Меню

Методы измерения импульса тока

Методы измерения импульсных токов. Опишите измерительные устройства

При измерении импульсных токов необходимо регистрировать его форму и определять его амплитуду как функцию времени. Это производится только с помощью катодных осциллографов, на вход которых подается сигнал, пропорциональный измеряемому току. Сигнал поступает от специальных датчиков, индуктивно или непосредственно связанных с контуром измеряемого тока. В первом случае датчиками являются воздушные трансформаторы тока (пояса Роговского), во втором — активные сопротивления, которые называются шунты.

Разработаны принципиально новые виды датчиков тока с использованием эффекта Холла или эффекта Фарадея, а также системы с оптической передачей сигнала, в которых преобразование электрического сигнала, снимаемого с шунта, в световой происходит с помощью диода, а обратное преобразование – с помощью фоторезистора. Основное преимущество оптических способов измерения тока заключается в полном электрическом развязывании измерительных цепей с контуром измеряемого тока .Но каким бы ни было устройство для измерений тока, к нему должны предъявляться следующие основные требования:

1. Устройство должно обеспечивать воспроизведение первичного тока во вторичной измерительной цепи как по форме, так и по значению с погрешностью, не превышающей заданную.

2. Устройство должно быть помехозащищенным.

3. Устройство должно выдавать стабильные показатели.

Шунтом называется сопротивление, предназначенное для измерения импульсных токов, сигнал от которого по коаксиальному кабелю передается непосредственно на осциллограф.

Для того, чтобы шунт не оказывал влияния на измерительную цепь, его внутреннее сопротивление должно быть малым (порядка 0,1…10 мОм). Кроме того, при таких значениях сопротивления шунт незначительно прогревается при протекании по нему тока. При проектировании шунта необходимо обеспечить малость постоянной времени (на порядок меньше, чем характерное время электровзрыва). В этом случае лучше всего использовать коаксиальный шунт (рис.3.1), иначе называемый малоиндуктивним.

Рис. 3.1. Коаксиальный шунт. Общий вид

Ток протекает по нейтральному зажиму I через внутренний цилиндр 2, изготовленный из тонкого металлического материала с большим удельным сопротивлением, и возвращается через коаксиальный цилиндр 3. Отпайка 4 и коаксиальный разъем 5 позволяют передать сигнал на осциллограф.

Строго говоря, шунт нелинеен, так как при возрастании тока шунт нагревается и его сопротивление изменяется. Выбор материала с малым температурным коэффициентом сопротивления разрешает сохранить эту нелинейность на низком уровне.

Основными недостатками трубчатых разрядников являются наличие зоны выхлопа, крутой срез волны перенапряжения, замыкание (хотя и кратковременное) линий на землю и особенно крутая вольт-секундная характеристика, исключающая возможность широкого применения трубчатых разрядников в качестве аппарата защиты подстанционного оборудования. Недостатком трубчатых разрядников является также наличие предельных отключаемых токов, что осложняет их производство и эксплуатацию.

Благодаря своей простоте и низкой стоимости трубчатые разрядники широко применяются в качестве вспомогательных средств защиты подстанций, для защиты маломощных и малоответственных подстанций, а также отдельных участков линий.

В настоящее время трубчатые и вентильные разрядники постепенно заменяют на нелинейные ограничители напряжений (ОПН). Они представляют собой последовательно соединенные металлооксидные варисторы (нелинейные резисторы) без искровых промежутков, заключенные в фарфоровый или полимерный корпус.

Источник

Измерение постоянных и переменных токов

date image2015-05-13
views image2323

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Для измерения постоянных токов наиболее часто используют приборы магнитоэлектрической системы, которым свойственны чувствительность, точность и широкий диапазон измерений от 10 -8 до 50 А. Магнитоэлектрические милливольтметры с шунтом можно использовать для измерения тока до 10 кА. Для измерения постоянных токов могут использоваться электродинамические, ферродинамические и электромагнитные приборы, но диапазон измерения у них уже (1мА…10А), кроме того, приборы данной системы обладают большой потребляемой мощностью, поэтому использовать их в маломощных цепях невозможно. Наиболее широкими возможностями для измерения токов обладают электронные приборы, которые позволяют измерять ток от 10 -7 А. Класс точности электронных приборов достигает 0,002. Они обладают высоким быстродействием, автоматическим выбором диапазона измерения и определения полярности, также к их достоинствам можно отнести малое потребление мощности.

