Il dispositivo è un sensore di corrente ad effetto Hall con tempi di risposta 20 volte più rapidi rispetto a quelli attualmente in commercio.
Potrà trovare applicazioni importanti nei settori delle energie rinnovabili e delle auto elettriche, per la sicurezza dei sistemi elettrici e per sistemi di monitoraggio energetico sempre più semplici e meno costosi. È il nuovo sensore microelettronico di corrente nato nel laboratorio di ricerca congiunto tra Università di Bologna e STMicroelectronics che potrà promuovere il monitoraggio intelligente dei consumi di energia, incentivando il risparmio energetico, con una conseguente riduzione delle emissioni di gas serra.
I sensori di corrente ad effetto Hall sono dispositivi in grado di misurare correnti elettriche sfruttando gli effetti magnetici prodotti da queste ultime. Il campo magnetico associato ad una corrente elettrica è in grado modificare il movimento e la concentrazione degli elettroni in un sensore microelettronico posto nelle vicinanze. Questi dispositivi vengono comunemente utilizzati in numerosi ambiti, tra cui la protezione dei circuiti da possibili danni dovuti al sovraccarico di energia, con applicazioni importanti per la vita delle batterie elettriche, ma anche per il monitoraggio dei consumi e per il miglioramento delle prestazioni dei sistemi elettrici.
«Una delle sfide per un’elettrificazione basata su reti elettriche intelligenti e fonti rinnovabili è la realizzazione di componenti e sistemi elettronici in grado di supportare in modo efficiente trasferimenti di energia e di informazione complessi e che possano essere usati, ad esempio, sui veicoli elettrici e nelle nostre case», spiega Aldo Romani, docente afferente al Centro di Ricerca sui Sistemi Elettronici per l’Ingegneria dell’Informazione e delle Telecomunicazioni “Ercole De Castro” dell’Università di Bologna e responsabile scientifico locale del progetto.
La tipologia di sensori ad effetto Hall oggi più diffusa utilizza una tecnica operativa basata su una serie di misurazioni consecutive che permettono di aumentare l’accuratezza del dispositivo, ma ne rallentano il funzionamento. Le nuove tecnologie richiedono però che i sensori di corrente lavorino sempre più velocemente. Lo sviluppo innovativo proposto dal laboratorio di ricerca congiunto tra Università di Bologna e STMicroelectronics va esattamente in questa direzione. Un nuovo design microelettronico e una nuova tecnica di misura permettono al nuovo sensore di evitare il metodo basato su misurazioni consecutive e quindi di ottenere dei tempi di risposta 20 volte più rapidi (nell’ordine di 50 nanosecondi).
«Invece di leggere la tensione che si sviluppa ai bordi del sensore a causa dell’effetto Hall, cerchiamo di annullare quella tensione, prelevando le cariche elettriche che si accumulano nel sensore ed andando a ‘contarle’: questo permette di eliminare gli effetti che rallentano il sistema e che sono legati alla presenza di accumuli di carica elettrica”, spiega Marco Crescentini, ricercatore dell’Università di Bologna e responsabile dello sviluppo del nuovo sensore.
Il nuovo dispositivo può trovare applicazioni importanti nei settori delle energie rinnovabili e dell’automotive, per lo sviluppo di sistemi per la conversione di energia sempre più efficienti ed intelligenti. Ma non solo: può essere utilizzato anche come sistema di sicurezza, perché la sua grande velocità permette di rilevare la presenza di correnti eccessive ed evitare in modo tempestivo seri danni ai circuiti elettrici. Inoltre, combinando il sensore con tecniche di machine learning è possibile realizzare un sistema collegato ad un singolo punto di ingresso di una rete elettrica (ad esempio il quadro principale di un’abitazione) in grado di rilevare i consumi dei vari carichi elettrici e distinguerli tra loro: un modo per creare sistemi di monitoraggio energetico sempre più semplici e meno costosi.
fonte: Università di Bologna
