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Résistance Shunt de Courant

Calcule la chute de tension du shunt, la sortie de l'amplificateur, la dissipation de puissance et la résolution ADC pour la mesure de courant.

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Formule

V_sh = I × R_sh, P = I² × R_sh

R_sh— Shunt resistance (Ω)
I— Measured current (A)

Comment ça marche

Un shunt de courant est une résistance de précision à faible résistance placée en série avec un trajet de courant pour produire une chute de tension mesurable proportionnelle au courant : V_sh = I × R_sh. Cette faible tension (généralement de 1 à 100 mV à pleine échelle) est ensuite amplifiée par un amplificateur différentiel ou un circuit intégré d'amplificateur à détection de courant (CSA) dédié pour l'échantillonnage ADC. Les principaux compromis sont la dissipation de puissance (P = I² × R_sh, qui ne doit pas surchauffer le shunt ni affecter l'efficacité du circuit), le gain de l'amplificateur (un gain plus élevé permet un R_sh plus petit mais augmente le bruit) et la résolution ADC. Pour un ADC 12 bits avec V_ref à pleine échelle, la résolution actuelle est ΔI = (V_ref/4096)/(G × R_sh). Les valeurs de shunt courantes sont de 1 à 100 mΩ pour les applications à courant élevé (>1 A) et de 1 à 10 Ω pour les mesures à faible courant (<100 mA). Des circuits intégrés dédiés (INA219, INA240, MAX9934) intègrent l'amplificateur et incluent souvent un ADC sigma-delta pour une lecture numérique directe du courant sur I²C.

Exemple Résolu

Problème : mesurez de 0 à 20 A à l'aide d'un shunt de 5 mΩ avec un INA240 (gain = 20 V/V) et un ADC 12 bits de 3,3 V. Trouvez la tension de shunt, la sortie de l'amplificateur à pleine échelle et la résolution. Solution : 1. Résistance de shunt : R_sh = 5 mΩ = 0,005 Ω 2. Tension de shunt à pleine échelle : V_sh = 20 A × 0,005 Ω = 100 mV 3. Sortie amplifiée : V_amp = 100 mV × 20 = 2,0 V (dans la plage ADC de 3,3 V ✓) 4. Dissipation de puissance à 20 A : P = 20² × 0,005 = 2 W — utilisez un shunt nominal de 3 W 5. Résolution ADC : ΔI = (3,3/4096)/(20 × 0,005) = 0,806 mV/0,1 V/A = 8,06 mA/LSB Résultat : le shunt de 5 mΩ fournit une sortie amplifiée de 2,0 V à pleine échelle de 100 mV et 8 mA par pas ADC.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez un circuit intégré d'amplification à détection de courant dédié plutôt qu'un amplificateur d'instrumentation discret : les modèles INA240, INA219 et MAX9934 sont conçus pour la détection de courant bidirectionnelle avec des filtres EMI intégrés.
  • ✓Pour la gestion de la batterie, utilisez la détection du côté bas (shunt entre la masse de charge et la masse du système) afin d'éviter les problèmes de tension en mode commun lorsque le rail d'alimentation varie.
  • ✓Ajoutez un petit filtre RC à l'entrée de l'amplificateur (par exemple, un différentiel de 10 Ω + 100 nF) pour supprimer le bruit de commutation haute fréquence provenant des pilotes de moteurs PWM.

Erreurs Fréquentes

  • ✗Placer le shunt sur le côté haut et utiliser un amplificateur référencé à la terre à alimentation unique : la détection côté haut nécessite un amplificateur rail-à-rail ou un amplificateur à différence de tension élevée ; les amplificateurs référencés à la terre ne fonctionnent que pour les shunts côté bas.
  • ✗Ignorer les connexions Kelvin : les traces de circuits imprimés ordinaires vers le shunt ajoutent une résistance en série qui apparaît comme une erreur de mesure ; utilisez une résistance shunt à 4 bornes (Kelvin) et acheminez les traces sensibles à la tension directement depuis les bornes du shunt.
  • ✗Sous-dimensionnement de la puissance du shunt : à des courants élevés, le terme I² domine ; un shunt de 10 mΩ à 10 A dissipe 1 W et dérive de manière significative si seule une résistance de 0,1 W est utilisée.

Foire Aux Questions

La détection du côté inférieur place le shunt entre la charge et la terre : de simples amplificateurs à alimentation unique fonctionnent, mais les perturbations du sol affectent la mesure et la charge flotte au sol. La détection côté haut place le shunt entre l'alimentation et la charge. Elle fournit une véritable mesure de la masse commune et détecte les courants de fuite, mais nécessite un amplificateur de tension en mode commun élevé (par exemple, un INA240 évalué à 80 V).
Choisissez R_sh pour produire une tension à pleine échelle de 50 à 100 mV (suffisamment petite pour minimiser les pertes de puissance, suffisamment grande pour un bon SNR). Sélectionnez ensuite le gain de l'amplificateur de sorte que la tension amplifiée remplisse la plage d'entrée du CAN. Vérifiez que la dissipation de puissance P = I²R_sh est inférieure à la puissance nominale du shunt avec une marge de sécurité de 2 fois.
Uniquement s'il a un faible coefficient de température (TCR < 50 ppm/°C) et est conçu pour la puissance requise. Les résistances standard à film métallique à 1 % ont un TCR d'environ 100 ppm/°C ; les résistances shunt de précision (par exemple, les séries Vishay WSL ou BVS) ont un TCR < 50 ppm/°C et des connexions Kelvin à quatre bornes pour une détection précise.

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