Токочувствительный резистор с использованием дорожек на печатной плате

Я хочу сэкономить на покупке чувствительного резистора и просто использовать дорожки на печатной плате. Мне нужно измерять до 2,5 А, и я хотел спроектировать трассу так, чтобы она имела сопротивление 0,1 Ом. Это хороший подход? Кроме того, кто-нибудь может поделиться своими расчетами о том, как определить длину и ширину колеи, принимая толщину меди в 1 унцию?

Два главных недостатка связаны с точностью: начальный допуск и температурный коэффициент.

Начальная толерантность

Печатные платы сделаны с потерями допусков. Толщина меди номинальная, не точно контролируется. Даже ширина травления подвержена значительным изменениям. Вы можете достичь 20% точности площади поперечного сечения, если вам повезет, и гораздо хуже, если нет.

Температурный коэффициент (темп)

Чистые металлы имеют крутой темп, медь составляет 0,4% / с. Это изменение сопротивления на 10% при изменении температуры на 25 ° C. Резисторы сделаны из сплавов, которые были разработаны, чтобы иметь почти нулевую температуру.

Для определения того, течет ток или нет, или, возможно, даже для чувствительного элемента тока в управляемом током преобразователе, где он находится в контуре обратной связи, он может быть в порядке. Для измерения чего-либо с любым подобием точности используйте дискретный токовый шунтирующий резистор.

Дискретный резистор будет иметь намного большую мощность, чем дорожка. И если вам придется перегрузить его катастрофически, его можно заменить, тогда как потеря дорожки может испортить доску.

Во-первых, позвольте мне сказать, что я согласен со всеми ответами, уже предоставленными. Тем не менее, при простом изменении требований это решение может оказаться не таким возмутительным, как кажется.

Конструктивные параметры, представленные автором, сводятся к падению 0,25 В и потере мощности 0,6 Вт. Это слишком много, учитывая, что датчики нормального тока работают от всего лишь 1 ~ 10 мВ по сравнению с резисторами при 0,6 ~ 5 мОм.

Если перепад напряжения 1-10 мВ совместим с любой запланированной схемой, тогда требуемая длина меди уменьшается до сантиметров, если не миллиметров. Теперь, если на печатной плате уже есть трассировка питания от входа до выхода, почему бы не подключиться к ней для текущего смысла? Перепад напряжения уже есть! Аргумент, что сжигание этого следа уничтожит PCB, немедленно становится недействительным.

Второй наиболее громкий аргумент - тепловой коэффициент. Очень верный момент. Однако я подозреваю, что трассировка мощности на печатной плате будет иметь гораздо более высокую способность рассеивания тепла, чем резистор. На самом деле, если все сделано правильно, это будет окружающим. Конечно, все еще недостаточно точно, но мы не видели требований. Как отметил @ neil-uk, есть приложения, в которых достаточно определить ток. Или внезапные пики при токах, в несколько раз превышающих нормальные (например, остановка двигателя).

Другой аргумент - начальная отделка. Да, в массовом производстве это не будет правдоподобным. Но для одноразового проекта это может быть легко сделано с некоторым осторожным применением мелкой наждачной бумаги.

Короче говоря, так же, как другие, я бы не рекомендовал это. Но я считаю, что это выполнимо и приемлемо в некоторых конкретных обстоятельствах.

ОБНОВИТЬ

Читал заметки приложения и наткнулся на AN894 от Microchip. На странице 3 вы можете найти «Рисунок 3: Шунтирующий резистор для печатной платы» в качестве допустимой опции для конструкций, где высокая точность не требуется.

Медные резисторы увеличивают сопротивление с температурой. Это около 0,4% на градус С. Это делает их плохими резисторами. Но, возможно, вы в порядке с этим. Просто имейте в виду, что повышение температуры на 25 градусов даст вам увеличение сопротивления на 10%.

В принципе, если у вас есть способ измерения фактического сопротивления или способ узнать температуру трассы, вы можете компенсировать изменение температуры. Обычно это не практично.

Способ расчета сопротивления металлического резистора с равномерным сечением заключается в следующем:

R = ρ * l / A.

R - это сопротивление, ρ - объемное удельное сопротивление материала, l - длина резистора, а A - площадь поперечного сечения резистора. Для трассы площадь поперечного сечения равна толщине трассы * ширина трассы.

Для меди ρ составляет 1,72 * 10 ^ -8 Ом-метров. Поэтому используйте метры для всех ваших ширин, высот и длин, чтобы избежать ошибок с единицами.

Надеюсь, что это поможет вам оценить, следует ли использовать медный сенсорный резистор, а также как рассчитать размеры, которые могут работать.

Ладно посмотрим. Есть две вещи.

Во-первых, для амплитуды 2,5 А ширина трассы должна составлять не менее 42 мил, согласно калькулятору BITTELE . Теперь, чтобы добраться до 0,1 Ом, длина трассы должна быть около 8,3 дюйма. Я не уверен, что стоимость места на печатной плате может компенсировать стоимость резистора в 1 доллар.

Во-вторых, существуют производственные допуски. Толщина гальванического покрытия может варьироваться, и имеется чрезмерное травление, делающее след более узким. Таким образом, значение этого шунта будет варьироваться от платы к плате. Чтобы достичь типичной погрешности резистора чипа от 0,5% до 0,1%, вам потребуется индивидуальная калибровка резистора, что будет стоить дорого.

Теперь вы решаете, будет ли хорошей идеей использовать трассировку печатной платы вместо гарантированного резистора SMT за 1 доллар.

Вы, вероятно, можете сделать это на керамической печатной плате. На нормальном FR4 вы можете сделать это, но допуск будет плохим, а температурный коэффициент будет ужасным.

Для 2,5 А и 0,1 Ом вам понадобится 275 мм следа 1 мм.

Набор инструментов для печатных плат Saturn.

Тем не менее, я рекомендую использовать резистор тока или датчик Холла от Allegro MicroSystems или аналогичный.

Другие ответы довольно хорошо описали, как это происходит. В основном просто используйте калькулятор, чтобы выяснить ширину и длину трассы. Но я думаю, что эти комментарии слишком осторожны. Если вы просто пытаетесь обнаружить остановку двигателя, перегрузку по току или что-то в этом роде, я бы сказал, что все в порядке. Я сделал это успешно раньше.

Вы должны выяснить, какая точность вам нужна. Если оно очень низкое (должно быть, учитывая этот метод), то выясните, насколько вы можете уменьшить напряжение шунта и при этом получить эту точность. Если вы начинаете с низкого vRef, а затем соглашаетесь только на 10-20 точек разрешения, вы сможете снизить сопротивление шунту.