Высокоточные низкоомные резисторы Isabellenhutte

Высокоточные, низкоомные резисторы Isabellenhutte

Измерение тока и последующий его контроль становится важным фактором во всех областях электроники, особенно в секторе автомобильной электронике по причине того что все больше и больше электропотребителей должны быть контролируемыми и высокая динамика требует высоких токов. В дополнение тенденция к повышению эффективности использования электрической энергии.

ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА РЕЗИСТИВНЫМ ДАТЧИКОМ

Технологии ISA-PLAN® и ISA-WELD®, разработанные компанией Isabellenhütte, установливают новые стандарты для низкоомных резисторов становясь глобальным ориентиром в области измерения тока резистивным методом. Физически оптимизированные резистивные датчики тока (шунты) обеспечивают ряд уникальных преимуществ. В противоположность конкурентным продуктам, резисторы ISA-PLAN® и ISA-WELD® сохраняют заявленные допуски под действием внешних воздействий, например, во всем диапазоне заявленных температур, под полной нагрузкой и на всем протяжении жизненного цикла.

 

Для измерения падения напряжения на резисторе обычно применяется следующее выражение:

   U = R* I + Uth + Uind + Uiext + …, где

   Uth - термоЭДС

   Uind – индуцированное напряжение

   Uiext – падение напряжения на выводах

Падение напряжения на низкоомном резисторе достаточно мало. При этом паразитные напряжения, возникающие под действием различных сил, возникающих в процессе работы, могут существенно искажать результат измерения. Поэтому, крайне важно чтобы разработчик резистивного датчика и проектировщик его топологии понимали причины возникновения паразитных напряжений и минимизировали их влияние с помощью использования соответствующего рисунка топологии и применения оптимальных компонентов и материалов.

Реальное значение сопротивления резистора обычно зависит как от внешних факторов, например, температуры, так и от условий работы (время, напряжение, частота) При этом размер погрешности сопротивления, вызванный одними параметрами, зависит от состава и свойств использующегося резистивного материала, другими - от конструкции компонента и производственного процесса. Резисторы, изготовленные компанией Issabellenhutte, с использованием производственных технологий: ISA-PLAN® (тонкопленочные резисторы) и ISA-WELD® (резисторы, изготовленные методом электронно лучевой сварки сплава и меди, Cu-MANGANIN®-Cu), физически оптимизированы таким образом, чтобы минимизировать, описанные выше эффекты насколько это возможно.

ДОЛГОВРЕМЕННАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ ПАРАМЕТРОВ

Долговременная стабильность – крайне важная характеристика для датчика. Важно, чтобы пользователь мог полагаться на оригинальную калибровку даже спустя много лет его использования. Вследствие этого, резистивные материалы, использующиеся при изготовлении шунтов, должны быть стабильными, а следственно, коррозионно стойкими и неподтвержденными металлургическим и другим изменениям в своей структуре и термодинамическом состоянии на протяжении всего срока службы.

Сплавы MANGANIN®, ZERANIN® и ISAOHM®, использующиеся при изготовлении резистивных датчиков компании Isabellenhütte являются твердыми растворами с гомогенной структурой. Материалы отожжены при высоких температурах и находятся в своем основном термодинамическом состоянии, что обеспечивает высокую резистивную стабильность – изменение сопротивления составляет единицы миллионных долей в год.

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ РЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ

Температурная зависимость сопротивления во многом определяется составом и характеристиками резистивных сплавов MANGANIN®, ZERANIN® и ISAOHM®. Обычно температурный коэффициент выражается в ppm/К и определяется следующей формулой:  

где T0 – исходная температура (-20℃ или +25℃)

График зависимости сопротивления от температуры для сплава MANGANIN®, материала с коэффициентом 200 ppm/K и резистора, изготовленного методом травления на печатной плате с температурным коэффициентом 4000 ppm/K, представлен на рисунке 1.

Рис.1 Температура, ℃

Из графика видно, что при использовании для измерения тока резистора на меди изменение температуры на 10℃ приведет к изменению сопротивления на 4%.

В процессе работы через резистивные элементы проходит достаточно высокий ток. Несмотря на крайне низкие значения электрического и теплового сопротивления шунтов на них выделяется существенная мощность, что приводит к нагреву компонента. Разница температур проводников печатной платы и резистора, а также использование различных материалов на стыках соединений могут привести к возникновению термоЭДС. Сплавы, использующиеся для изготовления шунтов, максимально оптимизированы термоэлектрически для соединения с медными проводниками, соответственно паразитное напряжение, возникающее по причине разницы температур может быть существенно снижено.