Для измерения действующих значений переменного тока промышленной частоты чаще всего используют электромагнитные, электродинамические и ферродинамические приборы, а на повышенных частотах – термовыпрямительные и электронные приборы.

Средневыпрямленное и амплитудное значение измеряют выпрямительными и электронными приборами. Средняя область значений переменного тока – от 10 мА до 10 А — охватывается диапазонами измерений всех вышеперечисленных систем.

Для измерения токов менее 1 мА применяются только электронные приборы, нижний предел которых достигает 10 -9 А. Самый высокий предел измерения имеют электромагнитные амперметры до 300 А. Выпрямительные приборы представляют собой прибор магнитоэлектрической системы и выпрямитель, построенный по однополупериодной схеме (малые токи) и двухполупериодной схеме (большие токи). Для расширения диапазонов измерения в цепи переменного тока используют трансформаторы тока.

9 Измерение несинусоидальных и импульсных токов и
напряжений

Для измерения импульсных токов и напряжений следует пользоваться приборами, рабочий частотный диапазон которых охватывает все гармонические составляющие исследуемого сигнала и пренебрежение которыми недопустимо по условиям требуемой точности измерения. В частности, для измерения действующих значений несинусоидальных токов и напряжений пользуются термоэлектрическими приборами.

Для измерения средневыпрямленных значений используют электронные приборы градуированные в средневыпрямленных значений, а для измерения амплитудных значений пиковые вольтметры. Большинство выпрямительных и многие электронные приборы имеют шкалы, градуированные в действующих значениях переменного тока и напряжения, в то время, как на самом деле их показания пропорциональны средним или амплитудным значениям. Несмотря на широкий диапазон частот, такие приборы не следует использовать для измерения действующих значений несинусоидальных токов и напряжений, т.к. они градуируются для строго синусоидальной формы кривой и при отклонении от синусоидальности могут давать большие погрешности.

Для наблюдения и измерения характеристик мгновенных значений сигналов можно использовать электронные осциллографы. При измерении несинусоидальных токов и напряжений можно пользоваться некоторыми соотношениями, отмеченными в таблице 9.1.

Импульсные сигналы представляют собой как бы пачки синусоидальных колебаний путём амплитудной модуляции и прерываемых колебаний m = 100.

Основными контролируемыми параметрами импульсных сигналов являются (рисунок 9.1):

— период импульсов Т ;

— частота следования импульсов f ;

— ширина импульсов Tи;

— длительность паузы Тп;

— скважность импульсов Q = T/T;

— длительность переднего фронта импульса Δt1;

— длительность заднего фронта импульса Δt2.

Таблица 9.1 – Соотношения параметров несинусоидальных сигналов
и сигналов определенной формы

Измеряемые параметры сигнала Форма сигнала
синусоидальный прямоугольные импульсы треугольные импульсы
Среднее значение Асз 0,637·Ам Ам 0,5 ·Ам
Среднее квадратическое значение Аскз 0,707·Ам Ам 0,577·Ам
Амплитудное значение Ам Ам Ам Ам
Коэффициент формы Кф = Аскз/Асз 1,11 1,16
Коэффициент. амплитуды Ка = Ам/Аскз 1,41 1,73
Читайте также:  Сила тока в электрических цепях с емкостным сопротивлением

Кроме этого, важно знать длительность переднего фронта импульса и заднего фронта импульса. Характеристики периодических одиночных импульсных сигналов измеряют с помощью осциллографа. Действующее значение напряжения периодического импульсного сигнала с широтно – импульсной модуляцией измеряют с помощью вольтметра.

