電流検出方式の中で、最も安くてシンプルな「シャント抵抗」。
前回の記事で「シャント抵抗 vs CT vs ホール素子 vs ロゴスキーコイル」の比較を行い、「小電流・低コスト・高精度」を求めるならシャント抵抗が最強だと解説しました。
では、いざシャント抵抗を使おうとしたとき——あなたはこんな壁にぶつかっていませんか？
- 抵抗値は何mΩにすればいいの？大きい方がいい？小さい方がいい？
- データシートの「定格電力」と実際の使用条件が違うけど、どう考えればいい？
- TCR（抵抗温度係数）って何？ppm/℃の数字がどう精度に影響するのか分からない
- ケルビン接続（4端子）って本当に必要なの？
- 厚膜・薄膜・金属板…種類が多すぎてどれを選べばいいか分からない
- シャント抵抗選定の5つのチェックポイントを順番に解説
- 抵抗値・定格電力・TCRの計算例付きで、自分の設計にそのまま使える
- ケルビン接続の必要性を「たとえ話」で直感的に理解
- 厚膜・薄膜・金属板の選び方がフローチャートで一目瞭然
シャント抵抗の選定は、以下の5ステップで決まります。
❶ 抵抗値R：「検出電圧」と「発熱」のトレードオフで決める
❷ 定格電力P：P = I²R に2倍以上のマージンを確保。ディレーティングも忘れずに
❸ TCR：精度要件から逆算。高精度なら50ppm/℃以下が目安
❹ 公差（許容差）：±1%が標準、高精度用途は±0.5%以下
❺ 接続方式：10mΩ以下ならケルビン接続（4端子）が必須
この5つを上から順番に決めていけば、最適なシャント抵抗が見つかります。
【完全図解】電流検出方式の比較｜シャント・CT・ホール素子・ロゴスキーコイルの選び方 →
シャント抵抗がどんな方式で、他の方式と何が違うのかを解説した記事です。まだの方はこちらを先にどうぞ。
目次
チェック①：抵抗値Rを決める｜「精度」と「発熱」のシーソーゲーム
基本の考え方：V = I × R
シャント抵抗は「オームの法則 V = I × R」で電流を電圧に変換する部品です。ですから、抵抗値Rを大きくすれば、同じ電流でも大きな電圧が出ます。
大きな電圧が出れば、後段のアンプやADCが読み取りやすくなる＝精度が上がる。これは良いことですよね。
しかし——ここに落とし穴があります。
発熱も大きくなります。発熱量は P = I² × R で計算され、電流の2乗に比例します。例えば、10Aが流れる回路で抵抗値を10mΩ→100mΩにすると、発熱は10倍になります。
つまり、抵抗値Rの選定は「精度（大きくしたい）」と「発熱（小さくしたい）」のシーソーなのです。
Rを大きくすると
検出電圧UP → 精度UP
でも…発熱UP → 熱問題
Rを小さくすると
発熱DOWN → 熱的に安心
でも…検出電圧DOWN → 精度DOWN
実務の目安：検出電圧50mV〜100mVを狙う
現実的には、最大電流が流れたときの検出電圧が50mV〜100mV程度になるように抵抗値を設定するのが一般的です。
これは、一般的な電流センスアンプの入力範囲にちょうど収まり、かつ発熱も許容範囲に収まる「ちょうどいい落としどころ」だからです。
条件：最大電流 Imax = 10A、検出電圧の目標 = 100mV
計算：
R = V / I = 100mV / 10A = 10mΩ
確認（発熱量）：
P = I² × R = 10² × 0.01 = 1W
→ 1Wの発熱なら、2512サイズ（1W定格）のチップ抵抗でギリギリ。マージンを考えると2W定格以上の製品を選ぶのが安心です。
シャント抵抗の抵抗値選びは「蛇口の絞り加減」に似ています。蛇口を絞れば（R大）水圧がよく分かるけど、パイプが熱くなる。蛇口を開ければ（R小）涼しいけど、水圧の微妙な変化が読めなくなる。
チェック②：定格電力Pを確認する｜「データシートの罠」に注意
定格電力とは？
定格電力とは、「この抵抗器が安全に消費できる最大電力」のことです。チェック①で計算した発熱量（P = I²R）がこの値を超えると、抵抗器が焼損したり、抵抗値が大きくずれたりします。
