Layout-Design für die parallele Verwendung von Widerständen mit Kelvin-Struktur

Abbildung 1: Drei 4-polige Widerstände mit Kelvin-Struktur in Parallelschaltung. (Bildquelle: Shenzhen Milliohm Electronic Co., Ltd)

Wenn drei 4-polige Widerstände mit Kelvin-Struktur parallel verwendet werden, muss bei der Verlegung „eine gleichmäßige Stromverteilung“, „die Vermeidung der Beeinträchtigung der Spannungserkennung“ und „die Erhaltung der Eigenschaften der Kelvin-Struktur“ im Vordergrund stehen. Die Grundsätze und Schritte des Routings sind wie folgt:

1. Kernprinzip: Trennung von Strom- und Spannungspfaden und Beibehaltung der Symmetrie

1. Strompfad (I+, I-): Dicke, symmetrische und gleichmäßige Strompfade führen den Hauptstrom. Diese Pfade sollten mit dickem Draht oder Kupfer verbunden werden. Die Länge und Impedanz der Strompfade der drei Widerstände sollten möglichst gleich sein, um eine ungleichmäßige Stromverteilung (Überlastung eines Widerstands) aufgrund von Unterschieden bei den parasitären Parametern zu vermeiden.
2. Spannungsdetektionspfad (V+, V-): Dünne, unabhängige und störungsfreie Spannungspfade führen nur schwache Erfassungssignale und sollten mit separaten, dünnen Drähten verbunden werden. Diese Pfade sollten strikt von den Spannungsanschlüssen des Widerstands (V+, V-) getrennt sein. Die gemeinsame Nutzung von Drähten mit den Strompfaden ist nicht erlaubt (andernfalls wird ein zusätzlicher Widerstand eingeführt, der den Präzisionsvorteil der Kelvin-Struktur untergräbt).

Wie in Abbildung 2 dargestellt, kann bei der Parallelschaltung von drei Widerständen der Spannungserkennungsstift eines der Widerstände verwendet werden, da die Spannungsstifte der beiden anderen Widerstände nicht auf elektrische Netzsignale eingestellt sind, sondern potentialfrei bleiben und nur mit den Pads zur Befestigung verbunden sind. Da der Spannungsabfall aller Widerstände in einem parallelen Widerstandsnetzwerk gleich ist, gibt es eine gemeinsame Spannung zwischen den parallel geschalteten Widerständen, und diese Spannung ist für alle parallel geschalteten Komponenten gleich.

Abbildung 2: Blanke Legierungswiderstände in Serie - Kelvin-Parallelanordnung. (Bildquelle: Shenzhen Milliohm Electronic Co., Ltd)

2. Spezifische Routing-Schritte und Details

1. Widerstandslayout: Symmetrisch und kompakt zur Reduzierung der parasitären Parameter

   Platzieren Sie die drei Kelvin-Widerstände nebeneinander oder in einem kompakten Dreieck mit gleichmäßigen Abständen. Vergewissern Sie sich, dass jeder Widerstand physisch gleich weit von der Stromsenke und dem Spannungsmesspunkt entfernt ist, um parasitäre Induktivitäten oder Widerstandsschwankungen, die durch unterschiedliche Leitungslängen verursacht werden, zu minimieren. Die Widerstandsstifte sollten in die gleiche Richtung ausgerichtet sein (z. B. Stromanschlüsse nach außen, Spannungsanschlüsse nach innen), um die zentrale Verlegung zu erleichtern.

2. Strompfad-Routing (I+, I-): Verwenden Sie eine Sammelschiene oder ein Kupferpatch mit möglichst symmetrischen Abzweigungen.

   Flächendesign von Sammelschiene/Kupferpatch:

   Eingang (I+): Erstellen Sie eine gemeinsame I+-Sammelschiene (empfohlene Kupferdicke ≥ 35 μm, Breite berechnet auf Basis des Gesamtstroms, z. B. ≥ 5 mm für einen Gesamtstrom von 100 A). Verbinden Sie die I+-Anschlüsse der drei Widerstände über Abzweigdrähte gleicher Länge und Breite (Abzweiglängenunterschied ≤ 1 mm, einheitliche Breite) mit dieser Sammelschiene.

   Ausgang (I-): Richten Sie in ähnlicher Weise eine gemeinsame I-Sammelschiene ein. Verbinden Sie die „I-“-Anschlüsse der drei Widerstände über Abzweigdrähte von gleicher Länge und Breite mit diesem Bus.

   Vermeiden Sie Stromüberschneidungen: Der Strompfad muss vom Spannungserkennungspfad ferngehalten werden, um elektromagnetische Störungen zu vermeiden (große Ströme können Magnetfelder erzeugen, die Spannungssignale stören).

3. Verdrahtung für Spannungsdetektionspfad (V+, V-): Unabhängige Leitungen, direkt mit dem Erkennungschip verbunden.

Unabhängige Leitungen: Führen Sie den V+-Anschluss eines der drei Widerstände durch einen separaten dünnen Draht (z. B. 0,2 mm breit mit 18 μm Kupferstärke, da der Strom extrem niedrig ist). Das Gleiche gilt für den V-Anschluss eines jeden Widerstands.

Kurz und gerade: Die Spannungserkennungsleitung sollte so kurz wie möglich sein, um Windungen zu vermeiden und parasitäre Widerstände und Störungen zu reduzieren.

Schließen Sie die V+-Leitung eines Widerstandes nicht an den I+-Bus (oder den I+-Anschluss eines anderen Widerstandes) an. Er muss fest mit dem V+-Anschluss dieses Widerstands verbunden sein. Schließen Sie auch die „V-“-Leitung nur an ihren eigenen „V-“-Anschluss an.

Fazit

Bei der Verwendung von drei 4-poligen Widerständen mit Kelvin-Struktur in elektronischen Messungen muss die Verlegung sorgfältig überlegt werden. Wenn Sie die in diesem Blog beschriebenen Hinweise befolgen, können Sie einige häufige Fehler und fehlerhafte Messungen vermeiden.