а) сигналы прямоугольной формы; б) параметры импульса

Рисунок 9. 1 – Периодические прямоугольные импульсы

Источник



Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Методы измерения тока

С помощью каких способов можно измерить ток в цепи

Ток является очень важным параметром в электронике или электротехнике. В электронных устройствах ток может иметь пропускную способность от нескольких наноампер до сотен ампер. Этот диапазон может быть намного шире в области электротехники, обычно до нескольких тысяч ампер, особенно в электрических сетях. Существуют разные методы измерения тока внутри цепи или проводника. В этой статье мы обсудим, как измерить ток с использованием различных методов измерения тока с их преимуществами, недостатками и приложениями.

Методы измерения тока

Измерение тока с использованием датчика Холла

Эффект Холла был обнаружен американским физиком Эдвином Гербертом Холлом и может использоваться для определения тока. Он обычно используется для обнаружения магнитного поля и может быть полезен во многих приложениях, таких как спидометры, дверная сигнализация, бесколлекторные двигатели и т.п.

Измерение тока с использованием датчика Холла

Датчик Холла выдает выходное напряжение в зависимости от магнитного поля. Соотношение выходного напряжения пропорционально магнитному полю. В процессе измерения ток определяется путем измерения магнитного поля. Выходное напряжение очень низкое и его необходимо увеличить до полезного значения с помощью усилителя с высоким коэффициентом усиления и очень низким уровнем шума. Помимо схемы усилителя датчик Холла требует дополнительных схем, так как это линейный преобразователь.

  • Может использоваться на более высокой частоте
  • Может использоваться как в устройствах переменного, так и постоянного тока
  • Бесконтактный метод
  • Может использоваться в суровых условиях
  • Высокая надежность

  • Датчик дрейфует и требует компенсации
  • Дополнительная схема требует для надежного выходного сигнала
  • Дороже, чем метод на основе шунта

Датчики с эффектом Холла используются в токоизмерительных клещах, а также во многих промышленных и автомобильных системах измерения тока. Многие типы линейных датчиков на эффекте Холла могут измерять ток от нескольких миллиампер до тысяч ампер.

Метод определения тока с помощью датчика потока

Насыщаемый индуктор является основным компонентом метода обнаружения с помощью датчика потока (Fluxgate). Из-за этого датчик Fluxgate называется датчиком тока насыщаемой индуктивности. Сердечник индуктора, который используется для датчика потока, работает в области насыщения. Уровень насыщения этого индуктора высокочувствителен, и любая внутренняя или внешняя плотность потока изменяет уровень насыщения индуктора. Проницаемость сердечника прямо пропорциональна уровню насыщения, поэтому индуктивность также изменяется. Это изменение значения индуктивности анализируется датчиком потока для измерения тока. Если ток высокий, индуктивность становится меньше, если ток низкий, индуктивность становится высокой.

Датчик Холла работает аналогично датчику потока, но между ними есть одно отличие. Разница в основном материале. Датчик потока использует насыщаемый индуктор, а датчик эффекта Холла использует воздушный сердечник.

Метод определения тока с помощью датчика потока

На изображении выше показана базовая конструкция датчика потока. В нем есть две катушки первичной и вторичной обмотки вокруг насыщаемого сердечника индуктора. Изменения в потоке тока могут изменить проницаемость сердечника, что приведет к изменению индуктивности через другую катушку.

  • Можно измерять ток в широком диапазоне частот
  • Имеет большую точность
  • Низкое смещение

  • Высокое вторичное энергопотребление
  • Увеличивается фактор риска повышения шума напряжения или тока в первичном проводнике
  • Подходит только для постоянного или низкочастотного переменного тока

Датчики потока используются в инверторах солнечной энергии для измерения тока. Кроме этого, измерение переменного и постоянного тока с обратной связью может быть легко выполнено с помощью таких датчиков. Этот датчик тока также может быть использован для измерения тока утечки, обнаружения перегрузки по току и т. д.

Метод измерения тока с помощью катушки Роговского

Катушка Роговского названа в честь немецкого физика Вальтера Роговского. Катушка Роговского выполнена с использованием спиральной катушки с воздушным сердечником и намотана на целевой проводник для измерения тока.

