Токочувствительный резистор что это

Компоненты для измерения тока

Измерение тока используется для контроля над разными параметрами, один из которых — мощность на нагрузке. Существует немало считывающих элементов для измерения тока через нагрузку. Их выбор диктуется потребностями каждого конкретного устройства, а также величиной измеряемого тока. Мы обсудим в этой статье три разных типа считывающих компонентов для измерения тока.

1. Шунтовые резисторы
Шунты и шунтовые резисторы — про­стейший вариант токочувствительных элементов. Необходимо лишь помнить о температурном коэффициенте сопро­тивления (ТКС) резистора и избегать его нагрева. Напомним эмпирическое правило выбора токочувствительного резистора: его максимально допусти­мая мощность должна не менее чем в два раза превышать рабочую мощность рассеивания.

Изменение температуры резистора в зависимости от величины протекающего через него тока прямо пропорциональ­но отношению номинальной мощности к рассеиваемой.

При выборе токочувствительно­го резистора необходимо учитывать тепловое сопротивление его кор­пуса. Этот параметр, представляющий собой тепловое сопротивление между резистором и его внешней поверхно­стью, является основным показателем, который определяет повышение тем­пературы резистора. В таблице пере­числены тепловые сопротивления стандартных корпусов для поверхност­ного монтажа.

Ширина проводника
При проектировании печатной платы необходимо, чтобы ее медные проводники выдержали максимальный ток, необходимый для устройства.
Для каж­дого устройства необходимо найти разумный компромисс между толщи­ной, шириной проводников и стоимо­стью.

Топология
Длина проводников между токо­измерительным резистором и измери­тельной схемой должна быть как можно меньше, чтобы уменьшить не только сопротивление проводника, но и его паразитные емкость и индуктивность, которые могут внести погрешность в показания быстроменяющегося тока.

Подключение сигнальных проводни­ков к токочувствительному резистору
Рекомендуется использовать токо­чувствительный резистор с четырьмя
выводами. Если по какой-либо при­чине применяются резисторы с двумя выводами, то сигнальная шина должна находиться под токочувствительным резистором в том месте, где он соединя­ется с контактной площадкой печатной платы.

Во многих случаях ширина токо­чувствительных резисторов меньше ширины токонесущих шин. Проводники соединяются с этими шинами под углом 45°, чтобы обеспечить равномерное про­текание тока.

Магнитные помехи
Величина генерируемого проводни­ком магнитного поля прямо пропорцио­нальна току через проводник и обратно пропорциональна расстоянию до точки измерения. Необходимо помнить, что сигналь­ные проводники с высоким импе­дансом не должны располагаться параллельно проводникам с большим током. Следует избегать пересечения проводников с большими токами. Если это невозможно по какой-то причине, рекомендуется располагать эти про­водники перпендикулярно друг другу и пересекать тот слой, который наибо­лее удален от сигнального проводника, чтобы ограничить влияние помех.

2. Схемы с активными сопротивлениями

Рассмотрим проектирование токо­чувствительных схем с активными сопротивлениями (direct current resistance, DCR), которые не вызывают дополнительных потерь на измери­тельной цепочке.

Как правило, схемы с активными сопротивлениями используются в низ­ковольтных устройствах, в которых падение напряжения на токочувстви­тельном резисторе составляет значи­тельную долю от величины напряжения питания, подаваемого на нагрузку.
Схема измерения тока с активным сопротивлением представляет собой альтернативу токочувствительным резисторам. В ней используется пара­зитное сопротивление индуктора для измерения тока нагрузки. Эта схема дистанционно измеряет ток через дроссель импульсной цепи регулято­ра. Благодаря отсутствию компонентов, установленных последовательно регулятору на нагрузке, схема работа­ет без потерь.
У правильно согласованной DCR-схемы эффективный импеданс со стороны АЦП равен сопротивлению индуктора. На рисунке представлена простая схема с активным сопротив­лением для измерения тока нагрузки понижающего импульсного преобразо­вателя.