ただし、ここに見落としがちな罠があります。
ディレーティング：温度が上がると定格電力は「下がる」
データシートに書いてある定格電力は、多くの場合「基板温度25℃」での値です。しかし実際の基板温度が70℃、80℃、あるいはそれ以上になることは珍しくありません。
温度が上がると、抵抗器が放熱しにくくなるため、使える電力は下がります。これを「ディレーティング」と呼びます。
条件：チェック①の計算結果 → P = 1W、基板温度 = 85℃
データシート：定格電力 2W（25℃）、ディレーティング開始 70℃、最大使用温度 155℃
85℃での実効定格：
2W × (155 - 85) / (155 - 70) = 2W × 70/85 ≒ 1.65W
→ 消費電力1Wに対して実効定格1.65W → マージンは1.65倍。
できれば2倍以上のマージンが欲しいので、定格3W以上の製品に変更するのがベターです。
「定格ギリギリで使わない」が鉄則です。
経験則として、消費電力に対して定格電力は2倍以上のマージンを持たせてください。パワエレ基板は周囲温度が高くなりやすいため、余裕がない設計は経年劣化や突入電流で簡単に壊れます。
ディレーティングは「夏場のマラソン」と同じです。涼しい日（25℃）なら全力で走れるけど、猛暑（85℃）になったらペースを落とさないと倒れます。データシートの定格は「涼しい日の全力タイム」なので、実際の気温に合わせてペースダウンする必要があるのです。
チェック③：TCR（抵抗温度係数）を確認する｜温度で「物差し」が狂う量
TCRとは何か？
TCRとはTemperature Coefficient of Resistanceの略で、「温度が1℃変化したときに、抵抗値がどれだけ変わるか」を表す指標です。単位はppm/℃（百万分の1 / ℃）。
「ppm」というと分かりにくいですが、こう考えてください。
100ppm = 0.01% です。
つまり「TCR = 100ppm/℃」とは、「温度が1℃変わると抵抗値が0.01%ずれる」という意味です。
たとえるなら、TCRは「温度計の目盛りの狂いやすさ」です。TCRが小さい抵抗＝正確な温度計。TCRが大きい抵抗＝すぐ狂う安物の温度計。
TCRが精度にどう影響するか？ ── 計算してみよう
パワエレ基板では、シャント抵抗の温度上昇が100℃を超えることも珍しくありません。TCRの影響を具体的に計算してみましょう。
条件：R = 10mΩ、基準温度 25℃、使用時温度 125℃（ΔT = 100℃）
❶ TCR = 100ppm/℃ の場合
ΔR = 10mΩ × 100ppm/℃ × 100℃ = 10mΩ × 0.01 = 0.1mΩ
→ 抵抗値の変化率 = 0.1 / 10 = 1%
❷ TCR = 25ppm/℃ の場合
ΔR = 10mΩ × 25ppm/℃ × 100℃ = 10mΩ × 0.0025 = 0.025mΩ
→ 抵抗値の変化率 = 0.025 / 10 = 0.25%
→ TCRが4倍違うと、温度起因の誤差も4倍変わります！
TCRの目安
| 用途 | TCR目安 | 抵抗タイプ |
|---|---|---|
| 過電流保護（OCP）程度 | 100〜300 ppm/℃ | 厚膜チップ抵抗 |
| モーター電流制御 | 50〜100 ppm/℃ | 金属板（メタルストリップ） |
| 高精度電流計測・計測器 | 25 ppm/℃以下 | 薄膜チップ抵抗 / 4端子品 |
チェック④：公差（許容差）を確認する｜「出荷時のズレ」
TCRとの違い
TCRが「温度で変わるズレ」だとすれば、公差は「工場出荷時点でのズレ」です。
「10mΩ ±1%」と書いてあれば、実際の抵抗値は9.9mΩ〜10.1mΩの範囲にあるという意味です。
公差（許容差）
工場出荷時に
最初からあるズレ
固定の誤差
TCR（抵抗温度係数）
温度が変わると
生まれるズレ
変動する誤差
電流検出のトータル精度は「公差 + TCR起因の変化 + 後段アンプの誤差」の合計で決まります。ですから、TCRだけ良くても公差が悪ければ台無しですし、その逆もまた然りです。