Метод измерения тока с помощью катушки Роговского

На изображении выше показана катушка Роговского с дополнительной схемой. Дополнительная схема является интегральной цепью. Катушка Роговского обеспечивает выходное напряжение в зависимости от скорости изменения тока в проводнике. Для создания выходного напряжения, пропорционального току, требуется дополнительная схема интегратора.

  • Это хороший метод для обнаружения быстрого высокочастотного изменения тока
  • Безопасная работа с точки зрения обращения с вторичной обмоткой
  • Недорогое решение
  • Гибкость в использовании благодаря конструкции с разомкнутым контуром
  • Температурная компенсация не сложна

  • Подходит только для переменного тока
  • Имеет более низкую чувствительность, чем трансформатор тока

Катушка Роговского имеет широкий спектр применения. Например, измерение тока в больших силовых модулях, особенно на полевых МОП-транзисторах или мощных транзисторах IGBT. Катушка Роговского обеспечивает гибкость измерения. Поскольку отклик катушки Роговского очень быстр по переходным процессам или высокочастотным синусоидальным волнам, это хороший выбор для измерения высокочастотных переходных процессов в линиях электропередачи. В приложениях распределения мощности или в интеллектуальной электросети катушка Роговского обеспечивает превосходную гибкость для измерений тока.

Измерение тока с помощью трансформатора тока

Трансформатор тока или ТТ используется для измерения тока по вторичному напряжению, которое пропорционально току во вторичной катушке. Это промышленный трансформатор, который преобразует большое значение напряжения или тока в намного меньшее значение в своей вторичной катушке. Измерение производится через вторичный выход.

Измерение тока с помощью трансформатора тока

На изображении выше показана конструкция такого трансформатора. Это идеальный трансформатор тока с первичным и вторичным соотношением 1:N. N зависит от технических характеристик трансформатора.

  • Большая пропускная способность, больше, чем у других рассмотренных методов
  • Не требует дополнительных схем

  • Требуется техническое обслуживание
  • Из-за намагниченности возникает гистерезис
  • Высокий первичный ток насыщает материалы ферритового сердечника

Основное применение метода измерения тока на основе ТТ – в энергосистеме из-за очень высокой способности измерения тока. Некоторые токовые клещи также используют трансформатор тока для измерения переменного тока.

Измерение тока с помощью шунтирующего резистора

Это наиболее используемый метод в современной электронике. Этот метод основана на законе Ома. Здесь последовательно подключенный в цепь резистор с малым сопротивлением используется для измерения тока. Когда ток протекает через резистор, он создает разницу напряжения на резисторе.

Читайте также:  Склеивание током высокой частоты

Давайте рассмотрим пример. Предположим, что ток 1А протекает через резистор на 1 Ом. Согласно закону Ома, напряжение эквивалентно току, умноженному на сопротивление. Следовательно, когда ток 1A протекает через резистор с сопротивлением 1 Ом, он создает напряжение 1В на резисторе. Мощность резистора является критическим фактором, который необходимо учитывать. Тем не менее, на рынке также есть резисторы очень малого значения, сопротивление которых находится в диапазоне миллиом. В таком случае разница напряжения на резисторе также очень мала. Но усилитель с высоким коэффициентом усиления необходим для увеличения амплитуды напряжения, и, наконец, ток измеряется с использованием обратного расчета.

Измерение тока с помощью шунтирующего резистора

Альтернативный подход для этого типа метода измерения тока заключается в использовании трассировки печатной платы в качестве шунтирующего резистора. Поскольку медные дорожки на печатной плате имеют очень небольшое сопротивление, можно использовать часть дорожки для измерения тока. Однако при таком альтернативном подходе несколько зависимостей также являются огромной проблемой для получения точного результата. Основным фактором является температурный дрейф. В зависимости от температуры, сопротивление трассировки изменяется, что приводит к ошибке. Нужно компенсировать эту ошибку в приложении.

