Hallo, für genaue Strommessungen gibt es ja Widerstände mit 4 getrennten Pins. Wenn es nicht so genau sein muss, reicht auch ein normaler Widerstand. Nur sollte man dann die 4 Leiterbahnen trotzdem richtig verlegen, also möchte man 4 Netze und ein spezielles Widerstandssymbol. Von der Isabellenhütte gibt es sogar einen Vorschlag für einen normalen 2512 Widerstand. Aber wie baut man so ein Package im Leiterplattenprogramm? Am Ende muss das Kupfer von Strom- und Spannungs-Pad ja verbunden sein. In Eagle hab' ich die Wahl zwischen "Overlap" und "Clearance" Fehler.
Angehängte Dateien:
-
vierleiter-brd.png
11 KB -
vierleiter-sch.png
6,4 KB
du kannst prinzipbedingt keine 2 unterschiedliche Netze an ein Pad anschließen. Was dir bleibt ist, die Padgeometrie, wie vorgeschlagen, zu übernehmen und diese sowohl im Schaltplan als auch im Layout dann mit 2 Leitungen passend anschließen. In manchen Layoutsystemen gibt es die Funktion eines Net-tie, welches dafür geschaffen wurde genau das zu realisieren. Ich kenne mich bei Eagle aber zu wenig aus, um zu wissen, ob das dort verfügbar ist.
Bauform B. schrieb: > Hallo, > > für genaue Strommessungen gibt es ja Widerstände mit 4 getrennten Pins. > Wenn es nicht so genau sein muss, reicht auch ein normaler Widerstand. Das Thema hatten wir vor kurzem. Beitrag "Wie kontaktiert man extrem niederohmige R mit zwei Pins vernuenftig?" https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/optimize-high-current-sensing-accuracy.html > Aber wie baut man so ein Package im Leiterplattenprogramm? Am Ende muss > das Kupfer von Strom- und Spannungs-Pad ja verbunden sein. Irrtum! Es sind getrennte PADs, die nur durch die Kontakte des Widerstands verbunden werden! Das ist ja der Trick der Vierdrahtmessung. > In Eagle hab' > ich die Wahl zwischen "Overlap" und "Clearance" Fehler. Weder noch. Siehe oben.
Falk B. schrieb: > Es sind getrennte PADs, die nur durch die Kontakte des Widerstands > verbunden werden! Das ist ja der Trick der Vierdrahtmessung. Man kann durchaus auch Zweidrahtwiderstände mit vier Drähten anschliessen. Die beiden Anschlüsse je Seite sollten dann irgendwie v-förmig direkt an den Pad des Widerstands gehen. Wie man Eagle sowas beibringt,weiss ich auch nicht.
Falk B. schrieb: > Irrtum! Es sind getrennte PADs, die nur durch die Kontakte des > Widerstands verbunden werden! Das ist ja der Trick der Vierdrahtmessung. > Richtig! Und wenn ich richtig erinnere sind die äußeren die Strom- und die inneren die Sensoranschlüsse. Irgendwann hatte ich so ein Ding mal offen, leider kein Foto. Old-Papa Mist, ich meinte die THD-Versionen.... ;-)
Harald W. schrieb: > Die beiden Anschlüsse je Seite sollten dann > irgendwie v-förmig direkt an den Pad des Widerstands gehen. Nein, gerade nicht "irgendwie v-förmig", sondern exakt angepasst an die Padgeometrie und Konstruktion des Widerstandes. Die Veröffentlichung von Analog Devices ist da doch schon recht aufschlussreich, behandelt aber nur einen einzigen Widerstandstyp. Neben den "klassisch" aufgebauten, flachen SMD-Widerständen gibt es auch noch welche in C- oder Bügelform. Bei diesen wäre es meines Erachtens besser, die Senseleitungen über die Mitte heranzuführen. Ein weiterer wichtiger Faktor wurden in der Publikation ebenfalls nicht behandelt, nämlich die Art die Hochstromanbindung. Dort wurde davon ausgegangen, dass es sich um normale Leiterbahnen handelt, die sich auf derselben Lage wie der Widerstand befinden. Für Hochstrombaugruppen arbeite