做一个电流感应电阻不是那么简单的。通过测量已知电阻的电压来确定电流非常重要(I = V/R,欧姆定律,见图1)。怎么才能变得简单一点?
图1:电流电感和电阻示意图
原则上,通过电阻(“R”)和相应的电压降(“V”,从B到C)来测量电流(I,从A到D)非常简单,但有一些小问题需要承认。当电流很大,电阻值为100mω或更低时,应采用四线高阻抗开尔文感应检测规则。
所以,事情并没有看起来那么简单。第一,电阻值的问题。一方面,较大的电阻值会增加电阻压降。为了提高信噪比和分辨率精度,测量尺度也会变大。但是压降越大,功耗越大,可能会影响整个回路的稳定性,因为电源和负载之间有太多的空空闲电阻,导致电阻发热量增加,所以电阻越低效果越好。在实践中,许多设计人员会将100mV的最大压降作为一个折衷点。无论选择什么电阻值,发热都是不可避免的问题,尤其是在有多个放大器的电路中。虽然它们的电阻值很小,通常只有几毫欧姆,但在电流流动过程中不可避免地会发生不同程度的发热。
这是一个不容忽视的事实。第一个问题是发热会降低电阻的可靠性,频繁切换带来的影响最大。这是一个合理且由来已久的问题。第二个问题也是最直接的问题。加热会改变感应电阻本身的电阻,导致电流值不准确。
我们需要做什么?除非你的电流值在毫安或微安范围内,否则发热的影响非常小,可以接受,但对于其他情况,负责任的设计师必须使用供应商提供的TCR(电阻温度系数)数据。需要注意的是,这可能是一个迭代的过程,考虑到电阻的变化可能会影响电流(取决于驱动部分),进而影响电阻的发热,电阻值等等!
TCR是一个不能忽略的微小参数,其单位为ppm/℃(电阻值因每℃温度变化而变化百万分之几)。1%普通电阻的TCR系数在几千ppm/C的范围内,整体电阻值的变化与电阻的材料、实际功率和物理尺寸有关。幸运的是,供应商提供的特殊精密金属箔电阻的TCR系数非常低。
他们之所以能做到这一点,是因为他们使用了由铜、锰等元素组成的合金材料,从而保证了非常低的TCR系数。比如Baines CRL2010-FW-R050ELF是一种50 mω,1%参数的器件,其TCR系数约为200 ppm/C,但也可以使用TCR系数较低的器件。对于要求测量非常精确的仪器应用,TCR系数最低的电阻也有完整的电阻/温度特性曲线,该曲线呈抛物线状,取决于合金混合物材料,例如,在合金混合物材料中加入铜,虽然它的TCR系数很高(约4000ppm/ C),但这样做是为了提高整体散热效果,降低器件本身的发热量,在高精度分析中必须考虑电阻的TCR系数。
当然,有些应用可能对精度要求不高,粗精度可以满足需求。对于某些应用,可以使用标准电阻。然而,在许多其他情况下,需要合理的一致性和准确性。电阻器的发热和TCR系数很容易使电流值异常。
因此,对于TCR系数较低的器件,应严格确定BOM。如果要使用低成本的TCR系数较高的器件,需要经过设计团队的分析和批准。如果系统中使用了一系列错误的电流值,如电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)(集成大容量电池组)、光伏阵列(PV)、电动发动机等,可能会出现一系列无法解释的异常错误,导致性能和效率不合格,甚至存在潜在的危险。
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