• LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • PARTNERLOGIN

ElektronikFOKUS

Fokus på elektronik

  • Branchenyt
  • Design & udvikling
  • Events
  • IoT & embedded
  • Komponenter & konnektorer
  • Power
  • Produktion
  • Test & mål
  • Wireless & data
  • Artikler fra Aktuel Elektronik

Artikler fra Aktuel Elektronik04. 03. 2025 | Pia Nielsen

Printbaner kan være fine strømfølere, men …

Artikler fra Aktuel Elektronik04. 03. 2025 | Pia Nielsen

Til strømføling på kredsløb er dedikerede modstande typisk designerens førstevalg. Men nu og da opstår fristelsen til at anvende lederbanerne i printet til strømsensorfunktionen. Det er muligt, men der er en grund til, at vi ingeniører har udviklet shunt-modstanden til måling af strøm

Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 3 – 2025 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)

Af Jerry Steele, Microchip Technology

Modstande til føling/måling af strøm – typisk kaldet ”shunts” – bruges ofte til en præcis måling af strømmen i en belastning. Shunt-modstande er placeret i serie med belastningerne, og de giver en spænding proportionalt med den strøm, der løber igennem shunten. I applikationer med høje strømme kan disse modstande blive meget store, og der vil blive afsat en del effekt i form af varme. Med dét i tankerne er det fristende, hvis en eksisterende kobberbane på et print kunne udgøre en løsning. Problemerne ved at anvende en kobberbane på printet er den modstandstemperaturkoefficient på +0,39%/°C, som medfører en lav præcision over temperaturen.
Der er flere vanskeligheder ved at bruge en lederbane som shunt, primært det, at modstanden af kobberet er ekstremt lav, hvorved den målte spænding bliver så lav, at en efterfølgende signalforstærkning er påkrævet – og udfordrende – eller at længden af shunt-lederbanen fordyrer løsningen, fordi printarealet skal gøres større. Arealet bliver også påvirket af de nødvendige modstandstolerancer. Hvor smalle lederbaner ville reducere den nødvendige længde og minimere arealet, så dikterer ætsningstolerancerne normalt en minimum lederbanebredde mellem 0,38mm og 0,64mm. Dertil kommer den nævnte koefficient på +0,39%/°C, hvad der vil medføre et fald i den målte strøm med omtrent 20 procent ved en 50°C temperaturstigning. Tolerancerne i dimensioneringen påvirker også modstandsværdien. Ætseprocessen for printet definerer typisk den minimalt acceptable lederbanebredde.

Genvej til præcis strømføling med lederbaner
Der er dog en genvej til løsning af det nævnte temperaturkoefficientproblem, som designere af on-chip kredsløb kender til, og som de løser gennem geometriske forholdstal, der definerer et kredsløbs gain i stedet for at fokusere alene på absolutte værdier. Selv om metoden ikke er uden vanskeligheder på grund af de meget lave spændingsfald – som regel under 10mV – så kan moderne op-amps med nul-afdrift (auto-zero eller chopper) være en umiddelbar løsning på problemet med de lave spændingsfald. Der vil være begrænsninger i forhold til at opnå den indledende præcision, men med kalibrering kan metoden være særdeles præcis.
Idéen er at danne to modstande med et geometrisk forhold, der definerer det ønskede gain. Hvis vi nu forestiller os en sti til en høj strøm (kaldet RSHUNT) med de følgende (normaliserede) dimensioner, længden (L) =1 og bredden (W) =10. For gain-indstillingskomponenten (kaldet RG) danner vi en anden sti med L=10 og W=1. Det giver et dimensioneret modstandsforhold på 100:1. Da gain-modstanden har til formål at temperaturkompensere den høje strøm i RSHUNT-stien, skal komponenten placeres symmetrisk og tæt på RSHUNT-komponenten. Figur 2 viser koncepttegningen bag matching af forholdet mellem en kobberlederbane og en gain-indstillingsmodstand på lederbanen, der skal minimere de indledende fejl, samt fejl som følge af temperaturen. Layout af modstandene bruger forholdet til den indbyrdes beregning.
Et grundlæggende kredsløb til test af konceptet er illustreret i det forenklede diagram i figur 1. Op-amp’en driver en MOSFET, der forsyner feedback-strømmen, som kræves af gain-modstanden. Den leverer et spændings-output proportionalt med den målte strøm. Det er et grundlæggende kredsløb designet til ”low-side føling”, hvor den ene terminal i strøm-shunten er jordet, og forstærkerens output har reference til jord. Læg mærke til, at kredsløbet kræver en op-amp med en udtalt lav offset på input, som det typisk er tilfældet i nul-afdrifts forstærkere (Microchips MCP6V76-serie er nul-afdrift forstærkere med maksimalt 25µV input-offset).Læg også mærke til, at i det forenklede diagram er strømmen gennem R3 og RG altid en funktion af input-strømmen og forholdet mellem RSHUNT– og RG -modstandene. De faktiske værdier af RSHUNT og RG er kun nødvendige, hvis man skal udregne den samlede strøm for at konstatere, om den er inden for grænserne for MOSFET’en T1. Forholdet mellem RSHUNT og RG kan udregnes fra:


Denne strøm sætter et forhold, hvor output-strømmen er en brøkdel af input-strømmen proportionalt med den geometriske relation. Spændingen over R3 bliver brugt som output og kan varieres, så gain kan tilpasses enhver ønsket værdi. Et eksempel på et kredsløb, der beskriver RSHUNT og RG, er vist med sit low-side strømfølerkredsløb i figur 2 og figur 3.

