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Soluzione di rilevamento della corrente a basso costo: precisione dello shunt sostituisce i tradizionali trasformatori di corrente a bassa tensione

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

  1. 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).
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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)

Voce

Soluzione CT tradizionale

Questa soluzione di shunt

Riduzione/Aumento

Costo BOM sensore 100A

$8,2

$1,7

​**79%↓**​

Capacità giornaliera di produzione

5.000 pezzi

22.000 pezzi

​**340%↑**​

Tempo di taratura per pezzo

45 sec

8 sec

​**82%↓**​

Premium per specifiche ad alta corrente

300%

20%

-

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

  1. 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).
  2. Sistemi di controllo per motori
    • Rilevamento della corrente di fase degli inversori trifase.
    • Controllori BLDC sensibili ai costi.
  3. Dispositivi di protezione contro sovracorrenti
    • Rilevamento della corrente di scatto del disgiuntore.
    • Velocità di risposta migliorata di 50 volte.
  4. Inversori fotovoltaici
    • Monitoraggio della corrente della stringa (lato DC).
    • Elimina l'errore di flusso residuo del CT tradizionale.

VI. Punti chiave per l'implementazione

  1. 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.
  2. Ottimizzazione EMC
    • Abbinamento della lunghezza dei tracciati differenziali ≤10mm.
    • Filtro π all'inizio dell'amplificatore strumentale.
  3. 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).
07/21/2025
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