Solution de détection de courant à faible coût : Précision du shunt remplace les transformateurs de courant basse tension traditionnels

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​I. Contexte de la solution​
Face à la demande urgente de détection de courant à faible coût dans les applications de contrôle industriel, de comptage d'énergie et de protection contre les surintensités, les transformateurs de courant électromagnétiques (CT) traditionnels et les capteurs Hall présentent des points de douleur tels que des coûts matériels élevés (en particulier pour les spécifications >30A) et des processus de fabrication complexes. Cette solution utilise une résistance de shunt en manganine à quatre bornes + une conception optimisée de la chaîne de signal pour atteindre un contrôle extrême des coûts dans les scénarios d'application de grande échelle.

​II. Conception de base de la solution​

1. ​Unité de détection​
• Résistance de shunt en manganine précise à quatre bornes
• Remplace la structure de noyau et de bobine CT traditionnelle.
• Paramètres clés : plage de résistance 50μΩ-5mΩ (personnalisée selon l'intensité du courant), Coefficient de température <50ppm/°C.
• La structure à quatre bornes élimine l'erreur de résistance de contact (connexion Kelvin).
2. ​Chaîne de traitement du signal​
• Amplificateur instrumentation à faible dérive (INA)
• Utilise des dispositifs avec une dérive de tension de décalage <0,5μV/°C (par exemple, AD8237, INA826).
• Erreur de gain <0,1%, CMRR >120dB (supprime l'interférence en mode commun).
• Filtrage EMI intégré réduit le circuit périphérique.
3. ​Optimisation de l'isolation​
• Isolateur à condensateur commuté (par exemple, ADI isoPower®)
• Remplace la structure d'isolation magnétique traditionnelle du CT.
• Supporte une tension d'isolement DC >5kV.
• Consommation d'énergie 40% inférieure, coût seulement 60% des solutions à optocoupleur.
4. ​Conception mécanique​
• Boîtier en plastique moulé par injection
• Élimine les couches de blindage métallique et le processus de potting.
• Maintient une classe de protection IP54 (étanche à la poussière et aux éclaboussures d'eau).
• Bornes standardisées à branchement automatique.

​III. Analyse de l'avantage de coût (par rapport à la solution traditionnelle)​​

​IV. Spécifications techniques typiques​

• ​Précision:​​ 1% FS (@25°C), 2% FS (@-40°C~+85°C)
• ​Bande passante:​​ DC~50kHz (supérieure à la limite de 10kHz du CT traditionnel)
• ​Courant nominal:​​ 15-300A (>300A recommandé d'utiliser des tableaux de shunts parallèles)
• ​Consommation d'énergie:​​ <15mW (pas d'impact de chauffage auto)
• ​Temps de réponse:​​ <1μs (avantage significatif dans les scénarios de protection contre les surintensités)

​V. Adaptation des scénarios d'application​

1. ​Mesure interne des compteurs intelligents​
• Convient au comptage d'énergie en dessous de la classe 1.
• Échantillonnage du courant de barre (apparié avec un ADC Σ-Δ).
2. ​Systèmes de contrôle de moteurs​
• Détection du courant de phase des onduleurs triphasés.
• Contrôleurs BLDC sensibles au coût.
3. ​Dispositifs de protection contre les surintensités​
• Détection du courant de déclenchement disjoncteur.
• Vitesse de réponse améliorée de 50 fois.
4. ​Onduleurs solaires​
• Surveillance du courant de chaîne (côté DC).
• Élimine le problème d'erreur de flux résiduel du CT traditionnel.

​VI. Points clés de mise en œuvre​

1. ​Conception de gestion thermique​
• Dissipation de chaleur par coulée de cuivre (la PCB sert de dissipateur de chaleur).
• Règle à suivre : ≥4mm² de coulée de cuivre par 1A de courant.
2. ​Optimisation EMC​
• Appariement de la longueur des traces différentielles ≤10mm.
• Filtre π au front-end de l'amplificateur instrumentation.
3. ​Contrôle de la production en série​
• Calibration entièrement automatisée par découpe laser de la résistance.
• Programmation du coefficient de compensation de température dans le firmware.
• Tests de charge dynamique (remplace le processus de rodage traditionnel).

​Limitations de la solution:​​

• Pas adapté aux scénarios d'isolement fort >600V (nécessite une solution d'isolement renforcé).
• Pertes de cuivre significatives pour des courants >500A (solution magnétique recommandée).