Resistenza di rilevamento corrente mediante tracce PCB

Voglio risparmiare acquistando un resistore di rilevamento e usare solo le tracce PCB. Devo rilevare fino a 2,5 A e volevo progettare la traccia in modo che abbia una resistenza di 0,1 ohm. è un buon approccio? Inoltre, qualcuno può condividere i calcoli su come determinare la lunghezza e la larghezza del binario assumendo uno spessore di rame di 1 Oz?

I due principali inconvenienti sono correlati alla precisione: tolleranza iniziale e coefficiente di temperatura.

Tolleranza iniziale

I PCB sono fatti per tollerare le tolleranze. Lo spessore del rame è nominale, non accuratamente controllato. Anche la larghezza dell'incisione è soggetta a grandi variazioni. Potresti ottenere una precisione dell'area del 20% per cominciare se sei fortunato, molto peggio se non lo sei.

Coefficiente di temperatura (tempco)

I metalli puri hanno un forte tempco, il rame è dello 0,4% / C. Questa è una variazione del 10% della resistenza per una variazione di temperatura di 25 ° C. I resistori sono realizzati con leghe progettate per avere tempco quasi zero.

Per rilevare se una corrente scorre o meno, o forse anche per l'elemento di rilevamento corrente in un convertitore controllato in corrente in cui si trova all'interno di un circuito di retroazione, potrebbe essere OK. Per misurare qualsiasi cosa con una parvenza di precisione, utilizzare un resistore shunt di corrente discreto.

Un resistore discreto avrà una gestione della potenza molto più elevata di una traccia. E se dovessi sovraccaricarlo in modo catastrofico, può essere sostituito, mentre perdere una traccia rovinerebbe la scheda.

Innanzi tutto, lasciatemi dire che sono d'accordo con tutte le risposte già fornite. Tuttavia, con una semplice modifica dei requisiti questa soluzione potrebbe non essere così scandalosa come sembra.

I parametri di progettazione forniti dall'autore si risolvono in calo di 0,25 V e 0,6 W di perdita di potenza. Questo è troppo, considerando che i normali sensori di corrente funzionano da un minimo di 1 ~ 10 mV su resistori in 0,6 ~ 5 mOhm.

Se il differenziale di tensione di 1-10mV è compatibile con qualsiasi circuito sia previsto, la lunghezza del rame richiesta si riduce a centimetri, se non millimetri. Ora, se il PCB ha già una traccia di potenza dall'input all'output, perché non sfruttarlo per il senso attuale? Il differenziale di tensione è già lì! L'argomento secondo cui bruciare quella traccia distruggerà il PCB diventa immediatamente nullo.

Il secondo argomento più espresso è il coefficiente termico. Punto molto valido Tuttavia, sospetto che la traccia di potenza sul PCB avrà una capacità di dissipazione termica molto più elevata di una resistenza. In effetti, se fatto bene, sarà ambient. Ancora non abbastanza preciso, ovviamente, ma non abbiamo visto i requisiti. Come ha sottolineato @ neil-uk, ci sono applicazioni in cui è sufficiente rilevare il flusso di corrente. O picchi improvvisi a correnti più volte superiori al normale (ad es. Stallo del motore).

Un altro argomento è il trim iniziale. Sì, nella produzione di massa non sarà plausibile. Ma per un progetto unico può essere facilmente realizzato con un'attenta applicazione di carta vetrata fine.

In breve, proprio come gli altri non lo consiglierei. Ma credo che sia fattibile e accettabile in alcune circostanze specifiche.

AGGIORNARE

Stavo leggendo le note dell'app e inciampato su AN894 da Microchip. A pagina 3 è possibile trovare "Figura 3: resistore shunt PCB" come opzione valida per i progetti in cui non è richiesta un'elevata precisione.

I resistori di rame aumentano di resistenza con la temperatura. Si tratta di circa lo 0,4% per grado C. Ciò li rende poveri resistori. Ma forse stai bene. Tieni presente che un aumento di 25 gradi della temperatura ti darà un aumento del 10% di resistenza.

In linea di principio, se avessi un modo per misurare la resistenza effettiva o un modo per conoscere la temperatura della traccia, potresti compensare il cambiamento di temperatura. Di solito non è pratico.

Il modo per calcolare la resistenza di un resistore metallico con sezione trasversale uniforme è il seguente:

R = ρ * l / A.

R è la resistenza, ρ è la resistività di massa del materiale, l è la lunghezza del resistore e A è l'area della sezione trasversale del resistore. Per una traccia, l'area della sezione trasversale è lo spessore della traccia * larghezza della traccia.

Per il rame, ρ è 1,72 * 10 ^ -8 Ohm-metri. Quindi usa i misuratori per tutte le larghezze, altezze e lunghezze per evitare errori con le unità.

Spero che ti aiuti a valutare se utilizzare una resistenza di rilevamento in rame e anche come calcolare le dimensioni che potrebbero funzionare.

Ok vediamo. Ci sono due cose

Innanzitutto, per 2,5 A di ampiezza, la larghezza della traccia deve essere di almeno 42 mil, secondo il calcolatore BITTELE . Ora, per arrivare a 0,1 Ohm, la lunghezza della traccia deve essere di circa 8,3 pollici. Non sono sicuro che il costo dello spazio PCB possa compensare il costo di una resistenza da $ 1.

In secondo luogo, ci sono tolleranze di produzione. Lo spessore di placcatura può variare e c'è un'eccessiva incisione che rende la traccia più stretta. Quindi il valore di questo shunt varierà da scheda a scheda. Per arrivare alla tipica tolleranza del resistore chip 0,5% - 0,1%, è necessario utilizzare la calibrazione individuale del resistore, che costerà molto.

Ora decidi se è una buona idea usare la traccia PCB invece della resistenza SMT da $ 1 garantita.

Probabilmente puoi farlo su un pcb per substrato ceramico. Su FR4 normale puoi farlo, ma la tolleranza sarà cattiva e il coefficiente di temperatura sarà orribile.

Per 2,5 A e 0,1 ohm avresti bisogno di 275 mm di 1 mm di traccia.

Kit di strumenti per circuiti stampati Saturn.

Tuttavia, raccomando un resistore di rilevamento corrente o un sensore ad effetto hall di Allegro MicroSystems o simili.

Le altre risposte hanno trattato abbastanza bene del come . Fondamentalmente basta usare una calcolatrice per capire la larghezza e la lunghezza della traccia. Ma penso che questi commenti siano eccessivamente cauti. Se stai solo cercando di rilevare uno stallo del motore, una sovracorrente o qualcosa del genere, direi che va bene. L'ho già fatto con successo prima.

Dovresti capire che tipo di precisione hai bisogno. Se è molto basso (dovrebbe essere, dato questo metodo), quindi capire quanto è possibile ridurre la tensione di shunt e ottenere comunque quella precisione. Se inizi con un vRef basso e poi ti accontenti di soli 10-20 punti di risoluzione, dovresti riuscire a ridurre la resistenza di shunt.