Проектирование DCR-схемы, не оснащенной функцией регулировки, увеличивает погрешность измерений до 35%, что связано с разбросом значений индуктивности и емкости в этой схеме. В некоторых случаях погрешность измерений может увеличиваться до 50%. Но использование простой выравни­вающей схемы с энергонезависимыми цифровыми потенциометрами (digital potentiometers, DCP) существенно повы­шает точность измерения тока.

Итак, DCR-схемы не вносят потерь и занимают мало места на печатной плате. Поскольку эти решения требуют настройки для правильного функционирования, необходимы дополнительные меры при изготовлении устройств на их основе. Большие допуски на отклонения значений реактивных компонентов могут привести к большому разбросу значений между эффективными сопротивлениями схем. Большие температурные коэффициенты индукторов и конденсаторов увеличивают погрешность схемы. В целом, архитектуру схемы с активным сопротивлением можно считать хорошей для измерения больших токов.

3. Датчики Холла
Рассмотрим датчики Холла. Как правило, эти датчики, предназна­ченные для сильноточных устройств, определяют ток через проводник путем измерения индукции его маг­нитного поля. Поскольку измерение тока осуществляется дистанционно, считается, что датчики Холла работают без потерь. Эти устройства предназначены для систем с током выше 200 А, т.к. мощность, рассеиваемая токочув­ствительным резистором, достаточно велика.

На рисунке иллюстрируется базовая концепция метода измерения тока на основе эффекта Холла. В этой схеме ток через проводник опреде­ляется путем измерения индукции генерируемого им магнитного поля В. Величина поля прямо пропорциональ­на протекающему току и определяется его направлением.
Линейные датчики Холла являются активными схемами, потребляющими ток 3-10 мА. Уровень шума этих датчиков составляет около 25 мВ, или 5 Гс. Данные устройства не годятся для устройств с малыми токами или большими расстояниями между проводником и датчиком из-за большого шума и потребляемого тока.

Условия, в которых эксплуатируются сигнальный проводник и датчик, следует учитывать при измерении слабых магнитных полей. Линейные датчики Холла измеряют суммарное магнитное поле в месте нахождения самого датчика. Проводники с током, расположенные рядом с датчиком, изменяют величину измеряемого магнитного поля, ухудшая точность показаний. Датчик также реагирует на другие внешние магнитные поля, возникающие при переключении двигателя или любого другого генерирующего энергию устройства.

Для ограничения влияния внешних магнитных полей на датчики используется магнитный экран, который окружает проводник с током. На рисунке показан пример использования металлического кожуха (клетки Фарадея), экранирующего проводник и датчик.

Недавно на рынке появились датчики Холла с интегрированным проводящим каналом, цепью компенсации и защитным экраном. Интеграция проводящего канала в датчик облегчает расчет выходного сигнала в функции тока через проводник. Однокристальное решение упрощает схему устройства и разработку приложения по измерению тока с помощью датчика Холла.

Несмотря на то, что за последнее время конструкция датчиков на эффекте Холла была усовершенствована, их точность и защита от помех увеличились, применение этой технологии ограничено сильноточными устройствами. Датчики Холла рассеивают меньшую мощность, чем шунтовые резисторы.

Шунтовые резисторы — наиболее распространенные токочувствительные элементы благодаря простоте схемного решения и его стоимости, а также точности измерений. DCR-схемы предназначены для устройств с импульсными регуляторами и малыми регулируемыми выходными напряжениями благодаря дистанционному измерению тока. Наконец, датчики Холла предназначены для сильноточных устройств, поскольку рассеиваемая ими мощность меньше, чем у решений на основе шунтовых резисторов.

