โซลูชันการวัดกระแสไฟฟ้าต้นทุนต่ำ: รีซิสเตอร์ชันเทียบเท่าความแม่นยำแทนที่หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าต่ำแรงดันแบบดั้งเดิม

​

​I. ข้อมูลพื้นหลังของโซลูชัน​
เมื่อเผชิญกับความต้องการที่เร่งด่วนสำหรับเซ็นเซอร์กระแสไฟฟ้าต้นทุนต่ำในแอปพลิเคชันควบคุมอุตสาหกรรม การวัดพลังงาน และการป้องกันกระแสเกิน เซ็นเซอร์แบบแอมเพียร์มิเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้า (CTs) และเซ็นเซอร์ฮอลล์แบบดั้งเดิมมีจุดเจ็บปวดเช่น ต้นทุนวัสดุสูง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสเปก >30A) และกระบวนการผลิตที่ซับซ้อน โซลูชันนี้ใช้ตัวต้านทานชันท์แมงกาเนนสี่เทอมินัล + การออกแบบสัญญาณที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม เพื่อควบคุมต้นทุนอย่างมากในสถานการณ์การใช้งานปริมาณสูง

​II. การออกแบบแกนกลางของโซลูชัน​

1. ​หน่วยตรวจจับ​
• ตัวต้านทานชันท์แมงกาเนนสี่เทอมินัลความแม่นยำ
• แทนที่โครงสร้างแกนและขดลวด CT แบบดั้งเดิม
• พารามิเตอร์สำคัญ: ช่วงความต้านทาน 50μΩ-5mΩ (กำหนดเองตามขนาดกระแสไฟฟ้า), ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ <50ppm/°C
• โครงสร้างสี่เทอมินัลกำจัดความผิดพลาดจากความต้านทานการสัมผัส (การเชื่อมต่อเคลวิน)
2. ​สายสัญญาณการประมวลผล​
• แอมปลิฟายเออร์เครื่องมือที่มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย (INA)
• ใช้อุปกรณ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงแรงดันออฟเซ็ต <0.5μV/°C (เช่น AD8237, INA826)
• ความคลาดเคลื่อนในการขยาย <0.1%, CMRR >120dB (ลดการรบกวนโหมดร่วม)
• การกรอง EMI ที่ถูกบูรณาการลดวงจรเสริมรอบข้าง
3. ​การปรับปรุงการแยกส่วน​
• ตัวแยกคาปาซิเตอร์สวิตช์ (เช่น ADI isoPower®)
• แทนที่โครงสร้างการแยกส่วนแม่เหล็กของ CT แบบดั้งเดิม
• รองรับแรงดันแยกส่วน DC >5kV
• การใช้พลังงานต่ำกว่า 40% ราคาเพียง 60% ของโซลูชัน optocoupler
4. ​การออกแบบเชิงกล​
• เคสพลาสติกที่ฉีดขึ้นรูป
• กำจัดชั้นโลหะป้องกันและการทำโพตติ้ง
• รักษาระดับการป้องกัน IP54 (ป้องกันฝุ่นและละอองน้ำ)
• เทอร์มินัลปลั๊กมาตรฐานสำหรับการประกอบโดยอัตโนมัติ

​III. การวิเคราะห์ข้อได้เปรียบด้านต้นทุน (เมื่อเทียบกับโซลูชันดั้งเดิม)​​

​IV. ข้อมูลทางเทคนิคทั่วไป​

• ​ความแม่นยำ:​​ 1% FS (@25°C), 2% FS (@-40°C~+85°C)
• ​แบนด์วิธ:​​ DC~50kHz (เหนือกว่าขีดจำกัด 10kHz ของ CT แบบดั้งเดิม)
• ​กระแสไฟฟ้าที่กำหนด:​​ 15-300A (>300A แนะนำให้ใช้ชันท์แบบขนาน)
• ​การใช้พลังงาน:​​ <15mW (ไม่มีผลกระทบจากการทำความร้อน)
• ​เวลาตอบสนอง:​​ <1μs (เป็นประโยชน์อย่างมากในสถานการณ์การป้องกันกระแสเกิน)

​V. การปรับตัวเข้ากับสถานการณ์การใช้งาน​

1. ​การวัดภายในมิเตอร์อัจฉริยะ​
• เหมาะสมสำหรับการวัดพลังงานที่ต่ำกว่าระดับ 1
• การสุ่มตัวอย่างกระแสบนบัสบาร์ (จับคู่กับ ADC Σ-Δ)
2. ​ระบบควบคุมการขับเคลื่อนมอเตอร์​
• การตรวจจับกระแสเฟสของอินเวอร์เตอร์สามเฟส
• คอนโทรลเลอร์ BLDC ที่ไวต่อต้นทุน
3. ​อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน​
• การตรวจจับกระแสทริปของเบรกเกอร์
• ความเร็วในการตอบสนองเพิ่มขึ้น 50 เท่า
4. ​อินเวอร์เตอร์โซลาร์​
• การตรวจสอบกระแสสตริง (ด้าน DC)
• กำจัดปัญหาความผิดพลาดจากฟลักซ์คงที่ของ CT แบบดั้งเดิม

​VI. ประเด็นสำคัญในการดำเนินการ​

1. ​การออกแบบการจัดการความร้อน​
• การกระจายความร้อนด้วยการเททองแดง (PCB ทำหน้าที่เป็นฮีทซิงค์)
• กฎที่ต้องปฏิบัติตาม: ≥4mm² ของการเททองแดงต่อกระแส 1A
2. ​การปรับปรุง EMC​
• การจับคู่ความยาวเส้นทางแบบดิฟเฟอร์เรนเชียล ≤10mm
• π-ฟิลเตอร์ที่ด้านหน้าของแอมปลิฟายเออร์เครื่องมือ
3. ​การควบคุมการผลิตจำนวนมาก​
• การปรับเทียบตัวต้านทานด้วยเลเซอร์แบบอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์
• การโปรแกรมค่าสัมประสิทธิ์การชดเชยอุณหภูมิ
• การทดสอบโหลดแบบไดนามิก (แทนที่กระบวนการบิวต์อินแบบดั้งเดิม)

​ข้อจำกัดของโซลูชัน:​​

• ไม่เหมาะสมสำหรับสถานการณ์การแยกส่วนแรงดัน >600V (ต้องใช้โซลูชันการแยกส่วนที่เสริม)
• การสูญเสียทองแดงอย่างมากที่กระแส >500A (แนะนำให้ใช้โซลูชันแม่เหล็ก)