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Sensor

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

Vsh=I×Rsh,P=I2×RshV_sh = I × R_sh, P = I² × R_sh
R_sh— Résistance au shunt (Ω)
I— Courant mesuré (A)

Comment ça marche

Ce calculateur détermine les paramètres des résistances de shunt actuelles et les exigences en matière d'amplificateur pour une mesure précise du courant, ce qui est essentiel pour les concepteurs de systèmes de gestion de batterie, les ingénieurs en contrôle de moteurs et les développeurs d'électronique de puissance. Un shunt de courant est une résistance de précision à faible résistance (1 à 100 mOhm typique) en série avec le trajet du courant, produisant une chute de tension Vsh = I Rsh selon la loi d'Ohm. Les principaux compromis sont la dissipation de puissance (P = I^2 Rsh, qui ne doit pas surchauffer le shunt ni dégrader l'efficacité) et le rapport signal/bruit (Rsh plus élevé = plus de tension = meilleur SNR mais plus de pertes). Un shunt de 5 mOhm à 20 A dissipe 2 W et produit 100 mV. Des amplificateurs de détection de courant dédiés (INA240, INA219, MAX9634) amplifient ce signal millivolt avec des gains de 20 à 200 V/V et un CMRR supérieur à 120 dB selon les fiches techniques. La détection côté haut (shunt entre l'alimentation et la charge) détecte les courants de défaut et les défauts à la terre, mais nécessite des amplificateurs en mode commun élevé d'une puissance nominale de 80 V+ selon la norme INA240. La détection du côté bas (shunt entre la charge et la terre) utilise des amplificateurs plus simples, mais la masse de charge flotte de Vsh.

Exemple Résolu

Problème : conception d'une détection de courant pour un contrôleur de moteur de vélo électrique 48V/30A. Exigences : précision de +/- 0,5 %, perte d'efficacité < 0,5 %, ADC 12 bits avec référence 3,3 V.

Solution :

  1. Budget énergétique : 0,5 % de 48 V*30 A = 7,2 W max ; cible 2 W -> Rsh = P/I^2 = 2/900 = 2,22 mOhm
  2. Utilisez un shunt standard de 2 mOhm (Vishay WSL2512, +/- 0,5 %, 1 W par élément, utilisez-en 2 en parallèle)
  3. Tension maximale : Vsh = 30 A * 2 mOhm = 60 mV
  4. Gain requis pour une sortie 3,0 V : G = 3000/60 = 50 V/V
  5. Sélectionnez INA240A2 (gain = 50 V/V, CMRR = 132 dB, bande passante = 400 kHz)
  6. Résolution : 3,3 V/4096/50 = 16,1 uV = 8,1 mA/LSB
  7. Dissipation de puissance : 30^2 * 0,002 = 1,8 W (dans les limites du budget de 2 W, perte d'efficacité de 0,125 %)
  8. Connexion Kelvin requise : le shunt à 4 bornes élimine l'erreur de résistance à la trace des PCB
Résultat : le shunt de 2 mOhm avec INA240A2 fournit une résolution de 8 mA, une précision de +/- 0,5 % et une perte d'efficacité de seulement 0,125 % à plein courant.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez des circuits intégrés d'amplification à détection de courant dédiés (INA240, INA219, MAX9634) plutôt que des amplificateurs d'instrumentation discrets ; ceux-ci incluent des filtres EMI, un gain de précision et une réjection en mode commun optimisée pour les environnements de commutation conformément à la norme Texas Instruments SLVA458
  • ✓Pour la gestion de la batterie, la détection côté bas (shunt entre le négatif de la batterie et la terre de charge) évite les tensions élevées en mode commun mais surveille séparément les défauts de terre ; la détection côté haut détecte à la fois les courants de charge et de défaut
  • ✓Ajoutez un filtre RC à l'entrée de l'amplificateur (différentiel 10 ohms + 100 nF) pour supprimer le bruit de commutation à haute fréquence provenant des pilotes de moteurs PWM ; cela limite la bande passante à 160 kHz tout en rejetant les harmoniques de commutation supérieures à 1 MHz

Erreurs Fréquentes

  • ✗Utilisation d'un shunt côté haut avec amplificateur référencé à la terre : la détection côté haut nécessite des amplificateurs conçus pour une tension de mode commun (INA240 à 80 V, INA282 à 110 V) ; les amplificateurs opérationnels référencés au sol saturent lorsque Vcm dépasse les rails d'alimentation
  • ✗Ignorer les connexions Kelvin : les shunts standard à 2 bornes incluent une résistance aux traces de PCB qui ajoute une erreur de mesure ; utilisez des shunts à 4 bornes (Kelvin) et acheminez les traces sensibles à la tension directement à partir des pastilles de détection du shunt conformément à la note d'application Vishay AN-28e
  • ✗Puissance nominale du shunt sous-dimensionnée : à des courants élevés, I^2 domine ; un shunt de 10 mOhm à 10 A dissipe 1 W et dérive de manière significative s'il est conçu pour seulement 0,25 W ; utilisez 2 fois le déclassement de puissance conformément à la norme IPC-2221

Foire Aux Questions

La détection côté bas place le shunt entre la masse de charge et la masse du système ; de simples amplificateurs à alimentation unique fonctionnent (Vcm proche de 0 V), mais la masse de charge flotte de Vsh (généralement de 50 à 100 mV) et les courants de défaut vers la terre contournent le shunt. La détection côté haut place le shunt entre l'alimentation et la charge ; fournit une véritable base commune et détecte tous les courants, y compris les défauts, mais nécessite des amplificateurs en mode commun élevé. L'INA240 gère le mode commun 80 V ; l'INA282 gère le mode 110 V. Le côté haut est préféré pour les applications critiques en matière de sécurité conformément à la norme ISO 26262.
Ciblez une tension maximale de 50 à 100 mV pour un bon SNR tout en limitant les pertes de puissance à moins de 1 % de la puissance du système. Rsh = VSH_Target/Imax. Pour 100 mV à 10 A, utilisez 10 mOhm. Vérifiez ensuite la puissance : P = I^2 * R = 100 * 0,01 = 1 W. Sélectionnez un shunt conçu pour 2 fois la puissance calculée avec TCR10A <50 ppm/C. Common values : 1-10 mOhm for >, 10-100 mOhm pour 1-10A, 100 mOhm-1 ohm pour <1A selon les guides de sélection Vishay et Bourns.
Uniquement pour les applications non précises. Les résistances standard à film métallique de 1 % ont un TCR de 100 ppm/C, ce qui entraîne une dérive de 1 % au-dessus de 100 °C. Les résistances shunt de précision (Vishay WSL, Bourns CSM, Ohmite LVK) ont un TCR <50 ppm/C, un meilleur couplage thermique et des connexions Kelvin à 4 bornes pour une détection précise. Pour une précision de courant de +/- 0,5 %, utilisez des shunts de précision avec une tolérance de +/- 0,5 % et un TCR <20 ppm/C conformément aux exigences de la norme IEC 62576.

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