Кроме этого, при измерении тока нельзя не учитывать паразитное влияние соединения при включении резистора в измерительную цепь. Проводник печатной платы с размерами 4мм х 0,2мм х 35мкм (ДхШхВ) обладает сопротивлением 10 мОм. Это означает, что данный проводник будет искажать собственное значение сопротивления резистора на 100%. Конечно, данное значение может быть исключено с помощью калибровки, но увеличение температурного коэффициента при этом все равно будет вносить существенную погрешность. Вследствие этого, падение напряжения должно быть измерено с помощью двух отдельных контактов, расположенных на резистивном материале.

ВЫСОКАЯ НАГРУЗОЧНАЯ СПОСОБНОСТЬ

Низкая теплопроводность резистивных материалов, а также использование тонкой медной пленки (20…150мкм) в составе резистора не может обеспечить надлежащего теплоотвода к выводам компонента.

По этой причине резистивная фольга на компонентах ISA-PLAN® соединена с металлической подложкой с высокой теплопроводностью (медь или алюминий) с использованием тонкого теплопроводящего адгезива, что позволяет отводить выделяющееся тепло через подложку к выводам компонента и гарантирует низкое внутреннее тепловое сопротивление, обычно в области 10 – 30 К/Вт.

Именно поэтому, резисторы могут быть использованы при полной нагрузке, вплоть до достижения крайне высокой температуры выводов. При этом температура резистивного материала сохраняется максимально низкой, что существенно увеличивает долгосрочную стабильность характеристик при полной нагрузке.

НИЗКАЯ ИНДУКТИВНОСТЬ

Так как во многих применениях необходимо не только измерять ток, но и осуществлять управление импульсными токами, индуктивность шунта и всего измерительного контура становится особенно важной.

Уменьшение расстояния между соседними элементами топологии наряду с использованием сплавов с диамагнитными свойствами, наличием дополнительных выводов для измерения сопротивления и металлической теплоотводящей подложки существенно снижают индуктивность всей конструкции резистора.

Тем не менее, конструкция измерительного контура, состоящая из резистора и измерительных проводников, повторяет конструкцию антенны, в которой паразитные напряжения могут индуцироваться как магнитным полем, сгенерированным течением тока в проводнике, так и другими внешними магнитными полями. Поэтому важно максимально уменьшать область, образованную выводами, например, использовать близко расположенные соседние вывода или даже расположение в виде полосковой линии, когда два проводника направлены к усилителю на двух отдельных слоях печатной платы один над другим соответственно.  

Рекомендованная топология (черн. линия)

 

 

Поверхностный монтаж (ISA-PLAN®)

 

Особенности

 

  • Мощность - 3 Вт  при 95 °C
  • Высокая импульсная мощность
  • Четырехвыводное соединение с подложкой
  • Свинцовые/медные металлизированные соединения для выбора оптимального процесса  пайки
  •  Контактные площадки стандартного размера
  • Пайка оплавлением и ИК пайка
  • Низкое внутреннее тепловое сопротивление
  • Низкий коэффициент теплопроводности - неподвержен воздействию окружающей температуры в диапазоне −55 … +170 °C– Пренебрежимо малая термоЭДС в сравнении с медью (< 1 мкмВ/K)
  • Долговременная устойчивость при работе под полной нагрузкой

 

 

 

Технические характеристики

Значение сопротивления

5 мОм -  1 Ом

Допуск

1%, 5%

Температурный коэффициент

< 20 ppm/K

Рабочий температурный диапазон

−55 °C…+170 °C

Мощность нагрузки

до 3 Вт

Внутреннее тепловое сопротивление

< 25 к/Вт

Напряжение изоляции

200 В

Индуктивность

< 2 нГн

Стабильность (при номинальной нагрузке) отклонение TK = температура соединения

< 0.5% после 2000 часов (TK = 65 °C) < 0.7% после 2000 часов (TK = 95 °C)

 

 Поверхностный монтаж (ISA-PLAN®)

 

