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标题: 电流检测电阻的技术要求 [打印本页]

作者: mk1234qwe 时间: 2011-11-11 23:32 标题: 电流检测电阻的技术要求

基于电阻器的直接式电阻检测技术
对于直接式电流检测技术来说，它的缺点在于它因为是串在电路中的，所以它存在着功率的耗散，同时它的输出信号是不隔离的，如果在一些高压的系统中，我们需要做隔离的处理。另外它的输出信号比较小，我们需要通过运输放大器对它的信号进行放大的处理。但是它会有更多的一些优点，比如说体积很小，它有非常好的线性度，不需要做补偿，它有出色的长期稳定性和温度的性能。另外它有非常宽的动态的检测范围，除此之外，它的成本也要低廉得多。

电流检测电阻的技术要求
电子元件技术网曾作过结论：在我们常规的Ω、KΩ的电阻中，我们所关注的参数并不需要很多。但是为了降低电流检测电阻的功率耗散，我们需要使用阻值非常小的电阻器，我们过去很多不关注的参数在这里我们不得不去关注。我们会看到长期稳定性、温度漂移、热电动势和寄生电感等等一些参数，我们在电流检测中必须要考虑。而且它对于电流检测的误差的影响是巨大的。

影响这些参数主要有哪些因素？首先是材料，我们没有一个好的电阻合金材料是无法制造出好的分流器电阻的。另外就是设计，第三个是制造的工艺，我们叫制成。可以看到材料对于温度系数对于长期稳定性和热电动势影响是最大的，设计对于寄生电感、功率和它的内阻以及它的端子结构影响是巨大的。制成主要是对它的精度以及它的成本影响很大。因此一颗好的电流检测的电阻，并不是一个很简单的问题。我们简单的介绍一下我爱方案网上的经典论文《几个重要的参数对于检测精度的影响》。

温度系数：单位温度下阻值的相对变化率，单位用ppm表示。
下图是TCR的曲线，蓝色是我们常规的铜，也就是我们PCB板上走的铜膜，我们会看到它的温度漂移是4000个PPM，也就是温度每变化1摄氏度它的阻值要产生一百万分之四千这样的误差，这个值是非常大的。因此在我们做设计的时候，电阻的端子以及PCB的走线影响是巨大的。我们不可以去忽视。我们看到的红色的线我们叫做锡青铜，它的温漂是 700个PPM每K。看到的绿色的这条线是我们的锰镍铜，锰镍铜是纯粹的合金材料，好的锰镍铜它的温漂只有10个PPM，是制造分流器电阻的最理想的材料之一。

图片来自：http://www.52solution.com/

采样电阻的TCR分析实例
使用1毫欧的电阻，1%的精度来检测一个45A的峰值电流，那么它的耗散功率接近2W，我们取得的采样信号大概是45个毫伏。我们不考虑其他的因素，我们知道得出的检测误差是1%，那么我们再来看温漂对它的影响。假设这个电阻工作到100度，因为我们的参数给出来是25度的。工作到100度将意味着我们有75度的温度变化，如果我们使用20个PPM的合金来做这个电阻，我的误差是千分之一点五。如果我使用800PPM的合金来制造的话，我最终的检测误差是6%，可以看到6%远远大于1%的水平。因此在电流检测的设计中，TCR是比误差更重要的参数。初始误差我们可以通过后续的电路和软件进行校准和补偿，但是TCR做起来的难度要大的多。

长期稳定性：在一定温度下，电阻器阻值相对于使用时间的变化量，用百分数表示。
所谓长期稳定性就是指电阻器在一个额定的温度的条件下工作一个时长，比如说5000个小时，它的阻值的变化率是多少。大家知道我们的测试仪器是可以定期的回到实验室做校准，但是我们安装在现场的工业设备，以及马路上跑的汽车，我是不能回去经常校准的。所以这要求我们的检测电阻要有非常好的长期稳定性。实际上这个曲线我们可以看到它的长期稳定性在140度的环境下去测试，当达到5000个小时的时候，它的长期稳定性是负千分之二点五，这是一个非常好的指标。

