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Strommesswiderstände

Zehn Tipps rund um Shunts

12. Mai 2016, 8:16 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Induktive Fehler und Parallelschaltung

Induktive Fehler vermindern

Die Verbindung von hohem Strom und geringer Signalspannung macht Schaltkreise mit Shunts besonders anfällig für induktive Fehler. Sie können durch Selbstinduktivität oder durch gegenseitige induktive Kopplungen mit anderen Schaltkreisen verursacht werden. Selbstinduktivität ist relevant bei Messung hochfrequenter oder schnell veränderlicher Ströme und ist mit etwa 1 nH bis 5 nH allgemein am niedrigsten für SMD-Metallelement-Widerstände. Doch sogar drahtgewickelte Komponenten, für hohe Induktivität bekannt, erreichen Werte unter 50 nH bei Widerstandswerten unter 1 Ω. Um die Relevanz dieses Faktors schnell beurteilen zu können, sollten Entwickler für die höchste Frequenz f die Größenordnung der induktiven Impedanz |Z| = 2π · f · L ermitteln und prüfen, ob dieser Wert gegenüber dem ohmschen Widerstand vernachlässigbar klein ist.

Zweite Quelle induktiver Fehler sind veränderliche Magnetfelder, in die der Spannungsmesskreis eingebunden ist. Um diese Einwirkung zu reduzieren, sollten Entwickler die vom Messwiderstand, den Fühlerleitungen (Sense-Leitungen) und dem Eingang des Messkreises gebildete Schleife minimieren. Dies bedeutet, den Messkreis so nahe wie möglich am Messwiderstand zu halten und die Spannungsmessbahnen nahe zueinander zu legen. Eine gute Möglichkeit ist die Anordnung direkt in verschiedenen Ebenen der Leiterplatte.

Mehrere Widerstände kombinieren

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Hin und wieder müssen Schaltungsentwickler mehr als einen Strommesswiderstand parallel schalten – entweder, um eine hohe Leistungs- beziehungsweise Stoßstromfestigkeit zu erreichen, oder, um einen Widerstandswert unterhalb des erhältlichen Bauteil-Minimalwerts zu erzielen. Dies ist problematisch, jedoch möglich. Widerstände lassen sich parallelschalten, während die Messspannung an nur einem Widerstand abgegriffen wird. Dies setzt voraus, dass das Leiterbahnlayout eine gleichmäßige Aufteilung des Stroms zwischen den Widerständen gewährleistet.

Bild 3 zeigt, wie die Position der Widerstände im Strompfad frei bleibt von Biegungen oder Verengungen, welche die Verteilung des Stroms beeinflussen könnten. Ziel ist es, die Widerstandswerte aller Reihenschaltungen von Leiterbahn und Widerstandsbauteil identisch zu machen (Bild 4), sodass auch das gemessene Widerstandsbauteil genau den geforderten Teil des Gesamtstroms führt.

Wenn eine identische Stromverteilung nicht möglich ist oder echte Vier-Anschluss-Widerstände verwendet werden, können die Messanschlüsse mehrerer Widerstände in zwei gemeinsamen Leiterbahnen geführt werden; eine je Polarität. Um hohe Ströme in den Messleitungen zu verhindern, sollte ein Ballastwiderstand mit mindestens dem tausendfachen Wert des Strommesswiderstands seriell in jeden Messanschluss gelegt werden.