  • Очень экономичное решение
  • Может работать с переменным и постоянным током
  • Дополнительное оборудование не требуется

  • Не подходит для работы с большим током из-за рассеивания тепла
  • Измерение с помощью шунта обеспечивает ненужное снижение эффективности системы из-за потери энергии на резисторе
  • Тепловой дрейф обеспечивает ошибку в высокотемпературном приложении

Применение шунтирующего резистора в первую очередь – цифровой амперметр. Это точный и более дешевый метод, кроме датчика Холла. Шунтирующий резистор также может обеспечивать путь с низким сопротивлением.

Как выбрать метод измерения тока

Выбор правильного метода для измерения тока не является сложной задачей. Для выбора правильного метода необходимо учитывать несколько вопросов, таких как:

  • Какая требуется точность
  • Предполагается измерение постоянного или переменного тока (или обоих)
  • Сколько потребляется энергии
  • Какой диапазон тока и полоса пропускания
  • Стоимость

Помимо них, также необходимо учитывать приемлемую чувствительность и подавление помех. Поскольку все факторы не могут быть соблюдены одновременно, приходится идти на некоторые компромиссы в зависимости от приоритета требования приложения.

Источник

Токочувствительные компоненты и методы измерения тока

Элементы, которые применяются для измерения тока, и использование соответствующих методик должны как можно меньше влиять на работу схемы и обеспечивать высокую точность.

Измерение тока преследует одну из двух целей: во-первых, узнать, какой ток потребляет схема. Если он окажется слишком высоким, следует принять решение, какие из блоков можно отключить для уменьшения расхода энергии или ввода схемы в нормальный режим работы. Второй целью является определение максимально допустимого тока, при котором схема перестает функционировать корректно. Если ток превышает предельно допустимое значение, срабатывает программная или аппаратная блокировка, работа приостанавливается. Важно правильно выбрать методику измерения, обеспечивающую требуемую стойкость к экстремальным условиям, которые могут возникать во время сбоя.
Для измерения тока применяются различные методы и токочувствительные компоненты:
1. Прямое измерение (резистивный):
а) токочувствительные резисторы;
б) активное сопротивление катушки индуктивности.
2. Непрямое измерение (магнитное поле):
а) трансформатор тока;
б) пояс Роговского;
в) на основе эффекта Холла.
3. Прямое измерение с помощью транзисторов:
а) RDS_ON;
б) определение отношения.
У каждого метода есть свои достоинства и недостатки. От выбора методики зависит надежность устройства. Методы измерения можно разделить на два класса: прямые и косвенные. Для прямого измерения тока в схему включается токочувствительный элемент без изоляции. При косвенном измерении применяются изолирующие элементы, которые гарантируют безопасность работы основной схемы. Основные параметры методов приведены в таблице 1.

Метод (чувствительный элемент)

Точность

Изоляция

ЭМИ (защитное сопротивление)

Надежность

Размер

Стоимость

Прямое измерение на резисторе

Активное сопротивление дросселя

Прямое измерение с помощью транзистора

Косвенный (электромагнитный) метод

Измерения с помощью резистора проводятся напрямую. Достоинствами данного метода являются простота и линейность характеристики. Токочувствительный резистор имеет стабильный температурный коэффициент сопротивления (ТКС) менее 0,01%/°С и не подвержен лавинному умножению и тепловому убеганию. Резисторы с очень низким сопротивлением (менее 1 мОм) из металлического сплава обеспечивают надежную защиту в случае короткого замыкания или скачков тока.

Следующий метод измерения тока основан на использовании сопротивления катушки индуктивности. Данный метод позволяет производить измерение без потерь, поскольку сопротивление мало, обычно менее 1 мОм, а кроме того дроссель является компонентом схемы. У этого подхода два недостатка. Во-первых, высокий ТКС дросселя (0,39%/ °С). Во время измерений приходится проводить мониторинг температуры и компенсировать ее изменение. Во-вторых, сопротивление катушки очень зависит от геометрических размеров, поэтому разброс сопротивления между идентичными компонентами может быть большим.