Målingen af ydelsen
Kredsløbet i figur 1 er implementeret til føling på low-siden for at demonstrere kompensationen i kobberlederbanerne. Der er ikke satset på at opnå en absolut præcision, og værdier er normaliserede til målingerne, der er vist i tabellen nedenfor.
På et breadboard baseret på Microchips MCP6V76 op-amp blev de følgende værdier målt i en test af temperaturafdriftet mellem 25°C og 125°C. Fejlraten var flad til over 100°C, og meget af fejlen over de 125°C kan tilskrives afdrift i andre komponenter som i den konventionelle gain-modstand og forstærker (se tabel i originaludgaven).

Implementering af high-side strømføling
En high-side sensorversion kan bygges med afsæt i det velkendte ”Current Drive Current Sensing”-kredsløb vist i figur 4.
Current Drive-kredsløbet kan let tilpasses lederbane-kompensationsmetoden, hvor RCuSHUNT og RCuGAIN1 er printets lederbaner. RG er en konventionel modstand indstillet til det overordnede, ønskede gain-niveau. Z1 er en rail-to-rail zener-spændingsregulator for op-ampen. D1 giver input-beskyttelse, i tilfælde af at belastningen kortsluttes.


Overvej dedikeret strømmåling med shunts
Når man har implementeret en strømføler på sit prints lederbaner finder man ud af, hvorfor mennesket opfandt modstandene. Det nødvendige printareal til implementering af præcis strømføling med lederbaner vil uundgåeligt kræve et større printareal. Med tanke på, at selv de bedste forstærker-offsets er på mellem 5- og 10µV, og at en brugbar præcision begynder ved fuldskala spændingsfald en faktor 10 over disse værdier, så vil man nok komme til den konklusion, at den fysisk mindste løsning vil have fordel af en dedikeret shunt-modstand.
Et eksempel er vist i figur 5, hvor enkeltheden i at anvende en dedikeret shunt-modstand og strømfølerforstærkere bliver tydelig. Shunten udgør en præcisionsmodstand med en samtidig meget lav temperaturkoefficient. Moderne strømfølerforstærkere med nul-afdrift og lav offset-strøm tillader endnu lavere spændingsfald over shunten, hvilket både forbedrer effektiviteten og (ofte) tillader fysisk mindre shunts på grund af den lavere effektafsættelse i den dedikerede modstand. Både envejs- og tovejsmålekredsløb bliver også ret lette at designe og implementere.

Billedtekster:
Figur 1: Grundlæggende kredsløb for low-side strømføler med temperaturkompenseret kobberbane-shunt på printet.
Figur 2: Design med de tænkte shunt- og gain-indstillings lederbaner.
Figur 3: Closeup af et test-board med en amerikansk 25-cents mønt (quarter) for at vise den faktiske størrelse. Lederbanerne fra TP6 til TP7 er RSHUNT, mens lederbanen fra TP6 til TP8 er kobber gain-modstanden RG. Området dækket af quarter’en er den ubrugte del af kredsløbet.
Figur 4: Current Drive Current Sensing-kredsløb til følerfunktion på high-siden.
Figur 5: Dedikeret strømføler-forstærkerkredsløb med brug af Microchips MCP6C02-100 strømfølerforstærker.

Skrevet i: Artikler fra Aktuel Elektronik Tags: Print, sensorer

Seneste nyt fra redaktionen

SPS 2026: Fremtidens teknologier i industriel praksis

AktueltEvents14. 09. 2026

Når den internationale automationsbranche samles i Nürnberg fra den 24. til den 26. november 2026, vil SPS – Smart Production Solutions endnu en gang fungere som det centrale mødested for teknologiske fremskridt, praktisk erfaring og faglig dialog. Som den førende messe for industriel automation

Same Sky udvider porteføljen af termoelektriske generatorer

Komponenter & konnektorerPower14. 09. 2026

Same Sky og virksomhedens Thermal Management Group udvider nu porteføljen af termoelektriske generator (TEG) moduler. Ved at anvende temperaturforskellen mellem modulets varme og kolde sider for at generere anvendelig energi giver SPG-familen af termoelektriske generatorer output-effekter op til

