Artículo escrito por Bert Weiss, responsable del soporte técnico de resistencias de Rutronik y en el que explica cómo realizar mediciones de corriente usando una sola resistencia.
En la actualidad, prácticamente cualquier circuito de control y monitorización usa mediciones de corriente basadas en shunt como una alternativa fácil y económica a las soluciones con sensores. Para lograr unas medidas con la precisión demandada, resulta útil conocer cómo trabajan los shunts. Debido a que el método se clasifica como una tecnología de medición de precisión, no se considera una tarea sencilla.
Un shunt tiene un valor resistivo bajo y se puede utilizar para medir la corriente, por lo tanto, también se denomina como resistencia de sensado de corriente. Siempre se emplea cuando la corriente medida supera el rango del dispositivo de medición. Entonces el shunt se conecta en paralelo a dicho dispositivo de medición. La corriente total viaja a través del shunt y genera una caída de tensión que se mide. Usando la ley de Ohm y la resistencia conocida, se puede utilizar para calcular la corriente (I = V/R). Con el propósito de minimizar la pérdida de potencia y, por consiguiente, el aumento de calor, los shunts deben tener un valor resistivo muy bajo en el rango de los miliohmios e, incluso, por debajo.
La principal ventaja de este método para mediciones de corriente consiste en que los fallos se pueden detectar y eliminar rápidamente. Así pues, los shunts son particularmente interesantes en aplicaciones que demandan elevada seguridad, donde hay que localizar los errores con prontitud. Además, consiguen resultados precisos y, por ende, permiten la gestión eficiente de los controladores o la monitorización de los sistemas de batería. Al mismo tiempo, las resistencias shunt proporcionan una buena relación calidad – precio.
Los shunts resultan idóneos en prácticamente cualquier tipo de aplicación de medida, con corriente directa o alterna. Estos dispositivos se encuentran en auge, especialmente por el creciente número de medidas de condición a bordo de vehículos como, por ejemplo, control de motor y batería, unidad de gestión de airbag, ABS y sistemas de seguridad, cierre e info entretenimiento. Las resistencias de sensado de corriente también son cada vez más populares en aplicaciones industriales, tecnología médica y energías renovables y contadores inteligentes – smart metering.
Tecnologías para realizar mediciones de corriente
Los shunts están disponibles como tecnologías de capa metálica y versiones totalmente metálicas. Las resistencias de capa son considerablemente más asequibles, pero tienen un menor coeficiente de temperatura. También existe una desventaja (relativa al diseño): con las resistencias de capa metálica, se aplica una pasta en el sustrato cerámico y se ajusta en función del valor deseado mediante láser. Esto se traduce en una estructura poco homogénea que se recorta para alcanzar el valor necesario como una forma sinuosa. Junto a las inductancias parásitas existentes, causa una inductancia serie y, por lo tanto, invalida la ley de Ohm, en su forma más pura, y falsea el resultado de la medición de corriente. La caída de tensión en el shunt sigue la siguiente fórmula U = I x R – L(di/dt). Por lo tanto, las resistencias de capa metálica sólo valen la pena si la inductancia no resulta importante.
Las resistencias shunt totalmente metálicas consisten en un elemento resistivo homogéneo, por lo que no existe posibilidad de generar inductancia adicional y se consigue un resultado de medición consistente y correcto. Esto es esencial en aplicaciones de alta precisión como, por ejemplo, tecnología médica, o dispositivos de medida. Además, se caracterizan por su elevada precisión y su resistencia al choque térmico. Se encuentran disponibles en varios tamaños, incluyendo algunos de mayores dimensiones que las resistencias tipo chip estándares, con valores-TK por debajo de 100 ppm/K. Estas resistencias full-metal pueden operar con una salida de hasta 7 W, con una temperatura máxima de +275 °C. Es posible seleccionar valores resistivos en el rango de unos pocos miliohmios.
El valor resistivo perfecto se puede determinar muy rápidamente en las mediciones de corriente: la mínima tensión de medición que aún ofrece resultados con la suficiente precisión se divide por el menor valor de corriente del rango de medida.
Existe una tendencia hacia formatos más compactos con salidas superiores. También se solicitan versiones específicas en términos de geometría de conexión y tamaño de shunt. Decantarse por esta opción en lugar de modelos estándares depende de los requisitos de la aplicación. Como las resistencias shunt son relativamente más costosas que otras tecnologías, ya se encuentran disponibles en pequeños lotes y muestras de test.
Opciones 4-wire shunts
La versión 4-wire es una opción. Aquí, la corriente viaja a través de dos conexiones y la tensión se mide en las otras dos. La caída de tensión en las resistencias se puede establecer usando las conexiones Kelvin internas, contribuyendo a eliminar los errores de medición.
Los 4-wire shunts se utilizan en dos escenarios: En primer lugar, cuando la resistencia de línea y contacto son relativamente altas y, a diferencia de la resistencia medida, insignificantes. Y, en segundo lugar, si el valor de resistencia es inferior a 10 mR. Como los valores resistivos de los conductores también se sitúan en el rango de los miliohmios, se deben incorporar.
