세 가지 션트 토폴로지

저자: Salil JAIN, STMicroelectronics 전담 엔지니어, Alok Kumar MITTAL, STMicroelectronics 수석 그룹 관리자Marilena Gaetana SAMBATARO, STMicroelectronics 애플리케이션 관리자

이 기사에서는 STMicroelectronics가 개발한 3상 스마트 에너지 미터의 참조 설계와 다상 계측용 전류 센서에 비해 션트의 장점을 설명합니다.

요즘 사람들은 중장비나 가전제품 등 전력 소비를 모니터링하고 제어하는 ​​데 점점 더 관심을 기울이고 있습니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 션트 기반 계량 솔루션은 새로운 STMicroelectronics의 고급 갈바닉 절연 기술과 결합하여 기존 변류기(CT) 전류 감지 방법에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다.

STMicroelectronics는 AC 전력량계에 사용 가능한 최신 표준(EN 50470-x, IEC 62053-2x, ANSI12.2x)을 준수하는 안정적인 계량 솔루션을 제공합니다.

CT는 교류(AC)를 측정하기 위해 계량 산업에서 광범위하게 사용됩니다. 여기에는 강자성 코어, 구리선의 1차 권선 및 2차 권선이 있습니다.

측정할 전류가 CT 링을 통과하는 상 또는 중성선. 위상 전선(1차)의 AC는 코어에 교류 자기장을 생성한 다음 CT의 2차 권선에 AC를 유도합니다. 1차 권선과 2차 권선의 권선 수는 1차 전류를 측정 가능한 값으로 확장하기 위해 선택됩니다. 2차 권선에 연결된 버든 저항기는 이를 통해 흐르는 전류량에 따라 출력 전압을 생성합니다.

그림 2는 CT 기반의 기존 에너지 측정기를 보여줍니다. 계량 설계에서 CT를 보편적으로 만드는 몇 가지 장점은 다음과 같습니다.

따라서 CT를 사용하는 주된 이유는 고전압 위험으로부터의 안전입니다.

위의 이유로 인해 3상 계측기에 션트를 사용하는 토폴로지를 고려해 볼 가치가 있습니다.

션트는 션트 다이오드, 회로 보호, 전류 측정과 같은 다양한 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 전류 측정에는 사용되는 션트의 변형이 거의 없습니다.

아래 언급된 설계의 경우 5단자 션트를 사용하여 유입되는 전류를 측정합니다. 3W 및 0.3mΩ 저항입니다. 두 계측 장치(STPMS2 및 STPM32/STPM33)에 대해 선택 가능한 전류 채널의 16x 사전 증폭 이득은 최대 100A의 전류 범위를 보장합니다. 입력 전류에 비례하는 션트 저항기의 전압은 이러한 장치의 ADC에 의해 감지됩니다.

STPM3x는 전력선 시스템의 전력 및 에너지를 고정밀도로 측정하도록 설계된 ASSP(응용프로그램별 표준 제품) 제품군입니다.

2채널 24비트 2차 시그마-델타 변조기인 STPMS2는 각 위상의 전압과 전류를 측정할 수 있습니다. 그런 다음 동기화된 4MHz 클록을 사용하여 신호를 오버샘플링하고 단일 출력 핀에서 전압 및 전류 시그마-델타 비트스트림을 다중화합니다.

션트 기반 솔루션에서는 라인 와이어와의 직접적인 접촉으로 인해 인쇄 회로 기판(PCB)의 전위차가 수백 볼트 범위에 있을 수 있으므로 위상을 서로 분리해야 합니다. 이는 보드와 보드에 연결된 장비를 파괴하는 방전 전류를 생성할 수 있습니다. 절연은 다양한 산업 애플리케이션에서 절연 도메인 간에 데이터를 전송하기 위해 ST의 6kV 두꺼운 산화물 갈바닉 절연 기술을 기반으로 하는 이중 채널 디지털 절연기인 STISO621을 사용하여 달성됩니다.

그림 3에서 볼 수 있듯이 마이크로컨트롤러와 STPM32 또는 STPMS2 계량 장치 사이에 절연체가 사용됩니다.

전기 요금을 관리하려는 소비자와 중장비의 정확한 전력, 에너지 및 역률을 모니터링해야 하는 산업 분야에서 이 계량기(그림 4 참조)는 전력 및 에너지 소비를 감지하고 제어할 수 있는 방법을 제공합니다. 이는 산업이나 가정에서 소비되는 전력의 모든 밀리와트를 측정하는 데 필수적인 모든 계측 매개변수를 계산합니다. 이 설계에는 STPM32 계량 IC와 STM32L486 마이크로컨트롤러가 사용됩니다.