У каждого из трех рассмотренных решений имеются свои преимущества и недостатки. Из-за того, что шунтовые резисторы рассеивают мощность, энергоэффективность решений на основе этих компонентов сравнительно невелика. К тому же в устройствах с низким напряжением величина падения напряжения на токочувствительном резисторе может быть соизмерима с рабочим напряжением, что недопустимо. Работа схемы с использованием активного сопротивления (DCR) зависит от согласования конденсатора и индуктора. Оба компонента имеют большие допуски и высокие температурные коэффициенты. Датчик Холла восприимчив к окружающему шуму, и его применение осложняется недостатками схемы. Несмотря на усовершенствование этой технологии, до сих пор ограничивающим фактором на пути ее применения остается точность измерений.

Источник

Токочувствительные резисторы повышенной мощности

Применение резисторов в качестве датчиков тока в приложениях средней и малой мощности по-прежнему является привлекательным выбором в силу их простоты и низкой стоимости по сравнению с датчиками, основанными на иных принципах. В статье рассмотрены конструкции, технологии и особенности применения токочувствительных SMT-резисторов, рассчитанных на более высокие значения рассеиваемой мощности. Статья написана на основе работы [1].

Современные технологии управления преобразованием энергии требуют применения точных методов измерения тока. В приложениях, где необходима большая мощность, для этого применяются датчики на основе эффекта Холла или трансформаторы тока, а при малой и средней мощности в качестве датчиков тока очень часто используются резисторы. Для того чтобы минимизировать потери мощности, инженеры выбирают резисторы с наименьшим значением сопротивления.
В приложениях с малой мощностью и малым измеряемым током, как правило, применяются 1- и 2-Вт резисторы поверхностного монтажа (SMT). Однако сегодня во многих приложениях для измерения тока требуются SMT-резисторы большей мощности.

Прецизионные резисторы разделяются на следующие типы: толстопленочные, проволочные тонкопленочные и композиционные. Для измерения тока применяются толстопленочные и проволочные резисторы. В тонкопленочных и композиционных резисторах очень сложно, за малым исключением, достигнуть значений сопротивления нескольких мОм, которые требуются для измерения тока в приложениях средней мощности.
Типовой толстопленочный резистор мощностью 1 Вт изготавливают по стандартной технологии чип-резисторов. В качестве проводящего материала используют сплав серебра с палладиумом или платиной. В качестве резистивного элемента при малом значении сопротивления применяют сплав 40% серебра и 60% палладиума. Толстопленочные резисторы имеют очень малое сопротивление и низкую стоимость, но их габариты ограничены размером 2512, а мощность рассеяния величиной 2 Вт. Величина рассеиваемой мощности может быть увеличена при использовании конструкции резистора с боковыми выводами. В этом случае резистор размером 1225 способен рассеивать мощность до 3 Вт. Кроме того, такая конструкция обеспечивает лучшее согласование температурного коэффициента резистора и платы, а также более высокую надежность паяного соединения.
Проволочные резисторы используют, когда требуется сверхнизкое сопротивление менее 1 мОм. При очень малых значениях сопротивления вместо витков проволоки применяют штампованный резистивный слой из купрона — сплава меди и никеля или нихрома — сплав никеля и хрома.
Традиционные корпуса, применяемые для SMT-монтажа, просты и надежны, но ограничены малым размером, а, значит, и величиной рассеиваемой мощности. Отчасти эту проблему решают корпуса серии OARC компании IRC (см. рис.1), которые приподняты над платой, что улучшает условия отвода тепла. Их размер, включая выводы, составляет 0,81 × 0,275 дюйма, а максимальная рассеиваемая мощность достигает 5 Вт.

Резисторы, применяемые для больших измеряемых токов, производятся в корпусах ТО263 (D2PAK). Величина сопротивления таких резисторов составляет менее 10 мОм, а рассеиваемая мощность достигает 20 Вт. И, наконец, для очень больших токов выпускаются резисторы в корпусах SOT227, их рассеиваемая мощность составляет 100 Вт или даже больше. Для этих резисторов обычно применяют соединение Кельвина, известное также как четырехпроводное подключение.

