Solução de Detecção de Corrente de Baixo Custo: Precisão do Shunt Substitui os Transformadores de Corrente de Baixa Tensão Tradicionais

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​I. Contexto da Solução​
Diante da urgente demanda por deteção de corrente de baixo custo em aplicações de controlo industrial, medição de energia e proteção contra sobrecorrente, os transformadores de corrente eletromagnéticos (CTs) tradicionais e sensores Hall apresentam pontos problemáticos como elevados custos de material (especialmente para especificações >30A) e processos de fabricação complexos. Esta solução emprega um resistor de shunt de manganina de quatro terminais + design de cadeia de sinal otimizada para alcançar um controle extremo de custos em cenários de aplicação de grande volume.

​II. Design Central da Solução​

1. ​Unidade de Detecção​
• Resistor de Shunt de Manganina de Quatro Terminais de Precisão
• Substitui a estrutura de núcleo e bobina do CT tradicional.
• Parâmetros Chave: faixa de resistência 50μΩ-5mΩ (personalizado conforme a classificação de corrente), Coeficiente de Temperatura <50ppm/°C.
• Estrutura de quatro terminais elimina o erro de resistência de contacto (conexão Kelvin).
2. ​Cadeia de Processamento de Sinal​
• Amplificador Instrumental de Baixo Deriva (INA)
• Utiliza dispositivos com deriva de tensão de offset <0.5μV/°C (por exemplo, AD8237, INA826).
• Erro de Ganho <0.1%, CMRR >120dB (suprime interferências de modo comum).
• Filtro EMI integrado reduz a circuitaria periférica.
3. ​Otimização de Isolamento​
• Isolador de Capacitor Comutado (por exemplo, ADI isoPower®)
• Substitui a estrutura de isolamento magnético do CT tradicional.
• Suporta tensão de isolamento DC >5kV.
• Consumo de energia 40% inferior, custo apenas 60% das soluções de optoacopladores.
4. ​Design Mecânico​
• Caixa de Plástico Moldada por Injeção
• Elimina camadas de blindagem metálicas e processo de encapsulamento.
• Mantém classificação de proteção IP54 (à prova de poeira e respingos d'água).
• Terminais plugáveis padronizados para montagem automatizada.

​III. Análise de Vantagens de Custo (em comparação com a Solução Tradicional)​​

​IV. Especificações Técnicas Típicas​

• ​Precisão:​​ 1% FS (@25°C), 2% FS (@-40°C~+85°C)
• ​Largura de Banda:​​ DC~50kHz (superior ao limite de 10kHz do CT tradicional)
• ​Corrente Nominal:​​ 15-300A (>300A recomendado usar arrays de shunts paralelos)
• ​Consumo de Energia:​​ <15mW (sem impacto de aquecimento próprio)
• ​Tempo de Resposta:​​ <1μs (grande vantagem em cenários de proteção contra sobrecorrente)

​V. Adaptação de Cenário de Aplicação​

1. ​Medição Interna de Medidores Inteligentes​
• Adequado para medição de energia abaixo da Classe 1.
• Amostragem de corrente de barramento (combinado com ADC Σ-Δ).
2. ​Sistemas de Controlo de Acionamento de Motores​
• Detecção de corrente de fase de inversor trifásico.
• Controladores BLDC sensíveis a custos.
3. ​Dispositivos de Proteção Contra Sobrecorrente​
• Detecção de corrente de disparo de disjuntores.
• Velocidade de resposta melhorada em 50x.
4. ​Inversores Solares​
• Monitoramento de corrente de string (lado DC).
• Elimina o problema de fluxo residual dos CTs tradicionais.

​VI. Pontos Chave de Implementação​

1. ​Design de Gestão Térmica​
• Dissipação de calor por cobre (PCB atua como dissipador de calor).
• Regra a seguir: ≥4mm² de cobre por 1A de corrente.
2. ​Otimização EMC​
• Comprimento de rastros diferenciais correspondentes ≤10mm.
• Filtro π na frente do amplificador instrumental.
3. ​Controlo de Produção em Massa​
• Calibração de corte de resistor por laser totalmente automatizada.
• Programação de firmware do coeficiente de compensação de temperatura.
• Teste de carga dinâmica (substitui o processo de burn-in tradicional).

​Limitações da Solução:​​

• Não adequado para cenários de forte isolamento >600V (requer solução de isolamento reforçado).
• Perdas significativas de cobre em correntes >500A (recomenda-se solução magnética).