Etude et développement d'un ASIC pour le conditionnement et le calibrage de tores de Rogowski

Study and development of an ASIC for conditioning and calibration of Rogowski coil current transducers

• Auteur / Autrice : Simon Paulus
• Direction : Luc Hebrard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique, optoélectronique
• Date : Soutenance le 07/04/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Wilfried Patrick Uhring
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Baptiste Kammerer, Joris Pascal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Edith Kussener-Combier, Gilles Jacquemod

Mots clés

Mots clés contrôlés

MOS (électronique)

Étalonnage

Transformateurs électriques

Mesure sans contact

Circuits intégrés à la demande

Mots clés libres

Tore de Rogowski

Boucle de correction

Auto-calibrage

Capteur de courant

CMOS

Rogowski coil

Correction loop

Auto-calibration

Current sensor

CMOS

Résumé

La mesure de courant dans un environnement industriel est une étape indispensable pour garantir la pérennité d'un réseau de distribution électrique. En général, chaque domaine d'applications (mesure, protection, etc...) nécessitent l'utilisation d'un capteur adapté. Ces travaux de thèse proposent d'utiliser un capteur bas coût principalement dédié à la protection, le tore de Rogowski, aussi comme élément de mesure. Afin d'améliorer sa précision intrinsèque souvent insuffisante, nous avons développé une boucle de correction et une électronique de calibrage intégrée (CMOS 0,35µm) permettant d'adapter ce capteur aux standards métrologiques. Nous détaillons dans ce manuscrit les étapes de l'élaboration de cette boucle de correction ainsi que les résultats obtenus à l'aide des différents prototypes. Nous terminons par la présentation du premier démonstrateur technologique, premier pas vers un système de mesure de courant sans contact de classe 0.1, auto-calibré, autonome et bas coût.

The measurement of the current in an industrial environment is a necessary step to ensure the sustainability of an electrical distribution network. Typically, each application domain (measurement, protection, etc ...) requires the use of a suitable sensor. This thesis work proposes the use of the Rogowski coil current transducer, a low cost sensor usually used for protection, as measuring element. In order to improve its often insufficient intrinsic accuracy, we have developed a correction loop as well as an integrated electronics for calibration (CMOS 0,35μm) to adapt the sensor to metrological standards. In this manuscript, we detail the development stages of this correction loop and the results obtained with different prototypes. We conclude with the presentation of the first technology demonstrator, a very first step towards a current measurement system that would be contactless, 0.1 accuracy class, auto-calibrated, autonomous and low cost.