Giải pháp Đo Dòng Điện Tiết Kiệm: Bộ Chia Chính Xác Thay Thế cho Các Biến áp Dòng Điện Áp Thấp Truyền Thống

• ​准确性：​ 1% FS (@25°C)，2% FS (@-40°C~+85°C)
• ​带宽：​ DC~50kHz（优于传统CT的10kHz限制）
• ​额定电流：​ 15-300A（>300A建议使用并联分流阵列）
• ​功耗：​ <15mW（无自热影响）
• ​响应时间：​ <1μs（在过流保护场景中具有显著优势）

​V. 应用场景适应性​

1. ​智能电表内部测量​
• 适用于1级以下的电能计量。
• 母线电流采样（与Σ-Δ ADC配对）。
2. ​电机驱动控制系统​
• 三相逆变器相电流检测。
• 成本敏感的BLDC控制器。
3. ​过流保护装置​
• 断路器跳闸电流检测。
• 响应速度提高50倍。
4. ​太阳能逆变器​
• 串电流监测（直流侧）。
• 消除了传统CT的剩磁误差问题。

​VI. 实施要点​

1. ​热管理设计​
• 铜浇散热（PCB作为散热器）。
• 遵循规则：每1A电流≥4mm²铜浇。
2. ​EMC优化​
• 差分走线长度匹配≤10mm。
• 仪表放大器前端π滤波器。
3. ​大规模生产控制​
• 全自动激光电阻修整校准。
• 温度补偿系数固件编程。
• 动态负载测试（取代传统的老化过程）。

​解决方案局限性：​

• 不适合>600V强隔离场景（需要加强隔离解决方案）。
• 在>500A电流下铜损耗显著（建议使用磁性解决方案）。

​

​I. Nền tảng Giải pháp​
Đối mặt với nhu cầu cấp bách về cảm biến dòng điện giá rẻ trong các ứng dụng điều khiển công nghiệp, đo lường năng lượng và bảo vệ quá dòng, các biến áp dòng điện truyền thống (CT) và cảm biến Hall mang lại những điểm đau như chi phí vật liệu cao (đặc biệt là cho các thông số >30A) và quy trình sản xuất phức tạp. Giải pháp này sử dụng bộ chia mangan 4 đầu + thiết kế chuỗi tín hiệu tối ưu để đạt được kiểm soát chi phí cực kỳ tốt trong các kịch bản ứng dụng số lượng lớn.

​II. Thiết kế Giải pháp Cốt lõi​

1. ​Đơn vị Cảm biến​
• Bộ chia Mangan 4 đầu Độ chính xác cao
• Thay thế cấu trúc lõi và cuộn dây CT truyền thống.
• Các Thông số Chính: dải trở kháng 50μΩ-5mΩ (định chế theo định mức dòng điện), Hệ số Nhiệt độ <50ppm/°C.
• Cấu trúc 4 đầu loại bỏ lỗi do điện trở tiếp xúc (kết nối Kelvin).
2. ​Chuỗi Xử lý Tín hiệu​
• Amplifier Đo Lượng có độ trôi thấp (INA)
• Sử dụng thiết bị có độ trôi điện áp offset <0,5μV/°C (ví dụ: AD8237, INA826).
• Lỗi Gain <0,1%, CMRR >120dB (khống chế nhiễu chế độ chung).
• Lọc EMI tích hợp giảm thiểu mạch ngoại vi.
3. ​Tối ưu Hóa Cách ly​
• Trình Cách ly Dung lượng Đảo (ví dụ: ADI isoPower®)
• Thay thế cấu trúc cách ly từ trường của CT truyền thống.
• Hỗ trợ điện áp cách ly DC >5kV.
• Tiêu thụ năng lượng thấp hơn 40%, chi phí chỉ bằng 60% so với giải pháp optocoupler.
4. ​Thiết kế Cơ khí​
• Vỏ Nhựa Chế tạo Bằng Phương pháp Tiêm
• Loại bỏ lớp chắn kim loại và quy trình đúc.
• Duy trì xếp hạng bảo vệ IP54 (chống bụi và chống nước bắn).
• Các đầu cắm tiêu chuẩn cho lắp ráp tự động.

​III. Phân tích Ưu điểm Chi phí (so với Giải pháp Truyền thống)​​

​IV. Các Đặc điểm Kỹ thuật điển hình​

• ​Độ chính xác:​ 1% FS (@25°C), 2% FS (@-40°C~+85°C)
• ​Độ rộng băng thông:​ DC~50kHz (tốt hơn giới hạn 10kHz của CT truyền thống)
• ​Dòng điện Định mức:​ 15-300A (>300A khuyến nghị sử dụng mảng bộ chia song song)
• ​Tiêu thụ Năng lượng:​ <15mW (không ảnh hưởng đến tự làm nóng)
• ​Thời gian Phản hồi:​ <1µs (lợi thế đáng kể trong các kịch bản bảo vệ quá dòng)

​V. Thích ứng với Kịch bản Ứng dụng​

1. ​Đo lường Trong Đồng hồ Điện Thông minh​
• Phù hợp cho đo lường năng lượng dưới Class 1.
• Đo dòng điện busbar (kết hợp với ADC Σ-Δ).
2. ​Hệ thống Điều khiển Động cơ​
• Phát hiện dòng điện pha của bộ nghịch lưu ba pha.
• Điều khiển BLDC nhạy cảm với chi phí.
3. ​Thiết bị Bảo vệ Quá dòng​
• Phát hiện dòng điện gây rơ le nhảy.
• Tốc độ phản hồi tăng gấp 50 lần.
4. ​Nghịch lưu Năng lượng Mặt trời​
• Quan sát dòng điện chuỗi (bên DC).
• Loại bỏ vấn đề lỗi từ dư của CT truyền thống.

​VI. Điểm then chốt trong Thực hiện​

1. ​Thiết kế Quản lý Nhiệt​
• Tán nhiệt bằng đồng đổ (PCB hoạt động như một tản nhiệt).
• Nguyên tắc tuân theo: ≥4mm² đồng đổ cho mỗi 1A dòng điện.
2. ​Tối ưu hóa EMC​
• Độ dài đường dẫn sai phân khớp ≤10mm.
• Bộ lọc π ở đầu vào của ampli đo lường.
3. ​Điều khiển Sản xuất hàng loạt​
• Hiệu chỉnh cắt laser hoàn toàn tự động.
• Lập trình hệ số bù nhiệt độ.
• Kiểm tra tải động (thay thế quy trình làm già truyền thống).

​Giới hạn của Giải pháp:​

• Không phù hợp cho các kịch bản cách ly mạnh >600V (yêu cầu giải pháp cách ly tăng cường).
• Mất mát đồng đáng kể ở dòng điện >500A (khuyến nghị sử dụng giải pháp từ tính).