ich z.B. gerne mit Microvias und Dickkupfer auf der ersten bzw. vorletzten Lage. Dadurch besteht zum einen die Möglichkeit, auf den Außenlagen auch Bauteile im 0,5 mm-Rastermaß zu platzieren und mit 0,15 mm zu routen. Mit den Microvias kann man dann thermisch und elektrisch hervorragende Anbindungen an großflächige Dickkupferflächen vornehmen. Sense-Anschlüsse werden dann auf der Außenlage geroutet bzw. konventionell auf andere Lagen durchkontaktiert, aber die Hochstrombereiche werden dadurch nicht aufgeteilt oder geschlitzt. Für Hochstromanwendungen bzw. präzise Strommessungen mit niederohmigen Shunts sind aber solche in echter Vierpolausführung ganz klar zu bevorzugen. Gute Erfahrungen habe ich z.B. mit Vishay Dale WSL2726 gemacht: https://www.vishay.com/docs/30131/wsl2726.pdf Bei Aufbauten mit separaten Hochlastwiderständen habe ich auch schon gute Erfahrungen gemacht, indem die Senseleitungen direkt an den Lötösen der Hochlastwiderstände angeschlossen wurde. Allerdings ging es dabei dann eher um Widerstände im Bereich von 100 mR bis 220 R.
Bauform B. schrieb: > Aber wie baut man so ein Package im Leiterplattenprogramm? Am Ende muss > das Kupfer von Strom- und Spannungs-Pad ja verbunden sein. Die Verbindung passiert aber nicht im Layout. In dem Artikel "Optimize High-Current Sensing Accuracy by Improving Pad Layout of Low-Value Shunt Resistors" von Marcus O’Sullivan/Analog Devices werden ein paar Layouts verglichen. https://www.analog.com/media/en/analog-dialogue/volume-46/number-2/articles/optimize-high-current-sensing-accuracy.pdf
Wolfgang schrieb: > Die Verbindung passiert aber nicht im Layout Aber selbst wenn es sich um das gleiche Potential handelt, das hindert einen beim Layouten doch nicht daran, Power- und Senseleitungen getrennt zu routen - nur die Autorouter sind dazu zu blöd. Georg
georg schrieb: > Aber selbst wenn es sich um das gleiche Potential handelt ... Für vernünftige Messungen mit einem Shunt brauchst du einen Vierleiteranschluss. Auf der Platine sind das vier verschiedene Netze. Sonst fängst du dir die Fehler durch die gemeinsamen Lötstellen ein. Mit dem Routen hat das noch gar nichts zu tun.
Was wären wir nur ohne unseren unangemeldeten Wolfgang? Der immer wieder mit TOPAKTUELLEN Infos überrrascht, an die noch kein einziger Teilnehmer der Diskussion gedacht hat. Ähhh, Moment . . .
Falk B. schrieb: > Was wären wir nur ohne unseren unangemeldeten Wolfgang? Das war nicht für dich, sondern für georg, bei dem das anscheinend noch nicht angekommen war ...
Wolfgang schrieb: > Auf der Platine sind das vier verschiedene Netze. > Sonst fängst du dir die Fehler durch die gemeinsamen Lötstellen ein Wieso denn, das können genausogut nur 2 Netze sein. Dir fehlt es am geometrischen Vorstellungsvermögen, aber da kannst du nichts dafür, das hat man oder man hat es nicht. Kleiner Tipp: ein Netz kann durchaus 2 Pads am gleichen Bauteil beinhalten, das hindert einen in keiner Weise daran, die Anschlüsse von diesen Pads getrennt dahin zu routen wo sie hinsollen. Ist Routine seit Jahrzehnten für Testadapter in der Halbleiterfertigung. Es geht natürlich auch mit Net Tie, das ist halt Geschmackssache. Georg
georg schrieb: > Wieso denn, das können genausogut nur 2 Netze sein. Ja, Geschmackssache. Dann bleiben aber Luftlinien übrig und wenn du deshalb eine Leiterbahn verlegst war alles vergebens. Ich dachte, wir waren uns einig, dass es 4 getrennte Pads geben muss die erst durch den Widerstand verbunden werden.
