使用 PCB 走线的电流检测电阻器

电器工程 pcb设计
2022-02-01 13:44:41

我想省钱买一个检测电阻,只用 PCB 走线。我需要感应高达 2.5A 的电流,并且我想设计走线,使其具有 0.1 欧姆的电阻。这是一个好方法吗?此外,任何人都可以分享有关如何确定假设铜厚度为 1 盎司的轨道长度和宽度的计算吗?

4个回答

两个主要缺点与精度相关:初始容差和温度系数。

初始公差

PCB的制造公差宽松。铜的厚度是标称的,没有精确控制。甚至蚀刻宽度也会有很大的变化。如果你幸运的话,你可能会达到 20% 的横截面积精度,如果你不幸运的话,情况会更糟。

温度系数(tempco)

纯金属具有陡峭的温度系数,铜为 0.4%/C。对于 25C 的温度变化,电阻会发生 10% 的变化。电阻器由设计为具有接近零温度系数的合金制成。

为了检测电流是否在流动,或者甚至对于电流控制转换器中的电流感应元件(它位于反馈环路内),它可能是可以的。要以任何表面上的精度测量任何东西,请使用分立电流分流电阻器。

分立电阻器将具有比轨道更高的功率处理能力。如果你应该灾难性地超载它,它可以被替换,而丢失轨道会破坏电路板。

首先,让我说我同意已经提供的所有答案。然而,通过简单地改变需求,这个解决方案可能并不像听起来那么离谱。

作者提供的设计参数分解为 0.25V 压降和 0.6W 功率损耗。考虑到普通电流传感器在 0.6~5mOhms 的电阻上低至 1~10mV 运行,这太过分了。

如果 1-10mV 的电压差与计划的任何电路兼容,则所需的铜长度减少到厘米,如果不是毫米的话。现在,如果 PCB已经有从输入到输出的电源走线,为什么不利用它进行电流检测呢?电压差已经存在!燃烧该痕迹会破坏 PCB 的论点立即变得无效。

第二个最有发言权的论点是热系数。非常有效的观点。但是我怀疑 PCB 上的电源走线将比电阻器具有更高的散热能力。事实上,如果做得好,它将是环境的。当然,仍然不够精确,但我们还没有看到要求。正如@neil-uk 指出的那样,在某些应用中检测电流就足够了。或电流突然出现几倍于正常值的尖峰(例如电机失速)。

另一个论点是初始修剪。是的,在大规模生产中,这将是不合理的。但对于一次性项目,只需仔细使用细砂纸即可轻松完成。

简而言之,就像其他人一样,我不会推荐这个。但我相信在某些特定情况下它是可行和可接受的。

更新

正在阅读应用笔记,偶然发现了Microchip 的AN894在第 3 页上,您可以找到“图 3:PCB 分流电阻器”作为不需要高精度的设计的有效选项。

铜电阻器的电阻随温度增加。每摄氏度约为 0.4%。这使得它们的电阻器很差。但也许你可以接受。请记住,温度升高 25 度将使电阻增加 10%。

原则上,如果你有办法测量实际电阻,或者有办法知道走线的温度,你可以补偿温度变化。通常这是不切实际的。

均匀截面金属电阻的阻值计算方法如下:

R = ρ * l / A。

R是电阻,ρ是材料的体电阻率,l是电阻器的长度,A是电阻器的横截面积。对于迹线,横截面积为迹线厚度 * 迹线宽度。

对于铜,ρ 为 1.72 * 10^-8 欧姆米。因此,所有宽度、高度和长度都使用米,以避免单位错误。

希望能帮助您评估是否使用铜检测电阻以及如何计算可能有效的尺寸。

好吧,让我们来看看。有两件事。

首先,根据BITTELE 计算器,对于 2.5 A 载流量,走线宽度必须至少为 42 mil 现在,要达到 0.1 欧姆,走线长度必须约为 8.3 英寸。我不确定 PCB 空间的成本是否可以抵消 1 美元电阻器的成本。

其次,存在制造公差。镀层厚度可能会有所不同,并且过度蚀刻会使走线变窄。所以这个分流器的值会因板而异。要达到典型的 0.5% - 0.1% 片式电阻器容差,您需要对电阻器进行单独校准,这将花费很多。

现在您决定使用 PCB 走线而不是保证 1 美元的 SMT 电阻器是否是个好主意。