Трансформатор тока имеет три преимущества:
– обеспечивает изоляцию от сетевого напряжения;
– не вносит потерь;
– возможность работы при высоком напряжении сигнала.
Для косвенного измерения тока с помощью трансформатора необходимо создать переменное магнитное поле, вызывающее ток во вторичной обмотке (см. рис. 1). Напряжение измеряется во вторичной обмотке и делится на коэффициент передачи. Метод характеризуется высокой точностью, поскольку измеряемый ток проходит через обмотку с очень низким коэффициентом потерь. Тем не менее, нельзя забывать о потерях в сердечнике, в трансформаторе на сопротивлении нагрузки, а также на сопротивлении по постоянному току первичной и вторичной обмоток.

Измерения с помощью пояса Роговского проводятся аналогично предыдущему методу. Измеряется напряжение во вторичной обмотке. Оно пропорционально току через изолированный проводник. Различие заключается в том, что пояс Роговского не имеет сердечника (см. рис. 2), поэтому его индуктивность меньше, чем у трансформатора тока. Соответственно, пояс Роговского обеспечивает более быстрый отклик и практически линейное напряжение. Этот метод часто используется для временного измерения тока, например, в мультиметрах. По сравнению с трансформатором тока пояс Роговского дешевле.

Обратимся к рисунку 3. Когда проводник с током помещен в магнитное поле, в нем возникает разность потенциалов перпендикулярно линиям напряженности магнитного поля. Она пропорциональна величине тока и получила название напряжение Холла.

Достоинством данного метода является возможность измерять большие токи с небольшими потерями. Среди недостатков следует отметить нелинейный температурный дрейф (необходимо применять меры для компенсации), ограниченную полосу частот, чувствительность к внешнему магнитному полю и высокую стоимость. Кроме того, небольшое изменение тока требует большого изменения напряжения, что может привести к ошибке. Из-за такого количества недостатков метод может применяться не всегда.

Читайте также:  Зарядка ноутбука меньшим током

При измерении тока с помощью транзистора практически нет потерь, поскольку транзистор является стандартным элементом схемы, никаких дополнительных резисторов или рассеивающих мощность элементов не требуется. Метод хорошо подходит для измерения максимально допустимого тока.

В технической документации транзистора указывается сопротивление сток-исток при включении RDS_ON. Обычно оно составляет несколько мОм для силовых МОП-транзисторов (см. рис. 4). Ток через МОП-транзистор можно вычислить по формуле:
ILoad = VRDS_ON/RDS_ON.
Сопротивление RDS_ON складывается из нескольких составляющих, каждая из них вносит ошибку измерения, обусловленную незначительными отклонениями или различиями ТКС. Воздействие температуры может быть компенсировано. Для этого производится мониторинг температуры. В измеренное напряжение вносится поправка на температурное изменение сопротивления. Часто ТКС для МОП-транзистора достигает 0,4%/°С. Диапазон точности данного метода составляет 10—20%, и этого вполне достаточно для схем защиты от скачков тока.

МОП-транзистор состоит из тысяч транзисторных ячеек, соединенных параллельно, поэтому сопротивление при включении мало. В токочувствительном транзисторе (см. рис. 5) используется небольшая часть параллельно соединенных ячеек, в которых все транзисторы имеют общий затвор и сток. Они образуют второй изолированный транзистор, который и является чувствительным элементом. Когда транзистор включен, ток через чувствительный элемент является частью тока, протекающего через остальные ячейки. В зависимости от транзистора точность метода может варьироваться от 5% до 15—20%. Этого недостаточно для схем контроля тока, в которых требуется точность порядка 1%, однако подходит для защиты от короткого замыкания или скачков тока.

