• 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 By 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

Confidee udvider teamet for at understøtte fortsat vækst

Branchenyt09. 01. 2026

Printvirksomheden, Confidee, fortsætter sin vækst fra start-up til scale-up ved at styrke organisationen med to nye medarbejdere. Patryk Fedorowicz tiltræder som Operations & Quality Specialist, mens Laurita (Rita) Nebihi tiltræder som Senior Accountant. Udvidelsen afspejler stigningen i

Firmware til Microchip embeddede MCU’er til support af NVIDIA DGX Spark processorer

IoT & embedded09. 01. 2026

Microchip Technology annoncerer sin specialdesignede firmware til sin MEC1723 Embedded Controller (EC), der er specifikt skræddersyet til at understøtte NVIDIA DGX Spark personlige AI-supercomputere. Softwaren er designet til at optimere MEC1723 EC's muligheder for systemstyring af

DALO Industry Days flytter fra Ballerup til Messecenter Herning i 2026

AktueltEvents09. 01. 2026

DALO Industry Days har siden 2016 udviklet sig til at være Skandinaviens største mødested for Forsvaret og forsvarsindustrien. Messen har oplevet markant vækst de seneste år og samlede i 2025 flere end 700 udstillende virksomheder og 14.000 deltagere. Den fortsatte udvikling betyder, at

Væksten i IT-branchen overhaler resten af dansk erhvervsliv

AktueltBranchenyt09. 01. 2026

Omsætningen er endnu engang steget i den danske it-branche. Den samlede omsætning for 3. kvartal 2025 for IT-branchen i Danmark endte nemlig på hele 87,9 mia. kr. Det er 7,5 mia. kr. mere end 3. kvartal i 2024. Der er med andre ord tale om en stigning på ikke mindre end 9,4% i forhold til samme

TDK tilføjer en spejlkontakt til HVC27-serien til design af funktionel sikkerhed

Komponenter & konnektorerPower09. 01. 2026

TDK Corporation annoncerer HVC27*MC-serien af kompakte højspændings-DC-kontaktorer udstyret med en mekanisk forbundet, normalt lukket hjælpekontakt (NO-spejlkontakt) i overensstemmelse med IEC 60947-4-1 standarden. Denne forbedring giver præcis feedback om kontaktpositionen til sikkerhedskritiske

Signify udnævner Rob van Brunschot til Market Leader Nordics

Branchenyt09. 01. 2026

Signify har udnævnt Rob van Brunschot til Market Leader for Norden. Udnævnelsen trådte i kraft den 1. januar 2026. I denne udvidede rolle vil Rob van Brunschot accelerere væksten inden for belysningsløsninger i hele regionen, samtidig med at han fortsætter som Country Manager for Signify Sverige og

Globalt halvledersalg steg med 29,8 % i november 2025 sammenlignet med året før

BranchenytProduktionTop09. 01. 2026

Brancheorganisationen Semiconductor Industry Association (SIA) annoncerer, at det globale halvledersalg udgjorde 75,3 milliarder dollars i november 2025, en fortsat stigning på 29,8 % sammenlignet med det samlede salg på 58,0 milliarder dollars i november 2024 og 3,5 % mere end det samlede salg på

Tør vi være afhængige af amerikanske systemer til cybersikkerhed og positionering?

BranchenytTopWireless & data07. 01. 2026

Donald Trump og hans regering sidder for tiden udmeldinger fra de store NATO-medlemslande og andre globale organisationer om Folkeretten og vestlige alliancer stærkt overhørigt, og det er en kilde til både frustration og bekymring. Vi har længe - med rette - i Europa kæmpet mod russiske hackere og

Finske Upcloud har åbnet nyt datacenter i København

Wireless & data07. 01. 2026

Den finske cloud-udbyder Upcloud har åbnet sit nyeste datacenter i København. Åbningen er svar på stigende efterspørgsel blandt europæiske virksomheder på, at virksomheders data forbliver i Europa og kun er underlagt europæisk lovgivning. Med det nye datacenter har UpCloud nu i alt ni lokationer i

TDK lancerer strømbesparende STRIDE- realtidspositionerings-SW til wearables og IoT

IoT & embedded07. 01. 2026

TDK Corporation annoncerer Trusted Positioning STRIDE, en indlejret Pedestrian Dead Reckoning (PDR) softwareløsning, der er specielt udviklet til wearables - herunder smartwatches, hovedmonterede enheder, briller og kompakte sensorer. I takt med at OEM'er presser på for mere intelligente,

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Releases Custom Firmware For NVIDIA DGX Spark For Its MEC1723 Embedded Controllers

  • ACTEC A/S

    Når batteriet bliver en del af løsningen – ikke en begrænsning

  • Silitrade ApS

    New partner

  • Mouser Electronics

    The Latest News from Mouser Electronics

  • Eltraco Automation

    Her er Eltracos bud på tendenser i 2026

  • GOmeasure ApS

    Glædelig jul og godt nytår

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics Signs Global Distribution Agreement with Telit Cinterion for Enterprise-Grade IoT Solutions

  • Elektronikmessen

    Glædelig jul fra Elektronikmessen!

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics Highlights Energy-Efficient Designs With Power Management Resource Centre

  • InnoFour

    6 reasons why Jira users will love Polarion

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›
 
 
 
 

Læs Aktuel Elektronik

Aktuel Elektronik avisforside

Annoncér i Aktuel Elektronik

Medieinformation

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik