電流檢測(cè)電阻原理圖與電流檢測(cè)電阻TCR解讀

作為電流檢測(cè)電阻并不容易。人們對(duì)通過簡(jiǎn)單測(cè)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(jiǎn)單？

圖 1：電流檢測(cè)電阻原理圖

使用電阻器 (“R”) 和相關(guān)電壓降 (“B 到 C 的 V”) 測(cè)量電流 (“A 到 D 的 I”) 原則上很簡(jiǎn)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(shí)使用。

因此，它并不像看起來那么簡(jiǎn)單。首先，存在決定電阻值的問題。一方面，較大的值會(huì)增加電阻兩端的電壓降，因此讀數(shù)范圍會(huì)變大，從而提高信噪比 (SNR) 和分辨率精度。但是，較大的值會(huì)浪費(fèi)功率，可能會(huì)影響環(huán)路穩(wěn)定性，因?yàn)樗鼤?huì)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(huì)更好。實(shí)際上，許多設(shè)計(jì)人員將電阻器的最大壓降 100mV 作為折衷點(diǎn)。無論選擇何種電阻值，自熱都是一個(gè)隱蔽的潛在問題，尤其是當(dāng)它承載數(shù)安培及以上時(shí)。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(shí)。第一個(gè)問題是自熱會(huì)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(gè)合理但長(zhǎng)期的擔(dān)憂。其次，最直接的問題是，這種自熱會(huì)改變檢測(cè)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(jì)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(qǐng)注意，這可能是一個(gè)迭代過程，考慮到電阻變化可能會(huì)影響電流（取決于將電流驅(qū)動(dòng)到負(fù)載的是什么），這可能（反過來）影響自熱，這可能會(huì)影響電阻，這可能......（它可以繼續(xù)下去?。?。

TCR 不是一個(gè)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(gè)普通的 1% 電阻器的 TCR 大約為每攝氏度百萬分之幾千?？傠娮枳兓Q于電阻元件中使用的材料以及組件的額定功率和實(shí)際物理尺寸。幸運(yùn)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。例如， Bourns?型號(hào)CRL2010 -FW-R050ELF是一個(gè) 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(duì)于儀器儀表應(yīng)用中的終極精密測(cè)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(gè)棘手的合金配方。例如，有點(diǎn)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(duì)于這些情況，標(biāo)準(zhǔn)電阻器可能會(huì)起作用。但很多情況確實(shí)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(jì)團(tuán)隊(duì)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(dòng)汽車 (EV) 或混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV)、光伏 (PV) 陣列或電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）中使用錯(cuò)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(jiǎn)直是危險(xiǎn)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(diǎn)專欄和產(chǎn)品功能。在過去的角色中，他曾擔(dān)任EE Times多個(gè)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(hào) 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(shí)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(tuán)隊(duì)工作。在擔(dān)任這些職務(wù)之前，Bill 在 Instron Corp. 從事材料試驗(yàn)機(jī)控制的模擬和電源電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成實(shí)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(cè)專業(yè)工程師，并持有高級(jí)業(yè)余無線電執(zhí)照。Bill 還計(jì)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(shí)、ADC 選擇和驅(qū)動(dòng) LED。