Високоточне рішення для вимірювання струму: прецізійний шунт замінює традиційні низьковольтові трансформатори струму

​

​I. Побутова інформація про рішення​
У зв'язку з надзвичайною потребою у дешевому виявленні струму у системах промислового керування, обліку енергії та захисту від перенапруження, традиційні електромагнітні трансформатори струму (CT) та сенсори Голла мають проблеми, такі як високі витрати на матеріали (особливо для специфікацій >30A) та складні процеси виробництва. Це рішення використовує чотирьохтермінальний шунт з манганіну + оптимізований ланцюг сигналів для досягнення екстремального контролю витрат у масштабних сценаріях застосування.

​II. Основне проектування рішення​

1. ​Одиниця виявлення​
• Точний чотирьохтермінальний шунт з манганіну
• Замінює традиційну конструкцію ядра та катушок CT.
• Основні параметри: діапазон опору 50μΩ-5mΩ (під замовлення відповідно до струму), температурний коефіцієнт <50ppm/°C.
• Чотирьохтермінальна конструкція усуває помилки контактного опору (з'єднання Кельвіна).
2. ​Ланцюг обробки сигналів​
• Ампліфікатор інструментальний з низьким дрейфом (INA)
• Використовуються пристрої з дрейфом напруги зміщення <0.5μV/°C (наприклад, AD8237, INA826).
• Помилка підсилення <0.1%, CMRR >120dB (підавляє спільномодальні завади).
• Інтегроване фільтрування EMI зменшує периферійні схеми.
3. ​Оптимізація ізоляції​
• Ізолятор з переключним конденсатором (наприклад, ADI isoPower®)
• Замінює традиційну магнітну конструкцію ізоляції CT.
• Підтримує >5kV DC напругу ізоляції.
• Споживання енергії нижче на 40%, вартість лише 60% від рішень з оптичними куплерами.
4. ​Конструктивне проектування​
• Корпус з пластмаси, отриманий методом литьового формування
• Елімінує металеві шари екранивання та процес заповнення.
• Зберігає клас захисту IP54 (пильностійкий та водостійкий до бризків).
• Стандартизовані з'єднуючі клеми для автоматизованого монтажу.

​III. Аналіз вигід затрат (по відношенню до традиційного рішення)​​

​IV. Типові технічні характеристики​

• ​Точність:​​ 1% FS (@25°C), 2% FS (@-40°C~+85°C)
• ​Ширина полоси пропускання:​​ DC~50kHz (краще за традиційні 10kHz для CT)
• ​Номінальний струм:​​ 15-300A (>300A рекомендовано використовувати паралельні масиви шунтів)
• ​Споживання енергії:​​ <15mW (без впливу самонагріву)
• ​Час відгуку:​​ <1μs (значна перевага у сценаріях захисту від перенапруження)

​V. Пристройство до сценаріїв застосування​

1. ​Внутрішні вимірювання у розумних лічильниках​
• Придатне для обліку енергії нижче класу 1.
• Взяття проб струму на шині (сполучено з Σ-Δ ADC).
2. ​Системи керування приводами двигунів​
• Виявлення струму фаз у трьохфазному інверторі.
• Чутливі до вартості контролери BLDC.
3. ​Приспособлення для захисту від перенапруження​
• Виявлення струму, що викликає відключення автомату.
• Швидкість відгуку збільшена в 50 разів.
4. ​Інвертори сонячної енергії​
• Моніторинг струму рядка (DC сторона).
• Елімінує проблему залишкового магнітного потоку у традиційних CT.

​VI. Ключові моменти реалізації​

1. ​Проектування термального управління​
• Розсіювання тепла за допомогою медного покриття (ПП виступає в ролі радіатора).
• Правило: ≥4mm² медного покриття на 1A струму.
2. ​Оптимізація EMC​
• Співпадіння довжин диференційних слідів ≤10mm.
• π-фільтр на вході ампліфікатора інструментального.
3. ​Контроль масового виробництва​
• Повністю автоматичне калібрування з обрізанням опору лазером.
• Програмування прошивки коефіцієнта компенсації температури.
• Динамічне тестування навантаження (замінює традиційний процес прогріву).

​Обмеження рішення:​​

• Не придатне для сценаріїв з сильною ізоляцією >600V (потрібне рішення з підсиленою ізоляцією).
• Значні втрати меді при струмах >500A (рекомендовано магнітне рішення).