Shunt aus Leiterbahn berechnen

[Rage_Empire]

Hallo,

ich möchte einen Shunt-Wiederstand aus eine Leiterbahn gestalten. Dummerweise weiß ich nicht, wie ich dies berechnen soll. Gibt es hierfür eine genaue Formel oder sogar ein Programm, welches mir dies ausrechnet? Worauf muß ich achten?
Es handelt sich um eine Widerstand von ca. 0,1 bis 0,2 Ohm.

[Ratber]

Dummerweise weiß ich nicht, wie ich dies berechnen soll. Gibt es hierfür eine genaue Formel oder sogar ein Programm, welches mir dies ausrechnet?


Ob es Software gibt weiß ich nicht aber Ausrechnen kannste dir das genauso wie in allen anderen Fällen.

Den Spez. Widerstand des Materials mußt du kennen und natürlich die gegebenen bzw. gewünschten Größen.
Der Rest ist ne einfache Rechnung.

Also zb. einfaches Kupferkabel 1.5mm² und gesucht ist die länge für den Widerstand 0.2 Ohm

Der Spez. Wid. von Kupfer wird mit 0.018 Ohm m/mm² (Bei 25°C) angegeben.
Dh. ein Kupferdraht mit einem Querschnitt vom 1mm² und einer länge von 1m hat einen Widerstand von 0.018 Ohm.

Der Rest ist nur Rechnen.

In diesem Beispiel :

0.2 Ohm / 0.018 Ohm m/mm² * 1.5mm² = 16.6666 m

Ich gehe mal davon aus das auf der Leiterplatte das gleiche Kupfer zum Einsatz kommt.
Jetzt mußt du nur den Querschnitt der Leiterbahnen ausrechnen (Auflage in µ * Breite) und errechnest dir damit die nötige Länge.


Also zb. die üblichen 35µm und sagen wir mal 3mm Breite (Kannst es Variieren nach bedarf)

Das wären dann 3x0.035mm=0.105mm²

Mit obiger Rechnung dann:

0.2 Ohm / 0,018 ohm m/mm² * 0.105mm² = 1.166m

Ziemlich lang.
Ein 0.1/0.2 Ohm Widerstand wäre da vieleicht besser geeignet.





Worauf muß ich achten?

Nun im Grunde und im Wensentlichen nur auf die Erwärmung wie immer.

[Rage_Empire]

Ok, danke. Naja, das mit der Erwärmung könnte wirklich ein Problem geben.

[Ratber]

Naja,kannste dir ja auch ausrechnen.

[kalledom]

Der Widerstand von Leitungen (und Leiterbahnen) berechnet sich aus:
R = 1 * Länge / Kappa * Querschnitt; Kappe ist für Kupfer 56...58, die Länge in Meter umrechnen und den Querschnitt in qmm einsetzen (Leiterbahn-Breite * Leiterbahn-Stärke) :-). 1 * Länge, weil der Strom in Deinem Fall ja nicht mehr die gleiche Strecke zurück muß wie z.B. bei einer Zuleitung.

[Ratber]

Ja Leitwert oder Spez. Widerstand ist das selbe :D :wink:

[kalledom]

Meines Wissens nach ist spez. Leitwert (rho) = 1 / spez. Widerstand und spez. Widerstand (kappa) = 1 / spez. Leitwert.

[Rage_Empire]

Ich meine auch daß der Leitwert RHO ist. Bin mir aber nicht so sicher (lange ists her, daß ich das gelernt habe ;-) )
Aus Ro kann man glaub ich auch die Erwärmung berechnen.

[Ratber]

Rho = Spez. Widerstand in Ohm
Kappa = Leitwert in Siemens

Beide sind jeweilige Kehrwerte.

