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전류 분류 저항

전류 측정을 위한 분류 전압 강하, 앰프 출력, 전력 손실 및 ADC 분해능을 계산합니다.

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공식

V_sh = I × R_sh, P = I² × R_sh

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

작동 방식

전류 션트는 전류 경로와 직렬로 배치되어 전류에 비례하는 측정 가능한 전압 강하를 생성하는 저저항 정밀 저항기입니다 (V_sh = I × R_sh).이 작은 전압 (일반적으로 풀 스케일에서 1~100mV) 은 ADC 샘플링을 위한 차동 증폭기 또는 전용 전류 감지 증폭기 (CSA) IC로 증폭됩니다.주요 절충점으로는 전력 손실 (P = I² × R_sh, 션트가 과열되거나 회로 효율에 영향을 주지 않아야 함), 증폭기 게인 (게인이 높을수록 R_sh는 작아지지만 노이즈는 증가함), ADC 분해능이 있습니다.풀 스케일 V_Ref를 지원하는 12비트 ADC의 경우 전류 분해능은 ΔI = (V_ref/4096)/(G × R_sh) 입니다.일반적인 션트 값은 고전류 애플리케이션 (1A 초과) 의 경우 1—100mΩ, 저전류 (100mA 미만) 측정의 경우 1—10Ω입니다.전용 IC (INA219, INA240, MAX9934) 에는 증폭기가 내장되어 있으며 I²C를 통한 직접 디지털 전류 판독을 위한 시그마 델타 ADC가 포함되는 경우가 많습니다.

계산 예제

문제: INA240 (게인 = 20V/V) 및 3.3V, 12비트 ADC를 갖춘 5mΩ 션트를 사용하여 0—20A를 측정하십시오.션트 전압, 풀 스케일 앰프 출력 및 해상도를 확인할 수 있습니다.
해결 방법:
1.션트 저항: R_sh = 5 mΩ = 0.005 Ω
2.풀스케일 션트 전압: V_sh = 20A × 0.005 Ω = 100mV
3.증폭된 출력: V_AMP = 100mV × 20 = 2.0V (3.3V ADC 범위 내 ✓)
4.20A에서의 전력 손실: P = 20² × 0.005 = 2W — 3W 정격 션트 사용
5.ADC 해상도: ΔI = (3.3/4096)/(20 × 0.005) = 0.806 mV/0.1 V/A = 8.06 mA/LSB
결과: 5mΩ 션트는 100mV의 풀 스케일 출력, 2.0V 증폭 출력을 제공하며 ADC 스텝당 8mA를 제공합니다.

실용적인 팁

  • ✓개별 계측 증폭기 대신 전용 전류 감지 증폭기 IC를 사용하십시오. INA240, INA219 및 MAX9934 은 통합 EMI 필터가 있는 양방향 전류 감지용으로 설계되었습니다.
  • ✓배터리 관리의 경우 로우 사이드 감지 (부하 접지와 시스템 접지 사이의 션트) 를 사용하여 공급 레일이 변할 때 공통 모드 전압 문제를 방지하십시오.
  • ✓PWM 모터 드라이버의 고주파수 스위칭 노이즈를 억제하기 위해 앰프 입력 (예: 10Ω + 100nF 디퍼런셜) 에 소형 RC 필터를 추가합니다.

흔한 실수

  • ✗션트를 높은 쪽에 배치하고 단일 전원 접지 기준 증폭기를 사용하십시오. 하이사이드 감지에는 레일 투 레일 또는 고전압 차동 증폭기가 필요합니다. 접지 기준 증폭기는 로우 사이드 션트에서만 작동합니다.
  • ✗켈빈 연결 무시 — 션트에 대한 일반 PCB 트레이스는 측정 오류로 나타나는 직렬 저항을 추가합니다. 4-단자 (켈빈) 션트 저항을 사용하고 션트 단자의 전압 감지 트레이스를 직접 라우팅합니다.
  • ✗션트 전력 소모 — 고전류에서는 I² 항이 우세합니다. 10A에서 10mΩ 션트는 1W를 소비하며 0.1W 저항만 사용할 경우 크게 드리프트됩니다.

자주 묻는 질문

로우사이드 감지는 션트를 부하와 접지 사이에 위치시킵니다. 단순한 단일 전원 증폭기도 작동하지만 접지 교란은 측정에 영향을 미치고 부하 접지 플로팅이 발생합니다.하이사이드 감지 기능은 전원과 부하 사이에 션트를 배치하므로 진정한 공통 접지 측정이 가능하고 누설 전류를 감지할 수 있지만 하이 커먼 모드 전압 증폭기 (예: 80V 정격 INA240) 가 필요합니다.
50—100mV의 풀 스케일 전압을 생성하려면 R_sh를 선택하십시오 (전력 손실을 최소화하기에 충분히 작고 SNR이 양호할 만큼 충분히 큽니다).그런 다음 증폭된 전압이 ADC 입력 범위를 채우도록 증폭기 게인을 선택합니다.전력 손실 P = i²R_sh가 션트의 정격 전력 (안전 마진 2배) 내에 있는지 확인하십시오.
온도 계수가 낮고 (TCR < 50ppm/°C) 필요한 전력으로 정격된 경우에만 가능합니다.표준 1% 금속막 저항기의 TCR은 최대 100ppm/°C이며, 정밀 션트 저항기 (예: Vishay WSL 또는 BVS 시리즈) 는 TCR이 50ppm/°C 미만이고 정확한 감지를 위한 4단자 켈빈 연결을 제공합니다.

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