シャント抵抗とは？種類や用途など基本的な知識を解説！｜機電系エンジニア専門の求人情報サイト

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シャント抵抗とは？種類や用途など基本的な知識を解説！

2024.08.08更新

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この記事を書いた人

長谷川

FREE AID編集部機電系専門ライター Div.
アナログ回路設計・営業を経験した後ライター＆ディレクターとして独立。
電気電子・ITジャンルを得意とし、正確で分かりやすい情報の発信を行っています。

電流測定を行うため、電子回路のさまざまな部分で入れられているシャント抵抗。名前はよく聞くものの、その目的や入れ方などを知らない方は多いのではないでしょうか。そこで本記事では、シャント抵抗とは何かといった基本的な知識を紹介します。使用する際の注意点についても説明しますので、ぜひ参考にしてください。

この記事の目次

シャント抵抗とは

シャント抵抗とは、回路を流れる電流を検出するための抵抗器のことを指します。「Shunt（シャント）」は「脇へよける」「分路する」といった意味を持つため、電流計を使う際、並列に入れる抵抗器のことをシャント抵抗と呼ぶようになったのが始まりです。

シャント抵抗を使った電流測定は、シャント抵抗の両端電圧を測定し、得られた電圧降下と抵抗値から電流値を計算する方法で行われます。この時、電圧降下は小さくSN比が低いことが多いので、オペアンプによる増幅回路と組み合わせて使われます。

シャント抵抗の種類

シャント抵抗は、負荷の下（ローサイド）と上（ハイサイド）、どちらに入れるかによって設計方法や注意点が変わるため、特に注意が必要です。それぞれの違いを解説します。

ローサイド電流検出

シャント抵抗を負荷とGNDの間に入れる方式をローサイド電流検出方式と呼びます。基準電圧がGNDになるため、検出システムの構築が簡単で済み、コストを抑えられるのがメリットです。また、GNDが基準だとコモンモードノイズの影響を気にせずにすむほか、高電圧を扱う用途でもシャント抵抗にはmV単位の電圧しか印加されないため、部品コストも抑えられます。

ただし、負荷とGNDの間に抵抗を入れる形となるので、シャント抵抗に大電流が流れると負荷のGNDと回路自体のGNDに電圧差が生じてしまうというデメリットもあります。

ハイサイド電流検出

ハイサイド電流検出は、電源と負荷の間にシャント抵抗を入れる方式です。ローサイド電流検出と違い、負荷のGNDに影響を与えないのが特徴です。また、負荷に流れる電流が必ずシャント抵抗を通るため、ショートによる不具合を簡単に検出できます。

一方、ハイサイド電流検出ではシャント抵抗の両端に電源電圧が印加されるため、抵抗の誤差が電源電圧で増幅され、検出誤差が大きくなりやすいのがデメリットです。誤差を防ぐためには高精度な抵抗を使うほか、誤差を補正する回路を入れる必要があるため、コストが高くなります。また、電源電圧が高いほど抵抗の電圧定格を上げる必要があるのも短所です。

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シャント抵抗の用途

続いて、シャント抵抗が使われる主な用途についてお伝えします。

定電流源、モーターなどの電流制御

シャント抵抗が最も使われるのは、定電流源やモーターなどの電流制御用途です。出力側にシャント抵抗を接続して出力電流を監視し、フィードバック制御を行なうことで、簡単に電流制御が行えます。精密な電流制御が必要な場合、誤差が小さくなるような抵抗値の選定や、検知回路の構成が必要になります。

過電流検出

もう一つの用途は、回路の過電流検出です。ハイサイド電流検出により、簡単に過電流を検出し、保護回路を作動させることができます。短絡時など、過電流が生じた際はシャント抵抗が発熱するので、焼損しないような設計が必要です。

シャント抵抗を使用する際の注意点

シャント抵抗は簡単に使えますが、適切な効果を得るために押さえておくべき点もあります。ここからは、シャント抵抗を使用する際の主な注意点を詳しく解説します。

抵抗値の誤差に注意

シャント抵抗を使って電流値を測定する場合、抵抗値に誤差が生じると電流値の誤差に直結するため、どの程度の誤差があるかを理解しておかなければなりません。抵抗の製造誤差はもちろん、温度変化による抵抗値の変化や、高周波信号を扱う場合はパターンのインピーダンスも考慮しなければならないため、意図しない誤差が発生しないよう注意しましょう。

発熱の影響を考慮する

シャント抵抗は抵抗器の一つなので、電流が流れることにより発熱します。もちろん影響を最小限にするよう低抵抗を使うのですが、ある程度の熱が出るのは避けられません。特に周囲に電解コンデンサやICなどの熱に弱い部品を実装している場合、悪影響を与える可能性があるため注意しましょう。

シャント抵抗以外の電流測定の手法も

ここまでシャント抵抗のことを紹介しましたが、電流測定は他の手法でも行うことができます。電流により発生する磁場を使った方法が一般的で、CT（カレントトランス）方式、ホール素子方式が代表例です。

CT方式は交流でしか使えず、ホール素子は精度に難があるなどデメリットもありますが、シャント抵抗のように回路に直結させる必要がなく、電流損失が発生しません。そのため、大電流を扱うパワーエレクトロニクス用途などで多用されています。

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まとめ

今回は、シャント抵抗の種類や用途など、基本的な知識についてお伝えしました。シャント抵抗は電子回路に流れる電流を検知するため、入れられる抵抗器の総称です。抵抗をローサイド、またはハイサイドに入れる方法により、さまざまな回路の電流制御や過電流検出を行います。

シャント抵抗は最も簡単に電流検出が行えるのがメリットですが、直接回路に抵抗を入れるので、抵抗による誤差や発熱などの問題が発生しやすいデメリットもあります。CTやホール素子を用いた電流検出方法もあるため、用途に応じて適切に使い分けるようにしましょう。

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