
I. Contesto della soluzione
Di fronte alla crescente richiesta di rilevamento di corrente a basso costo per applicazioni di controllo industriale, misurazione dell'energia e protezione contro sovracorrenti, i tradizionali trasformatori di corrente elettronici (CT) e i sensori Hall presentano problemi come costi elevati dei materiali (soprattutto per specifiche >30A) e processi di produzione complessi. Questa soluzione utilizza un resistore di shunt in manganesino a quattro terminali + un design di catena di segnale ottimizzato per raggiungere un controllo estremo dei costi in scenari di applicazione ad alto volume.
II. Design centrale della soluzione
- Unità di rilevamento
- Resistore di shunt in manganesino a quattro terminali di precisione
- Sostituisce la struttura a nucleo e avvolgimento del CT tradizionale.
- Parametri chiave: gamma di resistenza 50μΩ-5mΩ (personalizzabile in base al rating di corrente), Coefficiente di temperatura <50ppm/°C.
- La struttura a quattro terminali elimina l'errore di resistenza di contatto (connessione Kelvin).
- Catena di elaborazione del segnale
- Amplificatore strumentale a basso deriva (INA)
- Utilizza dispositivi con deriva di tensione di offset <0,5μV/°C (ad esempio, AD8237, INA826).
- Errore di guadagno <0,1%, CMRR >120dB (supprime l'interferenza in comune).
- Filtro EMI integrato riduce la circuitazione periferica.
- Ottimizzazione dell'isolamento
- Isolatore a condensatore commutato (ad esempio, ADI isoPower®)
- Sostituisce la struttura di isolamento magnetico del CT tradizionale.
- Supporta una tensione di isolamento continua >5kV.
- Consumo di energia inferiore del 40%, costo solo al 60% delle soluzioni a optocoppia.
- Design meccanico
- Involucro in plastica pressofusa
- Elimina i livelli di schermatura metallici e il processo di imbibizione.
- Mantiene il grado di protezione IP54 (resistente alla polvere e alle schizzi d'acqua).
- Terminali standardizzati a presa per assemblaggio automatizzato.
III. Analisi dei vantaggi economici (rispetto alla soluzione tradizionale)
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Voce
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Soluzione CT tradizionale
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Questa soluzione di shunt
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Riduzione/Aumento
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Costo BOM sensore 100A
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$8,2
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$1,7
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**79%↓**
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Capacità giornaliera di produzione
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5.000 pezzi
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22.000 pezzi
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**340%↑**
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Tempo di taratura per pezzo
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45 sec
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8 sec
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**82%↓**
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Premium per specifiche ad alta corrente
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300%
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20%
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IV. Specifiche tecniche tipiche
- Precisione: 1% FS (@25°C), 2% FS (@-40°C~+85°C)
- Larghezza di banda: DC~50kHz (superiore al limite di 10kHz del CT tradizionale)
- Corrente nominale: 15-300A (>300A si consiglia l'uso di array di shunt paralleli)
- Consumo di potenza: <15mW (nessun impatto di surriscaldamento)
- Tempo di risposta: <1μs (vantaggio significativo in scenari di protezione contro sovracorrenti)
V. Adattamento allo scenario di applicazione
- Misurazione interna dei contatori intelligenti
- Adatto per la misurazione dell'energia fino alla Classe 1.
- Campionamento della corrente sulla barra (abbinato a un ADC Σ-Δ).
- Sistemi di controllo per motori
- Rilevamento della corrente di fase degli inversori trifase.
- Controllori BLDC sensibili ai costi.
- Dispositivi di protezione contro sovracorrenti
- Rilevamento della corrente di scatto del disgiuntore.
- Velocità di risposta migliorata di 50 volte.
- Inversori fotovoltaici
- Monitoraggio della corrente della stringa (lato DC).
- Elimina l'errore di flusso residuo del CT tradizionale.
VI. Punti chiave per l'implementazione
- Design di gestione termica
- Dissipazione del calore tramite piani di rame (la PCB funge da dissipatore di calore).
- Regola da seguire: ≥4mm² di piani di rame per 1A di corrente.
- Ottimizzazione EMC
- Abbinamento della lunghezza dei tracciati differenziali ≤10mm.
- Filtro π all'inizio dell'amplificatore strumentale.
- Controllo della produzione di massa
- Calibrazione automatica tramite taglio laser del resistore.
- Programmazione del coefficiente di compensazione termica nel firmware.
- Test dinamico del carico (sostituisce il processo di rodaggio tradizionale).
Limitazioni della soluzione:
- Non adatta per scenari di forte isolamento >600V (richiede una soluzione di isolamento rinforzato).
- Perdite significative di rame a correnti >500A (si consiglia una soluzione magnetica).