公差の選び方の目安
| 公差 | 用途の目安 | コスト感 |
|---|---|---|
| ±5% | おおまかな保護用途（あまり使わない） | ◎ 最安 |
| ±1% | 標準的な電流検出（最もよく使う） | ○ |
| ±0.5% | モーター制御・バッテリー監視 | △ |
| ±0.1% | 計測器レベルの高精度用途 | △△ 高価 |
まず±1%で設計を始め、トータル精度を計算してみて足りなければ±0.5%に上げる——というアプローチが効率的です。最初から±0.1%を選ぶとコストが跳ね上がるため、「本当に必要か？」を必ず検証しましょう。
📘 参考書籍のご紹介
「カラー徹底図解 パワーエレクトロニクス」は、この記事の内容を実際の回路設計に活かしたい方に最適な一冊です。オールカラーで図解が豊富なので、初心者でもスムーズに理解できます。
チェック⑤：ケルビン接続（4端子）が必要かを判断する
なぜ2端子では精度が出ないのか？
普通の抵抗器は端子が2つ（2端子）です。電流を流す線と、電圧を測る線が同じ端子を共有しています。
これの何が問題かというと、端子やはんだ、基板パターンにも微小な寄生抵抗が存在し、それが測定値に上乗せされてしまうのです。
シャント抵抗の値が数十mΩ〜数百mΩと比較的大きければ、寄生抵抗の影響は無視できます。しかし、10mΩ以下の低抵抗値になると、寄生抵抗（数mΩ）が無視できないレベルになります。
2端子接続は「水道管の中に手を突っ込んで水温を測る」ようなものです。手を入れること自体が水流に影響を与えてしまいます。
ケルビン接続（4端子）は「水道管の外壁に温度計を貼り付けて測る」ようなもの。水流を邪魔せずに、正確な温度（＝電圧）が読めます。
ケルビン接続の仕組み
ケルビン接続では、1つの抵抗器に4つの端子を設けます。
❌ 2端子（通常）
電流パスと電圧検出パスが同じ端子を共有。
→ はんだ・配線の寄生抵抗が検出電圧に「上乗せ」される。
→ 実際の電流より大きな値を誤検出する可能性あり。
✅ 4端子ケルビン接続
電流パス（太い端子）と電圧検出パス（細い端子）が完全分離。
→ 寄生抵抗の影響をカット。
→ シャント抵抗そのものの電圧降下だけを正確に測定。
・抵抗値が10mΩ以下：ケルビン接続を推奨
・抵抗値が5mΩ以下：ケルビン接続がほぼ必須
・抵抗値が50mΩ以上：2端子で問題ないケースが多い
ケルビン接続の4端子品は2端子品より高価ですが、低抵抗値ではパターン設計の工夫だけでは寄生抵抗を消しきれないため、部品レベルで対策すべきです。
シャント抵抗のタイプ比較｜厚膜・金属板・薄膜、どれを選ぶ？
シャント抵抗には、材料や構造の違いで大きく3つのタイプがあります。
| 比較項目 | 厚膜チップ | 金属板 （メタルストリップ） |
薄膜チップ |
|---|---|---|---|
| 構造 | セラミック基板上に抵抗ペースト | 金属合金の板を直接使用 | セラミック基板上に金属薄膜 |
| TCR | 100〜300 ppm/℃ | 25〜75 ppm/℃ | 10〜50 ppm/℃ |
| 公差 | ±1% 〜 ±5% | ±0.5% 〜 ±1% | ±0.1% 〜 ±0.5% |
| 定格電力 | 〜2W程度 | 3W〜5W以上 | 〜1W程度 |
| コスト | ◎ 最安 | ○ 中程度 | △ やや高価 |
| 向いている用途 | OCP（過電流保護） コスト重視の汎用品 |
大電流対応 車載・モーター制御 |
高精度計測 バッテリー残量監視 |
「安く済ませたい」 → 厚膜チップ
「大電流を流したい」 → 金属板（メタルストリップ）
「精度を追求したい」 → 薄膜チップ
選定フローチャート｜5ステップで迷わず決まる
ここまで解説した5つのチェックポイントを、実際の設計手順として整理します。この順番に進めれば、迷わずシャント抵抗が決まります。
回路に流れる最大電流 Imax を決めます。定常電流だけでなく、突入電流や過渡的な電流も考慮しましょう。