Вследствие очень малого значения сопротивления резистора возможна ошибка измерения из-за падения напряжения на соединительных проводниках. Погрешность также может возникнуть и из-за временного дрейфа сопротивления паяных соединений, через которые протекает измеряемый ток. Для решения этих проблем применяют четырехпроводное соединение. В этом случае проводники с измеряемым сигналом, подключаемые к схеме управления, отделены от проводников, по которым течет измеряемый ток. Ток, текущий через проводник с измеряемым сигналом, незначителен, поэтому можно пренебречь и падением напряжения, которое он создает на проводниках.
Резисторы с четырехпроводным подключением производятся серийно. Фактически, описанное решение известно давно — именно таково конструктивное исполнение шунтов. Возможна также реализация псевдочетырехпроводного подключения и при использовании двухвыводного резистора за счет соответствующей топологии проводников печатной платы (см. рис. 2). В этом случае проводники печатной платы, по которым течет измеряемый ток, должны быть отделены от «измерительных» провод­ников. Это позволяет повысить точность измерения напряжения, однако наилучшая точность достигается при использовании специальных четырехвыводных резисторов.

При измерении тока падение напряжения на измерительном резисторе не превышает нескольких мВ, поэтому необходимо, чтобы материалы, входящие в состав резистора, имели минимальное значение термо-ЭДС. Из-за значительных величин термо-ЭДС может возникнуть эффект термопары при электрическом контакте разных металлов, применяемых в конструкции резистора. Неравномерное распределение температуры в резисторе, а также эффект термопары, могут вызвать дополнительную ошибку измерений.

Источник

Токочувствительные (current sensing) чип резисторы компании Panasonic

Введение

В современном мире электроники и автоматики люди не задумываются сколько процессов, связанных с их жизнью, происходят без участия человека. Будь то зарядка аккумуляторной батареи телефона или электрокара, переключение светофора или управление атомным реактором. Все эти процессы происходят без прямого участия человека, человек выполняет лишь функцию оператора, а управление осуществляется автоматически.

В настоящее время выпускается все больше и больше интеллектуальных устройств и очень часто, жизненно важно контролировать процессы, происходящие внутри электроники. Чтобы электроника работала без сбоев, не выходила из строя и служила максимально долго, крайне важно осуществлять контроль этих процессов.

Процесс контроля процессов, происходящих внутри электронных устройств, зачастую осуществляется методом контроль токов, протекающих в цепях. Существуют различные способы контроля токов, происходящих в электрических цепях электроники. Поэтому современные электронные устройства имеют в своем составе ряд сенсоров. Точность контроля зависит от точности выполняемых измерений, и точный контроль силы протекающего тока является одной из важнейших функций. Один из самых распространенных, простых, высокоточных и недорогих способов измерения токов, протекающих в электрических цепях с помощью резисторов.

Резистор и их типы

Резисторы являются самым используемыми компонентами в электронных схемах и занимают примерно 25% позиций в БоМе. В тоже время резистор считается самой простой деталью схемы, зачастую не требующей пристального внимания. Тем не менее незаметный, на фоне полупроводниковых микросхем и других компонентов, резистор выполняет очень важные функции и без резисторов не смогла бы работать практически ни одна электронная схема.

Резисторы — это пассивные элементы, выполняющие ряд второстепенных, но важных функций. Резистор, по определению – сопротивление (от латинского «resisto»), технологически же резистором можно считать любой материал, будь то кусок медного провода, вольфрамовая нить или полоска полупроводникового материала.

Казалось бы, что такого важного в резисторе, но сложно представить современные электронные схемы без тех функций, которые выполняют резисторы: преобразование силы тока в напряжение и наоборот, ограничение протекающего тока, создание делителей напряжения, подавление радиопомех и др.

Существует несколько различных типов резисторов, отличающихся своими параметрами, вариантами исполнения и функциональным назначением: SMD (чип) резисторы, выводные резисторы, проволочные резисторы, токочувствительные резисторы, термисторы, потенциометры и реостаты.

