Нискоценово решение за измерване на тока: Точен шунт замества традиционните трансформатори за нисковoltageток

​

​I. Основен контекст на решението​
Срещулице с навсякъде наличната нужда за нискоценово измерване на тока в области като индустриално управление, измерване на енергия и защита при прекомерен ток, традиционните електромагнитни трансформатори за ток (CTs) и сензори на Хол предизвикват проблеми, които включват високи разходи за материали (особено за спецификации над 30A) и сложни производствени процеси. Това решение използва четиритерминална манганинова шунтираща резисторна компонента + оптимизиран дизайн на сигнален път, за да постигне екстремен контрол на разходите в сценарии с голям обем.

​II. Основен дизайн на решението​

1. ​Елемент за датчики​
• Четиритерминална прецизна манганинова шунтираща резисторна компонента
• Замества традиционната структура на ядро и обмотка на CT.
• Ключови параметри: диапазон на съпротивление 50μΩ-5mΩ (персонализиран според рейтинга на тока), температурен коефициент <50ppm/°C.
• Четиритерминалната структура елиминира грешките от контактно съпротивление (връзка Келвин).
2. ​Сигнален процесорен път​
• Усилвател с нисък дрейф (INA)
• Използва устройства с дрейф на офсетното напрежение <0.5μV/°C (например AD8237, INA826).
• Грешка на усиление <0.1%, CMRR >120dB (подтисква общи режимни помрачения).
• Интегрирана филтрация на EMI намалява периферната апаратура.
3. ​Оптимизация на изолацията​
• Изолатор с превключени кондензатори (например ADI isoPower®)
• Замества традиционната магнитна изолационна структура на CT.
• Поддържа >5kV DC изолационно напрежение.
• С 40% по-ниско енергопотребление, цената е само 60% от решенията с оптопара.
4. ​Механичен дизайн​
• Жилищe от формован пластик
• Елиминира металните екраниращи слоеве и процеса на замазване.
• Поддържа степен на защита IP54 (защита срещу прах и капки вода).
• Стандартизирано плъгаеми терминали за автоматизирано монтажно производство.

​III. Анализ на ценовите предимства (в сравнение с традиционното решение)​​

​IV. Типични технически спецификации​

• ​Точност:​​ 1% FS (@25°C), 2% FS (@-40°C~+85°C)
• ​Честотен диапазон:​​ DC~50kHz (по-добро от традиционното ограничение на 10kHz на CT)
• ​Номинален ток:​​ 15-300A (>300A препоръчително използване на паралелни масиви от шунтиращи резисторни компоненти)
• ​Енергопотребление:​​ <15mW (без влияние на самозагряване)
• ​Време за реакция:​​ <1μs (значително преимущество в сценарии с защита при прекомерен ток)

​V. Адаптация към приложение​

1. ​Вътрешно измерване в умни бройчици​
• Подходящо за измерване на енергия под клас 1.
• Пробиране на тока на магистралата (съчетано с Σ-Δ ADC).
2. ​Системи за управление на двигатели​
• Детекция на фазов ток в трифазен инвертор.
• Ценово чувствителни контролери за BLDC.
3. ​Устройства за защита при прекомерен ток​
• Детекция на тока за изключване на прекъсвателя.
• Бързодействие повишено 50 пъти.
4. ​Фотоелектрични инвертори​
• Мониторинг на строен ток (DC страна).
• Елиминира проблема с остатъчната магнитна индукция при традиционните CT.

​VI. Ключови точки за имплементация​

1. ​Дизайн на термалното управление​
• Разпространяване на топлината чрез медна повърхност (PCB като радиатор).
• Правило: ≥4mm² медна повърхност за 1A ток.
2. ​Оптимизация на EMC​
• Съвпадение на дължината на диференциалните следи ≤10mm.
• π-фильтър на входа на усилвателя.
3. ​Контрол на масовото производство​
• Пълно автоматично лазерно тримеране и калибриране на резисторите.
• Програмиране на коефициента за температурна компенсация в прошивката.
• Динамично тестирование под нагрузка (замества традиционния процес на изгаряне).

​Ограничения на решението:​​

• Не е подходящо за сценарии с силна изолация над 600V (изисква решение с подобрена изолация).
• Значителни загуби в медта при токове над 500A (се препоръчва магнитно решение).