پایین‌هزینه راه‌حل حسگری جریان: شانت دقیق جایگزین ترانسفورماتورهای جریان کم‌ولتاژ سنتی می‌شود

​

​I. زمینه راه‌حل​
در مواجهه با نیاز فوری به حسگر جریان کم‌هزینه در کاربردهای کنترل صنعتی، اندازه‌گیری انرژی و محافظت از جریان بیش از حد، ترانسفورماتورهای جریان الکترومغناطیسی (CTs) و حسگرهای هال نقاط دردناکی مانند هزینه مواد بالا (به خصوص برای مشخصات >30A) و فرآیندهای تولید پیچیده دارند. این راه‌حل از مقاومت شانت چهارطرفه منگانین + طراحی سیگنال زنجیره‌ای بهینه استفاده می‌کند تا کنترل بی‌نظیر هزینه در سناریوهای کاربردی با حجم بالا را به دست آورد.

​II. طراحی اصلی راه‌حل​

1. ​واحد حسگر​
• مقاومت شانت چهارطرفه دقیق منگانین
• جایگزین ساختار هسته و سیم‌پیچ CT معمولی می‌شود.
• پارامترهای کلیدی: محدوده مقاومت 50μΩ-5mΩ (سفارشی بر اساس نرخ جریان)، ضریب دمایی <50ppm/°C.
• ساختار چهارطرفه خطای مقاومت تماس را حذف می‌کند (اتصال کلوین).
2. ​زنجیره پردازش سیگنال​
• آمپلیفایر ابزاری با پهنای باند کم (INA)
• از دستگاه‌هایی با گشتاور اختلاف ولتاژ کمتر از 0.5μV/°C (مانند AD8237، INA826) استفاده می‌کند.
• خطای تقویت کننده <0.1%，CMRR >120dB（抑制共模干扰）。
• 集成的EMI滤波减少了外围电路。
3. ​隔离优化​
• 开关电容隔离器（例如，ADI isoPower®）
• 取代传统CT的磁隔离结构。
• 支持>5kV直流隔离电压。
• 功耗降低40%，成本仅为光电耦合解决方案的60%。
4. ​机械设计​
• 注塑塑料外壳
• 消除了金属屏蔽层和灌封工艺。
• 保持IP54防护等级（防尘防水溅）。
• 标准化插接端子，适用于自动化装配。

​III. 成本优势分析（对比传统解决方案）​​

​IV. 典型技术规格​

• ​精度：​​ 1% FS (@25°C)，2% FS (@-40°C~+85°C)
• ​带宽：​​ DC~50kHz（优于传统CT的10kHz限制）
• ​额定电流：​​ 15-300A（>300A建议使用并联分流阵列）
• ​功耗：​​ <15mW（无自热影响）
• ​响应时间：​​ <1μs（在过流保护场景中具有显著优势）

​V. 应用场景适应性​

1. ​智能电表内部测量​
• 适用于1级以下的电能计量。
• 母线电流采样（与Σ-Δ ADC配对）。
2. ​电机驱动控制系统​
• 三相逆变器相电流检测。
• 成本敏感的BLDC控制器。
3. ​过流保护装置​
• 断路器跳闸电流检测。
• 响应速度提高50倍。
4. ​太阳能逆变器​
• 串电流监控（直流侧）。
• 消除传统CT的剩磁误差问题。

​VI. 实施要点​

1. ​热管理设计​
• 铜浇散热（PCB作为散热器）。
• 遵循规则：每1A电流≥4mm²铜浇。
2. ​EMC优化​
• 差分走线长度匹配≤10mm。
• 仪表放大器前端π滤波器。
3. ​大批量生产控制​
• 全自动激光电阻修整校准。
• 温度补偿系数固件编程。
• 动态负载测试（替代传统的老化过程）。

​解决方案限制：​​

• 不适用于>600V强隔离场景（需要加强隔离解决方案）。
• 在>500A电流下铜损耗显著（建议使用磁性解决方案）。