0.1Ωのシャント抵抗を使って電流を検出してみる。

LTSpiceでシミュレーション

回路図

RLは100Ωの負荷抵抗。Rshuntが0.1Ωのシャント抵抗で、両端の電圧を検出して（ローサイド）LM358の非反転増幅回路で100倍に増幅している。

I1の電流源をDC解析してみた。

DC解析

20mA以下で非線形になっていて、出力電圧が若干上振れしている。

ブレッドボードで実験

回路自体の電源は9V電池を使った。電流源は自作の可変両電源を使って電圧を変化させて測定した。

Rshunt(Ω)    0.1
R1(Ω)    100.09
R2(kΩ)    9.987
増幅率    100.7801978

非反転増幅回路なので増幅率はA=1+(R2/R1)

抵抗値は、LCRメーターのＤＥ－５０００のDCRモードで測定した。

RLを100Ωで測定（実測値：RL＝99.34Ω)

IN(V)	I(mA)（VIN/(RL+Rshut))	I->V(mV)	OUT(V)	I(mA)	err(mA)	err(%)
0	0	0	0.02	1.984516843	1.984516843	#DIV/0!
1.235	12.41954948	1.6	0.1616	16.03489609	3.615346613	29.11%
2	20.11263073	2.6	0.245	24.31033132	4.197700592	20.87%
3	30.1689461	4	0.357	35.42362564	5.254679546	17.42%
4.01	40.32582462	5.2	0.47	46.63614581	6.310321188	15.65%
5.01	50.38213998	6.7	0.58	57.55098844	7.168848458	14.23%
6.01	60.43845535	8	0.689	68.36660524	7.928149885	13.12%
7	70.39420756	9.2	0.802	79.5791254	9.184917835	13.05%
8	80.45052293	10.5	0.909	90.19629051	9.745767578	12.11%
9.01	90.60740145	11.9	1.024	101.6072624	10.9998609	12.14%
10.01	100.6637168	13.2	1.166	115.6973319	15.03361512	14.93%

IN(V)はRLへの入力電圧、I(mA)（VIN/(RL+Rshut))はVIN/(RL+Rshunt)で計算した電流値、I->V(mV)はLM358のNon-Inv端子への入力電圧、OUT（V)はLM358からの出力電圧。

I(mA)は(VOUT/[増幅率])/Rshuntで計算した電流値。

誤差要因はいろいろありそうだが、20mA以上で+20%程度の誤差が出ている。

RLを10Ωで測定（実測値：RL＝9.97Ω)

500mA程度まで流すために、RLを10Ωのものに交換して測定した。

IN(V)	I(mA)（VIN/(RL+Rshut))	I->V(mV)	OUT(V)	I(mA)	err(mA)	err(%)
0	0	0	0.0198	1.964671674	1.964671674	#DIV/0!
1.177	116.8818272	15.9	1.318	130.7796599	13.89783273	11.89%
2	198.6097319	26.8	2.24	222.2658864	23.65615452	11.91%
2.99	296.9215492	36	3.01	298.6697848	1.748235688	0.59%
4.01	398.2125124	54.7	4.51	447.5085481	49.29603564	12.38%
5	496.5243297	65.3	6	595.3550528	98.83072315	19.90%

300mAあたりは理論値と合った値が出ているがグラフはガタガタしている。

RLの温度測定

この間作ったPSoC　4 Prototyping Kitとサーミスタを使った温度計でRLの温度を測定してみた。

サーミスタは手持ちの103AT-11を使っていたが、薄型の103JT-025というタイプを仕入れて使ってみた。

特性は大体同じなのでそのまま差し替えた。薄型なので温度変化に敏感。普通の環境の温度を測定するには103AT-11の方が使いやすい。

素子に張り付けるカプトンテープもaitendoの6mm幅のものではなく、秋月の10mm幅のものした。素子に固定できる粘着力がある。

500mAのときの温度グラフ

150℃近くまで温度上昇。10Ωで500mAなので2.5W。大きな電流を流すときは注意しましょう。

メモ：

0.1Ωのシャント抵抗だと、ブレッドボードの中の抵抗や接触抵抗も影響してそう。

誤差は大きいが、正確な電流値を測定することではなく、電圧降下を少なくするのが目的のでこれと3桁電圧表示器で電流計を組んでみる予定。