热电动势：当电路的不同部分处在不同的温度之下，或者当不同材料的导体互相接触时产生热电电压叫热电动势。
电阻器一定是由不同的材料复合在一起做成的，因此它的热电压一定是存在的。我在过去的实践中见到我们很多的客户在使用钪铜片，冲压成一个电阻来做。坦白说钪铜的TCR是非常好的，是非常理想的，但是它的热电压很高，达到了负40个微伏每摄氏度这样一个值。我们打一个比方，如果用一个1毫欧的钪铜片来检测4个安培的电流，我得到的取样电压是4个毫伏。但是当我的温度每变化10摄氏度，我们在电路中温度变化10摄氏度是很容易的事情，他将会产生 400个微伏的热电动势，这样我检测的电压就变成了4.4个毫伏，也就是说因为热电动势而导致了我的检测信号的检测的误差达到了10%，所以这是不可以接受的。因此在高精度的电流检测中，钪铜是不可以被选择的。锰镍铜我们会看到能够达到小于0.2个微伏每摄氏度的水平，我们的热电动势是有一个基准，就是相同的铜对铜的水平。铜对铜是小于0.2的，我们可以看到红色的锰镍铜可以达到接近于铜对铜的水平。

功率折减：电阻器在使用过程中，额定功率随温度的变化曲线称之为折减曲线，开始折减温度称之为折减点，折减点与长期稳定性有关。
不管是金属材料还是半导体，它在温度升高的时候，它实际的额定功率都会降低。只是说从哪一个温度的点来做折减，我们这个看到的曲线是同一颗电阻的，只是我们对于稳定性的要求不同。温度越高稳定性就会变低。在不超过1%的稳定性的情况下，会看到我们的折减点是140度，不超过千分之五的情况下，我们的折减点是105度。我们采样电阻在市场上可以见到很多，所以很多的厂商都会告诉你，你在选择采样电阻的功率预量要预留50%。为什么他让你留50% 呢？是因为它的折减点是到70度，如果你的实际工作温度达到100度的时候，它的实际的功率可能就只到它的50%的功率了。所以你必须要留足够的预量来做。如果你所选择的电阻折减点很高的话，将意味着你可以留更小的功率的预量。因此我们不能单纯的去比较我的产品是5W和你的产品是5W，你要去基于相同的温度折减点的情况下去做比较。我的4瓦可能比你的5瓦实际的承载功率还要大一些。

Kelvin Connection（4-Terminals）
下面以爱电子展网上（http://www.aidzz.com/）的产品为例。这是一个非电器参数，就是我们采用电阻的端子结构。我们的电阻器目前可以见到两种，一种是两条腿的，一种是四条腿的。对于一个采样电阻的等压电路来说，我们可以看到等压电路相当于三个电阻串联起来，中间是我们真正需要的，两端是端子的电阻以及相应焊盘的电阻，甚至会有一部分PCB走线的电阻。这两个电阻是我们不希望出现的，在有些电路电阻的结构中我们会在中间抽两个抽头，这两个头是用来走电流的，这两个是用来检测电压的。我们看一下曲线，会看到四端子的产品会比两端子的具有更好的温度系数。绿色的是四端子的产品，红色的是两端子的产品，我们把这种叫做卡尔文连接，如果设计成本允许的情况下，可以尽量选择四端子的产品，因为它的TCR会更好。但如果成本上有一定的压力，也可以选择两端子的产品“PS:本文整理自2011西部工业开发者论坛http://www.52solution.com/activities/devforum 工业应用开发者论坛专题 http://www.52solution.com/zhuanti/index/id/27”

热内阻：反映阻止热量传递的能力的综合参量，单位是K/W。在一个串联的热量传递过程中，如果通过各个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。
在电阻器中可以通俗地理解为每消耗1W的耗散功率导致的温度变化，因此K/W和摄氏度/W是相同的。
热内阻越小，散热性能越好，电阻的功率密度越大，同样的size承载的功率就越大。

作者: bbbears 时间: 2011-12-2 09:48

Vishay电阻的要求比这个要高不少。

作者: queem32 时间: 2011-12-2 19:32

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