Niskokosztowne rozwiązanie do pomiaru prądu: precyzyjny szunt zastępuje tradycyjne transformatory prądowe niskonapięciowe

I. Tło rozwiązania
W obliczu nagłego zapotrzebowania na tanie zmysły prądowe w aplikacjach kontroli przemysłowej, pomiaru energii i ochrony przed nadmiernym prądem, tradycyjne transformatory prądowe (CT) i czujniki Halla mają ból punktowy, takie jak wysokie koszty materiałów (szczególnie dla specyfikacji >30A) i skomplikowane procesy produkcji. To rozwiązanie wykorzystuje czteroterminalny rezystor manganinowy + zoptymalizowany łańcuch sygnałowy, aby osiągnąć ekstremalną kontrolę kosztów w scenariuszach masowych aplikacji.

II. Kluczowy projekt rozwiązania

Jednostka czujnikowa

Dokładny czteroterminalny rezystor manganinowy

Zastępuje tradycyjną strukturę rdzenia i cewki CT.
Kluczowe parametry: zakres oporu 50μΩ-5mΩ (dostosowany do nominalnego prądu), Współczynnik temperaturowy <50ppm/°C.
Czteroterminalna struktura eliminuje błąd oporu kontaktowego (połączenie Kelvina).

Łańcuch przetwarzania sygnału

Niskodriftowy wzmacniacz instrumentacyjny (INA)

Wykorzystuje urządzenia z dryftem napięcia przesunięcia <0.5μV/°C (np. AD8237, INA826).
Błąd wzmocnienia <0.1%, CMRR >120dB ( tłumi interferencję wspólnego trybu).
Zintegrowana filtracja EMI redukuje obwód zewnętrzny.

Optymalizacja izolacji

Izolator kondensatorowy przełączany (np. ADI isoPower®)

Zastępuje tradycyjną strukturę magnetycznej izolacji CT.
Obsługuje >5kV DC napięcie izolacji.
40% niższe zużycie energii, koszt tylko 60% rozwiązań z optokuplerami.

Projekt mechaniczny

Obudowa z tworzywa sztucznego wtryskowego

Eliminuje warstwy ekranowania metalicznego i proces potowania.
Utrzymuje stopień ochrony IP54 (odpychający pył i ochraniaczą przed rozbryzgami wody).
Standardowe terminale złączowe do automatycznej montażu.

III. Analiza korzyści kosztowych (w porównaniu z tradycyjnym rozwiązaniem)

Pozycja	Tradycyjne rozwiązanie CT	To rozwiązanie shuntowe	Zmniejszenie/Zwiększenie
Koszt BOM czujnika 100A	$8.2	$1.7	79%↓
Dzienna pojemność linii produkcyjnej	5,000 szt.	22,000 szt.	340%↑
Czas kalibracji/szt.	45 sek	8 sek	82%↓
Prémia za wysokoprądowe specyfikacje	300%	20%	-

IV. Typowe parametry techniczne

Dokładność: 1% FS (@25°C), 2% FS (@-40°C~+85°C)
Szerokość pasma: DC~50kHz (lepsza niż tradycyjna granica 10kHz CT)
Nominalny prąd: 15-300A (>300A zalecane użycie równoległych tablic shuntowych)
Zużycie energii: <15mW (bez wpływu samonagrzewania)
Czas reakcji: <1μs (znaczna przewaga w scenariuszach ochrony przed nadmiernym prądem)

V. Dostosowanie do scenariuszy aplikacyjnych

Wewnętrzne pomiary inteligentnych liczników

Odpowiednie do pomiaru energii poniżej klasy 1.
Próbkowanie prądu szyny (parowane z ADC typu Σ-Δ).

Systemy sterowania napędami silników

Wykrywanie prądu fazy w trójfazowych inwerterach.
Kontrolery BLDC wrażliwe na koszty.

Urządzenia ochrony przed nadmiernym prądem

Wykrywanie prądu trippingowego wyłącznika.
Prędkość reakcji poprawiona 50-krotnie.

Inwertery słoneczne

Monitorowanie prądu ciągłego (strona DC).
Eliminuje problem resztkowego przepływu w tradycyjnych CT.

VI. Kluczowe punkty implementacji

Projekt zarządzania termicznego

Rozpraszanie ciepła przez warstwę miedzi (PCB działa jako chłodzenie).
Zasada: ≥4mm² warstwy miedzi na 1A prądu.

Optymalizacja EMC

Dopasowanie długości śladów różnicowych ≤10mm.
Filtr π na froncie wzmacniaka instrumentacyjnego.

Kontrola produkcji masowej

Pełnie automatyczne kalibrowanie rezystora laserowego.
Programowanie współczynnika kompensacji temperatury w firmware.
Testowanie dynamicznego obciążenia (zamienia tradycyjny proces burn-in).

Ograniczenia rozwiązania:

Nie jest odpowiednie dla scenariuszy silnej izolacji >600V (wymagane rozwiązanie z wzmocnioną izolacją).
Znaczne straty miedzi przy prądach >500A (zalecane rozwiązanie magnetyczne).

07/21/2025

Polecane

Więcej