R = Vtarget / Imax（目標検出電圧は50〜100mV）で抵抗値を決めます。E96系列の中から近い値を選びましょう。
P = Imax² × R を計算し、ディレーティング後の実効定格が消費電力の2倍以上になる製品を選びます。
温度上昇 ΔT を想定し、TCR起因の抵抗変化 + 公差の合計が許容精度に収まるか計算します。
抵抗値が10mΩ以下ならケルビン接続（4端子）品を優先。パッケージサイズは放熱面積とのバランスで決めます。
設計例：10Aの電流検出を例に、5ステップをやってみる
最後に、具体的な設計例を1つ通しでやってみましょう。
設計条件
| 用途 | DC-DCコンバータの過電流保護（OCP） |
| 最大電流 | 10A |
| 基板温度（最大） | 85℃ |
| 要求精度 | ±5%以内（OCPなのでラフでOK） |
STEP 1 → Imax = 10A（確定）
STEP 2 → R = 100mV / 10A = 10mΩ
STEP 3 → P = 10² × 0.01 = 1W
基板温度85℃での実効定格を考慮して、定格3W以上の製品を選定。→ 2512サイズ（3W品）でOK。
STEP 4 → TCR起因の誤差を計算
TCR = 100ppm/℃ の厚膜品を選んだ場合：
ΔT = 85℃ - 25℃ = 60℃（自己発熱分を加味してさらに+40℃ → ΔT ≒ 100℃と想定）
TCR起因の誤差 = 100ppm × 100℃ = 10,000ppm = 1.0%
公差 ±1% + TCR 1.0% = トータル約2% → 要求精度±5%に余裕で収まる。✅
STEP 5 → ケルビン接続の要否
R = 10mΩ → ケルビン接続推奨の閾値ちょうど。OCP用途で±5%の精度要件なら2端子でもギリギリOK。ただし、パターン設計でセンス配線を分離するのが望ましい。
| 抵抗値 | 10mΩ |
| 定格電力 | 3W以上（2512サイズ） |
| TCR | 100ppm/℃以下 |
| 公差 | ±1% |
| タイプ | 厚膜チップ or 金属板（コスト優先なら厚膜） |
| 接続方式 | 2端子（パターンでセンス配線を分離） |
❓ よくある質問（FAQ）
まとめ
- チェック① 抵抗値R：「検出電圧50〜100mV」を目安に、精度と発熱のバランスで決める
- チェック② 定格電力P：P = I²Rの2倍以上を確保。ディレーティング（温度低減）を忘れずに
- チェック③ TCR：温度が1℃変わるごとの抵抗値変化。高精度用途は50ppm/℃以下が目安
- チェック④ 公差：工場出荷時のズレ。標準は±1%、高精度なら±0.5%以下
- チェック⑤ ケルビン接続：10mΩ以下の低抵抗なら4端子品を推奨
- タイプは「安さ → 厚膜」「大電流 → 金属板」「精度 → 薄膜」の3秒ルールで選ぶ
シャント抵抗はパワエレ回路の中で最も「地味」な部品かもしれません。しかし、選定を間違えると精度が出ない、熱で壊れる、ノイズが乗る——と、深刻な問題の原因になります。この記事の5つのチェックポイントを順番に確認すれば、設計のミスを確実に防げるはずです。
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シャント抵抗はパワエレ周辺回路の一要素です。全体像から学びたい方はこちらからどうぞ。
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シャント抵抗を選んだあとの「OCPの回路設計」はこちらで解説しています。
シャント抵抗のセンス配線を正確に引くためのGNDパターン設計の基本です。
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「カラー徹底図解 パワーエレクトロニクス」は、この記事の内容を実際の回路設計に活かしたい方に最適な一冊です。オールカラーで図解が豊富なので、初心者でもスムーズに理解できます。