做一個電流感應(yīng)電阻不是那么簡單的。通過測量已知電阻的電壓來確定電流非常重要(I = V/R,歐姆定律,見圖1)。怎么才能變得簡單一點?
圖1:電流電感和電阻示意圖
原則上,通過電阻(“R”)和相應(yīng)的電壓降(“V”,從B到C)來測量電流(I,從A到D)非常簡單,但有一些小問題需要承認(rèn)。當(dāng)電流很大,電阻值為100mω或更低時,應(yīng)采用四線高阻抗開爾文感應(yīng)檢測規(guī)則。
所以,事情并沒有看起來那么簡單。第一,電阻值的問題。一方面,較大的電阻值會增加電阻壓降。為了提高信噪比和分辨率精度,測量尺度也會變大。但是壓降越大,功耗越大,可能會影響整個回路的穩(wěn)定性,因為電源和負載之間有太多的空空閑電阻,導(dǎo)致電阻發(fā)熱量增加,所以電阻越低效果越好。在實踐中,許多設(shè)計人員會將100mV的最大壓降作為一個折衷點。無論選擇什么電阻值,發(fā)熱都是不可避免的問題,尤其是在有多個放大器的電路中。雖然它們的電阻值很小,通常只有幾毫歐姆,但在電流流動過程中不可避免地會發(fā)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,頻繁切換帶來的影響最大。這是一個合理且由來已久的問題。第二個問題也是最直接的問題。加熱會改變感應(yīng)電阻本身的電阻,導(dǎo)致電流值不準(zhǔn)確。
我們需要做什么?除非你的電流值在毫安或微安范圍內(nèi),否則發(fā)熱的影響非常小,可以接受,但對于其他情況,負責(zé)任的設(shè)計師必須使用供應(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),進而影響電阻的發(fā)熱,電阻值等等!
TCR是一個不能忽略的微小參數(shù),其單位為ppm/℃(電阻值因每℃溫度變化而變化百萬分之幾)。1%普通電阻的TCR系數(shù)在幾千ppm/C的范圍內(nèi),整體電阻值的變化與電阻的材料、實際功率和物理尺寸有關(guān)。幸運的是,供應(yīng)商提供的特殊精密金屬箔電阻的TCR系數(shù)非常低。
他們之所以能做到這一點,是因為他們使用了由銅、錳等元素組成的合金材料,從而保證了非常低的TCR系數(shù)。比如Baines CRL2010-FW-R050ELF是一種50 mω,1%參數(shù)的器件,其TCR系數(shù)約為200 ppm/C,但也可以使用TCR系數(shù)較低的器件。對于要求測量非常精確的儀器應(yīng)用,TCR系數(shù)最低的電阻也有完整的電阻/溫度特性曲線,該曲線呈拋物線狀,取決于合金混合物材料,例如,在合金混合物材料中加入銅,雖然它的TCR系數(shù)很高(約4000ppm/ C),但這樣做是為了提高整體散熱效果,降低器件本身的發(fā)熱量,在高精度分析中必須考慮電阻的TCR系數(shù)。
當(dāng)然,有些應(yīng)用可能對精度要求不高,粗精度可以滿足需求。對于某些應(yīng)用,可以使用標(biāo)準(zhǔn)電阻。然而,在許多其他情況下,需要合理的一致性和準(zhǔn)確性。電阻器的發(fā)熱和TCR系數(shù)很容易使電流值異常。
因此,對于TCR系數(shù)較低的器件,應(yīng)嚴(yán)格確定BOM。如果要使用低成本的TCR系數(shù)較高的器件,需要經(jīng)過設(shè)計團隊的分析和批準(zhǔn)。如果系統(tǒng)中使用了一系列錯誤的電流值,如電動汽車(EV)、混合動力汽車(HEV)(集成大容量電池組)、光伏陣列(PV)、電動發(fā)動機等,可能會出現(xiàn)一系列無法解釋的異常錯誤,導(dǎo)致性能和效率不合格,甚至存在潛在的危險。
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