Особую роль играют резисторы в цепях прецизионных схем, где изменение параметров резистора ведет к негативным последствиям. Рассмотрим причины важности правильного выбора резисторов и варианты их применения на основе токочувствительных резисторов.

В качестве параметра, на основе которого можно проводить измерения, контроль и диагностику электронных схем является протекающий в них ток. Такой способ измерения является одним из самых распространенных, и недооценка важности корректного измерения силы тока приводит к дальнейшим проблема работы устройств и добавляет трудностей разработчикам и инженерам, обслуживающим электронику.

Измерение динамического тока всегда было важным параметром для управления производительностью системы и это стало еще более важным с распространением более интеллектуальных функций управления устройств и систем.

Основы измерения тока

Существуют различные способы измерения тока, но измерение тока, протекающего на участке цепи, путем измерения напряжения на резисторе, является самым простым, недорогим и достаточно точным способом. К тому же резисторы не восприимчивы к электромагнитным помехам и имеют компактные размеры.

Способ измерения тока с применением токочувствительного резистора основан на законе Ома (V=IxR), заключается он на измерении падения напряжения на встроенном последовательно с нагрузкой резистором с известным значением сопротивления, и последующим вычислением тока.

Несмотря на видимую простоту и эффективность, такой способ измерения тока имеет ряд конструктивных проблем и тонкостей, которые необходимо учитывать при конструировании устройства. Поскольку токочувствительный резистор включается в цепь последовательно нагрузке он не должен оказывать существенное влияние на ток в цепи, поэтому номинальные значения сопротивления таких резисторов составляют от единиц ом до долей миллимом. Однако, при выборе измерительного резистора с низким значением может сложится ситуация, что падение напряжения на резисторе может стать сопоставимым с входным напряжением смещения расположенной далее аналоговой цепи нормирования сигнала, что отрицательно скажется на точности измерения.

Если измеряемый ток содержит значимую высокочастотную составляющую, необходимо, что бы измерительный резистор обладал малой собственной индуктивностью, из-за возникшего реактивного напряжения на нем, которое может влиять на точность измерения.

Одним из ограничивающих факторов применения токоизмерительных резисторов является рассеиваемая на них мощность (Pрез. = I 2 xUрез.), и связанную с этим проблему теплоотведения, поэтому токочувствительные резисторы редко применяются в цепях с током более 100А.

Еще один важный вопрос, с которым приходится сталкиваться разработчикам электроники, это вопрос обеспечения электрической изоляции между силовой цепью и токоизмерительной схемой.

Существуют два основных способа измерения тока: со стороны нижнего плеча (low-side), когда измерительный резистор включается в цепь между нагрузкой и «землей» (Рис. 1) и со стороны верхнего плеча «high-side», когда резистор включается со стороны источника питания (между нагрузкой и источником питания). У каждого из этих методов измерения есть свои преимущества и недостатки.

Рисунок 1. Low-side принцип измерения тока (резистор между нагрузкой и «землей»).

Топологию измерения тока со стороны нижнего плеча (low-side), так же часто называют топологией с «общей» цепью, простая в исполнении и наиболее бюджетная, имеет низкое входное синфазное напряжение, но имеет свой недостаток, влияющий на точность измерений, она подвержена помехам от заземляющей цепи.

Так же такой способ измерения тока не дает возможности обнаружить протекание тока в «землю» через нагрузку при коротком замыкании.

Применение данной топологии измерения тока является целесообразным, когда требуется простота и дешевизна и не требуется контроль короткого замыкания, а помехи от заземляющей цепи допустимы.

Способ измерения тока со стороны верхнего плеча «high-side», когда резистор включается со стороны источника питания (между нагрузкой и источником питания) (Рис. 2), исключает попадание помех в токоизмерительную цепь, позволяет контролировать ток утечки в случае пробоя и возникновения короткого замыкания.

Рисунок 2. High-side принцип измерения тока (резистор между нагрузкой и источником).

