合金電阻在作為取樣電阻時(shí)選型7要素

電流感測(cè)電阻(取樣電阻，電流感應(yīng)電阻)英文一般譯為Sampling resistor，Current sensing resistor。用簡(jiǎn)單的話描述就是一個(gè)阻值較小的電阻，串聯(lián)在電路中用于把電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。 采樣電阻一般使用的都是精密電阻，阻值低，精密度高，一般在阻值精密度在±1%以內(nèi)，更高要求的用途時(shí)會(huì)采用0.01%精度的電阻。

國(guó)內(nèi)工廠生產(chǎn)的大部分都是以錳銅為材質(zhì)的插件電阻，但是廣大的用戶更需要的是貼片的高精密電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)取樣功能，這是為了滿足產(chǎn)品小型化產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化的要求。能夠生產(chǎn)在低溫度系數(shù)，高精密度，超低阻值上做到滿足用戶要求電阻的廠商在國(guó)內(nèi)是很少的，風(fēng)華高科是其中為數(shù)不多之一。

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.本文主要介紹高精度電流檢測(cè)電阻,其主要要求及特點(diǎn)如下.
   表1 風(fēng)華全系列合金電阻器的額定值，可以看出該型取樣電阻的主要性能參數(shù)
1.RS的阻值小于10Ω
為減少在RS上的電壓降及減小在RS上的功率損耗,RS的阻值要求小.一般在大電流測(cè)量時(shí)(幾安到幾十安)要采用毫歐級(jí)的RS.例如,檢測(cè)電流為12A,若RS=0.1Ω(100mΩ),則在RS上的壓降VRS=1.2V,其功耗為14.4W.如果電源電壓為12V,則在負(fù)載上的工作電壓已降到10.8V;并且在檢測(cè)電阻RS上的損耗也太大.若采用5mΩ的RS,則RS上的壓降減小到0.075V,其功耗減少為    0.72W.測(cè)量電流小時(shí)(如幾十毫安到幾百毫安),RS值可取零點(diǎn)幾歐姆到幾歐姆.所以電流檢測(cè)電阻RS的阻值是小于10Ω的.目前已開(kāi)發(fā)出超小阻值的系列,有1mΩ、0.5mΩ、及0.25mΩ系列的電流檢測(cè)電阻.

圖3 內(nèi)部電流檢測(cè)電路產(chǎn)生振蕩
2.四引線結(jié)構(gòu)
當(dāng)電流檢測(cè)電阻值已小到幾毫歐時(shí),其引線的電阻造成的誤差則不能忽略,為此開(kāi)發(fā)出四引線結(jié)構(gòu),如圖4所示.接近電阻根部的兩引線為測(cè)量VRS端,另兩根引線為電流的通路.在電阻根部測(cè)量RS上的電壓(消除了引線電阻的測(cè)量誤差)是精密測(cè)量方法,也稱為凱爾文(Kelvin)測(cè)量法.



圖4 四引線結(jié)構(gòu)
3.RS的允差要求小
為保證電流測(cè)量的精度,RS的允差要求小.一般精密電阻的允差可達(dá)±0.01%,但電流檢測(cè)電阻值很小時(shí)(如RS=2mΩ),其允差達(dá)不到±1%,目前其允差可做到±0.5%.一般允差為±0.5%~±5%.
  
圖5 70℃時(shí)降功耗使用
4.溫度系數(shù)(TCR)要求小
在測(cè)量大電流時(shí),RS的功耗可達(dá)1W以上,自身會(huì)發(fā)熱,若Rs自身溫度系數(shù)大,則電阻值發(fā)生變化而引起測(cè)量誤差.另外,環(huán)境溫度TA也會(huì)影響Rs的阻值變化,所以要求RS的溫度系數(shù)小.目前典型的電流檢測(cè)電阻的TCR為   ±1~±15×10-6/℃(在TA=0~60℃時(shí),RS<1Ω).除要求其TCR小外,還要求有長(zhǎng)期穩(wěn)定性.
5.額定功率大
為滿足大電流的測(cè)量,其額定功率一般為1~3W,某些功率電流檢測(cè)電阻在加散熱片的條件下可達(dá)10W(允許測(cè)更大的電流).



表2 LR的外廓尺寸及焊盤(pán)尺寸-允差

6.允許環(huán)境溫度(TA)寬
電流檢測(cè)電阻的工作溫度范圍寬,一般為-55~+125℃.有一些可達(dá)150℃.但大部分RS在25℃后要降功耗使用,個(gè)別的RS可在70℃后才降功耗使用.例如,某電流檢測(cè)電阻在25℃時(shí)的額定功耗為1W,在100℃的工作溫度時(shí),其允許的功耗已降到50%即0.5W;若在150℃工作溫度條件下,則允許功耗降到20%即0.2W.這一點(diǎn)在實(shí)際使用時(shí)十分重要.


表3 幾種典型的電流檢測(cè)電阻

7.熱電動(dòng)勢(shì)要小
典型值為0.05 μV/℃.
典型的電流檢測(cè)電阻
電流檢測(cè)電阻的生產(chǎn)廠家很多,同一生產(chǎn)廠家也會(huì)生產(chǎn)出幾種或幾十種不同的電流檢測(cè)電阻(如不同的電流測(cè)量范圍、不同的精度、不同的封裝等).這里介紹KAT公司的高精電流檢測(cè)電阻LR系列和CS系列及一些同類產(chǎn)品.