Nízkobudovatná řešení pro měření proudu: Přesné shunt nahrazují tradiční transformátory proudu s nízkým napětím

​

​I. Pozadí řešení​
V čelící naléhavé poptávce po nízkobudových senzorech proudu v oblastech průmyslového řízení, měření energie a ochrany před přetížením, tradiční elektromagnetické proudové transformátory (CT) a síniové čidlo nabízejí bolestné body, jako jsou vysoké materiálové náklady (zejména pro specifikace >30A) a komplexní výrobní procesy. Toto řešení využívá čtyřterminální manganinový šuntový odpor + optimalizovaný signální řetězec k dosažení extrémní kontroly nákladů v scénářích s vysokým objemem aplikací.

​II. Jádrové návrhové řešení​

1. ​Senzorová jednotka​
• Přesný čtyřterminální manganinový šuntový odpor
• Nahrazuje tradiční jádro a cívek CT.
• Klíčové parametry: rozsah odporu 50μΩ-5mΩ (upraveno podle hodnoty proudu), teplotní koeficient <50ppm/°C.
• Čtyřterminální struktura eliminuje chybu kontaktového odporu (Kelvinova spojení).
2. ​Signální zpracovatelský řetězec​
• Instrumentální zesilovač s nízkým driftom (INA)
• Využívá zařízení s driftom offsetu napětí <0,5μV/°C (např. AD8237, INA826).
• Chyba zisku <0,1%, CMRR >120dB (tlumí společný režimový rušivý signál).
• Integrované EMI filtrace snižují okolní obvodové prvky.
3. ​Optimalizace izolace​
• Přepínací kondenzátorový izolátor (např. ADI isoPower®)
• Nahrazuje tradiční magnetickou izolační strukturu CT.
• Podporuje >5kV DC izolační napětí.
• Spotřeba energie o 40% nižší, náklady pouze 60% optokuplových řešení.
4. ​Konstrukční návrh​
• Vylehlá plastová obálka
• Eliminuje kovové vrstvy štítu a potting proces.
• Zachovává stupeň ochrany IP54 (odolnost proti prachu a vodním stříkáním).
• Standardizované zapojitelné terminály pro automatizovanou montáž.

​III. Analýza nákladových výhod (proti tradičnímu řešení)​​

​IV. Typické technické specifikace​

• ​Přesnost:​​ 1% FS (@25°C), 2% FS (@-40°C~+85°C)
• ​Pásmo frekvencí:​​ DC~50kHz (lepší než tradiční limit CT 10kHz)
• ​Nominální proud:​​ 15-300A (>300A doporučeno použití paralelních šuntových polí)
• ​Spotřeba energie:​​ <15mW (bez vlivu vlastního zahřevání)
• ​Čas odezvy:​​ <1μs (významná výhoda v scénářích ochrany před přetížením)

​V. Adaptace scénáře aplikace​

1. ​Interní měření inteligentního čítače​
• Uspořádané pro měření energie do třídy 1.
• Ukazatel proudu sběrnice (spárován s Σ-Δ ADC).
2. ​Systémy řízení motorových pohonů​
• Detekce fázového proudu třífázového inverzního čidla.
• Cena citlivých BLDC kontrolérů.
3. ​Zařízení ochrany před přetížením​
• Detekce proudu pro vyhození pojistky.
• Rychlost odezvy zvýšena 50krát.
4. ​Solární inverter​
• Monitorování proudu řetězce (DC strana).
• Eliminuje problém s reziduálním fluksu tradičního CT.

​VI. Klíčové body implementace​

1. ​Konstrukční návrh tepelného řízení​
• Odvedení tepla mědi (PCB slouží jako tepelný výměník).
• Pravidlo: ≥4mm² měďového odvodu na 1A proudu.
2. ​Optimalizace EMC​
• Délkové shodování diferenciálního stopu ≤10mm.
• π-filtr na přední straně instrumentálního zesilovače.
3. ​Řízení masové výroby​
• Fully automated laser resistor trimming calibration.
• Programování firmware pro teplotní kompenzační koeficient.
• Dynamic testing under load (replaces traditional burn-in process).

​Omezení řešení:​​

• Není vhodné pro scénáře s vysokou izolací >600V (vyžaduje posílenou izolační variantu).
• Značné měděné ztráty při proudech >500A (doporučuje se magnetické řešení).