シャント抵抗の計算、原理、実践方法を詳しく解説

迂回抵抗電子回路の電流を測定するための重要な部品として、さまざまな電流検出および保護回路に広く使用されています。シャント抵抗の正確な計算は、測定の精度に関係するだけでなく、回路の安定性と安全性にも影響します。この記事では、「シャント抵抗の計算」をテーマに、シャント抵抗の基本的な考え方、計算方法、応用上の注意点などを体系的に紹介し、知識をしっかりとマスターしていきます。

シャント抵抗器とは、回路内で直列に接続され、その両端の電圧降下を測定することで電流を間接的に測定する抵抗素子を指します。抵抗が小さいため、回路自体に対する測定の影響を効果的に軽減できます。通常、シャント抵抗の抵抗値はミリオームから数オームの範囲です。適切な抵抗値を選択することが、測定精度を確保する鍵となります。

シャント抵抗器は、オームの法則 (V=IR) を使用して、抵抗器の両端の電圧降下を測定することによって流れる電流を計算します。電流が大きくなるほど、抵抗器の両端の電圧降下も大きくなります。シャント抵抗の抵抗値が小さいため、電圧降下も小さく、主回路電圧に過度の影響を与えません。

シャント抵抗の抵抗値計算式は次のとおりです。

R = V / I

このうち、R はシャント抵抗の抵抗値 (オーム)、V は許容電圧降下 (ボルト)、I は最大測定電流 (アンペア) です。適切な電圧降下を選択するには、通常、測定精度と消費電力を考慮する必要があります。

シャント抵抗が動作すると電力損失が発生します。計算式は次のとおりです。

P = I² × R

このうち、P は電力 (ワット)、I は電流 (アンペア)、R はシャント抵抗の抵抗値 (オーム) です。過熱による損傷を防ぐために、シャント抵抗器の定格電力は、計算された電力損失より大きくなければなりません。

シャント抵抗値を選択するときは、測定電圧と電力損失のバランスをとる必要があります。抵抗値が大きすぎると電圧降下が大きくなり測定信号が収集されやすくなりますが、消費電力が大きくなり回路効率に影響を及ぼします。抵抗値が小さすぎると、消費電力は低くなりますが、電圧信号が弱く、測定精度に影響します。一般に、電圧降下は数十ミリボルトから数百ミリボルトの間になるように選択されます。

シャント抵抗器は動作中に電流により発熱し、温度変化により抵抗値の安定性に影響を与えます。シャント抵抗器には測定精度を確保するため、温度係数の小さな材料が使用されることが多く、放熱設計が考慮されています。

実際の測定では、シャント抵抗器には製造誤差や環境の影響がある可能性があり、校正によって誤差を取り除く必要があります。一般的な方法には、標準電流源を使用した校正やソフトウェア アルゴリズムによる誤差補正が含まれます。

大電流測定では、総抵抗と電力密度を下げるために複数のシャント抵抗を並列に使用することがあります。並列接続時の合計抵抗は次のように計算されます。

1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + …

直列に使用した場合、合計抵抗は各抵抗の合計になります。設計時は、不均一な電流分布を避けるために、各抵抗のパラメータが一貫していることを確認してください。

シャント抵抗器は回路の電流経路に設置する必要があり、追加の抵抗と電圧降下を減らすために接続線はできるだけ短く太くする必要があります。同時に、測定信号の精度を確保するために電磁干渉を回避する必要があります。

シャント抵抗の計算は電流測定における基本的なリンクであり、抵抗値の選択、電力計算、温度の影響、実際のアプリケーションなどの多くの側面が関係します。シャント抵抗器の適切な設計と計算は、測定精度を保証するだけでなく、回路の全体的な性能と信頼性も向上します。この記事の詳細な紹介を通じて、読者はシャント抵抗の計算方法と応用スキルを体系的に習得することができ、電子設計とテストを強力にサポートします。