Resistor Shunt de Corrente

Calcula a queda de tensão no shunt, saída do amplificador, dissipação de potência e resolução ADC para medição de corrente.

Loading calculator...

Fórmula

V_sh = I × R_sh, P = I² × R_sh

R_sh — Shunt resistance (Ω)

I — Measured current (A)

Como Funciona

Um derivador de corrente é um resistor de precisão de baixa resistência colocado em série com um caminho de corrente para produzir uma queda de tensão mensurável proporcional à corrente: V_sh = I × R_sh. Essa pequena voltagem (normalmente de 1 a 100 mV em escala total) é então amplificada por um amplificador diferencial ou IC de amplificador de sensor de corrente (CSA) dedicado para amostragem de ADC. As principais desvantagens são dissipação de energia (P = I² × R_sh, que não deve superaquecer a derivação ou afetar a eficiência do circuito), ganho do amplificador (maior ganho permite menor R_sh, mas aumenta o ruído) e resolução do ADC. Para um ADC de 12 bits com V_ref em escala real, a resolução atual é ΔI = (V_ref/4096)/(G × R_sh). Os valores de derivação comuns são 1—100 mΩ para aplicações de alta corrente (>1 A) e 1—10 Ω para medição de baixa corrente (<100 mA). ICs dedicados (INA219, INA240, MAX9934) integram o amplificador e geralmente incluem um ADC sigma-delta para leitura direta de corrente digital sobre I²C.

Exemplo Resolvido

Problema: Meça de 0 a 20 A usando uma derivação de 5 mΩ com um INA240 (ganho = 20 V/V) e um ADC de 3,3 V e 12 bits. Encontre a tensão de derivação, a saída do amplificador em grande escala e a resolução.

Solução:

1. Resistência à derivação: R_sh = 5 mΩ = 0,005 Ω

2. Tensão de derivação em grande escala: V_sh = 20 A × 0,005 Ω = 100 mV

3. Saída amplificada: V_amp = 100 mV × 20 = 2,0 V (dentro da faixa ADC de 3,3 V ✓)

4. Dissipação de energia a 20 A: P = 20² × 0,005 = 2 W — use uma derivação nominal de 3 W

5. Resolução ADC: ΔI = (3,3/4096)/(20 × 0,005) = 0,806 mV/0,1 V/A = 8,06 mA/LSB

Resultado: O shunt de 5 mΩ fornece 100 mV em escala total, saída amplificada de 2,0 V e 8 mA por etapa de ADC.

Dicas Práticas

✓Use um amplificador de sensor de corrente dedicado IC em vez de um amplificador de instrumentação discreto — INA240, INA219 e MAX9934 são projetados para detecção de corrente bidirecional com filtros EMI integrados.
✓Para o gerenciamento da bateria, use o sensor de lado baixo (desvio entre o aterramento da carga e o aterramento do sistema) para evitar problemas comuns de tensão quando o trilho de alimentação varia.
✓Adicione um pequeno filtro RC na entrada do amplificador (por exemplo, diferencial de 10 Ω + 100 nF) para suprimir o ruído de comutação de alta frequência dos drivers do motor PWM.

Erros Comuns

✗Colocar a derivação no lado alto e usar um amplificador de fonte única referenciado ao solo — o sensor do lado alto requer um amplificador de diferença de trilho a trilho ou de alta tensão; amplificadores referenciados ao solo funcionam apenas para derivações do lado baixo.
✗Ignorando as conexões Kelvin — traços comuns de PCB na derivação adicionam resistência em série que aparece como erro de medição; use um resistor de derivação de 4 terminais (Kelvin) e direcione os traços de detecção de tensão diretamente dos terminais da derivação.
✗Subdimensionando a potência de derivação — em altas correntes, o termo I² domina; uma derivação de 10 mΩ a 10 A dissipa 1 W e desviará significativamente se apenas um resistor de 0,1 W for usado.

Perguntas Frequentes

Qual é a diferença entre o sensor de corrente do lado alto e do lado baixo?

O sensor do lado inferior coloca a derivação entre a carga e o solo — amplificadores simples de alimentação única funcionam, mas os distúrbios do solo afetam a medição e a carga flutua no solo. O sensor de alto lado coloca a derivação entre a alimentação e a carga — fornece uma verdadeira medição comum e detecta correntes de fuga, mas requer um amplificador de tensão de alto modo comum (por exemplo, INA240 classificado para 80 V).

Como escolho o valor da resistência de derivação?

Escolha R_sh para produzir tensão em grande escala de 50—100 mV (pequena o suficiente para minimizar a perda de energia, grande o suficiente para um bom SNR). Em seguida, selecione o ganho do amplificador para que a tensão amplificada preencha a faixa de entrada do ADC. Verifique se a dissipação de energia P = I²r_sh está dentro da potência nominal da derivação com uma margem de segurança de 2 ×.

Posso usar um resistor padrão como derivador de corrente?

Somente se tiver um baixo coeficiente de temperatura (TCR < 50 ppm/°C) e estiver classificado para a potência necessária. Resistores de película metálica padrão de 1% têm TCR ~ 100 ppm/°C; resistores de derivação de precisão (por exemplo, séries Vishay WSL ou BVS) têm TCR < 50 ppm/°C e conexões Kelvin de quatro terminais para detecção precisa.

Related Calculators

Sensor

Wheatstone Bridge

Calculate Wheatstone bridge output voltage, balance condition, and sensitivity. Used for strain gauges, RTDs, and precision resistance measurements.

Sensor

Load Cell Amp

Calculate load cell output voltage, required amplifier gain, and sensitivity for Wheatstone bridge load cells.

Sensor

Sensor Accuracy

Calculate total sensor system accuracy using RSS and worst-case methods from offset, gain, nonlinearity, resolution, and temperature drift errors.

Sensor

NTC Thermistor

Calculate temperature from NTC thermistor resistance using the Steinhart-Hart beta equation. Useful for PT100/PT1000 and generic NTC thermistors.

Sensor

RTD Temperature

Calculate temperature from PT100 or PT1000 RTD (Resistance Temperature Detector) measured resistance using the linear Callendar-Van Dusen approximation.

Sensor

Hall Effect Sensor

Calculate Hall voltage, Hall coefficient, and sensitivity for Hall effect sensors. Useful for magnetic field measurement, current sensing, and position detection.