Solució de detecció de corrent de baix cost: Precisió Shunt reemplaça els transformadors de corrent de baixa tensió tradicionals

​

​I. Antecedents de la solució​
Enfrontant-se a la demanda urgente de detecció de corrent a baix cost en aplicacions de control industrial, mesura d'energia i protecció contra sobrecorrents, els transformadors de corrent electromagnètics (CTs) tradicionals i els sensors Hall presenten punts dolorosos com uns costos materials elevats (especialment per a especificacions >30A) i processos de fabricació complexos. Aquesta solució utilitza un resistor de manganina de quatre terminals + un disseny de cadena de senyal optimitzat per aconseguir un control extrem del cost en escenaris d'aplicació de gran volum.

​II. Disseny de la solució central​

1. ​Unitat de detecció​
• Resistor de manganina de quatre terminals de precisió
• Substitueix l'estructura de nucli i bobina CT tradicional.
• Paràmetres clau: rang de resistència 50μΩ-5mΩ (personalitzat segons la classificació de corrent), Coeficient de temperatura <50ppm/°C.
• L'estructura de quatre terminals elimina l'error de resistència de contacte (connexió Kelvin).
2. ​Cadena de processament de senyals​
• Amplificador de mesura amb baixa derivació (INA)
• Utilitza dispositius amb una derivació de voltatge d'offset <0,5μV/°C (per exemple, AD8237, INA826).
• Error de guany <0,1%, CMRR >120dB (suprimeix la interferència de mode comú).
• Filtre EMI integrat redueix la circuitària perifèrica.
3. ​Optimització de l'aïllament​
• Aïllador de capacitanciò commutada (per exemple, ADI isoPower®)
• Substitueix l'estructura d'aïllament magnètic CT tradicional.
• Suporta un voltatge d'aïllament DC >5kV.
• Consum d'energia 40% inferior, cost només el 60% de les solucions amb optoacobladors.
4. ​Disseny mecànic​
• Carcassa de plàstic injectada
• Elimina les capes d'escudament metàl·lic i el procés de cobertura.
• Manteniment de la classificació de protecció IP54 (impermable a la pols i a les salpicadures d'aigua).
• Terminals estandarditzats per a la connectivitat per a la montatge automatitzat.

​III. Anàlisi de l'avantatge de cost (versus la solució tradicional)​​

​IV. Especificacions tècniques típiques​

• ​Precisió:​​ 1% FS (@25°C), 2% FS (@-40°C~+85°C)
• ​Llarg de banda:​​ DC~50kHz (superior al límit de 10kHz del CT tradicional)
• ​Corrent nominal:​​ 15-300A (>300A recomanat utilitzar arrays de shunts paral·lels)
• ​Consum d'energia:​​ <15mW (sense impacte de calor propi)
• ​Temps de resposta:​​ <1μs (avantatge significatiu en escenaris de protecció contra sobrecorrents)

​V. Adaptació a l'escenari d'aplicació​

1. ​Medició interna del comptador intel·ligent​
• Adequat per a la mesura d'energia inferior a la Classe 1.
• Mostreig de corrent de barra (parellat amb ADC Σ-Δ).
2. ​Sistemes de control de conducció de motors​
• Detecció de corrent de fase d'inversor trifàsic.
• Controladors BLDC sensibles al cost.
3. ​Dispositius de protecció contra sobrecorrents​
• Detecció de corrent de desconnectació.
• Velocitat de resposta millorada en 50 vegades.
4. ​Inversors solars​
• Monitorització de corrent de cadena (costat DC).
• Elimina l'error de flux residual del CT tradicional.

​VI. Punts clau de la implementació​

1. ​Disseny de gestió tèrmica​
• Dissipació de calor mitjançant pour de cobre (PCB actua com a dissipador de calor).
• Regla a seguir: ≥4mm² de pour de cobre per 1A de corrent.
2. ​Optimització EMC​
• Compatibilitat de longitud de traça diferencial ≤10mm.
• Filtre π al front end de l'amplificador de mesura.
3. ​Control de producció massiva​
• Calibratge completament automatitzat amb tall de resistors amb llaser.
• Programació de coeficients de compensació de temperatura a firmware.
• Prova de càrrega dinàmica (substitueix el procés de rodament tradicional).

​Limitacions de la solució:​​

• No és adequat per a escenaris d'aïllament fort >600V (requereix una solució d'aïllament reforçat).
• Pèrdues de cobre significatives a corrents >500A (es recomana una solució magnètica).