Однако такая измерительная схема подвержена высоким динамическим изменениям синфазных входных напряжений, требует усложнения конструкции, повышает ее стоимость и требует компоненты с высоким рабочим напряжением.

Поскольку токочувствительный резистор не должен оказывать существенного влияния на протекающий в цепи ток, он имеет маленькое номинальное сопротивление, в результате чего падение напряжения на резисторе имеет малые величины и часто требует усиления перед преобразованием значений.

Таким образом конфигурация цепи для измерения тока основанная на токочувствительном резисторе включает в себя аналоговый усилитель (как правило операционный усилитель ОУ), АЦП для преобразования напряжения в цифровое представление и микроконтроллер.

Резистор, усилитель, АЦП и микроконтроллер могут быть как самостоятельными микросхемами, так и единым блоком системы на кристалле (SoC).

Важно при выборе токочувствительного резистора учитывать все его физические величины: номинальное сопротивление, точность, рассеиваемую мощность, тепловой коэффициент (TCR) и тепловую ЭДС, влияющие на точность измеряемых параметров. С учетом того, что на резисторе рассеивается мощность, вызывающая дополнительный нагрев микросхем, влияющий на конечную точность измерений, в системах с высоким током рекомендуется использовать внешние токочувствительные резисторы.

Выбор токоизмерительного резистора

При использовании токоизмерительного усилителя в разработке, весьма важен выбор параметров токочувствительного резистора. В первую очередь выбираются номинальное сопротивление и мощность этого резистора. Номинал резистора подбирают, исходя из желаемого максимального падения напряжения на нем при максимальном ожидаемом токе, или же исходя из планируемой потери мощности на этом резисторе.

После выбора величины и мощности токоизмерительного резистора определяется допустимое отклонение от номинального значения его сопротивления, так как это напрямую повлияет на точность воспринимаемого напряжения и измеряемый ток.

Тепловая ЭДС токочувствительного резистора является еще одной важной характеристикой. Токочувствительные резисторы должны работать в широком диапазоне токов. Когда ток низкий, тепловая ЭДС резистора добавляет измерительную ошибку к напряжению, создаваемому протекающим через резистор током. Это напряжение ошибки должно быть значительно меньше, чем наименьшее ожидаемое напряжение, создаваемое протекающим через токочувствительный резистор током, сводя к минимуму ошибку измерения.

Однако есть еще один параметр, на первый взгляд не вполне очевидный, о котором часто забывают – это температурный коэффициент резистора. Температурный коэффициент часто указывается в размерности миллионная доля на градус Цельсия (ppm/°C). Он важен, поскольку температура резистора будет расти за счет мощности, рассеиваемой при протекании большого тока через этот компонент. Часто в недорогих резисторах с классом точности менее 1% наблюдается изменение рабочих параметров под влиянием температуры.

Рекомендации по монтажу

Несмотря на их внешний вид, современные токочувствительные резисторы не так просты, как кажутся. В частности, сопротивление токочувствительного резистора фактически состоит из трех частей (рис. 3). Во-первых, есть сопротивление самого резистора. Затем, есть сопротивления выводов этого резистора и дорожек на печатной плате, подключаемых к резистору. Сопротивления выводов и дорожек незначительные, но и сами токочувствительные резисторы обычно имеют очень низкие значения сопротивления. При измерениях больших токов даже небольшие сопротивления выводов вносят в результаты измерения чувствительные погрешность, поскольку они не учтены производителем в спецификациях резистора.

Рисунок 3. Токовый резистор с двумя контактами фактически состоит из трех последовательно соединенных сопротивлений: сопротивление самого резистора (Rsens), сопротивление двух выводов резистора (Rlead) и сопротивление подводящих дорожек на плате, подключенных к резистору (не показано). Сопротивление выводов может вызвать ошибку измерений для большого тока.