Das meinte ich mit "ist das selbe"

[Archi]

Mahlzeit zusammen,

einen Shunt aus (Kupfer-)Leiterbahnen zu bauen ist nur dann eine wirklich gute Idee, wenn der extreme Temperaturdrift von Kupfer nicht stört. Laut Wikipedia liegt er bei ca. 0,4%/°C. Normale Kohleschichtwiderstände mit 0.01%/°C sind für Präzisionsmessungen oft schon zu ungenau.

Nehmen wir mal an, der Widerstand von 0,100 Ohm erwärmt sich durch den durchfließenden Strom um 40°C, dann hat er bereits ca. 0,160 Ohm.

CU, Robin

[Ratber]

Ja,hab ich oben schon drauf hingewiesen aber ich denke mal eigene Erfahrungen sind immer besser :wink:

[stegr]

Mahlzeit zusammen,

einen Shunt aus (Kupfer-)Leiterbahnen zu bauen ist nur dann eine wirklich gute Idee, wenn der extreme Temperaturdrift von Kupfer nicht stört. Laut Wikipedia liegt er bei ca. 0,4%/°C. Normale Kohleschichtwiderstände mit 0.01%/°C sind für Präzisionsmessungen oft schon zu ungenau.

Nehmen wir mal an, der Widerstand von 0,100 Ohm erwärmt sich durch den durchfließenden Strom um 40°C, dann hat er bereits ca. 0,160 Ohm.

CU, Robin

1,004^40=1,17 => 0,117 Ohm und nicht 0,160 Ohm ;)
Trotzdem ist der Temperaturdrift bei Kupfer etwas störend. Wenn man die Werte mittels uC einliest, kann man für den interessanten Bereich aber eine Temperaturkompensation einbauen. :)

[Archi]

Hallo Stegr,

üblicherweise (und auch bei Kupfer) geht man von einer linearen und nicht exponentiellen Widerstandsänderung aus. Der Temperaturkoeffizient wird deshalb auch bei einer bestimmten Temperatur angegeben.
Damit ergibt sich eine Formel wie:

R(T)=R_0 * (1 + alpha * delta T), was aus 0.1Ohm bei 20° 0.160 Ohm bei 60° macht.


Eine Temperaturkompensation halte ich für deutlich aufwändiger, als die Verwendung eines Shunts mit niedrigem Temperaturdrift.

CU, Robin

[Rage_Empire]

Bei den mir bekannten shunts habe ich das Problem, das der gewickelte Draht induktiv wirkt, da er ja gewickelt ist. Das könnte bei meiner Anwendung ein Problem werden, da ich mit HF arbeite. Stromwandler wären auch nicht schlecht, aber kompensierte Stromwandler sind nicht gerade billig.

[Archi]

Wie wär's mit SMD-Shunts in Form eines Drahtbügels? Wenn du's mit Leiterbahnen baust, hast du eine große Länge und damit auch eine relativ hohe Induktivität oder willst du's als "Streifenshunt" ausführen?

CU, Robin

[Ratber]

@Rage

1. Der Shunt muß ja nicht unbedingt gewickelt sein.

4. wieso sollte die HF der Schaltung da relevant sein ?
Liegt der Shuntetwa mitten in der HF ?
Bauste nen Sender im Bereich >1kW ? :wink:

[Rage_Empire]

Naja, der Shunt liegt schon im HF-Bereich. Jedoch hat des jetzt weniger was mit Sender zu tun, eher Schaltnetzteil-technisch. Naja, da sinds trotzdem 200kHz bei fast 2KW(sind erreichbar). Und da das ganze noch Frequenztechnisch und PWM-geregelt ist, bräuchte ich dafür einen Kompensierten Stromwandler. Und die sind teuer.
Da der Shunt nicht gewickelt und sowieso recht niederohmig sein muß, dachte ich eben an eine Leiterbahn, welche ich als Shunt ausnutzen könnte. Jedoch wirds warscheinlich an dieser Stelle wegen dem Verlust recht warm was den Leiterbahnshunt wieder unbaruchbar machen könnte.

