Resistencia de detección de corriente con pistas de PCB

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Quiero ahorrar en la compra de una resistencia de detección y solo usar las pistas de PCB. Necesito detectar hasta 2.5A y quería diseñar la traza para que tenga una resistencia de 0.1 ohmios. ¿Es este un buen enfoque? Además, ¿alguien puede compartir los cálculos sobre cómo determinar la longitud y el ancho de la pista suponiendo un espesor de cobre de 1 oz?

pcb-design

— RWeiser
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Esto se puede hacer, pero necesitará una ganancia fina y un ajuste de compensación. Además, la primera vez que tenga una sobrecorriente severa, el rastro se vaporizará. También las casas de junta harán lo mejor que puedan con las dimensiones, pero si lo logran dentro del 1%, eso es muy bueno.

— Sparky256

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Es poco probable que funcione con precisión o repetibilidad. Primero el cobre tiene un coeficiente de temperatura con el que tienes que lidiar. En segundo lugar, la casa de PCB plateará el cobre proporcionando aún más variación. Compre la resistencia sensorial.

— Jack Creasey

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Eso es una caída de 0.25V y una pérdida de potencia de 0.6W. ¿Estás seguro de que necesitas tanto? Los sensores de pasillo típicos tienen una resistencia de aproximadamente 1 mOhm, que se resuelve en una retroalimentación de 2.5 mV. Ahora, si está de acuerdo con eso, cambia mucho en los cálculos proporcionados en muchas respuestas a continuación. Especialmente si no necesitas alta precisión.

— Arce

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¡Gracias chicos! Compraré unas resistencias sensoriales entonces. Sí, en realidad 100mohm es demasiado, en su lugar

— usaré

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Los dos inconvenientes principales están relacionados con la precisión: tolerancia inicial y coeficiente de temperatura.

Tolerancia inicial

Los PCB están hechos para tolerancias sueltas. El grosor del cobre es nominal, no se controla con precisión. Incluso el ancho de grabado está sujeto a grandes variaciones. Puede comenzar con un 20% de precisión de área de sección transversal para comenzar si tiene suerte, mucho peor si no lo tiene.

Coeficiente de temperatura (tempco)

Los metales puros tienen un tempco pronunciado, el cobre es 0.4% / C. Eso es un cambio del 10% en la resistencia para un cambio de temperatura de 25C. Las resistencias están hechas de aleaciones que han sido diseñadas para tener un tempco cercano a cero.

Para detectar si una corriente fluye o no, o tal vez incluso para el elemento sensor de corriente en un convertidor controlado por corriente donde está dentro de un circuito de retroalimentación, podría estar bien. Para medir cualquier cosa con una apariencia de precisión, use una resistencia de derivación de corriente discreta.

Una resistencia discreta tendrá un manejo de potencia mucho mayor que una pista. Y si se sobrecarga catastróficamente, se puede reemplazar, mientras que perder una pista podría destruir el tablero.

— Neil_UK
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Primero, permítanme decir que estoy de acuerdo con todas las respuestas ya proporcionadas. Sin embargo, con un simple cambio de requisitos, esta solución podría no ser tan escandalosa como parece.

Los parámetros de diseño proporcionados por el autor se resuelven en una caída de 0.25V y una pérdida de potencia de 0.6W. Esto es demasiado, considerando que los sensores de corriente normales operan desde tan solo 1 ~ 10mV sobre resistencias en 0.6 ~ 5mOhms.

Si el diferencial de voltaje de 1-10mV es compatible con cualquier circuito planeado, la longitud de cobre requerida se reduce a centímetros, si no a milímetros. Ahora, si el PCB ya tiene un rastro de potencia de entrada a salida, ¿por qué no aprovecharlo para obtener el sentido actual? ¡El diferencial de voltaje ya está ahí! El argumento de que quemar ese rastro destruirá PCB se anula de inmediato.

El segundo argumento más expresado es el coeficiente térmico. Punto muy valido. Sin embargo, sospecho que la traza de potencia en PCB tendrá una capacidad de disipación térmica mucho mayor que una resistencia. De hecho, si se hace bien, será ambiental. Todavía no es lo suficientemente preciso, por supuesto, pero no hemos visto los requisitos. Como señaló @ neil-uk, hay aplicaciones en las que es suficiente detectar el flujo de corriente. O picos repentinos en las corrientes varias veces por encima de lo normal (por ejemplo, parada del motor).

Otro argumento es el recorte inicial. Sí, en la producción en masa no será plausible. Pero para proyectos únicos se puede hacer fácilmente con una aplicación cuidadosa de papel de lija fino.

En resumen, al igual que otros, no recomendaría esto. Pero creo que es factible y aceptable en algunas circunstancias específicas.

ACTUALIZAR

Estaba leyendo notas de la aplicación y tropecé con AN894 de Microchip. En la página 3 puede encontrar "Figura 3: Resistencia de derivación de PCB" como una opción válida para diseños donde no se requiere alta precisión.

— Arce
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De acuerdo con usted. Espero que mi respuesta no parezca decir que no podría o no debería hacerse. Estaba más destinado a dar las herramientas OP necesarias para determinar si funcionaría.

