Résistance de détection de courant utilisant des pistes PCB

Je veux économiser en achetant une résistance de détection et utiliser simplement les pistes PCB. J'ai besoin de détecter jusqu'à 2,5 A et je voulais concevoir la trace pour qu'elle ait une résistance de 0,1 ohm. Est-ce une bonne approche? De plus, quelqu'un peut-il partager les calculs sur la façon de déterminer la longueur et la largeur de la piste en supposant une épaisseur de cuivre de 1 oz?

Les deux principaux inconvénients sont liés à la précision: tolérance initiale et coefficient de température.

Tolérance initiale

Les PCB sont fabriqués avec des tolérances lâches. L'épaisseur du cuivre est nominale et n'est pas contrôlée avec précision. Même la largeur de gravure est sujette à de grandes variations. Vous pouvez obtenir une précision de 20% de la section transversale pour commencer si vous êtes chanceux, bien pire si vous ne l'êtes pas.

Coefficient de température (tempco)

Les métaux purs ont un tempco raide, le cuivre est de 0,4% / C. C'est un changement de résistance de 10% pour un changement de température de 25 ° C. Les résistances sont fabriquées à partir d'alliages qui ont été conçus pour avoir un tempco proche de zéro.

Pour détecter si un courant circule ou non, ou peut-être même pour l'élément de détection de courant dans un convertisseur à courant contrôlé où il se trouve dans une boucle de rétroaction, cela peut être OK. Pour mesurer quoi que ce soit avec un semblant de précision, utilisez une résistance de shunt de courant discrète.

Une résistance discrète aura une gestion de puissance beaucoup plus élevée qu'une piste. Et si vous la surchargez de façon catastrophique, elle peut être remplacée, alors que perdre une piste mettrait la planche à la poubelle.

Tout d'abord, permettez-moi de dire que je suis d'accord avec toutes les réponses déjà fournies. Cependant, avec un simple changement d'exigences, cette solution pourrait ne pas être aussi scandaleuse que cela puisse paraître.

Les paramètres de conception fournis par l'auteur se traduisent par une baisse de 0,25 V et une perte de puissance de 0,6 W. C'est beaucoup trop, étant donné que les capteurs de courant normaux fonctionnent à partir de seulement 1 ~ 10 mV sur des résistances en 0,6 ~ 5 mOhms.

Si la différence de tension de 1 à 10 mV est compatible avec tout circuit prévu, la longueur de cuivre requise se réduit en centimètres, voire en millimètres. Maintenant, si le PCB a déjà une trace d'alimentation de l'entrée à la sortie, pourquoi ne pas y puiser pour le sens actuel? Le différentiel de tension est déjà là! L'argument selon lequel la gravure de cette trace détruira les PCB devient immédiatement nul.

Le deuxième argument le plus exprimé est le coefficient thermique. Point très valable. Cependant, je soupçonne que la trace d'alimentation sur PCB aura une capacité de dissipation thermique beaucoup plus élevée qu'une résistance. En fait, s'il est bien fait, il sera ambiant. Toujours pas assez précis, bien sûr, mais nous n'avons pas vu les exigences. Comme l'a souligné @ neil-uk, il existe des applications où la détection du flux de courant suffit. Ou des pointes soudaines à des courants plusieurs fois supérieurs à la normale (par exemple, décrochage du moteur).

Un autre argument est le trim initial. Oui, en production de masse, ce ne sera pas plausible. Mais pour un projet unique, cela peut être facilement fait avec une application minutieuse de papier de verre fin.

En bref, tout comme les autres, je ne recommanderais pas cela. Mais je crois que c'est faisable et acceptable dans certaines circonstances spécifiques.

METTRE À JOUR

Je lisais des notes d'application et je suis tombé sur AN894 de Microchip. Sur la page 3, vous pouvez trouver «Figure 3: résistance de shunt PCB» comme une option valide pour les conceptions où une haute précision n'est pas requise.

Les résistances en cuivre augmentent en résistance avec la température. Elle est d'environ 0,4% par degré C. Cela en fait de mauvaises résistances. Mais peut-être que vous êtes d'accord avec ça. Gardez à l'esprit qu'une augmentation de 25 degrés de la température vous donnera une augmentation de 10% de la résistance.

En principe, si vous aviez un moyen de mesurer la résistance réelle, ou un moyen de connaître la température de la trace, vous pourriez compenser le changement de température. Ce n'est généralement pas pratique.

La façon de calculer la résistance d'une résistance métallique à section uniforme est la suivante:

R = ρ * l / A.

R est la résistance, ρ est la résistivité globale du matériau, l est la longueur de la résistance et A est l'aire de la section transversale de la résistance. Pour une trace, la section transversale est l'épaisseur de la trace * la largeur de la trace.

Pour le cuivre, ρ est 1,72 * 10 ^ -8 Ohm-mètres. Utilisez donc des mètres pour toutes vos largeurs et hauteurs et longueurs pour éviter les erreurs avec les unités.

J'espère que cela vous aidera à évaluer s'il faut utiliser une résistance de détection en cuivre et aussi comment calculer les dimensions qui pourraient fonctionner.

OK, voyons. Il y a deux choses.

Tout d'abord, pour une intensité de 2,5 A, la largeur de la trace doit être d'au moins 42 mils, selon le calculateur BITTELE . Maintenant, pour atteindre 0,1 Ohm, la longueur de la trace doit être d'environ 8,3 pouces. Je ne sais pas si le coût de l'espace PCB peut compenser le coût d'une résistance de 1 $.

Deuxièmement, il existe des tolérances de fabrication. L'épaisseur du placage peut varier et il y a une gravure excessive qui rend la trace plus étroite. La valeur de ce shunt variera donc d'une carte à l'autre. Pour obtenir une tolérance de résistance de puce typique de 0,5% à 0,1%, vous devrez utiliser un étalonnage individuel de votre résistance, ce qui coûtera cher.

Maintenant, vous décidez si c'est une bonne idée d'utiliser une trace PCB au lieu d'une résistance SMT garantie de 1 $.

Vous pouvez probablement le faire sur un circuit imprimé de substrat en céramique. Sur FR4 normal, vous pouvez le faire, mais la tolérance sera mauvaise et le coefficient de température sera horrible.

Pour 2,5 A et 0,1 Ohm, vous auriez besoin de 275 mm de trace de 1 mm.

Boîte à outils PCB Saturne.

Cependant, je recommande une résistance de détection de courant ou un capteur à effet Hall d'Allegro MicroSystems ou similaire.

Les autres réponses ont assez bien couvert le comment de cela. Fondamentalement, utilisez simplement une calculatrice pour déterminer la largeur et la longueur de la trace. Mais je pense que ces commentaires sont trop prudents. Si vous essayez simplement de détecter un blocage de moteur, une surintensité ou quelque chose comme ça, je dirais que ça va. J'ai déjà fait ça avec succès.

Vous devez déterminer le type de précision dont vous avez besoin. Si elle est très faible (elle devrait l'être, compte tenu de cette méthode), déterminez dans quelle mesure vous pouvez réduire la tension de shunt et toujours obtenir cette précision. Si vous commencez avec un vRef faible, puis que vous vous contentez de 10 à 20 points de résolution, vous devriez pouvoir réduire la résistance au shunt.