Widerstände für die Stromerfassung Präzise messen

Widerstände in automobilen Applikationen existieren in vielfältigen Modellen, Formen und Baugrößen.
Große Vielefalt bei Widerständen für automobile Applikationen.

Niederohmige Widerstände für die Stromerfassung in automobilen ­Applikationen existieren in vielfältigen Modellen, Formen und ­Baugrößen. Welche Trends und Technologien es hier gibt, zeigt ­der nachfolgende Beitrag auf.

Widerstände für die Stromerfassung kommen in zahlreichen Anwendungen, beispielsweise Motorantriebsschaltungen, Überstromschutz und Batteriestandsprüfung, zum Einsatz. Aufgrund der fortschreitenden Automatisierung der Elektronik-Industrie als Ganzes und der wachsenden Verbreitung von Hybrid- und Elektroautos im Speziellen haben sie zunehmend Akzeptanz im Automotive-Bereich gefunden (Bild 1).

Trends im Bereich ­Stromerfassungswiderstand

Niederohmige Widerstände zur Stromerfassung werden typischerweise in Reihe mit der Last verbunden, und mit der Potenzialdifferenz zwischen beiden Anschlüssen, die von einem IC gemessen wird, wird die Größe des Stromflusses bestimmt. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, wird ein höherer Widerstandswert im niedrigen Widerstandsbereich empfohlen. Das allerdings führt zu einer vermehrten Wärmeerzeugung und größerem Verlust, sodass es wichtig ist, die richtige Balance zu finden. Andererseits hat sich in den letzten Jahren die IC-Leistung erheblich verbessert, sodass eine erhöhte Stromerfassungsgenauigkeit durch Messung noch kleinerer Potenzialdifferenzen möglich ist. Daher lassen sich niedrigere Widerstände einsetzen, die in der Lage sind, sogar große Ströme bei geringerer Leistungsaufnahme als bisherige Produkte zu messen. Hierfür gibt es Rohms niederohmige Widerstands-Serie PSR, die Ströme über 150 A unterstützt.

Niederohmige Widerstände - Technologien

Niederohmige Widerstände für Oberflächenmontage werden normalerweise durch Material und Struktur klassifiziert. Am meisten verbreitet sind auf Dickschicht-Technologie basierende Varianten.

Eine weitere Möglichkeit ist der Metallstreifen- oder Substrattyp, der eine metallische Legierung für das Widerstandselement verwendet. Obwohl die Auswahl der Art des Widerstands weitgehend von den gewünschten Eigenschaften abhängt, werden typischerweise Dickschichtwiderstände im Zehn-Milliohm-Bereich angeboten, während Metallstreifen- und Substrat-Widerstände im Bereich von wenigen Milliohm erhältlich und durch eine höhere Nennleistung charakterisiert sind. Bei Chipwiderständen werden zwei Ausführungen angeboten, je nachdem, wo die Elektroden angebracht sind, auf den kurzen (Standardausführung) oder langen (großer Terminaltyp) Seiten (Bild 2). In der Regel weisen Terminal-Chip-Widerstände eine höhere Anschluss-Zuverlässigkeit sowie bessere Temperaturwechseleigenschaften als die Standardausführungen auf. Weitere Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Kurzterminal-Produkten: optimale Wärmeableitungseigenschaften und überlegene Nennleistung (Bild 3).

Widerstände basierend auf ­Dickschichttechnik

Der wichtigste Schritt der Bausteinherstellung von Dickschicht-Chip-Widerständen ist die Musterbildung durch Siebdruck. Siebdrucktechniken kommen zum Einsatz, um das Widerstandselement und die Elektroden auf dem Aluminiumoxidsubstrat zu formen. Obwohl niederohmiges Widerstandselemente-Material verwendet wird, müssen im Fall von Modellen mit geringem Widerstand etliche Faktoren berücksichtigt werden, um ein optimales Design zu realisieren. Dazu zählt zum Beispiel die Abhängigkeit des Wärmekoeffizienten von Temperaturschwankungen, basierend auf der Struktur des Elektrodenmaterials und der Dicke des resistiven Elements sowie der Elektrode im Vergleich zu konventionellen Produkten.

Für den Automobilmarkt, der hohe Anschlusssicherheit und Nennleistung erfordert, sind breite Terminal-Chip-Widerstände optimal, wie die LTR-Reihe. Die breite Anschlusstechnik sorgt für hohe Anschlusssicherheit und gute Temperaturwechseleigenschaften. Darüber hinaus ergeben sich hervorragende Wärmeableitungseigenschaften im höheren Nennleistungsbereich als bei herkömmlichen Dickschichtwiderständen, zum Beispiel 1 W im 3216-Format.