Одним из способов, позволяющих избежать ошибок измерения, вносимых внешними сопротивлениями выводов, является создание соединения Кельвина, выполнив раздельные токоизмерительные дорожки к двухконтактному токочувствительному резистору (рис. 4).

При этом чрезвычайно большое значение для сохранения точности измерения имеет также правильная трассировка цепей между токоизмерительным резистором и усилителем тока на печатной плате. Чтобы достигнуть высокой точности измерения тока, необходимо использовать схему Кельвина, основанную на четырех точках подключения к токоизмерительному резистору. Первые два соединения нужны для контроля протекающего тока, а два других – для контроля падения напряжения на резисторе. На рисунке 4 показаны различные варианты подключений для контроля тока, протекающего через резистор.

Рисунок 4. Технология монтажа токоизмерительного резистора а), б), в), г

Одной из наиболее распространенных ошибок является подключение входов чувствительного по току усилителя к дорожкам печатной платы, показанное на рисунке 4а, вместо непосредственного подключения к резистору.

Другие допустимые варианты подключения к резистору для измерения тока представлены на рисунках 4б…г. Показанная на рисунке 4г компоновка использует независимое двухпроводное подключение для каждого вывода токоизмерительного резистора. Такой метод наиболее часто используется для резисторов с сопротивлением менее 0,5 мОм, когда паяное соединение способно серьезно изменить сопротивление цепи. Трудно сказать, какой метод компоновки точек подключения даст наилучшие результаты в окончательном варианте печатной платы, так как точность резистора во многом зависит от точки измерения, используемой при его производстве.

Если значение резистора было измерено с внутренней стороны контактных площадок, то наилучший результат измерения обеспечит компоновка, показанная на рисунке 4в. Если значение резистора было измерено на боковой стороне площадок – компоновка, показанная на рисунке 4б, даст наивысшую точность.

Резисторы Panasonic

Компания Panasonic – один из крупнейших мировых производителей электронных компонентов, предлагает более 35 серий токочувствительных резисторов с общим числом элементов более 13 000 наименований.

Все резисторы Panasonic выполнены по специальной технологии «мягкого контакта» (Soft Termination Technology) рис. 5, уменьшающей влияние разностного теплового расширения резистора и PCB, обеспечивающей высокую надежность резисторов и устройства в процессе эксплуатации.

Рисунок 5. Технология производства резисторов с использованием «мягкого контакта»

Разность теплового расширения материалов имеет коэффициент теплового расширения CTE (Coefficient of Thermal Expansion), в процессе пайки и эксплуатации резисторы подвергаются постоянному воздействию механических вибраций и температуры, в результате которых материалы резисторов и PCB сужаются и расширяются с разными значениями. На область припоя (галтели) рис.6 воздействует механическое напряжение, которое может привести к разрушению припоя и/или структуры резистора, увеличить контактное сопротивление, вызвать дополнительный нагрев, ухудшить параметры резистора и привести к выходу из строя как самого компонента, так и устройства в целом. Технология «мягкого контакта» в резисторах Panasonic нивелирует разницу TCE и обеспечивает целостность структуры в течение всего срока эксплуатации.

Рисунок 6. Результат разрушения галтели при разности CTE

Для большего уменьшения влияния сторонних факторов на резисторы, компания Panasonic предлагает резисторы с широкими контактными площадками серии ERJA1, ERJB1, ERJB2, ERJB3, ERJD1, ERJD2 или двойным резистивным слоем серии ERJ2LW, ERJ3LW, ERJ6LW, ERJ2BW, ERJ3BW, ERJ6BW, ERJ8BW, ERJ6CW, ERJ8CW обеспечивающие дополнительную надежность компонентов и схемы в целом.

