電流檢測電阻原理圖與電流檢測電阻TCR解讀

作為電流檢測電阻并不容易。人們對通過簡單測量已知電阻兩端的電壓（即 I = V/R）然后應(yīng)用歐姆定律（圖 1）來確定電流的基本功能寄予厚望。什么可以更簡單？

圖 1：電流檢測電阻原理圖

使用電阻器 (“R”) 和相關(guān)電壓降 (“B 到 C 的 V”) 測量電流 (“A 到 D 的 I”) 原則上很簡單，但有一些必須承認(rèn)的微妙之處。四線、高阻抗開爾文傳感通常在電流較高且電阻在 100mΩ 或更低范圍內(nèi)時使用。

因此，它并不像看起來那么簡單。首先，存在決定電阻值的問題。一方面，較大的值會增加電阻兩端的電壓降，因此讀數(shù)范圍會變大，從而提高信噪比 (SNR) 和分辨率精度。但是，較大的值會浪費功率，可能會影響環(huán)路穩(wěn)定性，因為它會在源和負(fù)載之間放置更多的空閑電阻，并導(dǎo)致電阻器自熱增加。因此，較低的值會更好。實際上，許多設(shè)計人員將電阻器的最大壓降 100mV 作為折衷點。無論選擇何種電阻值，自熱都是一個隱蔽的潛在問題，尤其是當(dāng)它承載數(shù)安培及以上時。盡管它們的標(biāo)稱值很低，通常只有幾毫歐，

這是不容忽視的現(xiàn)實。第一個問題是自熱會降低電阻器的可靠性——開/關(guān)熱循環(huán)是最糟糕的。這是一個合理但長期的擔(dān)憂。其次，最直接的問題是，這種自熱會改變檢測電阻器本身的標(biāo)稱值，從而破壞感知電流值讀數(shù)。

該怎么辦？除非您處于毫安或微安電流范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)任何自熱都可以接受，否則負(fù)責(zé)任的設(shè)計人員必須使用供應(yīng)商提供的電阻溫度系數(shù) (TCR) 數(shù)據(jù)來執(zhí)行電阻變化分析。請注意，這可能是一個迭代過程，考慮到電阻變化可能會影響電流（取決于將電流驅(qū)動到負(fù)載的是什么），這可能（反過來）影響自熱，這可能會影響電阻，這可能......（它可以繼續(xù)下去?。?/p>

TCR 不是一個可以忽略的小數(shù)字。它通常以每攝氏度百萬分之一 (ppm/°C) 的形式指定。一個普通的 1% 電阻器的 TCR 大約為每攝氏度百萬分之幾千。總電阻變化取決于電阻元件中使用的材料以及組件的額定功率和實際物理尺寸。幸運的是，供應(yīng)商提供了 TCR 非常低的專用精密金屬箔電阻器。

他們通過使用由銅、錳和其他元素組成的各種合金來管理 TCR 來實現(xiàn)這一目標(biāo)。例如， Bourns?型號CRL2010 -FW-R050ELF是一個 50mΩ、百分之一的器件，TCR 為 ±200ppm/°C；但是，可以使用具有較低 TCR 的設(shè)備。對于儀器儀表應(yīng)用中的終極精密測量，最低 TCR 電阻器還具有其電阻與溫度的完全表征曲線，該曲線具有拋物線形狀并取決于合金混合物。這是一個棘手的合金配方。例如，有點違反直覺的是，盡管銅的 TCR 高達(dá) 4,000ppm/°C，但它仍被添加到混合物中；然而，這樣做是為了改善整體散熱并減少元件的自熱。電阻引線的 TCR 也必須納入高精度分析。

當(dāng)然，有些應(yīng)用程序不需要高精度，但粗略的量規(guī)就可以了。對于這些情況，標(biāo)準(zhǔn)電阻器可能會起作用。但很多情況確實需要合理的一致性和準(zhǔn)確性，而電阻自熱加上TCR很容易使推定的電流值出奇地不正確。

因此，應(yīng)在物料清單 (BOM) 中指定低 TCR 器件，但只有在設(shè)計團隊完成分析和批準(zhǔn)后，才應(yīng)接受成本更低、更高 TCR 的器件。在系統(tǒng)（例如帶有大電池組的電動汽車 (EV) 或混合動力電動汽車 (HEV)、光伏 (PV) 陣列或電機驅(qū)動器）中使用錯誤電流值的后果可能包括無法解釋的行為（起初）不合格的性能和效率簡直是危險的。

Bill Schweber是Mouser Electronics的特約撰稿人和電子工程師，他撰寫了三本有關(guān)電子通信系統(tǒng)的教科書，以及數(shù)百篇技術(shù)文章、觀點專欄和產(chǎn)品功能。在過去的角色中，他曾擔(dān)任EE Times多個特定主題網(wǎng)站的技術(shù)網(wǎng)站經(jīng)理，以及EDN的執(zhí)行編輯和模擬編輯。

在 Analog Devices, Inc.（一家領(lǐng)先的模擬和混合信號 IC 供應(yīng)商），Bill 負(fù)責(zé)營銷傳播（公共關(guān)系）；因此，他一直在技術(shù)公關(guān)職能的兩邊，向媒體展示公司產(chǎn)品、故事和消息，同時也是這些內(nèi)容的接受者。

在 Analog 擔(dān)任 MarCom 職位之前，Bill 是他們備受推崇的技術(shù)期刊的副主編，還曾在他們的產(chǎn)品營銷和應(yīng)用工程團隊工作。在擔(dān)任這些職務(wù)之前，Bill 在 Instron Corp. 從事材料試驗機控制的模擬和電源電路設(shè)計和系統(tǒng)集成實踐。

他擁有 MSEE（馬薩諸塞大學(xué)）和 BSEE（哥倫比亞大學(xué)），是一名注冊專業(yè)工程師，并持有高級業(yè)余無線電執(zhí)照。Bill 還計劃、編寫和介紹了各種工程主題的在線課程，包括 MOSFET 基礎(chǔ)知識、ADC 選擇和驅(qū)動 LED。