Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Optymalizacja pomiaru dużych prądów przez poprawienie montażu rezystorów na PCB

ghost666 10 Lip 2012 16:23 4793 0
  • Marcus O’Sullivan, inżynier pracujący w Analog Devices, zajmujący się systemami wysokiej mocy, przetestował i opisał w jaki sposób poprawić można pomiar znacznych prądów poprzez optymalizację wyprowadzeń i padów dla opornika pomiarowego wykorzystywanego do pomiarów.

    Oporniki służące do pomiaru prądów produkowane są w wielu wariantach kształtów i rozmiarów. Oporniki takie są użytkowane w wielu układach - w samochodach czy w przemyśle. Oporniki takie charakteryzują się niewielkim oporem, rzędu miliomów, zatem przy ich stosowaniu opór stawiany przez lutowie wykorzystane do ich montażu ma duże znaczenie gdyż dodaje się do oporu rezystora i zmienia pomiar wprowadzając pewne błędy. W aplikacjach wymagających wysokiej precyzji używa się podłączenia czteroterminalowego, tj. takiego gdzie opornik posiada dwa terminale dla każdej 'strony' - prądową i napięciową. Jednakże oporniki tego typu są dosyć drogie w porównaniu do normalnych rezystorów. Ponadto projektowanie padów dla tego typu oporników pomiarowych jest krytyczne dla dokładności pomiaru. W poniższym artykule opisano jak wykorzystać standardowy opornik z dwoma padami do pomiarów w trybie Kelvina wykorzystując jednakże 4 pady. Na poniższym obrazku widoczna jest płytka testowa do badania jak sposób podłączenia opornika wpływa na błędy pomiaru.

    Optymalizacja pomiaru dużych prądów przez poprawienie montażu rezystorów na PCB

    Oporniki pomiarowe dostępne są z oporem wynoszącym nawet 0,5 mΩ, najczęściej w obudowie 2512 pozwalającej na odprowadzenie do 3W ciepła. W eksperymencie użyto takiego właśnie opornika o oporze 0,5 mΩ i tolerancji 1%. Jego wymiary i standardowy 4 polowy pad do pomiaru prądu pokazane są na poniższej ilustracji.

    Optymalizacja pomiaru dużych prądów przez poprawienie montażu rezystorów na PCB


    Aby wykorzystać metodę Kelvina pad musi zostać podzielony na dwie części - osobną dla prądu i osobną dla pomiaru spadku napięcia na oporze. Na poniższym obrazku pokazano taki rozkład wyprowadzeń. Czerwonymi strzałkami oznaczono przepływ mierzonego prądu. W przypadku gdyby skorzystano z zwykłego pomiaru prądu opór efektywny wynosiłby Rtotal = Rsense + 2 x Rsolder. Aby uniknąć powstawania tej dodatkowej oporności ścieżki napięciowe muszą zostać doprowadzone bezpośrednio do padów opornika. W tym wypadku na oporze lutowia nadal występował będzie spadek napięcia, jednakże będzie on w pomijalny sposób wpływał na mierzone napięcie. W ten sposób pozbywamy się oporności lutowia z wpływu na dokładność pomiaru, co poprawia jego jakość.





    Optymalizacja pomiaru dużych prądów przez poprawienie montażu rezystorów na PCB

    Zastosowanie tej techniki znacznie polepsza dokładność pomiarów, jednakże nadal możliwa jest optymalizacja położenia poszczególnych padów. Na poniższym obrazku pokazano poszczególne sposoby ułożenia padów w przeprowadzonym eksperymencie. Do eksperymentu wykorzystamo opornik w obudowie 2512 o oporze 0,5 mΩ i tolerancji 1%, wykonany w technice objętościowej, więc każdy milimetr padu ma wpływ na wypadkową oporność. Przez każdy z proponowanych układów przepuszczano skalibrowany prąd wynoszący 20A i mierzono spadek napięcia. Wyniki umieszczono w tabeli.

    Optymalizacja pomiaru dużych prądów przez poprawienie montażu rezystorów na PCB


    Układ wyprowadzeń | Wykorzystany pad | Błąd pomiaru [%]
    A | Y |4,5
    A | X |3,2
    B | Y |5,0
    B | X |4,5
    C | Y |2,0
    C | X |1,0
    D | X |0,6
    E | Y |4,1
    E | X | 4,0
    -| górny pad | 22,8(!)


    W górnym padzie zmierzono spadek napięcia bez wykorzystania metody Kelvina, widać dzięki temu jak ogromną poprawę dokładności ona oferuje, niezależnie od topologii ścieżek. Wnioskiem z przedstawionych danych jest to że najlepszą dokładność oferują wyprowadzenia C i D oferując błąd mniejszy niż 1%.
    Źródła:
    http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/46-06/shunt_resistors.html

    Czy jakiś moderator mógłby poprawić tabelkę? Żaden z szerokorozpowszechnionych BBcode nie jest widzę zaimplementowany.


    Fajne! Ranking DIY