Тонкопленочные резисторы обычно не используются в схемах измерения тока, однако для полноты картины мы расскажем и о них. Обычно эти резистивные элементы предназначены для прецизионных схем. Их толщина составляет 0,000001—0,000004 дюйма. При правильном использовании переходные процессы на них не влияют. Однако они не рассчитаны на работу с большим токами.
Толстые пленки имеют толщину 0,0005—0,002 дюйма, т.е они примерно в 100 раз толще тонких. Они лучше проводят сильный ток, рассеивают тепло в подложку и лучше справляются с переходными токами. Второе преимущество — более широкий выбор номиналов. Недостаток заключается в том, что они не настолько точны (малые допуски), как тонкопленочные.
Фольгированные резисторы имеют большое поперечное сечение. В них используется однородный резистивный сплав. В толстопленочных резисторах используются резистивные материалы, распределенные по стеклянной матрице. Фольгированные резисторы выдерживают большие переходные токи, имеют небольшое сопротивление и низкий ТКС.
Резисторы из сплава характеризуются самой высокой стойкостью по отношению к переходным токам, поскольку ток протекает по большой массе проводящего материала. Сопротивление может быть очень маленьким — 0,0005 Ом. ТКС — низкий. Разброс сопротивлений не такой большой, как у толстопленочных резисторов. Резисторы, изготовленные по данной технологии, отлично подходят для источников питания высокого тока и схем, в которых при нарушении нормальных условий работы может возникать очень высокий ток.

В силовых схемах необходимо использовать резисторы с маленьким номиналом, чтобы они рассеивали мало тепла и в то же время обеспечивали требуемый уровень сигнала. Часто используется четырехконтактное подключение, чтобы ослабить влияние сопротивления контакта.
Резисторы CSL (см. рис. 6) имеют четыре вывода — два для подключения соединительных проводников (с большой площадью сечения) и два для измерительного прибора (с малым сечением). Использование отдельных выводов позволяет уменьшить погрешность измерения, которая возникает из-за сопротивления контакта. Ток, текущий через внутреннюю и внешнюю пару выводов может различаться на порядки.

Как видно из рисунка 6, есть два варианта контактной площадки. Слева площадка разделяется на две изолированные зоны разной площади. При этом размер контактной площадки для силовых выводов резистора может оказаться недостаточным, если протекающий ток очень большой. Во втором варианте для создания изолированных измерительных контактных площадок применяются сквозные отверстия. При этом площадь соединения силовых линий максимальна.

Технология OARS — open air resistor surface mount (воздушное охлаждение резисторов при поверхностном монтаже) уникальна тем, что резистор касается платы только в местах контакта, а средняя часть приподнята, чтобы большая часть тепла рассеивалась в окружающую среду, а не на плату.
У такого подхода два преимущества. Во-первых, он позволяет исключить порчу платы из-за чрезмерного перегрева. Самый распространенный материал печатной платы — FR4 — может подвергаться температуре не более 130°С. Если ток выходит за допустимые границы, резистор может сильно нагреться и повредить печатную плату. Во-вторых, если отводить тепло не на плату, а в окружающую среду, характеристики соседних устройств, чувствительных к температуре, не будут ухудшаться. Имеются в виду такие параметры как срок службы, допустимая мощность, выходной световой поток, точность и надежность.
Диаграмма распределения тепла для компонентов OAR и OARS показана на рисунке 7. Измерения проводились на печатной плате из FR4 в безвоздушном пространстве. В воздушной среде результаты должны быть лучше. Обратим внимание на разницу температур паяного соединения и средней приподнятой части резистора. Ее можно использовать в схеме защиты от слишком больших скачков тока в качестве сигнала срабатывания. Температура печатной платы остается в допустимом диапазоне, хотя элементы схемы работают в экстремальных условиях.

Приподнятая изогнутая конструкция элементов OARS позволяет им гнуться, это очень важное достоинство. Гибкость позволяет уменьшить механические напряжения внутри компонента, возникающие из-за разницы температурных коэффициентов расширения между материалом резистора и платы. Стандартные компоненты поверхностного монтажа имеют плоскую форму и прилегают к плате. При повышении температуры в них возникают силы, стремящиеся сдвинуть соединение. В результате в схеме может произойти сбой или изменение каких-либо параметров. Поэтому в таких случаях предпочтительнее использовать гибкие компоненты OARS (см. рис. 8).

На рисунке 9 показаны резисторы LRF3W компании TT electronics. Они имеют ряд схемотехнических преимуществ. В частности, контактные площадки расположены вдоль длинных сторон компонента. За счет этого номинальная мощность увеличивается до 3 Вт, что позволяет не ограничивать длину трассировочных линий. Благодаря разности температурных коэффициентов расширения материала резистора и печатной платы уменьшаются механические напряжения в паяном соединении.

Источник