Измерение большого тока почти всегда начинается с компромисса. Чем выше сопротивление шунта, тем больше полезный измерительный сигнал, но одновременно растут потери мощности и падение напряжения. В аккумуляторных системах, преобразователях и силовых приводах даже несколько десятых миллиома могут иметь значение. Bourns расширила серии CSS2H-5930 и CSI2H-5930 новым номиналом 0,1 мОм, рассчитанным на мощность до 15 Вт.
При сопротивлении 0,1 мОм ток 100 А создает падение всего 10 мВ, а на шунте рассеивается 1 Вт. При 300 А падение возрастает до 30 мВ, а потери — до 9 Вт. Эти простые расчеты показывают, зачем силовым системам нужны настолько малые номиналы: измерительный сигнал остается доступным для усилителя тока, но сам сенсор не забирает значительную часть энергии. Одновременно малое напряжение на шунте повышает требования к усилителю, разводке Кельвина и подавлению помех.
В новых CSS2H-5930R-L100x и CSI2H-5930R-L100x используется металлическая полоска с соединениями, выполненными электронно-лучевой сваркой. Bourns указывает собственную индуктивность менее 3 нГн и низкую термо-ЭДС. Эти параметры важны при быстро меняющемся токе: паразитная индуктивность способна добавлять напряжение L·di/dt и искажать результат, а термоэлектрические потенциалы особенно заметны, когда полезный сигнал измеряется в милливольтах.
Номинальная мощность 15 Вт указана при 70 °C. Рабочий температурный диапазон составляет от -55 до +170 °C. Температурный коэффициент самого резистивного сплава заявлен на уровне ±50 ppm/°C в диапазоне 20–60 °C, а с учетом медных терминалов — ±275 ppm/°C. Для CSS доступны допуски ±1 и ±5%, для CSI — также ±2%. Автомобильный вариант CSS2H-5930-L100x соответствует AEC-Q200.
При проектировании токового измерителя шунт нельзя рассматривать отдельно от платы. Высокие токи требуют широких медных шин, а точки съема измерительного напряжения должны быть отделены от силовых контактов. Иначе падение на меди и пайке окажется сравнимым с падением на самом резисторе. Нужен и тепловой расчет: мощность шунта ограничивается температурой корпуса и платы, поэтому паспортные 15 Вт не означают одинаковый допустимый ток при любых условиях.
Bourns называет среди применений BMS, силовые модули, преобразователи частоты и промышленное питание. Для этих систем новый номинал дает возможность измерять еще большие токи с меньшими потерями. Но чем ниже сопротивление сенсора, тем сильнее вся точность переносится на качество аналогового тракта — усилитель, АЦП, разводку и температурную компенсацию. Поэтому 0,1 мОм полезно не как рекордно маленькая цифра, а как часть тщательно спроектированного измерительного канала.
В практической схеме такой шунт особенно полезен, когда приоритетом является снижение потерь на измерительном элементе. При этом итоговую погрешность нужно считать по всей цепи — от температурного коэффициента шунта и медных выводов до смещения усилителя и разрешения АЦП.