Nye prisoptimerede metalliserede polypropylen filmkondensatorer

Komponenter & konnektorerPower14. 09. 2026

Panasonic Industry Europe lancerer en ny ECWFJ-serie af metalliserede polypropylen filmkondensatorer udviklet til prisoptimerede designs med en fortsat høj grad af sikkerhed og langsigtet pålidelighed. Den nye serie er primært rettet mod industriel og automotiv effektelektronik (med kvalificering

Nye EU-krav placerer ansvaret hos producenterne men cyberrisikoen kan ligge et andet sted

AktueltIoT & embeddedWireless & data14. 09. 2026

Direktør for Wireless Logic Nordic, Steen Lenzing, mener, at det med CRA’s ikrafttrædelse er positivt, at producenter får et tydeligt ansvar for cybersikkerheden i produkter med digitale elementer. Men i komplekse IoT-løsninger kan den største indsigt i og kontrol over cyberrisikoen ligge hos den

Mekoprint opruster i Asien og styrker samarbejdet med kunder og leverandører

BranchenytProduktionTop14. 09. 2026

Med flere lokale ressourcer i Hong Kong kan Mekoprint følge projekterne tættere, reagere hurtigere og være mere til stede hos de asiatiske produktionspartnere. Det styrker både kvaliteten og leveringssikkerheden i den internationale værdikæde. Mekoprint har i mere end 10 år haft et sourcing- og

Nohau Solutions og Fossa indgår partnerskab i Norden

BranchenytDesign & udviklingWireless & data14. 09. 2026

Nohau Solutions har indgået et nyt partnerskab med FOSSA. Herved kan Nohau hjælpe nordiske produktvirksomheder med at håndtere softwarerelaterede sikkerheds- og compliance-risici og navigere i de lovgivningsmæssige krav, som er under konstant udvikling. Fossas løsning giver virksomheder bedre

TDK lancerer non-isolerede 12,5 kW trefasede strømforsyninger

Power14. 09. 2026

TDK Corporation lancerer TDK-Lambda TPF12500-385-serien af non-isolerede trefasede strømforsyninger, der leverer op til 13,1 kW med en nominel effekt på 12,5 kW. Med en reguleret udgangsspænding på 385VDC og en virkningsgrad på 97,5 % er serien designet til distribuerede strømforsyningsarkitekturer

Würth Elektronik introducerer nanokrystallinske ark til støjskærmning

Design & udviklingKomponenter & konnektorer10. 09. 2026

Würth Elektronik udbygger sin EMC-produktportefølje med de nanokrystallinske WE-FNCS ark. De ekstremt fleksible og tynde nanokrystallinske lag er beskyttet af et PET-dæklag og leveres i form af selvklæbende tapes og strips. De nye nanokrystallinske produkter dæmper elektromagnetisk støj i

Sårbarheder i AI-værktøjet Cursor kunne give hackere fuld adgang til udviklerens computer

Wireless & data10. 09. 2026

Cato AI Labs har fundet to kritiske sårbarheder i Cursor IDE. Sårbarhederne kunne bruges til at bryde ud af værktøjets sandbox og få kode til at køre direkte på udviklerens maskine. Cursor er et AI-værktøj til softwareudviklere, som kan hjælpe med at skrive og ændre kode direkte i

TDK introducerer kompakte SMD-komponenter til xEV’er

Komponenter & konnektorer10. 09. 2026

TDK Corporation introducerer E13 EM-serien (bestillingskode: B8280*F*). Disse IGBT/FET gate-drivetransformere er designet til 500V-batterisystemer i biler, hvilket muliggør pålidelig isolering i traktionsinvertere og kompakte DC/DC-konvertere. Ved at opfylde strenge krav til krybeafstand og frigang

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • InnoFour

    TEC Göteborg, September 17th, 2026

  • InnoFour

    EU Data Act Comliance

  • Phoenix Contact A/S

    Tilslutning af industristik hurtigt og nemt

  • Mouser Electronics

    New at Mouser: onsemi GaNEXUS GaN FETs for AI, Industrial, Energy and Robotics Applications

  • Elma Instruments A/S

    FLIR Assetlink gør termografisk vedligehold enklere Fra termografisk billede til handling – uden tidskrævende rapportering

  • Mouser Electronics

    Mouser and TE Connectivity Explore the Electronics Behind La Roche-Posay Racing Team’s America’s Cup Performance in New Expert eBook

  • Mouser Electronics

    Littelfuse’s NANO2 708 High Current SMD Fuses, Now at Mouser, Offer Industry-Leading Interrupting Rating in a Compact Design

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip’s 1.2V Clock Buffers Link Latest SoCs and FPGAs with Higher Voltage Components

  • Mouser Electronics

    Mouser Releases New Qorvo eBook on RF Solutions for Drones, SATCOM and IIoT Next-Generation Markets

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip and Marelli Pioneer Open-Standard Display Connectivity Solution for Software-Defined Vehicles

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›
 
 
 
 

Læs Aktuel Elektronik

Aktuel Elektronik avisforside

Annoncér i Aktuel Elektronik

Medieinformation

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}