Réponse en fréquence d'un shunt de mesure de courant

1. Introduction

Un shunt de mesure de courant est une résistance de faible valeur insérée en série dans un circuit électrique. La chute de tension à ses bornes, proportionnelle au courant, est ensuite mesurée pour en déduire l’intensité.

Bien que ce principe soit simple, le comportement réel du shunt varie avec la fréquence du signal mesuré.

Comprendre sa réponse en fréquence est essentiel pour garantir la précision, notamment dans les applications de mesure en électronique de puissance, en instrumentation ou en compatibilité électromagnétique (CEM).

2. Modèle électrique d’un shunt

En première approximation, un shunt est une résistance pure.

Cependant, sa structure physique introduit des parasitages :

• Inductance parasite : due à la longueur des conducteurs et au cheminement du courant.

• Capacité parasite : entre les parties métalliques et les pistes de connexion.

Schéma équivalent d'un shunt en haute fréquence

3. Effets sur la réponse en fréquence

• À basse fréquence (DC – quelques kHz) : l’impédance est dominée par la résistance. Le shunt fournit une mesure précise et fidèle du courant.

• À moyenne fréquence (10 kHz – quelques MHz) : l’inductance parasite provoque une augmentation de l’impédance. Le signal mesuré présente alors une erreur de phase et d’amplitude.

• À haute fréquence (MHz et au-delà) : les capacités parasites peuvent créer des résonances avec l’inductance. La tension mesurée peut contenir des distorsions ou des surestimations du courant.

Réponse en fréquence shunt effet de l'inductance interne

4. Facteurs influençant la bande passante

Géométrie du shunt : une construction compacte et symétrique réduit l’inductance parasite.

Matériaux : l’alliage résistif (ex. manganin, cupronickel) a un rôle sur la stabilité thermique, mais aussi sur le comportement en haute fréquence.

Connexions : la manière de souder ou visser le shunt peut ajouter une inductance série significative.

Montage sur circuit imprimé : des pistes larges, courtes et planes améliorent la réponse.

5. Applications pratiques

• Électronique de puissance : mesure de courants pulsés (hacheurs, onduleurs). La bande passante doit être suffisante pour suivre les fronts rapides.

• Instrumentation CEM : analyse des courants de fuite ou de mode commun jusqu’à plusieurs dizaines de MHz.

• Mesure de courant alternatif : la fidélité dépend de la précision en amplitude et en phase, donc de la réponse en fréquence.

6. Conclusion

La réponse en fréquence d’un shunt de mesure n’est jamais parfaitement plate.

Au-delà de quelques dizaines de kHz, les effets parasites deviennent dominants et peuvent fausser la mesure.

Le choix d’un shunt dépend donc de :

• La plage de fréquences du signal de courant à mesurer.

• La précision attendue (amplitude et phase).

• Les contraintes mécaniques et thermiques de l’application.

Une caractérisation en laboratoire (par mesure d’impédance ou injection de courant sinusoïdal) est recommandée pour valider le comportement du shunt dans sa configuration réelle.