Angehängte Dateien:
-
20200613_170058.jpg
240 KB
Man kann doch auch von Innen die Senseanschlüsse an den Pad heranführen, da fließt doch sowieso kein Strom mehr her. Der Hauptstrom kommt doch von Außen an den Widerstand dran.
Elektrofurz schrieb: > Man kann doch auch von Innen die Senseanschlüsse an den Pad heranführen, > da fließt doch sowieso kein Strom mehr her. Der Hauptstrom kommt doch > von Außen an den Widerstand dran. Falsch. Du hast das Problem und schon gar nicht die Lösung der Vierleitermessung verstanden. https://de.wikipedia.org/wiki/Vierleitermessung https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/optimize-high-current-sensing-accuracy.html
Falk B. schrieb: > Falsch. Du hast das Problem und schon gar nicht die Lösung der > Vierleitermessung verstanden. Manometer! Natürlich habe ich das verstanden. Mein zweiter Vorname lautet schliesslich Vierleitermessung. Aber hier geht es nun mal nicht anders, deshalb muss man in so einem Fall eine andere Lösung finden. Zum Beispiel meine skizzierte Lösung. Viel mehr Lösungen sehe ich sowieso nicht.
Elektrofurz schrieb: > Manometer! Natürlich habe ich das verstanden. Mein zweiter Vorname > lautet schliesslich Vierleitermessung. > > Aber hier geht es nun mal nicht anders, deshalb muss man in so einem > Fall eine andere Lösung finden. Zum Beispiel meine skizzierte Lösung. > Viel mehr Lösungen sehe ich sowieso nicht. Dann ist dein 2. Vorname wahrscheinlich "Tunnelblick", der häßliche Bruder von "alternativlos".
Bauform B. schrieb: > Ich dachte, wir > waren uns einig, dass es 4 getrennte Pads geben muss Bloss in dem Fall existiert ja das ganze Problem nicht, um den sich der Thread dreht. Dann hat man halt 4 Pads und 4 Leitungen, wo ist das Problem? Das hat man nur wenn man 4 Leitungen an 2 Pads anschliessen will, und dann bleibt keine Luftlinie, wo soll die sein? Zwischen Pad1 und Pad1? Elektrofurz schrieb: > Zum Beispiel meine skizzierte Lösung. > Viel mehr Lösungen sehe ich sowieso nicht Da stimmt womöglich der Widerstandswert nicht genau, aber die Abweichung ist ja konstant, kann man also rauskalibrieren. So spricht nichts gegen die Lösung, abgesehen davon dass sowieso niemand einen besseren Vorschlag hat. Georg
Elektrofurz schrieb: > Wieso das denn? Weil so ein Widerstand keine punktförmigen Kontakte hat (die wären schwierig lötbar), sondern z.B. rechteckige (bei SMD). Und da ist bei den Werten von üblichen Shunt-Widerständen der Widerstand von Aussenkante zu Aussenkante ein anderer als innen an den Kontakten gemessen, und nach dem Einlöten nochmal geringfügig anders. Es geht ja da ja um mOhm, sonst bräuchte man den ganzen Vierleiteranschluss nicht. So gesehen sind THT-Shuntwiderstände mit 4 Anschlüssen präziser. Der Hersteller weiss auch am besten wo er die Senseanschlüsse platziert. Georg
Elektrofurz schrieb: > Wieso das denn? Meine Frage bezog sich auf Falks Text: Falk B. schrieb: > Dann ist dein 2. Vorname wahrscheinlich "Tunnelblick", der häßliche > Bruder von "alternativlos". Ihr hattet zufällig beide gleichzeitig um 17:57 Uhr gepostet. Tut mir leid.
