
I. پیشزمینه راهحل
در مواجهه با نیاز فوری به حسگرهای جریان کمهزینه در کنترل صنعتی، اندازهگیری انرژی و کاربردهای محافظت از جریان بیش از حد، ترانسفورماتورهای جریان الکترومغناطیسی (CT) و سنسورهای هال نقاط دردناکی مانند هزینه مواد بالا (به خصوص برای مشخصات >30A) و فرآیندهای تولید پیچیده دارند. این راهحل از مقاومت شانتل چهارترمینالی منگانین + طراحی زنجیره سیگنال بهینه استفاده میکند تا کنترل قیمتی بسیار بالا در سناریوهای کاربردی با حجم بالا به دست آید.
II. طراحی اصلی راهحل
- واحد حسگر
- مقاومت شانتل چهارترمینالی دقیق منگانین
- جایگزین ساختار هسته و سیم پیچ CT سنتی میشود.
- پارامترهای کلیدی: محدوده مقاومت 50μΩ-5mΩ (سفارشی بر اساس رتبه جریان)، ضریب دمایی <50ppm/°C.
- ساختار چهارترمینال خطاهای مقاومت تماس (اتصال کلوین) را حذف میکند.
- زنجیره پردازش سیگنال
- توسعهدهنده بازداری پایین (INA)
- از دستگاههای با گشتاور تحریک <0.5μV/°C (مانند AD8237، INA826) استفاده میکند.
- خطای تقویت <0.1٪، CMRR >120dB (تضعیف تداخل مد مشترک).
- فیلتر EMI یکپارچه مدارهای محیطی را کاهش میدهد.
- بهینهسازی جداسازی
- جداساز ظرفیتسیمکش (مانند ADI isoPower®)
- ساختار جداسازی مغناطیسی CT سنتی را جایگزین میکند.
- پشتیبانی از ولتاژ جداسازی DC >5kV.
- صرفهجویی انرژی 40٪ کمتر، فقط 60٪ هزینه راهحلهای لیزری.
- طراحی مکانیکی
- پوشش پلاستیکی قالبگیری شده
- لایههای محافظ معدنی و فرآیند پوشش را حذف میکند.
- نمره محافظت IP54 (ضد گرد و غبار و مقاوم در برابر پاشش آب).
- پایانههای استاندارد قابل جابجایی برای مونتاژ خودکار.
III. تحلیل مزیت هزینه (در مقایسه با راهحل سنتی)
|
مورد
|
راهحل CT سنتی
|
این راهحل شانتل
|
کاهش/افزایش
|
|
هزینه BOM حسگر 100A
|
$8.2
|
$1.7
|
**79%↓**
|
|
ظرفیت خط تولید روزانه
|
5,000 عدد
|
22,000 عدد
|
**340%↑**
|
|
زمان کالیبراسیون/عدد
|
45 ثانیه
|
8 ثانیه
|
**82%↓**
|
|
پیشمزیت مشخصات جریان بالا
|
300%
|
20%
|
-
|
IV. مشخصات فنی نمونه
- دقت: 1% FS (@25°C)، 2% FS (@-40°C~+85°C)
- پهنای باند: DC~50kHz (بهتر از محدوده 10kHz CT سنتی)
- جریان اسمی: 15-300A (>300A توصیه میشود استفاده از آرایههای شانتل موازی)
- صرفهجویی انرژی: <15mW (بدون تأثیر گرم شدن خود)
- زمان پاسخ: <1μs (مزیت قابل توجه در سناریوهای محافظت از جریان بیش از حد)
V. سازگاری سناریو کاربردی
- اندازهگیری داخلی متر هوشمند
- مناسب برای اندازهگیری انرژی زیر کلاس 1.
- نمونهبرداری جریان بار (همراه با ADC Σ-Δ).
- سیستمهای کنترل موتور
- تشخیص جریان فاز درvertiserها.
- کنترلرهای BLDC حساس به هزینه.
- دستگاههای محافظت از جریان بیش از حد
- تشخیص جریان قطع کلید.
- سرعت پاسخ 50 برابر بهبود یافته.
- inverters خورشیدی
- نظارت بر جریان رشته (طرف DC).
- حذف مشکل خطای فلکس باقیمانده CT سنتی.
VI. نقاط کلیدی پیادهسازی
- طراحی مدیریت حرارتی
- انتقال حرارت با پوشش مس (PCB به عنوان سینک حرارتی عمل میکند).
- قاعده: ≥4mm² پوشش مس برای هر 1A جریان.
- بهینهسازی EMC
- تطابق طول خطوط دیفرانسیل ≤10mm.
- فیلتر π در ابتدای توسعهدهنده سیگنال.
- کنترل تولید انبوه
- کالیبراسیون به کمک برش لیزری مقاومت به طور کامل خودکار.
- برنامهنویسی ضریب جبران دما در فirmware.
- آزمون بار دینامیک (جایگزین فرآیند burn-in سنتی).
محدودیتهای راهحل:
- مناسب برای سناریوهای جداسازی قوی >600V نیست (نیاز به راهحل جداسازی تقویت شده).
- اتلاف مس قابل توجه در جریانهای >500A (راهحل مغناطیسی توصیه میشود).