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電流檢測(cè)電阻是隨電流測(cè)量、電流控制的要求開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種特殊電阻。電流的測(cè)量范圍很廣，從幾毫安到幾十安；測(cè)量的精度要求不同，電流檢測(cè)電阻也有不同的規(guī)格以滿足不同的需要。電流檢測(cè)在電路中一共有3個(gè)功能，第一個(gè)是測(cè)試，第二是保護(hù)，第三是控制。電流檢測(cè)電阻主要應(yīng)用與工業(yè)、消費(fèi)類、汽車、通信、醫(yī)療、儀器及軍用/航空和航天。 從原理上又把電流檢測(cè)技術(shù)分成兩種，一種是基于電阻器的直接式電阻檢測(cè)技術(shù)，另一種是基于霍爾原理的間接式電流檢測(cè)技術(shù)。 
對(duì)于直接式的電阻檢測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，我們又分為模擬輸出和數(shù)字輸出兩種。對(duì)于模擬輸出來(lái)說(shuō)我們又有高位檢測(cè)和低位檢測(cè)的區(qū)別，對(duì)于數(shù)字輸出我們又有隔離式和非隔離式的區(qū)別。對(duì)于間接式的電阻檢測(cè)技術(shù)和直接式的電阻檢測(cè)技術(shù)，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于間接式的技術(shù)來(lái)說(shuō)它的優(yōu)點(diǎn)在于沒(méi)有功率的耗散，同時(shí)它本身是隔離的，我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)中不需要做隔離的處理。但是它存在體積大、漂移比較高，需要做補(bǔ)償、噪聲、線性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性以及范圍，另外還有一些磁網(wǎng)和特性上的缺點(diǎn)。對(duì)于直接式電流檢測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，它的優(yōu)缺點(diǎn)基本上是把它反過(guò)來(lái)，它的缺點(diǎn)在于它因?yàn)槭谴陔娐分械模运嬖谥β实暮纳ⅲ瑫r(shí)它的輸出信號(hào)是不隔離的，如果在一些高壓的系統(tǒng)中，我們需要做隔離的處理。另外它的輸出信號(hào)比較小，我們需要通過(guò)運(yùn)輸放大器對(duì)它的信號(hào)進(jìn)行放大的處理。但是它會(huì)有更多的一些優(yōu)點(diǎn)，比如說(shuō)體積很小，它有非常好的線性度，不需要做補(bǔ)償，它有出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和溫度的性能。另外它有非常寬的動(dòng)態(tài)的檢測(cè)范圍，除此之外，它的成本也要低廉得多。 電阻檢測(cè)技術(shù)存在非常多的挑戰(zhàn)，根據(jù)歐姆定律我們?cè)谝粋�(gè)固定電阻上流過(guò)的一個(gè)電流，會(huì)在它兩端產(chǎn)生一個(gè)固定的電壓，但是這是一種理想的狀況。實(shí)際的狀況是什么？我們會(huì)有運(yùn)算放大器的十條電壓，會(huì)有整個(gè)電路的設(shè)計(jì)中的感應(yīng)電壓，以及有中間的因?yàn)榇嬖跓崃慷a(chǎn)生的熱電壓，還有PCB的走線所附加的一些壓降。也就是說(shuō)我們實(shí)際檢測(cè)到的電壓并不完全和電流成正比，因此在基于分流器的分流檢測(cè)中，我們需要盡量降低這一些附加的成分。我們現(xiàn)在看一下作為直接式電流檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)電阻的要求有哪些。在我們常規(guī)的Ω、KΩ的電阻中，我們所關(guān)注的參數(shù)并不需要很多。但是為了降低電流檢測(cè)電阻的功率耗散，我們需要使用阻值非常小的電阻器，我們過(guò)去很多不關(guān)注的參數(shù)在這里我們不得不去關(guān)注。我們會(huì)看到長(zhǎng)期穩(wěn)定性、溫度漂移、熱電動(dòng)勢(shì)和寄生電感等等一些參數(shù)，我們?cè)陔娏鳈z測(cè)中必須要考慮。而且它對(duì)于電流檢測(cè)的誤差的影響是巨大的。