Angehängte Dateien:
-
R2817-seitlich.png
12 KB -
R2817-mittig.png
13 KB
georg schrieb: > Bauform B. schrieb: >> Ich dachte, wir >> waren uns einig, dass es 4 getrennte Pads geben muss > > Bloss in dem Fall existiert ja das ganze Problem nicht, um den > sich der Thread dreht. Dann hat man halt 4 Pads und 4 Leitungen, > wo ist das Problem? Das hat man nur wenn man 4 Leitungen an > 2 Pads anschliessen will Ja, o.k., man muss Pads und Pins unterscheiden. Bei Widerständen mit 4 echten Pins ist alles klar, aber das sind Exoten. Normale SMD-Widerstände mit 2 Pins möchte man trotzdem auf 4 Pads löten um den Spannungsabfall der Lötstelle zu umgehen. Meine ursprüngliche Frage war ein Holzweg, Eagle macht das total richtig. Die zusätzlichen kleinen Pads brauchen Platz, dafür sind normale 1206 bis ca. 2512 zu klein. Ab 2512 reicht es evt. für einen schmalen Streifen am Rand. Besser wären Widerstände mit Pins an der langen Seite, aber das sind auch wieder Exoten. Nicht ganz so exotisch sind welche mit (fast) quadratischen Pins, in 2818 hab' ich immerhin 3 Familien von 2 Herstellern gefunden, sogar bei Reichelt (siehe oben). In der Größe kann man den Platz für die Spannungs-Pads spendieren. Das reduziert nur die Belastbarkeit, aber die ist bei solchen Modellen sowieso abartig hoch, die Pins sind ja massive Kupferklötze. Dazu passend sind die Pads viel größer als normal, aber der Strom fließt trotzdem ziemlich direkt von der Leiterbahn nach oben ins eigentliche Widerstandsmaterial, gut zu sehen im älteren SMT-Datenblatt. Der größere Teil des Pads ist stromlos, also kann man die Spannungs-Pads bequem am Rand anordnen. Die Variante mit dem Via in der Mitte bringt keinen Vorteil, aber Stress mit der Lötpaste. Die WSHM2818 sind im Prinzip genauso aufgebaut. Dale hat sich sogar ernsthaft Gedanken um ein Vierleiter-Layout gemacht, im Datenblatt gibt es einen guten und einen besten Vorschlag, mit Begründung. Für 2 Pads sind die gut und richtig, aber warum gibt es keinen Vorschlag mit 4 Pads? Die Widerstände aus dem Artikel von Analog Devices sind anscheinend anders aufgebaut:
1 | with very low value resistors (0.5 mΩ or less), the physical location |
2 | of the sensing point on the pad and the symmetry of the current flow |
3 | through the resistor become more significant. For example, the |
4 | ULRG3-2512-0M50-FLFSLT is a solid metal-alloy resistor, so every |
5 | millimeter of the resistor along the pad will influence the effective |
6 | resistance. |
Bauform B. schrieb: > also kann man die Spannungs-Pads bequem am > Rand anordnen. Die Variante mit dem Via in der Mitte bringt keinen > Vorteil, aber Stress mit der Lötpaste. Das ist ein Trugschluss. Auf Grund der asymmetrischen Flächenaufteilung der Pads zieht die Oberflächenspannung des aufgeschmolzenen Lotes den Widerstand zur Seite weg. Auf dieses Problem wird auch in dem Paper von Analog Devices higewiesen.
Angehängte Dateien:
-
R2817-symmetrisch.png
13 KB
Andreas S. schrieb: > Auf Grund der asymmetrischen Flächenaufteilung > der Pads zieht die Oberflächenspannung des aufgeschmolzenen Lotes den > Widerstand zur Seite weg. Kann man das nicht reduzieren, indem man die Paste geschickt verteilt? Im R2817-seitlich.png ist sie nach Pasten-Fläche gleichmäßig verteilt, reicht das nicht? Es müsste doch ganz einfach gehen: gegenüberliegend von den Spannungs-Pads werden zwei gleichgroße Dummy-Pads eingebaut. Aber elektrisch hat die Variante mit Via in der Mitte trotzdem keinen Vorteil(?)
:
Bearbeitet durch User
Bauform B. schrieb: > R2817-seitlich.png Du willst den Spannungsabfall nicht im Randbereich messen, sondern symmetisch bzgl. der Längsachse.
