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不要忽視電流感應(yīng)電阻的TCR參數(shù)

發(fā)布時間:2018-09-17 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】作為一個電流感應(yīng)電阻并不是那么簡單,通過測量已知電阻的電壓來確定電流(I = V/R,歐姆定律,見圖1)這一基本的功能是非常重要的,怎樣才能變得更簡單呢?
 
圖1:電流電感電阻原理圖
 
原則上借助電阻(“R”)和相應(yīng)的壓降(“V”,從B到C)來測量電流(I,從A到D)是非常簡單的,但是有一些細(xì)小的問題要承認(rèn),當(dāng)電流很高而且電阻阻值為100 mΩ或者更低時我們要采用四線高阻抗開爾文感應(yīng)檢測法則。
 
因此事情并不像看上去那么簡單,首先是電阻阻值的問題,一方面較大的阻值會增加電阻壓降,為了提高信噪比和分辨率精度,測量標(biāo)尺也要變得更大。然而壓降越大功耗就越大,可能會影響整個回路的穩(wěn)定性,因為在電源和負(fù)載之間存在過多的空閑電阻,導(dǎo)致電阻發(fā)熱量增加,因此阻值越低則效果越好。實際情況中很多設(shè)計人員會將電阻的最大壓降100mV作為折中點,不管選擇的電阻值是多少,發(fā)熱都是必然存在的問題,尤其是存在多個放大器的電路,盡管它們的電阻值很小,通常只有幾毫歐姆,這是不可避免的,電流流動過程中就會產(chǎn)生不同程度的發(fā)熱。
 
這是一個不容忽視的事實,第一個問題是發(fā)熱會降低電阻的可靠性,頻繁的開關(guān)帶來的影響是最壞的。這是合理且長期存在的問題。第二個問題也是最直接的問題,發(fā)熱會改變感應(yīng)電阻本身的阻值,從而造成電流數(shù)值的不準(zhǔn)確。
 
我們需要做些什么?除非你的電流值在毫安或微安范圍內(nèi),這時發(fā)熱帶來的影響是很小的,可以接受,但是對于其他情況一個負(fù)責(zé)的設(shè)計師必須采用供應(yīng)商提供的TCR(電阻溫度系數(shù))數(shù)據(jù)。需要注意的是這可能是一個迭代的過程,考慮到電阻的變化可能會影響電流(取決于驅(qū)動部分),這反過來會影響電阻的發(fā)熱、影響電阻值等等!
 
TCR是一個不容忽視的微小參數(shù),它的單位是ppm/℃(每℃溫度變化所引起的阻值改變了百萬分之幾)。1%的普通電阻的TCR系數(shù)在幾千ppm /°C范圍內(nèi),整體阻值的變化與電阻的材料、實際功率以及物理尺寸有關(guān)系,幸運的是供應(yīng)商提供的專用精密的金屬箔電阻的TCR系數(shù)非常的低。
 
他們能夠?qū)崿F(xiàn)這一點是因為采用了銅、錳和其他元素組成的合金材料,從而保證了很低的TCR系數(shù)。舉個例子,柏恩斯CRL2010-FW-R050ELF是一款50mΩ、1%參數(shù)的器件,其TCR系數(shù)大約是±200ppm/°C,然而TCR系數(shù)較低的器件也是可用的,對于需要非常精確測量的儀器應(yīng)用,TCR系數(shù)最低的電阻也具有完整的電阻/溫度特征曲線,這些曲線呈拋物線形狀,取決于合金混合物材料,對應(yīng)一個非常復(fù)雜的計算公式。舉個例子,將銅添加到合金混合物材料中,盡管它具有很高的TCR系數(shù)(大約4000ppm/°C),然而這樣做是為了改善整體的散熱效果,減少器件自身的發(fā)熱量,在進行高精度分析時必須考慮電阻的TCR系數(shù)。
 
當(dāng)然一些應(yīng)用可能不需要很高的精度,采用粗略的精度也是可以滿足需求的,對于些應(yīng)用采用標(biāo)準(zhǔn)的電阻就可以了,但是其他很多情況確實需要合理的一致性和精確性,電阻的發(fā)熱和TCR系數(shù)會很容易讓當(dāng)前的電流值變得極其的不正常。
 
因此較低TCR系數(shù)的器件應(yīng)該嚴(yán)格確定物料清單(BOM),如果想采用低成本TCR系數(shù)較高的器件應(yīng)該要經(jīng)過設(shè)計團隊的分析和許可后才可以。如果在系統(tǒng)中使用了一系列錯誤的電流值——比如電動汽車(EV)、混合電動汽車(HEV)(集成了大容量的電池組)、光伏陣列(PV)和電動發(fā)動機——可能會產(chǎn)生一系列無法解釋的異常錯誤,造成的后果是性能和效率都不合格,甚至有潛在的危險發(fā)生。
 
作者:Bill Schweber
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