Revizyon Bilgisi

Bu teknik doküman B107AA R6 için hazırlanmış olup yeni yapılacak olan tasarımlara kaynak niteliğindedir.

Enerji Analizörü Akım Trafosu ve Filtrasyon

Bu sayfa, B107AA‑R6 enerji analizöründe akım ölçümü için kullanılan akım trafosu (CT) girişini ve analog şartlandırma/filtrasyon katmanını tanımlar. Temel hedef; seçilen CT (CST1005) ile 50/60 Hz akımı, ölçüm entegresinin güvenli giriş aralığına ölçekleyip faz hatasını düşük tutmaktır.

Not: Bu doküman, CST1005’in tipik parametrelerine göre hazırlanmış bir taslak olup nihai değerler datasheet’e göre netleştirilecektir (sargı oranı $N$, nominal akım $I_{\text{P,nom}}$, lineerlik aralığı, önerilen yük vb.).

Tasarım Hedefleri

• Doğruluk: CT lineer aralıkta, burden üzerinde düşük tolerans ve sıcaklık sürüklenmesi
• Faz hatası kontrolü: Güç hesabında (PF düşükken) faz kaymasını minimize eden RC ayarı
• Güvenlik: CT sekonderinin açık devre riskine karşı koruma topolojisi
• EMI/Transient: AFE girişine giden hattın yüksek frekans bileşenlerine karşı sönümlenmesi

---

Giriş Topolojisi (Özet)

Akım trafosu sekonderi diferansiyel olarak burden direncine bağlanır; burden üzerindeki gerilim, AFE’nin akım girişine gider. Seri küçük bir direnç ve RC ağı ile HF sönümleme/anti‑aliasing sağlanır. Gerekirse sekonder açık kalmasına karşı koruma elemanları (örn. zener/TVS veya klamp diyot) eklenir.

---

Burden Direnci Hesabı

CT, primer akımı $I_{\text{P}}$’yi sekonderde $I_{\text{S}}$ akımına çevirir:

$I_{\text{S,peak}} = \frac{I_{\text{P,peak}}}{N}$

Burden üzerindeki hedef tepe gerilim $V_{\text{B,peak}}$ seçilerek burden değeri:

$R_{\text{B}} = \frac{V_{\text{B,peak}}}{I_{\text{S,peak}}} = \frac{N\,V_{\text{B,peak}}}{I_{\text{P,peak}}}$

Ölçüm entegresi (AFE) için güvenli tepe gerilim hedefi olarak $V_{\text{B,peak}} = 0.20\,\text{V}$ (±200 mV) seçilebilir; bu, ±250 mV doyum limitine bir marj bırakır. RMS formunda:

$V_{\text{B,RMS}} = \frac{V_{\text{B,peak}}}{\sqrt{2}},\quad I_{\text{S,RMS}} = \frac{I_{\text{P,RMS}}}{N}$

Burden güç kaybı yaklaşık:

$P_{\text{B}} = I_{\text{S,RMS}}^2\,R_{\text{B}}$

Örnek (taslak): $I_{\text{P,RMS}}=20\,\text{A}$, $N=1000$, $V_{\text{B,peak}}=0.20\,\text{V}$ ⇒ $R_{\text{B}} \approx 10\,\Omega$, $I_{\text{S,RMS}}=20\,\text{mA}$, $P_{\text{B}}\approx 4\,\text{mW}$.

---

Doyum ve Lineerlik Marjı

CT çekirdeği $B_{\text{max}}$ sınırı nedeniyle primer akım ve burden kombinasyonuna duyarlıdır. Pratik yaklaşım, nominal primer akımın üzerinde (ör. 1.2×) hâlâ lineer çalışmayı ve $V_{\text{B,peak}}$’in AFE limitine yaklaşmamasını sağlamaktır. Emniyet için:

• $V_{\text{B,peak}} \le 0.20\,\text{V}$ hedefi,
• $R_{\text{B}}$ toleransı ve sıcaklık katsayısı düşük seçimi,
• Sekonder açık devreye karşı klamp elemanı.

---

Faz Kompanzasyonu ve Anti‑Aliasing

CT ve burden, düşük faz hatası verir; ancak giriş önünde bir RC ile HF sönümleme yapılır. Eşdeğer kesim frekansı:

$f_c \approx \frac{1}{2\pi R_{\text{eq}} C_{\text{F}}}$

Burada $R_{\text{eq}}$ AFE girişinin gördüğü efektif dirençtir (yaklaşık $R_{\text{B}}$ + seri $R$). 50/60 Hz bandında faz kayması küçük kalacak şekilde $f_c$ tipik olarak birkaç kHz seçilir (ör. $f_c\sim 3$–$5\,\text{kHz}$).

Faz hatası yaklaşık:

$\varphi \approx -\arctan\!\left(\frac{f}{f_c}\right)\quad (f=50\,\text{Hz})$

---

Güvenlik: Sekonder Açık Devre

CT sekonderi açık kalırsa çekirdek doyar ve yüksek gerilimler oluşabilir. Önlemler:

• Burden devresi kalıcı olarak bağlanmalı; konnektör/anahtar ile seri kesilmemeli.
• Sekondere paralel düşük kapasitanslı klamp (örn. antiparalel diyot çifti) veya uygun düşük voltajlı TVS eklenebilir.
• AFE girişine küçük seri direnç ($10$–$100\,\Omega$) ve RC ile HF enerji sınırlanır.

