ADI:改善低值分流电阻的焊盘布局，优化高电流检测精度

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简介

电流检测电阻有多种形状和尺度可供挑选，用于丈量许多轿车、功率操控和工业体系中的电流。运用极低值电阻（几mΩ或以下）时，焊料的电阻将在检测元件电阻中占有很大份额，成果大幅添加丈量差错。高精度运用一般运用4引脚电阻和开尔文检测技能以削减这种差错，可是这些专用电阻却或许非常贵重。别的，在丈量大电流时，电阻焊盘的尺度和规划在确认检测精度方面起着关键作用。本文将描绘一种代替计划，该计划选用一种规范的低成本双焊盘检测电阻（4焊盘布局）以完成高精度开尔文检测。图1所示为用于确认五种不同布局所造成的差错的测验板。

电流检测电阻

选用2512封装的常用电流检测电阻的电阻值最低可达0.5 mΩ，其最大功耗或许达3 W。为了展现最差条件下的差错，这些实验选用一个0.5 mΩ、3 W电阻，其容差为1%（类型：ULRG3-2512-0M50-FLFSLT制作商：Welwyn/TTelectronics)其尺度和规范4线封装如图2所示。

传统封装

关于开尔文检测，必须将规范双线封装焊盘进行拆分，以便为体系电流和检测电流供给独立的途径。图3显现了此类布局的一个比如。体系电流用赤色箭头表明的途径。假如运用一种简略的双焊盘布局，则总电阻为：

为了防止添加电阻，需要把电压检测走线正确的布局到检测电阻焊盘处。体系电流将在上部焊点导致明显的压降，但检测电流则会在下部焊点导致能够忽略不计的压降。可见，这种焊盘别离计划能够消除丈量中的焊点电阻，然后进步体系的整体精度。

优化开尔文封装

图3所示布局是对规范双焊盘计划的一种明显的改善，可是，在运用极低值电阻（0.5 mΩ或以下）时，焊盘上检测点的物理方位以及流经电阻的电流对称性的影响将变得愈加明显。例如，ULRG3-2512-0M50-FLFSL是一款固态金属合金电阻，因而，电阻沿着焊盘每延伸一毫米，成果都会影响有用电阻。运用校准电流，经过比较五种定制封装下的压降，能够确认最佳检测布局。

测验PCB板

图4展现在测验PCB板上构建的五种布局形式，别离标记为A到E。咱们尽或许把走线布局到沿着检测焊盘延伸的不同方位的测验点，表明为图中的彩点。各个电阻封装为：

1. 依据2512主张封装的规范4线电阻（见图2(b)）。检测点对(X 和 Y)坐落焊盘外缘和内缘（x轴）。
2. 相似于A，但焊盘向内延伸较长，以便更好地掩盖焊盘区（见图2(a)）。检测点坐落焊盘中心和结尾。
3. 运用焊盘两边以供给更对称的体系电流通路。一起把检测点移动到更中心的方位。检测点坐落焊盘中心和结尾。
4. 与C相似，仅仅体系电流焊盘在最靠里的点接合。只运用了外部检测点。
5. A和B的混合体。体系电流流过较宽的焊盘，检测电流流过较小的焊盘。检测点坐落焊盘的外缘和内缘。

在模板上涂改焊料，并在回流炉中运用回流焊接。运用的是ULRG3-2512-0M50-FLFSLT电阻。

测验过程

测验规划如图5所示。使20 A的校准电流经过各个电阻，一起使电阻保持在25°C。在加载电流后1秒内，丈量发生的差分电压，以防止电阻温度升高1°C以上。一起监控各个电阻的温度，以保证测验成果均在25°C下测得。电流为20 A时，经过0.5 mΩ电阻的抱负压降为10 mV。

测验成果

表1列出了选用图4所示检测焊盘方位测得的数据。

表1. 测得电压和差错

调查成果

1. 由于成果的可比较性以及各电阻差错都在容限规模之内，所以得出封装C和D的差错最少，。封装C为首选封装，由于它不大或许导致与元件放置容限相关的问题。
2. 在每一种状况下，电阻外端的检测点供给的成果最精确。这表明，这些电阻是制作商依据电阻的总长度规划的。
3. 请注意，在未运用开尔文检测时，焊料电阻相关差错是22%。这相当于约0.144 mΩ的焊料电阻。
4. 封装E展现了不对称焊盘布局的效应。回流期间，元件经过很多焊料才干焊盘。应防止这种封装。

定论

依据前面所示成果，最佳封装是C，其预期丈量差错小于1%。该封装的主张尺度如图6所示。

检测走线的布局也会影响丈量精度。为了完成最高精度，应在电阻边际丈量检测电压。图7所示主张布局选用通孔，把焊盘外边际布局到另一层，然后防止切开主电源层。

本文中的数据或许并不适用于一切电阻，并且成果或许因状况而异，详细取决于电阻的原料和尺度。应该咨询电阻制作商。用户有职责保证封装的布局尺度和结构均契合各项SMT制作要求。关于因运用本封装而或许导致的任何问题，ADI概不负责。