Angehängte Dateien:
-
R2817-quer.png
16 KB
Wolfgang schrieb: > Du willst den Spannungsabfall nicht im Randbereich messen, sondern > symmetisch bzgl. der Längsachse. Also gut, noch ein Versuch. Dieser sieht schön gleichmäßig aus, mittig, aber ohne Via, das gefällt mir. So ganz überzeugt bin ich aber noch nicht. Theoretisch ist symmetrisch immer besser, aber gibt es beim Strom in Leiterbahnen so einen Effekt wie bei "echten" Strömen aus Wasser? Also dass die "Strömung" in der Mitte stärker ist als am Ufer? Sowas wie einen DC-Skin-Effekt? Nur dann kann es Unterschied zwischen Rand und Mitte geben, oder? Das kleine Spannungs-Pad ist gegen die dicke Leiterbahn isoliert. Also kann in dem Bereich auch im Kupfer des Widerstands kein Strom fließen. Dieser Kupferkontakt ist deutlich dicker als die Leiterbahn. Also messe ich jedenfalls relativ nahe am Widerstand. Außerdem geht der kürzeste Weg für den Strom direkt am Rand von der Leiterbahn nach oben zum eigentlichen Widerstand. Natürlich verteilt sich der Strom über die ganze Kontaktfläche, aber am anderen Ende bleibt verhältnismäßig wenig übrig. Das sollte einen eventuellen Unterschied zwischen Mitte und Rand noch weiter verringern.
Angehängte Dateien:
-
femm_Potentiale_Shunt.png
8,1 KB
Bauform B. schrieb: > Theoretisch ist symmetrisch immer besser, aber gibt es beim Strom in > Leiterbahnen so einen Effekt wie bei "echten" Strömen aus Wasser? Beim Wasser wäre es der Geschwindigkeitsgradient und die innere Reibung, die zum Geschwindigkeitsprofil führt. Das ist bei der Stromverteilung sicher nicht der Fall (allenfalls im Magnetfeld -> Hallsensor). Mit FEMM o.ä. lässt sich soetwas ganz gut rechnen, wenn auch nur in 2D. Als Geometrie mit unterschiedlich leitenden Materialen sind Cu-Pads, etwas weniger leitende Contacte und Resist als eigentlicher Widerstand gegeben. Für qualitative Betrachtungen sollte die Ähnlichkeit zum Shunt auf der Leiterplatte helfen. Als Versuch ist links das Stromeinspeisepad asymmetrisch kontaktiert, rechts auf der Achse. Die Farbe stellt das Potential mit den Äquipotentiallinien dar. Links sieht man, dass durch die Asymmetrie ein Spannungsabfall über die Breite des Shunts entsteht, erkennbar an den nicht senkrecht verlaufenden Äquipotentiallinen. Mit der mittigen Kontaktierung (rechs) sieht das viel besser aus. Für quantitative Aussagen kann man das Modell sicher noch verfeinern und z.B. die Leitfähigkeiten der Materialien besser anpassen. Man sieht aber gut, dass bei symmetrischer Kontaktierung über die Kupferfläche eine recht gleichmäßige Stromverteilung ensteht, während man bei assymetrischer Kontaktierung Abstriche machen muss. Erst der Sense-Kontakt sorgt dann für einen Ausgleich. Wenn man statt dessen asymmetrisch einen kleinen Sense-Kontakt setzt, merkt man die nicht senkrecht laufenden Äquipotentiallinien. Fazit: Symmetrische Kontaktierung hilft für gleichmäßige Stromverteilung, so dass dann die Lage der Sense-Kontakte nicht so entscheidend ist.
Wolfgang schrieb: > Links sieht man, dass durch die Asymmetrie ein > Spannungsabfall über die Breite des Shunts entsteht Das weiss doch jeder, dass Strom nicht gern um die Ecke fliesst... Aber FEM ist schon ok. Georg
georg schrieb: > Das weiss doch jeder, dass Strom nicht gern um die Ecke fliesst... Der darf hier um die Ecke fließen, wie er möchte. Hier ging es darum, wie die Potentiallinen auf Ebene des Sense-Kontaktes verlaufen.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.