de classe de précision et de caractéristiques de saturation. Les TC de mesure conservent une haute précision dans la plage de courant nominal, mais saturent rapidement en cas de défauts de courant élevés afin de protéger les équipements en aval. Les TC de protection, quant à eux, doivent maintenir une transformation linéaire même à des courants plusieurs dizaines de fois supérieurs au courant nominal pour garantir le bon fonctionnement du dispositif de protection. Si un TC de mesure est utilisé dans une application de protection, la saturation rapide du noyau magnétique peut entraîner des dysfonctionnements ; si un TC de protection est utilisé dans une application de comptage, sa précision sous charge normale peut s’avérer insuffisante. Lors du choix d’un TC, il est essentiel de prendre en compte le scénario d’application spécifique, d’évaluer en détail la classe de précision, la charge nominale et les caractéristiques de saturation, et de choisir le produit approprié.
Cinquième piège : circuit ouvert au secondaire du transformateur de courant. Il s’agit du risque le plus grave. En fonctionnement normal, le courant secondaire démagnétise le courant primaire, ce qui engendre une très faible tension aux bornes secondaires. En cas de circuit ouvert au secondaire, cet effet démagnétisant disparaît et le courant primaire devient un courant d’excitation. Le noyau magnétique se sature rapidement et profondément. Compte tenu du grand nombre de spires de l’enroulement secondaire, une tension de plusieurs milliers de volts peut y être induite , suffisante pour endommager l’isolation et mettre des vies en danger. Par conséquent, il est absolument interdit d’installer un fusible au secondaire du transformateur de courant et de procéder à une coupure de circuit arbitraire en cours de fonctionnement. Si une coupure est néanmoins nécessaire, des mesures fiables de prévention des circuits ouverts doivent être mises en œuvre au préalable.
L'examen des cinq problèmes susmentionnés révèle un point commun : le circuit « fonctionne », mais le concepteur ne maîtrise pas véritablement les caractéristiques fondamentales du transformateur de courant en tant que « source de courant ». De plus, l' attention portée à des aspects cruciaux tels que l'adaptation de charge, le conditionnement du signal, la sélection et l'adaptation des composants, ainsi que les normes de sécurité, est insuffisante. L'écart entre « fonctionnalité » et « performance optimale » réside précisément dans la négligence de ces détails importants.
Shenzhen Deheng Technology Co., Ltd. est un acteur majeur du secteur des capteurs de courant de précision depuis de nombreuses années. Sa gamme de produits comprend des capteurs à effet Hall, des capteurs à fluxgate, des transformateurs de courant de précision, des transmetteurs de courant et des transformateurs combinés courant-tension, avec une précision atteignant 0,01 % . L'entreprise fournit non seulement des transformateurs de courant de haute précision, mais aussi des solutions complètes d'application pour ses clients issus de nombreux secteurs, tels que les véhicules à énergies nouvelles, les bornes de recharge, les équipements de distribution d'énergie, les alimentations pour les communications, l'Internet des objets (IoT), l'instrumentation, la domotique, les réseaux électriques, la production d'énergie photovoltaïque, les systèmes de stockage d'énergie et le transport ferroviaire. De la sélection des produits à l'adaptation des charges, en passant par la conception des circuits d'échantillonnage et le traitement du signal, Deheng accompagne ses utilisateurs pour une utilisation optimale de leurs appareils. En cas de problèmes de précision, de linéarité, de plage de mesure insuffisante ou de difficultés de sélection lors de la conception de circuits de détection de courant, l'équipe d'assistance technique de Deheng Technology vous propose des solutions et des recommandations personnalisées.
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