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基于電阻器的直接式電阻檢測技術對于直接式電流檢測技術來說，它的缺點在于它因為是串在電路中的，所以它存在著功率的耗散，同時它的輸出信號是不隔離的，如果在一些高壓的系統中，我們需要做隔離的處理。另外它的輸出信號比較小，我們需要通過運輸放大器對它的信號進行放大的處理。但是它會有更多的一些優點，比如說體積很小，它有非常好的線性度，不需要做補償，它有出色的長期穩定性和溫度的性能。另外它有非常寬的動態的檢測范圍，除此之外，它的成本也要低廉得多。 電流檢測電阻的技術要求 電子元件技術網曾作過結論：在我們常規的Ω、KΩ的電阻中，我們所關注的參數并不需要很多。但是為了降低電流檢測電阻的功率耗散，我們需要使用阻值非常小的電阻器，我們過去很多不關注的參數在這里我們不得不去關注。我們會看到長期穩定性、溫度漂移、熱電動勢和寄生電感等等一些參數，我們在電流檢測中必須要考慮。而且它對于電流檢測的誤差的影響是巨大的。 影響這些參數主要有哪些因素？首先是材料，我們沒有一個好的電阻合金材料是無法制造出好的分流器電阻的。另外就是設計，第三個是制造的工藝，我們叫制成。可以看到材料對于溫度系數對于長期穩定性和熱電動勢影響是最大的，設計對于寄生電感、功率和它的內阻以及它的端子結構影響是巨大的。制成主要是對它的精度以及它的成本影響很大。因此一顆好的電流檢測的電阻，并不是一個很簡單的問題。我們簡單的介紹一下我愛方案網上的經典論文《幾個重要的參數對于檢測精度的影響》。 溫度系數：單位溫度下阻值的相對變化率，單位用ppm表示。 下圖是TCR的曲線，藍色是我們常規的銅，也就是我們PCB板上走的銅膜，我們會看到它的溫度漂移是4000個PPM，也就是溫度每變化1攝氏度它的阻值要產生一百萬分之四千這樣的誤差，這個值是非常大的。因此在我們做設計的時候，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PPM每K。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PPM，是制造分流器電阻的最理想的材料之一。 采樣電阻的TCR分析實例 使用1毫歐的電阻，1%的精度來檢測一個45A的峰值電流，那么它的耗散功率接近2W，我們取得的采樣信號大概是45個毫伏。我們不考慮其他的因素，我們知道得出的檢測誤差是1%，那么我們再來看溫漂對它的影響。假設這個電阻工作到100度，因為我們的參數給出來是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PPM的合金來做這個電阻，我的誤差是千分之一點五。如果我使用800PPM的合金來制造的話，我最終的檢測誤差是6%，可以看到6%遠遠大于1%的水平。因此在電流檢測的設計中，TCR是比誤差更重要的參數。初始誤差我們可以通過后續的電路和軟件進行校準和補償，但是TCR做起來的難度要大的多。 長期穩定性：在一定溫度下，電阻器阻值相對于使用時間的變化量，用百分數表示。 所謂長期穩定性就是指電阻器在一個額定的溫度的條件下工作一個時長，比如說5000個小時，它的阻值的變化率是多少。大家知道我們的測試儀器是可以定期的回到實驗室做校準，但是我們安裝在現場的工業設備，以及馬路上跑的汽車，我是不能回去經常校準的。所以這要求我們的檢測電阻要有非常好的長期穩定性。實際上這個曲線我們可以看到它的長期穩定性在140度的環境下去測試，當達到5000個小時的時候，它的長期穩定性是負千分之二點五，這是一個非常好的指標。 熱電動勢：當電路的不同部分處在不同的溫度之下，或者當不同材料的導體互相接觸時產生熱電電壓叫熱電動勢。 電阻器一定是由不同的材料復合在一起做成的，因此它的熱電壓一定是存在的。我在過去的實踐中見到我們很多的客戶在使用鈧銅片，沖壓成一個電阻來做。坦白說鈧銅的TCR是非常好的，是非常理想的，但是它的熱電壓很高，達到了負40個微伏每攝氏度這樣一個值。我們打一個比方，如果用一個1毫歐的鈧銅片來檢測4個安培的電流，我得到的取樣電壓是4個毫伏。但是當我的溫度每變化10攝氏度，我們在電路中溫度變化10攝氏度是很容易的事情，他將會產生400個微伏的熱電動勢，這樣我檢測的電壓就變成了4.4個毫伏，也就是說因為熱電動勢而導致了我的檢測信號的檢測的誤差達到了10%，所以這是不可以接受的。因此在高精度的電流檢測中，鈧銅是不可以被選擇的。錳鎳銅我們會看到能夠達到小于0.2個微伏每攝氏度的水平，我們的熱電動勢是有一個基準，就是相同的銅對銅的水平。銅對銅是小于0.2的，我們可以看到紅色的錳鎳銅可以達到接近于銅對銅的水平。 功率折減：電阻器在使用過程中，額定功率隨溫度的變化曲線稱之為折減曲線，開始折減溫度稱之為折減點，折減點與長期穩定性有關。 不管是金屬材料還是半導體，它在溫度升高的時候，它實際的額定功率都會降低。只是說從哪一個溫度的點來做折減，我們這個看到的曲線是同一顆電阻的，只是我們對于穩定性的要求不同。溫度越高穩定性就會變低。在不超過1%的穩定性的情況下，會看到我們的折減點是140度，不超過千分之五的情況下，我們的折減點是105度。我們采樣電阻在市場上可以見到很多，所以很多的廠商都會告訴你，你在選擇采樣電阻的功率預量要預留50%。為什么他讓你留50%呢？是因為它的折減點是到70度，如果你的實際工作溫度達到100度的時候，它的實際的功率可能就只到它的50%的功率了。所以你必須要留足夠的預量來做。如果你所選擇的電阻折減點很高的話，將意味著你可以留更小的功率的預量。因此我們不能單純的去比較我的產品是5W和你的產品是5W，你要去基于相同的溫度折減點的情況下去做比較。我的4瓦可能比你的5瓦實際的承載功率還要大一些。 Kelvin Connection（4-Terminals） 這是一個非電器參數，就是我們采用電阻的端子結構。我們的電阻器目前可以見到兩種，一種是兩條腿的，一種是四條腿的。對于一個采樣電阻的等壓電路來說，我們可以看到等壓電路相當于三個電阻串聯起來，中間是我們真正需要的，兩端是端子的電阻以及相應焊盤的電阻，甚至會有一部分PCB走線的電阻。這兩個電阻是我們不希望出現的，在有些電路電阻的結構中我們會在中間抽兩個抽頭，這兩個頭是用來走電流的，這兩個是用來檢測電壓的。我們看一下曲線，會看到四端子的產品會比兩端子的具有更好的溫度系數。綠色的是四端子的產品，紅色的是兩端子的產品，我們把這種叫做卡爾文連接，如果設計成本允許的情況下，可以盡量選擇四端子的產品，因為它的TCR會更好。但如果成本上有一定的壓力，也可以選擇兩端子的產品“PS:本文整理自2011西部工業開發者論壇. 熱內阻：反映阻止熱量傳遞的能力的綜合參量，單位是K/W。在一個串聯的熱量傳遞過程中，如果通過各個環節的熱流量都相同，則各串聯環節的總熱阻等于各串聯環節熱阻的和。 在電阻器中可以通俗地理解為每消耗1W的耗散功率導致的溫度變化，因此K/W和攝氏度/W是相同的。 熱內阻越小，散熱性能越好，電阻的功率密度越大，同樣的size承載的功率就越大。 |