Резисторы, изготовленные в корпусах с широкой контактной площадкой, обеспечивают рассеивание тепла по всей площади элемента, снижают вероятность разрушения резистора и точек пайки. Кроме того в резисторах с широкими контактами используется технология разделения резистивного слоя на отдельные сегменты и применение компенсационных прорезей в резистивном слое, обеспечивающие превосходные температурные характеристики резистора рис. 7. Материала резистивного слоя, на основе медно-никелевого сплава, примененный при производстве резисторов, обладает низким температурным коэффициентом и позволяет достигнуть максимального уровня рассеивания тепла и отменных температурных характеристик резисторов в процессе эксплуатации рис.8.

Рисунок 7. Структура резистора с широкой контактной площадкой

Рисунок 8. а) теплоотведение резистора с раздельными сегментами, б) обычный резистор

Применение в резисторах двухстороннего резистивного слоя позволяет уменьшить размеры требуемой площади на плате до 45%, увеличить мощность рассеяния резисторов, улучшить характеристики резистора, уменьшить номинальное сопротивление резистора, обеспечить надежность и увеличить срок службы рис.9.

Рисунок 9. Структура резистора с двусторонним резистивным слоем

Т.к. мощность рассеяния резисторов с двусторонним расположением резистивного слоя выше, а допустимые номиналы сопротивления резисторов ниже, чем у обычных резисторов, такие резисторы способны работать с более высокими токами, что позволяет сохранить площадь платы, и повысить надежность устройства.

Применение

Современные электронные устройства, это сложные устройства с множеством внутренних процессов. И контроль этих процессов является важной и неотъемлемой частью. Основным способом осуществления контроля, является измерение тока, протекающего в цепях электронного устройства. Применение токоизмерительных резисторов в электронике один из самых распространенных, недорогих и высокоточных способов измерения тока.

Гигантская популярность современных мобильных телефонов, гаджетов, мобильных вычислительных машин, автономных и переносных устройств, счетчиков ресурсов, систем умного дома и другой электроники требует громадное количество элементов питания, используемых в этих устройствах. И очень важно осуществлять контроль разряда и заряда этих элементов питания, позволяющего продлить срок службы, как элементов питания, так и самих устройств. Простым, надежным, точным и не дорогим способом контроля, является контроль протекающего тока на основе токоизмерительных резисторов.

Большинство современных блоков питания или драйверов для светотехники являются достаточно интеллектуальными приборами, контролирующими массу входных и выходных параметров, таких как наличие короткого замыкания, наличие/отсутствие нагрузки, коррекция мощности, контроль заряда аккумулятора, контроль выходного напряжения и тока. Контроль многих параметров источников питания осуществляется на основе токоизмерительных резисторов.

Робототехника и автоматика неотъемлемая часть современной жизни человека, поднимается лифт, перемалывается кофе в кофе машине, крутится вентилятор, катится электросамокат, работает вытяжка на кухне, работает шуруповерт, все эти устройства используют электромоторы. Многие из схем управления электромоторов этих устройств включают в себя токочувствительные элементы на основе резисторов позволяющие осуществлять контроль и функции защиты.

Современный автомобиль, это порой серьезный вычислительный центр, со множеством мультимедийных, коммуникационных и силовых электронных блоков, содержащий десятки электромоторов, силовых и сигнальных цепей, и высокой степенью контроля средств управления и безопасности автомобиля. Для обеспечения высокой надежности систем автомобиля, крайне важно контролировать электрические процессы и протекающие токи в цепях. Системы контроля токов на основе токоизмерительных резисторов Panasonic способны обеспечить высокую точность и надежность.

Заключение

Технология измерения тока посредством преобразования напряжения с помощью токочувствительных резисторов, в силу простоты схемного решения, стоимости, точности и надежности, является наиболее распространенной в современной электронике.

Уникальная технология производства резисторов, их высокое качество, подтвержденное наличием сертификатов, регламентированных для применения в автомобильной электронике, AEC-Q200, позволяет проектировать и создавать высоконадежные системы контроля и управления с применением токочувствительных резисторов Panasonic. Широкая номенклатура токочувствительных резисторов позволит подобрать требуемые элемент.

Описание

Серия резисторов

Типоразмер

Диапазон сопротивлений, Ом

Источник