---

Komponent Seçimi (Alternatifli)

Bu bölümde her eleman için seçim kriterleri, 3 alternatif üretici PN’i ve mühendislik gerekçeleri verilir. Sonunda seçilen kombinasyon ve tahmini maliyet tablo halinde özetlenir.

Akım Trafosu (CT) — CST-1005 (Triad Magnetics)

Durum	Üretici/Seri	PN	Sargı oranı (N)	Nominal Akım	Frekans	Not
Seçilen	Triad CST	CST‑1005	1000:1	5 A	50/60 Hz	Önerilen burden: 40 Ω
Alternatif	Talep üzerine	—	—	—	—	Eşdeğer sınıf/lineerlik
Alternatif	Talep üzerine	—	—	—	—	Tedarik esnekliği

Not: Datasheet’e göre 5 A RMS’de $R_{\text{B}}=40\,\Omega$ önerilir; bu durumda $V_{\text{B,RMS}}=I_{\text{S,RMS}}\,R_{\text{B}}=\frac{5\,\text{A}}{1000}\times 40\,\Omega=0.20\,\text{V}$, tepe değeri $\approx 0.283\,\text{V}$ olur. AFE tepe limitine göre marj gerekirse $R_{\text{B}}\sim 28$–$33\,\Omega$ seçilebilir.

Burden Direnci — $R_{\text{B}}$ (datasheet önerisi)

Durum	Üretici/Seri	PN	Değer	Paket	Tolerans/TCR	Seçim Sebebi
Seçilen	Vishay TNPW	TNPW0603/0805 (örn.)	40 Ω	0603/0805	0.1%, 25–50 ppm/°C	Datasheet önerisi (5 A, 1000:1)
Alternatif	Yageo RT	RT0603/0805 (örn.)	(hesap)	0603/0805	0.1%	Geniş stok
Alternatif	Panasonic ERA	ERA‑x	(hesap)	0603/0805	0.1%	Yüksek stabilite

Not: $R_{\text{B}}$ değeri kanal tasarımına göre değişir; güç hesabı ile paket gücü doğrulanmalıdır.

Seri Direnç — $R_{\text{S}}$ (10–100 Ω)

Durum	Üretici/Seri	PN	Değer	Paket	Tolerans	Seçim Sebebi
Seçilen	Vishay CRCW	CRCW0603 (örn. 47 Ω)	47 Ω	0603	1%	HF darbe sınırlama
Alternatif	Yageo RC	RC0603 (10–100 Ω)	—	0603	1%	Eşdeğer
Alternatif	Panasonic ERJ	ERJ‑3E	—	0603	1%	Alternatif tedarik

RC Filtre Kapasitörü — $C_{\text{F}}$ (C0G/NP0 önerilir)

Durum	Üretici/Seri	PN	Değer	Paket	Dielektrik/Volt	Seçim Sebebi
Seçilen.	Murata GRM	GRM1885C1H472JA01 (örn.)	4.7 nF	0603	C0G / 50 V	Faz kararlılığı
Alternatif	TDK C	C1608C0G1H332J	3.3 nF	0603	C0G / 50 V	fc ayarı
Alternatif	KEMET C	C0603C472J5G	4.7 nF	0603	C0G / 50 V	Eşdeğer

Klamp/TVS (opsiyonel, sekonder koruma)

Durum	Üretici/Seri	PN	Tip	V_CL	Paket	Not
Seçilen	Diode Inc.	BAV99DW (çift)	Diyot klamp	~0.7 V	SOT‑363	Düşük kapasitans, antiparalel
Alternatif	Nexperia	PESD5V	TVS	5 V	SOD‑523	Düşük C, hızlı
Alternatif	Littelfuse	SP1005	TVS	5 V	0402	Tahta içi hassas koruma

---

Seçilen Kombinasyon ve Gerekçe

Bileşen	Üretici/Seri	PN	Değer	Paket	Birim fiyat (USD)	Adet
CT	Triad CST	CST‑1005	1000:1 / 5 A	—	$2.00$	×1
Burden $R_{\text{B}}$	Vishay TNPW	(hesaplanan değer)	(hesap)	0603/0805	$0.020$	×1
Seri $R_{\text{S}}$	Vishay CRCW	CRCW0603 (47 Ω)	47 Ω	0603	$0.005$	×1
$C_{\text{F}}$	Murata GRM	GRM1885C1H472JA01	4.7 nF	0603	$0.006$	×1
Klamp	Diode Inc.	BAV99DW	—	SOT‑363	$0.020$	×1

Gerekçe: $R_{\text{B}}$ ince film ve düşük TCR ile oran doğruluğu sağlar; C0G kapasitör faz stabilitesini korur; seri $R$ darbe akımını sınırlar; klamp elemanı sekonder açık devre anında AFE’yi korumaya yardımcı olur.

---

Tahmini Maliyet (1 Faz / 3 Faz)

Örnek birim fiyatlar (USD, yaklaşık): CT dahil toplam maliyet aşağıdaki gibi hesaplanır.

Hesap (pasifler):

$$C_{\text{faz, pasif}} = 0.020 + 0.005 + 0.006 + 0.020 = 0.051\,\$ \\ C_{3\,\text{faz, pasif}} = 3\times 0.051 = 0.153\,\$$$

CT dahil toplam:

$$C_{\text{faz}} = C_{\text{CT}} + C_{\text{faz, pasif}} = 2.00 + 0.051 = 2.051\,\$ \\ C_{3\,\text{faz}} = 3\times C_{\text{faz}} = 3\times 2.051 \approx 6.153\,\$$$