Výkonová zatížitelnost se v případě shunt rezistorů stává skutečně klíčovým parametrem. Do výsledku vstupuje ztrátový výkon (tepelné ztráty), což zase omezí provozní rozsah dané součástky. Po velikosti odporu tak teplota bývá jedním z rozhodujících činitelů, který, bude - li trvale překročen, může logicky vést až ke zničení rezistoru.
Méně tepla, více proudu
Když výrobce těchto základních součástek, společnost ISABELLENHÜTTE (ISA) pochopila, jak se s tepelnými ztrátami elegantně vypořádat, následoval další krok: navýšit přípustné výkonové zatížení a tudíž i velikost měřeného proudu.
Obr. 1: Srovnávací měření mezi řadou VMS (vpravo) a „konkurencí“ (vlevo)
Hluboké znalosti samotných materiálů, profesionální vývojový tým ani pečlivě nastavené výrobní procesy prostě nenahradíte (na HW.cz jsme na toto téma psali již dříve v článku Shunt rezistory? Jen od těch nejlepších. Za ISA mluví pět století na trhu). ISA se tak stává jediným výrobcem, který své shunt rezistory nabízí ve velmi malých pouzdrech, ale zato s nebývale vysokou možností zatížení. Pojďme srovnávat.
Na obr. 1 vidíme rozdíl mezi shunt rezistorem ISA VMS (2512, 10 mΩ) a součástkou od „konkurence“ (rovněž 2512 a 10 mΩ). Při zatížení proudem o velikosti 17 A se konkurenční produkt citelně zahříval a stával se tak méně zatížitelným. Jak moc byl horký, vidíme na obrázku vlevo. Vpravo zase pozorujeme rezistor ISA, který zůstává o poznání chladnější.
Topit bude přímotop
Budeme - li se bavit o vývoji takového shunt rezistoru, zaměřují se ve společnosti ISABELLENHÜTTE především na tepelné ztráty. Díky speciálnímu návrhu měřicího rezistoru, pečlivě voleným materiálům a také složitým výrobním postupům tak firma udržuje vnitřní teplotní odpor Rthi u svých prvků na velmi nízké úrovni. Rovněž zde dosahuje účinného odvodu tepla z kritické oblasti jeho vzniku přes kontakty a dále pak na desku plošného spoje.
Obr. 2: Profil řady shunt rezistorů SMS / VMS
Při pohledu na obr. 2 pozorujeme klíčovou trasu mezi horkým místem (T1) a pájecími vývody (T2). V této oblasti činí vnitřní teplotní odpor Rthi (vyjádřený v Kelvinech na Watt) v případě shunt rezistorů VMS od ISABELLENHÜTTE pouze 25 K/W, zatímco přímá náhrada u konkurence dosahuje 50 K/W. To je také důvod, proč rezistory VMS zůstávají přibližně o 46° chladnější než srovnatelné prvky od jiného výrobce.
Logicky se tedy nabízí otázka: bude - li shunt rezistor ISA zůstávat při stejném zatížení chladnější, ustojí součástka zároveň i větší proudy (výkony), příp. nedalo by se její pouzdro ještě zmenšit? Taková úvaha je naprosto správná, přesně jak to ukazuje obr. 3.
Obr. 3: Souvislost mezi vnitřním teplotním odporem prvku a jeho přípustným výkonovým zatížením
Porovnání s řadou rezistorů SMS přináší namísto prvků VMS rovněž zajímavé výsledky. Odpor Rthi činí v případě řady SMS jen 20 K/W, takže rozdíl mezi produkty ISA a dalším výrobcem tak vyniká ještě více. Obrovský rozdíl mezi tepelnou ztrátou dvou shunt rezistorů zachycuje obr. 3. Krásně zde totiž vidíme souvislost mezi vnitřním teplotním odporem a výkonovým zatížením. A není to jen větší zatížitelnost řady SMS oproti modelu jiného výrobce. Snižování výkonu u „konkurence“ totiž začíná již na +70 °C, zatímco při +110 °C ustojí rezistor nanejvýš 60 % svého jmenovitého zatížení.
Odpor, nic víc?
Rezistory dnes pokládáme za naprosto základní součástky, prostě nic mimořádného. Spousta lidí proto věří, že je tak může vyrábět úplně každý.
Očekáváme - li tedy od tohoto prvku běžné (a často též naprosto průměrné) výstupy, budou mít takové hlasy snad i pravdu. Problém však nastává v okamžiku, chceme - li po naší součástce precizní vlastnosti včetně odpovídajících výkonů v nízkoohmovém rozsahu, navíc pro řadu zcela odlišných aplikací, s požadavkem na co možná nejpřesnější měření realizovaná na co nejmenší možné ploše. Tady již s davem splynout nemůžeme.
Jak to jen dělají
Ve společnosti ISABELLENHÜTTE probíhají všechny výrobní fáze na jednom místě - od mletí horniny, tavení, válcování přes nanášení na podkladové materiály a zapouzdření, včetně testování každého finálního prvku a jeho přesné kalibrace. Jedině takto reálně řízená produkce totiž firmě umožní pokaždé zajistit tu nejvyšší možnou kvalitu – a také vždy stejné parametry.
Obr. 4: Maximální pozornosti se v ISA těší naprosto každý výrobní proces | ©industrieblick - Fotolia.com
A to je i důvod, proč součástky od této firmy vyhovují těm nepřísnějším požadavkům na výkonovou zatížitelnost, teplotní koeficienty TC, nízká termoelektrická napětí (optimálně přizpůsobeno mědi), nízkou parazitní indukčnost, nebo dlouhodobou stabilitu.
Zvláště u stability musíme vyzvednout dlouhodobé zkušenosti ISA, která chemickou úpravou povrchu rezistorů dosahuje efektu „zatavení“, kterým se materiál při používání automaticky po dobu cca 1 roku stabilizuje až do konečné fáze, po které již nedochází k dalším materiálovým změnám. Výsledek je enormně důležitý prakticky u všech produktů – nemusíte se bát dodatečného ladění výrobků poté, co se působením změn v materiálu změnily parametry shuntu a tedy i výsledné naměřené hodnoty.
Takové vlastnosti však ovlivňuje nejen samotný odporový materiál, ale rovněž použitá technologie, takže maximální pozornosti se zde těší každý, byť jen jeden jediný, vývojový či výrobní proces.
V případě zájmu o produkty ISA kontaktujte distributora, společnost CODICO GmbH (www.codico.com, ludvik.hamersky@codico.com). Zde také můžete směřovat veškeré své dotazy a to včetně požadavků na vzorky, nabídky či konzultaci (ne)typických řešení.
