Недорогое решение для измерения тока: точный шунт заменяет традиционные низковольтные трансформаторы тока

​

​I. Предыстория решения​
В условиях острой потребности в дешевом измерении тока для промышленного контроля, учета энергии и защиты от перегрузки по току, традиционные электромагнитные трансформаторы тока (ТТ) и датчики Холла имеют такие недостатки, как высокая стоимость материалов (особенно для спецификаций >30А) и сложный процесс производства. Данное решение использует четырехвыводной резистор манганин + оптимизированную схему сигнала для достижения экстремального контроля затрат в условиях массового применения.

​II. Основной дизайн решения​

1. ​Блок обнаружения​
• Четырехвыводной прецизионный резистор манганин
• Заменяет традиционную структуру сердечника и катушки ТТ.
• Ключевые параметры: диапазон сопротивления 50μΩ-5мΩ (индивидуально настраивается в зависимости от номинального тока), температурный коэффициент <50ppm/°C.
• Четырехвыводная структура исключает ошибку контактного сопротивления (соединение Кельвина).
2. ​Цепь обработки сигнала​
• Измерительный усилитель с малым дрейфом (INA)
• Используются устройства с дрейфом напряжения смещения <0.5μV/°C (например, AD8237, INA826).
• Погрешность усиления <0.1%, СМРР >120дБ (подавление общего режима помех).
• Интегрированная фильтрация ЭМИ уменьшает необходимость в дополнительных цепях.
3. ​Оптимизация изоляции​
• Изолирующий конденсаторный переключатель (например, ADI isoPower®)
• Заменяет традиционную магнитную изоляцию ТТ.
• Поддерживает напряжение изоляции DC >5кВ.
• Потребляет на 40% меньше энергии, стоит всего 60% от решений с оптронами.
4. ​Механический дизайн​
• Пластиковый корпус, изготовленный методом литья под давлением
• Устраняет необходимость в металлических экранах и заливке.
• Сохраняет степень защиты IP54 (пыле- и брызгозащита).
• Стандартизированные разъемы для автоматической сборки.

​III. Анализ преимуществ по затратам (по сравнению с традиционным решением)​​

​IV. Типовые технические характеристики​

• ​Точность:​​ 1% FS (@25°C), 2% FS (@-40°C~+85°C)
• ​Ширина полосы пропускания:​​ DC~50kHz (превосходит традиционное ограничение ТТ 10kHz)
• ​Номинальный ток:​​ 15-300A (>300A рекомендуется использовать параллельные массивы шунтов)
• ​Потребляемая мощность:​​ <15мВт (не влияет на самонагрев)
• ​Время отклика:​​ <1μс (значительное преимущество в сценариях защиты от перегрузки по току)

​V. Приспособление к сценариям применения​

1. ​Внутренние измерения в умных счетчиках​
• Подходит для учета энергии класса ниже 1.
• Отбор проб тока шины (в паре с АЦП Σ-Δ).
2. ​Системы управления двигателем​
• Обнаружение тока фазы в трехфазном инверторе.
• Контроллеры BLDC, чувствительные к цене.
3. ​Устройства защиты от перегрузки по току​
• Обнаружение тока срабатывания выключателя.
• Скорость отклика увеличивается в 50 раз.
4. ​Инверторы солнечных панелей​
• Мониторинг тока строки (DC сторона).
• Устраняет проблему остаточного магнитного потока традиционных ТТ.

​VI. Ключевые моменты реализации​

1. ​Дизайн теплового менеджмента​
• Рассеивание тепла с помощью медного слоя (печатная плата в качестве радиатора).
• Правило: ≥4мм² медного слоя на 1А тока.
2. ​Оптимизация ЭМС​
• Совпадение длины дифференциальных трасс ≤10мм.
• Фильтр π на входе измерительного усилителя.
3. ​Контроль массового производства​
• Полностью автоматическая калибровка резисторов с использованием лазера.
• Программирование микропрограммы для коэффициента температурной компенсации.
• Динамическое тестирование нагрузки (заменяет традиционный процесс прогрева).

​Ограничения решения:​​

• Не подходит для сценариев сильной изоляции >600В (требуется усиленное изоляционное решение).
• Значительные потери меди при токах >500А (рекомендуется магнитное решение).