— mkeith

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Realmente fuiste muy útil. Y un poco fuera de tema: me pregunto si algún día vería un PCB con todos los componentes pasivos reemplazados por trazas ingeniosamente arregladas: D

— Maple

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@Maple, eso es lo que está en su núcleo de lo que se trata un circuito integrado. Sí, podríamos hacer esto, simplemente no es práctico en este momento.

— joojaa

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Creo que recortar en el software también es una solución muy viable, en desarrollo o incluso en un entorno de producción. Haga que la unidad mida la caída de voltios, use la plantilla de prueba, informe la corriente real y calcule las constantes de calibración. La temperatura de la placa puede ser conocida o tal vez incluso algo útil para monitorear, por lo que la corrección de temperatura también se puede compensar sin demasiado código.

— KalleMP

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@Maple probablemente tengas razón, pero OP no lo dice. Conocí a un diseñador que pasaría semanas intentando quitar una resistencia de un simple llavero de la puerta del garaje para reducir la lista de materiales en un par de centavos. Este circuito tenía un circuito de radio discreto y un IC de modulador de salto de código digital PCM que costaba mucho más que una resistencia. Para mantenerse competitivo, tuvo que optimizar todo y eventualmente trasladó su negocio y su familia de Sudáfrica a España para reducir el costo de envío de este producto central a Europa.

— KalleMP

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Las resistencias de cobre aumentan en resistencia con la temperatura. Es de aproximadamente 0.4% por grado C. Eso los hace resistencias pobres. Pero tal vez estás de acuerdo con eso. Solo tenga en cuenta que un aumento de temperatura de 25 grados le dará un 10% de aumento de resistencia.

En principio, si tuviera una manera de medir la resistencia real, o una manera de conocer la temperatura de la traza, podría compensar el cambio de temperatura. Por lo general, eso no es práctico.

La forma de calcular la resistencia de una resistencia de metal con una sección transversal uniforme es la siguiente:

R = ρ * l / A.

R es la resistencia, ρ es la resistividad total del material, l es la longitud de la resistencia y A es el área de la sección transversal de la resistencia. Para un trazado, el área de la sección transversal es el grosor del trazado * ancho del trazado.

Para el cobre, ρ es 1.72 * 10 ^ -8 Ohm-metros. Por lo tanto, use medidores para todos sus anchos, alturas y longitudes para evitar errores con las unidades.

Espero que eso lo ayude a evaluar si usar una resistencia de detección de cobre y también cómo calcular las dimensiones que podrían funcionar.

— mkeith
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Vale, veamos. Hay dos cosas

Primero, para una ampacidad de 2.5 A, el ancho de la traza debe ser de al menos 42 mils, según la calculadora BITTELE . Ahora, para llegar a 0.1 Ohm, la longitud del trazado debe ser de aproximadamente 8.3 pulgadas. No estoy seguro de si el costo del espacio de PCB puede compensar el costo de una resistencia de $ 1.

En segundo lugar, hay tolerancias de fabricación. El grosor del revestimiento puede variar, y hay un sobregrabado que hace que la traza sea más estrecha. Por lo tanto, el valor de esta derivación variará de un tablero a otro. Para llegar a la tolerancia típica de resistencia de chip de 0.5% - 0.1%, necesitaría emplear una calibración individual de su resistencia, lo que costará mucho.

Ahora usted decide si es una buena idea usar el rastreo de PCB en lugar de la resistencia SMT garantizada de $ 1.

— Ale..chenski
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Las calificaciones de amparo suponen trazas largas. Un segmento de flecha corto conectado a trazas anchas en ambos extremos usará esas trazas más anchas como disipadores de calor y no se calentará tanto como supone la tabla de ampacidad.

— The Photon

@ThePhoton, para un conjunto dado de parámetros (cobre, 100 mOhms), la traza de 1 oz tendrá una relación de aspecto de 1: 200, sin importar cómo la corte o estire. Este será un rastro MUY LARGO, y su comentario no se aplica.

— Ale..chenski

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Probablemente pueda hacer esto en un sustrato de cerámica pcb. En FR4 normal puede hacerlo, pero la tolerancia será mala y el coeficiente de temperatura será horrible.

Para 2.5A y 0.1 Ohm necesitaría 275 mm de trazo de 1 mm.

Kit de herramientas de PCB de Saturno.

Sin embargo, recomiendo una resistencia de detección de corriente o un sensor de efecto Hall de Allegro MicroSystems o similar.

— Jeroen3
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Las otras respuestas han cubierto bastante bien el cómo de esto. Básicamente, solo use una calculadora para calcular el ancho y la longitud de la traza. Pero creo que estos comentarios son demasiado cautelosos. Si solo está tratando de detectar una parada del motor, sobrecorriente o algo así, diría que está bien. He hecho esto con éxito antes.

Debe averiguar qué tipo de precisión necesita. Si es muy bajo (debería serlo, dado este método), calcule cuánto puede reducir el voltaje de derivación y aún así obtener esa precisión. Si comienza con una vRef baja y luego se conforma con solo 10-20 puntos de resolución, debería poder reducir la resistencia de la derivación.

— Dibujó
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