Особенности

  • Мощность - 2 Вт  при 130 °C
  • Высокая импульсная мощность
  • Долговременная устойчивость при работе под полной нагрузкой
  • Маленький размер компонентов (0612)
  • Четырех выводное соединение с подложкой
  • Вывода металлизированные свинцом/медью для выбора оптимального процесса  пайки
  • Контактные площадки стандартного размера
  • Монтаж: пайка оплавлением или ИК пайка
  • Низкое внутреннее тепловое сопротивление
  • Низкий коэффициент теплопроводности - неподвержен воздействию окружающей температуры в диапазоне −55 … +170 °C
  • Пренебрежимо малая термоЭДС в сравнении с медью (< 1 мкмВ/K)
  • Большой размер поверхности выводов - высокая механическая прочность паяного соединения

 

Технические характеристики

Значение сопротивления

1 - 200 мОм

Допуск

1%, 5%

Температурный коэффициент

< 50 ppm/K

(от 20 °C до 60 °C)

 

Рабочий температурный диапазон

−55 °C…+170 °C

Мощность нагрузки

до 2 Вт

Внутреннее тепловое сопротивление

< 20 к/Вт

Напряжение изоляции

200 В

Индуктивность

< 1 нГн

Стабильность (при номинальной нагрузке) отклонение TK = температура соединения

< 0.5% после 2000 часов (TK = 100 °C)

< 0.7% после 2000 часов (TK = 130 °C)

 

Поверхностный монтаж (ISA-PLAN®)

Особенности

 

  • Мощность - 5 Вт  при 105 °C
  • Высокая импульсная мощность
  • Долговременная устойчивость при работе под полной нагрузкой
  • Четырех выводное соединение с подложкой
  • Монтаж: пайка оплавлением, волновая и ИК пайка
  • Низкое внутреннее тепловое сопротивление
  • Низкий коэффициент теплопроводности - неподвержен воздействию окружающей температуры в диапазоне −55 … +170 °C

 

 

Технические характеристики

Значение сопротивления

3 мОм – 4 Ом

Допуск

0,5%, 1%, 5%

Температурный коэффициент

< 50 ppm/K

 

Рабочий температурный диапазон

−55 °C…+170 °C

Мощность нагрузки

до 5 Вт

Внутреннее тепловое сопротивление

< 20 к/Вт

Напряжение изоляции

200 В

Индуктивность

< 3 нГн

Стабильность (при номинальной нагрузке) отклонение TK = температура соединения

< 0.5% после 2000 часов (TK = 75 °C)

< 0.7% после 2000 часов (TK = 105 °C)

 

Поверхностный монтаж (ISA-PLAN®)

 

Особенности

 

  • Мощность - 3 Вт  при 95 °C
  • Высокая импульсная мощность
  • Долговременная устойчивость при работе под полной нагрузкой
  • Паяльные площадки стандартного размера
  • Монтаж: пайка оплавлением и ИК пайка
  • Flip-chip монтаж
  • Низкое внутреннее тепловое сопротивление

 

 

 

Технические характеристики

Значение сопротивления

 1 мОм – 500м Ом

Допуск

1%, 5%

Температурный коэффициент

< 50 ppm/K

 

Рабочий температурный диапазон

−55 °C…+170 °C

Мощность нагрузки

до 3 Вт

Внутреннее тепловое сопротивление

< 25  к/Вт

Напряжение изоляции

100 В

Индуктивность

< 3 нГн

Стабильность (при номинальной нагрузке) отклонение TK = температура соединения

< 1% после 2000 часов (TK = 70 °C)

< 2% после 2000 часов (TK = 95 °C)

 

Поверхностный монтаж (ISA-PLAN®)

 

Особенности

 

  • Мощность - 5 Вт  при 65 °C
  • Высокая импульсная мощность
  • Контактные площадки стандартного размера
  • Четырех выводное соединение с подложкой
  • Монтаж: пайка оплавлением волновая и ИК пайка

 

 

 

 

Технические характеристики

Значение сопротивления

 1 мОм – 4,7Ом

Допуск

0,5%, 1%, 5%

Температурный коэффициент

< 50 ppm/K

 

Рабочий температурный диапазон

−55 °C…+140 °C

Мощность нагрузки

5 Вт

Внутреннее тепловое сопротивление

< 15  к/Вт

Напряжение изоляции

1000 В

Индуктивность

< 10 нГн

Стабильность (при номинальной нагрузке) отклонение TK = температура соединения

< 0,5% после 2000 часов (TK = 65 °C)

 

Задать вопрос

Вопрос
Ваше имя
E-mail для ответа