[Archi]

Ich glaube bei einem 2kW Schaltnetzteil mit 200kHz ist sind die HF-Eigenschaften eines Shunts das kleinste Problem. Hast du schon mal Schaltnetzteile in der Leistungsklasse oder überhaupt Schaltnetzteile gebaut?

CU, Robin

[Ratber]

Wenn die HF bei dir die Möglichkeit der beeinflussung auf den Versorgungszweig hat dann würde ich mal sagen hats du ein Problem mit der Schirmung und der Shunt wäre nicht das einzige was beinflusst wird.

Ja und wenn 2KW erreichbar sind dann frage ich mich was für Leiterbahnen du da anlegst die das Tragen können ?

2kW ?
Was solls denn werden wenn man fragen darf ?
Piratensender oder ne Eigenbaumikrowelle ?

Ansonsten nimm doch einfach nen Fertigen.
Die gibt es an jeder Ecke in allen möglichen ausführungen.

zb. Conrad vertreibt welche aus der Isabellenhütte in Vieleitertechnik auf Folie (Nix Induktivität).
die sind recht Temperaturstabil und beim großen C in Werten von 0.1 bis 0.001 Ohm erhältlich (zb. 447331)

Wenn du Primär unter 20A bleibst gibt es dort auch Präzisionswandler Induktiv für kleingeld.

Natürlich haben die anderen Händler auch was im Programm.
Das große C war nur nen Beispiel (Katalog lag gerade griffig)

Sag mal mit welchen strömen wir hier rechnen dann kann man auch besser Dimensionieren.

[Rage_Empire]

Ja, habe schon Schaltnetzteile gebaut, sogar schon bis 4KW (Waren aber nur 100kHz, da IGBTs verwendet wurden). Aber die waren alle recht Aufwendig, viel geschraube und teuer. Jetzt bau ich eins, welches volldigital arbeitet und weniger Kostenintensiv ist.

@Ratber: Bei 200Khz sind die Eigenschaften von solch Leistung etwas anders als bei Gleichspannung. Dies betrifft auch die Dimensuionierung der Leiterbahnen. Man nimmt hierfür entweder HF-Litze, welche bei dem Leistungsteil mit auf die Leiterbahn gelötet (punktweise) wird, oder man benutzt Multilayer, was sehr gute Eigenschaften hat. Für Prototypen nimmt man aber die Lösung mit aufgepunkteter HF-Litze. Der Trafo wird mit CU-Folie gewickelt.

Ich bleib unter 20A....maximum sind 10A und das auch nur Peak to Peak. Aber ich habe noch keine kompensierte Stromwandler unter 10Euros gefunden.

[Archi]

Ich hatte mit Shunts in verleitertechnik noch keine schlechten Erfahrungen gemacht.

CU, Robin

[Rage_Empire]

Gut, dann werd ich die mir mal ansehen.

[Ratber]

Bei 200Khz sind die Eigenschaften von solch Leistung................


Is mir bestens bekannt.
Ich Arbeite damit und ähnlichem den ganzen Tag.



Ich bleib unter 20A....maximum sind 10A und das auch nur Peak to Peak. Aber ich habe noch keine kompensierte Stromwandler unter 10Euros gefunden.


Schau mal beim großen C unter 415707 rein.
Der ist für Primäre Messungen sehr gut und unter 10 Teuro.

am liebsten würde ich aber die Vierleitershunts empfehlen.
Kosten das gleiche oder weniger und sind in Bezug auf HF bzw. Induktivität absolut unkritisch.

[masterchiefsupervisor]

das ist mir grad durch den kopf geschossen:

Den widerstand des shunts mit einer Gleichspannung messen den messstrom und die messspannung über tiefpässe auskoppeln und dann den gemessenen hf strom mit dem gemessenen widerstandswert korrigieren....

ist aber auch nicht zielführen...