影響這些參數(shù)主要有哪些因素？ 電子元件技術(shù)網(wǎng)認(rèn)為首先是材料，我們沒(méi)有一個(gè)好的電阻合金材料是無(wú)法制造出好的分流器電阻的。另外就是設(shè)計(jì)，第三個(gè)是制造的工藝，我們叫制成。 可以看到材料對(duì)于溫度系數(shù)對(duì)于長(zhǎng)期穩(wěn)定性和熱電動(dòng)勢(shì)影響是最大的，設(shè)計(jì)對(duì)于寄生電感、功率和它的內(nèi)阻以及它的端子結(jié)構(gòu)影響是巨大的。制成主要是對(duì)它的精度以及它的成本影響很大。因此一顆好的電流檢測(cè)的電阻，并不是一個(gè)很簡(jiǎn)單的問(wèn)題。 簡(jiǎn)單介紹一下幾個(gè)重要的參數(shù)對(duì)于檢測(cè)精度的影響。在這個(gè)圖中我們可以看到TCR的曲線，其中藍(lán)色是我們常規(guī)的銅，也就是我們PCB板上走的銅膜，我們會(huì)看到它的溫度漂移是4000個(gè)PPM，也就是溫度每變化1攝氏度它的阻值要產(chǎn)生一百萬(wàn)分之四千這樣的誤差，這個(gè)值是非常大的。因此在我們做設(shè)計(jì)的時(shí)候，電阻的端子以及PCB的走線影響是巨大的。我們不可以去忽視。我們看到的紅色的線我們叫做錫青銅，它的溫漂是700個(gè)PPM每K。在電子展上經(jīng)常看到的綠色的這條線是我們的錳鎳銅，錳鎳銅是純粹的合金材料，好的錳鎳銅它的溫漂只有10個(gè) PPM，是制造分流器電阻的最理想的材料之一。
可能大家會(huì)問(wèn)，你為什么不介紹一下精度值？我們拿一個(gè)例子來(lái)看，我們使用1毫歐的電阻，1%的精度來(lái)檢測(cè)一個(gè)45A的峰值電流，那么它的耗散功率接近2W，我們?nèi)〉玫牟蓸有盘?hào)大概是45個(gè)毫伏。我們不考慮其他的因素，我們知道得出的檢測(cè)誤差是1%，那么我們?cè)賮?lái)看溫漂對(duì)它的影響。假設(shè)這個(gè)電阻工作到100度，因?yàn)槲覀兊膮?shù)給出來(lái)是25度的。工作到100度將意味著我們有75度的溫度變化，如果我們使用20個(gè) PPM的合金來(lái)做這個(gè)電阻，我的誤差是千分之一點(diǎn)五。如果我使用800PPM的合金來(lái)制造的話，我最終的檢測(cè)誤差是6%，可以看到6%遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1%的水平。因此在電流檢測(cè)的設(shè)計(jì)中，TCR是比誤差更重要的參數(shù)。初始誤差我們可以通過(guò)后續(xù)的電路和軟件進(jìn)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償，但是TCR做起來(lái)的難度要大的多。所以我們?cè)谶x擇一個(gè)電阻的話，首先要考慮的是它的溫度系數(shù)。
這個(gè)曲線我們看到的是電阻器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，所謂長(zhǎng)期穩(wěn)定性就是指電阻器在一個(gè)額定的溫度的條件下工作一個(gè)時(shí)長(zhǎng)，比如說(shuō)5000個(gè)小時(shí)，它的阻值的變化率是多少。大家知道我們的測(cè)試儀器是可以定期的回到實(shí)驗(yàn)室做校準(zhǔn)，但是我們安裝在現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)設(shè)備，以及馬路上跑的汽車，我是不能回去經(jīng)常校準(zhǔn)的。所以這要求我們的檢測(cè)電阻要有非常好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。實(shí)際上這個(gè)曲線我們可以看到它的長(zhǎng)期穩(wěn)定性在140度的環(huán)境下去測(cè)試，當(dāng)達(dá)到5000個(gè)小時(shí)的時(shí)候，它的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是負(fù)千分之二點(diǎn)五，這是一個(gè)非常好的指標(biāo)。 最后一個(gè)參數(shù)是熱內(nèi)阻，一個(gè)電阻器總的熱阻相當(dāng)于各個(gè)部分的熱熱內(nèi)阻串聯(lián)的和。我們努力降低每一部分熱阻，會(huì)讓整個(gè)電阻的熱阻降低下來(lái)，熱阻降下來(lái)的好處在于我們可以讓同樣的功率產(chǎn)生的熱量散得更快，可以承載更大的功率，因此功率的折減點(diǎn)就可以變的更高。我們反過(guò)來(lái)看這個(gè)曲線的斜率的倒數(shù)是這個(gè)電阻的熱阻，因此一個(gè)很陡峭功率折減曲線的電阻比一個(gè)很平緩的折減電阻更好，具有更小的熱內(nèi)阻，同樣分裝的情況下可以承載更高的功率。 |
