Wie Sie Datenblätter zur Auswahl von Widerständen richtig nutzen

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Standardmäßig wird also die Betrachtung P_{70 °C} herangezogen. Bei der Isabellenhütte finden sich im Datenblatt darüber hinaus jedoch auch abweichende Temperaturangaben, warum?

Wir nennen auch diejenige Temperatur, bei der das Bauteil seine spezifische Leistung noch erbringen kann. Beim VMS zum Beispiel sind das 3 W bei P_{95 °C}. Diese Betrachtungen sind vor allem für Anwendungen im Automotive-Sektor relevant, wo höhere Temperaturen im Spiel sind.

Im obigen Fall lässt sich jedoch auch eine kleinere Bauform einsetzen. Hierzu ist wiederum die Angabe der Verlustleistung P_{70 °C} heranzuziehen; beim VMP (2010) ist diese mit 3 W angegeben. Die Bauform 2010 eignet sich also problemlos, auch wenn man bei einer errechneten Verlustleistung von 2,89 W den VMP mit seinen 2 W nicht sofort im Blick hat. Kunden müssen die maximale Einsatztemperatur der Applikation kennen. Mittels der Power-Derating-Kurve im Datenblatt können sie die maximale Temperatur des Bauteils bei der Leistung bestimmen.

Grundsätzlich ist bei höheren Strömen eine Reduzierung des Widerstandswerts zu empfehlen. Dies ermöglicht unter Umständen den Einsatz einer kleineren und günstigeren Bauform, und durch die geringere Verlustleistung würde weniger Wärme in das System gebracht werden.

Gibt es weitere Aspekte, die zu beachten sind?

Wir müssen noch den Temperaturkoeffizienten betrachten und zwar im eingelöteten Zustand. Der Temperaturkoeffizient ist durch das eingesetzte Widerstandsmaterial bestimmt. Widerstände lassen sich zwar mit sehr hoher Reproduzierbarkeit herstellen. Da aber auch die Messung über das Layout „Zweileiterwiderstand“ einen gewissen Einfluss hat, verfälscht dies den Temperaturkoeffizienten. Die übliche Praxis in Datenblättern, den TK des verwendeten Widerstandsmaterials anzugeben, ist wenig aussagekräftig. Wir beziehen uns in unseren Datenblättern stets auf den TK im eingelöteten Zustand. Bei unserem Beispiel-Bauteil VMS können wir dabei einen sehr guten TK von <20 ppm/K für die Messung zugrunde legen, wenn sich der Kunde an den Layoutvorschlag hält. Der Wettbewerb gibt hier im Vergleich nur deutlich höhere Werte an.

Bildergalerie

Wie sollte denn das Layout aussehen, um diesen guten Temperaturkoeffizienten zu erreichen?

Bild 1 zeigt ein sinnvolles Layout, um den TK-Wert noch zu optimieren. Für die Berechnungen anhand des Datenblatts ist es entscheidend, dass der Kunde das vorgegebene Layout verwendet. Nur so lässt sich die maximale Toleranz innerhalb der Messschaltung prüfen. Das Temperaturverhalten des Bauteils hat wieder Einfluss auf diese maximale Toleranz. Nur wenn der Anwender die Vorgaben einhält, kann der sehr gute TK von <20 ppm/K auch erreicht werden.

Darüber hinaus spielt das Layout auch eine große Rolle bei der Induktivität des Bauteils, die ebenfalls im Datenblatt steht. Um diese möglichst gering zu halten, sollten Entwickler das gezeigte Layout befolgen, also die beiden Leiterbahnen auf der Platine möglichst nahe zusammenführen, um keine Schleife zu bilden. Dies ist ein optimiertes Layout für eine möglichst geringe Induktivität und einen kleineren Temperaturkoeffizienten.

Beim Blick auf das Datenblatt fällt noch die Langzeitstabilität ins Auge. Was hat es damit auf sich?

Die Langzeitstabilität ist in Abhängigkeit der Einsatztemperatur angegeben. Hierbei gilt: Je niedriger die Temperatur, desto geringer ist die Drift des Widerstandswerts. Die Angaben im Datenblatt zeigen die Kontaktstellentemperatur; im Inneren des Bauteils ist die durch die Verlustleistung entstehende Temperatur deutlich höher.

Bild 2 zeigt die Widerstandsänderung eines realen SMD-Widerstands in Prozent, wenn man das Bauteil über 5000 Stunden bei 140 °C betreibt. Die geringe Drift von etwa –0,2% wird durch Ausheilen von letzten Gitterfehlern im Widerstandsmaterial verursacht und zeigt, dass sich die Bauteile weiter stabilisieren, also immer besser werden.

Da die Drifts sehr stark von der Höhe der Temperatur abhängen, ist dieser Effekt bei 100 °C fast nicht mehr vorhanden. Jedoch ist im anfangs genannten Beispiel im Hinblick auf die Langzeitstabilität im Zusammenhang mit der Gesamttoleranz abzuwägen, welchen Widerstand man wählt: Beim VMS, der sich bei gleicher Leistung weniger erwärmt, ist die Langzeitstabilität besser als beim VMP, der wärmer wird.

Das klingt so, als ob stets ein Kompromiss zwischen allen Parametern gefunden werden muss.

Genau das ist unsere tägliche Aufgabe in der technischen Beratung: Wir müssen gemeinsam mit dem Kunden einen Kompromiss finden, bei dem die Baugröße im Verhältnis zum passenden Widerstand, der Erwärmung, der maximalen Toleranz und dem daraus resultierenden Preis steht. Da alle Parameter miteinander zusammenhängen, muss der Kunde entscheiden, welche Bedingungen ihm am wichtigsten sind. So ergibt sich schließlich das geeignete Bauteil.

Herzlichen Dank für das Gespräch.

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