I. シャントの概要と基本原理
シャント抵抗は、電流測定に使用される精密抵抗素子である。 その動作原理は、オームの法則に基づいている：電流が既知の抵抗を通して流れるとき、電流に比例した電圧降下が抵抗の向こう側で発生する。この小さな電圧降下を正確に測定し、シャントの抵抗値で割ることで、回路を流れる電流量を計算することができる。
シャントの基本式はこうだ：I = V / Rここで、I は測定する電流（アンペア）、V はシャントにかかる電圧降下（ボルト）、R はシャントの抵抗値（オーム）である。例えば、抵抗値が100μΩのシャントは、500Aの電流が流れたとき、端子間に50mVの電圧降下を生じる。
第二に、シャントのコア技術パラメータである。
2.1 定格電流と定格電圧降下
定格電流は、シャントが長時間安定して動作できる最大電流値であり、一般的な仕様は5Aから15000Aである。定格電圧降下とは、定格電流のもとでシャントの両端に発生する電圧のことで、標準値としては45mV、50mV、60mV、75mV、100mV、150mVなどがあり、このうち75mVが最も一般的な仕様である。
2.2 精度クラス
シャントの精度クラスは測定の精度を決定し、一般的なクラスには以下のものがある：
- クラス0.1：測定誤差≦±0.1%（計測グレードのアプリケーション用
- グレード0.2：測定誤差≦±0.2%、高精度測定に最適
- レベル0.5：測定誤差≦±0.5%、一般工業測定に適用
- レベル1.0：測定誤差≦±1.0%、一般的なモニタリングに適する
2.3 温度係数（TCR）
抵抗温度係数（TCR）は、抵抗値が温度によってどの程度変化するかを示すもので、ppm/℃で表されます。高品質のシャントは通常、TCRが50ppm/℃未満です。高品質のシャントは通常TCRが50ppm/℃未満で、最高品質の製品は5ppm/℃未満に達します。TCRが低いほど、シャントの測定精度は異なる温度環境でより安定します。
2.4 電力係数（PCR）
シャントは大電流を流すと発熱し、温度が上昇して抵抗値に影響を与えます。高品質シャントのPCR設計は、この影響を効果的に制御することができます。
III.シャントの素材と工程
3.1 抵抗合金材料
シャントの抵抗材料は、その性能を直接決定し、一般的に使用される材料には次のようなものがある：
- マンガン-銅合金非常に低い温度係数（約20ppm/℃）と優れた安定性で、最も一般的に使用されているシャント材料。
- コノコ合金温度係数約40ppm/℃、低コスト、一般用途に最適
- ニッケル・クロム合金高温環境に適した高耐熱性
- カルマ合金超低温係数(<5ppm>
3.2 端子材料と接続プロセス
シャント端子は通常、紫銅または真鍮製で、酸化を防ぐために表面に錫またはニッケルメッキが施されている。抵抗合金を端子に接続するプロセスには以下のものがある：
- 電子ビーム溶接高精度シャントのための最高の溶接品質と最低の接触抵抗
- ろう付け成熟したプロセス、適度なコスト、最も広く使用されている
- 外装大電流シャントに適し、現場での取り付けが容易。
第四に、ダイバーターの選択ポイントである。
4.1 定格電流の決定
シャントを選定する場合、定格電流はシステムの最大動作電流の1.2～1.5倍以上とし、適切なマージンを残す必要がある。同時に、システムの異常時にシャントが破損しないように、過渡過負荷容量も考慮する必要がある。
4.2 定格電圧降下の選択
電圧降下定格の選択には、測定精度と電力損失のバランスが必要です。電圧降下が高いほど信号の測定は容易になりますが、消費電力は高くなります。バッテリー管理システムのような電力に敏感なアプリケーションでは、50mV以下が選択されることが多く、工業用測定では75mVまたは100mVが一般的です。
4.3 アプリケーション環境の考慮
使用環境に応じて適切な温度係数と保護等級を選択する：
- 広温度範囲アプリケーション：TCR ≤ 20ppm/°C の製品を選択
- 高湿度環境：密閉保護された製品を選ぶ
- 振動環境：機械的に強い構造設計の選択
V. 代表的なシャントの使用例
5.1 新エネルギー車用BMS
バッテリー管理システムのシャントは、SOC推定と安全保護のためにバッテリーパックの充放電電流を監視するために使用されます。代表的なパラメータ：電流範囲±500A、精度0.5%、TCR≤50ppm/℃。
5.2 エネルギー貯蔵システム
大規模なエネルギー貯蔵発電所では、バッテリーの充放電電力を正確に測定する必要があり、シャントの精度はシステムの経済的利益に直接影響します。通常、要求される精度は≤0.2%であり、高分解能測定を達成するために24ビットADCを使用します。
5.3 充電杭計量
充電杭の電流測定は取引精度に直接関係し、国家計量検定規則の要件を満たす必要がある。シャントの精度は通常0.2レベルであり、良好な長期安定性を有することが要求される。
5.4 太陽光発電インバーター
MPPT制御は、PVアレイの出力電流を正確に検出する必要があり、シャントはPV発電の効率を向上させるために最大電力点追従を達成するのに役立ちます。
シャント使用上の注意点
- 4端子接続ケルビン4端子接続は、電流と電圧の測定端子を分離するために使用され、測定へのリード抵抗の影響を排除します。
- 熱設計へのこだわり大電流シャントはかなりの熱を発生するため、放熱構造を合理的に設計し、必要に応じて空冷式や水冷式を採用する必要があります。
- 正しい取り付け位置コモンモード電圧の測定への影響を低減するため、シャントはシステム接地電位（ローサイド検出）にできるだけ近い場所に設置してください。
- シールドとアースEMI環境でのS/N比を改善するために、測定リード線をシールドし、適切に接地してください。
まとめ
電流測定の中核部品であるシャントの選択は、システム全体の測定精度と信頼性に直接影響します。エンジニアは、アプリケーションのニーズに最適な製品を選択する際に、定格パラメータ、精度要件、環境条件、コスト予算などを考慮する必要があります。新エネルギー、エネルギー貯蔵などの産業の急速な発展に伴い、高精度、低温度ドリフト、小容積のシャント製品は、より広く使用されるようになります。
