Sensor

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— 션트 저항 (Ω)

I— 측정된 전류 (A)

작동 방식

이 계산기는 배터리 관리 시스템 설계자, 모터 제어 엔지니어 및 전력 전자 개발자에게 필수적인 정밀 전류 측정을 위한 전류 션트 저항 파라미터와 증폭기 요구 사항을 결정합니다.전류 션트는 전류 경로와 직렬로 연결된 저저항 정밀 저항 (일반적으로 1~100mOhm) 으로, 옴의 법칙에 따라 전압 강하 Vsh = I Rsh가 발생합니다.주요 장단점은 전력 손실 (P = I^2 Rsh, 션트가 과열되거나 효율이 저하되지 않아야 함) 과 신호 대 잡음비 (Rsh가 클수록 전압이 높음 = SNR은 좋지만 손실은 더 많음) 입니다.20A에서 5mOhm 션트는 2W를 소비하고 100mV를 생성합니다.전용 전류 감지 증폭기 (INA240, INA219, MAX9634) 는 데이터시트당 20-200V/V 및 CMRR은 120dB 이상의 이득으로 이 밀리볼트 신호를 증폭합니다.하이사이드 센싱 (공급과 부하 간 션트) 은 고장 전류와 접지 결함을 감지하지만 INA240 당 80V 이상의 하이 커먼 모드 증폭기가 필요합니다.로우사이드 감지 (부하와 접지 사이의 션트) 는 더 간단한 증폭기를 사용하지만 부하 접지는 Vsh에 의해 플로팅됩니다.

계산 예제

문제: 48V/30A 전기 자전거 모터 컨트롤러의 전류 감지를 설계하십시오.요구 사항: 정확도 +/ -0.5%, 효율 손실 0.5% 미만, 레퍼런스 3.3V의 12비트 ADC

해결 방법: 1.전력 소비: 48V*30A의 0.5% = 최대 7.2W, 목표 2W -> Rsh = P/I^2 = 2/900 = 2.22mOhm 2.표준 2mOhm 션트 사용 (비셰이 WSL2512, +/ -0.5%, 소자당 1W, 병렬로 2개 사용) 3.풀 스케일 전압: Vsh = 30A* 2 mOhm = 60mV 4.3.0V 출력에 필요한 게인: G = 3000/60 = 50V/V 5.INA240A2 선택 (게인 = 50 V/V, CMRR = 132 데시벨, 대역폭 = 400 킬로헤르츠) 6.해상도: 3.3V/4096/50 = 16.1 uV = 8.1 mA/LSB 7.전력 손실: 30^2* 0.002 = 1.8W (2W 예산 이내, 0.125% 효율 손실) 8.켈빈 연결 필요: 4단자 션트로 PCB 트레이스 저항 오류 제거

결과: INA240A2 사용 시 2mOhm 션트는 8mA 분해능과 +/ -0.5% 의 정확도를 제공하며 최대 전류에서 0.125% 의 효율 손실에 불과합니다.

실용적인 팁

✓텍사스 인스트루먼트 SLVA458 에 따라 스위칭 환경을 위한 EMI 필터, 정밀 게인 및 최적화된 공통 모드 제거 기능을 포함하는 개별 계측 증폭기 대신 전용 전류 감지 증폭기 IC (INA240, INA219, MAX9634) 를 사용하십시오.
✓배터리 관리의 경우 로우사이드 감지 (배터리 네거티브 및 부하 접지 사이의 분로) 는 높은 공통 모드 전압을 방지하지만 접지 결함을 별도로 모니터링합니다. 하이사이드 감지는 부하 전류와 고장 전류를 모두 감지합니다.
✓PWM 모터 드라이버의 고주파수 스위칭 노이즈를 억제하기 위해 증폭기 입력 (10Ohm + 100nF 차동) 에 RC 필터를 추가합니다. 이 경우 대역폭은 160kHz로 제한되고 1MHz 이상의 스위칭 고조파는 거부합니다.

흔한 실수

✗접지 기준 증폭기와 함께 하이사이드 션트 사용: 하이사이드 감지에는 공통 모드 전압 (INA240 ~ 80V, INA282 ~ 110V) 에 맞는 증폭기가 필요합니다. Vcm이 공급 레일을 초과하면 접지 기준 연산 증폭기가 포화됩니다.
✗켈빈 연결 무시: 표준 2단자 션트에는 측정 오류를 추가하는 PCB 트레이스 저항이 포함되어 있습니다. Vishay 애플리케이션 노트 An-28e에 따라 4-터미널 (켈빈) 션트를 사용하고 션트 감지 패드에서 직접 전압 감지 트레이스를 라우팅합니다.
✗언더사이징 션트 출력 등급: 고전류에서는 I^2가 우세합니다. 10A에서 10mOhm 션트는 1W를 소비하며 정격이 0.25W에 불과할 경우 크게 드리프트됩니다. IPC-2221 기준 전력 감소율 2배 사용

자주 묻는 질문

하이사이드 전류 센싱과 로우사이드 전류 감지의 차이점은 무엇입니까?

로우사이드 감지 기능은 션트를 부하 접지와 시스템 접지 사이에 위치시킵니다. 단순한 단일 전원 증폭기는 작동하지만 (Vcm 근방 0V), 부하 접지는 Vsh (일반적으로 50-100mV) 만큼 부유하고 접지에 대한 고장 전류는 션트를 우회합니다.하이사이드 감지 기능은 전원과 부하 사이에 션트를 배치하여 진정한 공통 접지를 제공하고 결함을 포함한 모든 전류를 감지하지만 하이 커먼 모드 증폭기가 필요합니다.INA240 은 80V 커먼 모드를 처리하고 INA282 은 110V를 처리합니다.ISO 26262에 따라 안전이 중요한 애플리케이션에는 하이사이드가 선호됩니다.

션트 저항 값은 어떻게 선택하나요?

전력 손실을 시스템 전력의 1% 미만으로 제한하면서 우수한 SNR을 위해 50-100mV의 풀스케일 전압을 목표로 합니다.Rsh = VSH_Target/Imax.10A에서 100mV의 경우 10mOhm을 사용하십시오.그런 다음 전원을 확인하십시오. P = I^2 * R = 100* 0.01 = 1W.비셰이 및 본즈 선택 가이드당 TCR10A 사용 시 계산 전력의 2배, <50 ppm/C. Common values: 1-10 mOhm for > 1-10A의 경우 10-100mOhm, 1A 미만의 경우 100mOhm-1옴 정격의 션트를 선택하십시오.

표준 저항기를 전류 션트로 사용할 수 있습니까?

비정밀 응용 분야에만 해당됩니다.표준 1% 금속막 저항기의 TCR은 100ppm/c이므로 100C 이상에서 1% 의 드리프트가 발생합니다.정밀 션트 저항기 (비셰이 WSL, 본스 CSM, 오마이트 LVK) 는 TCR이 50ppm/c 미만이고 열 결합력이 우수하며 정확한 감지를 위한 4단자 켈빈 연결을 제공합니다.전류 정확도가 +/ -0.5% 인 경우 허용 오차가 +/ -0.5% 이고 IEC 62576 요구 사항에 따라 TCR이 20ppm/c 미만인 정밀 션트를 사용하십시오.