檢流電阻的選型和使用

★★★ Resistor-15---檢流電阻的選型 ★★★

引言：電流是用于評估、診斷電子系統(tǒng)工作狀態(tài)最常見的參數(shù)之一，在檢流電路中，檢流電阻通常會被作為“傳感器”來檢測電流的狀態(tài)。檢測便攜產(chǎn)品中鋰電池充放電的狀態(tài)、或是在工業(yè)中做逆變器控制，亦或是在電動車內(nèi)做電池管理。

但是并不是隨便一顆電阻就能充當(dāng)檢流電阻，根據(jù)各類精準(zhǔn)測定的要求，設(shè)計人員往往需要一款極為穩(wěn)定和精確的感應(yīng)電阻器。檢流電阻的任何特性（電阻值、容差、功率容量、溫度系數(shù)和熱電勢）變化，都會影響到檢測精度。一旦忽視了這些細微差別，往往會遇上許多問題。因此在很多應(yīng)用中，挑選一款檢流電阻顯得至關(guān)重要。

€1.選型要求之一：低阻值

極低的阻值這點是檢流電阻最基礎(chǔ)的要求，根據(jù)P=I2R，過高的阻值會額外消耗系統(tǒng)電量。為了將功率損耗降至最低，也使可充電電池的效率最大化，采樣電阻的阻值必須盡可能低（但是阻值越低，根據(jù)檢流原理，越低的電阻值對檢測壓降Vdrop的精度和靈敏度要求也越高，甚至低電流檢測不到）。我們在日常所需的阻值仍必須低于100mΩ，從而將鋰電的功率損耗和所需的充電時間也減少至更低。高阻值提高充電時間，并會導(dǎo)致較大的功率損耗。比如充電鏈路中10mΩ和50mΩ的檢流電阻，兩者充滿的時間差可以達到30分鐘。電路內(nèi)的電流量在不斷增加，因而要求能對應(yīng)更高功率的電阻器。在發(fā)熱上，例如4A的電流流過時電阻值引起的發(fā)熱的差異，通過將10mΩ的電阻器減低至2.5mΩ，就可以使得發(fā)熱減少33℃。

€2.選型要求之二：檢測精度

為了將鋰電池的電量精度維持在+1%、將總可用功率容量誤差維持在0%，采樣電阻的公差必須保持在±1%或更加嚴(yán)格的等級。充分滿足對于諸如鋰離子電池充放電應(yīng)用中對電量誤差的嚴(yán)格需求。

€3.選型要求之三：低TCR

電阻溫度系數(shù) (TCR)，也稱RTC，是一種性能特征，在很大程度上受電阻結(jié)構(gòu)影響，阻值極低，并且不同的測試方法會產(chǎn)生不一樣的結(jié)果。TCR性能指以25°C為基準(zhǔn)溫度，當(dāng)溫度變化時，電阻阻值變化，器件達到平衡后，阻值差即TCR。電阻隨溫度升高而增加為正TCR （注意，自熱也會因TCR產(chǎn)生電阻變化。）

低溫度系數(shù)(TCR)是將測量誤差降至最低的必要條件。這個數(shù)值受到兩種熱源的影響：一是環(huán)境溫度， 二是由于電流消耗電力導(dǎo)致的自發(fā)熱。隨著電池容量的增加，充電電流也會增大以達到相同或更短的充電時間。隨著充電電流提高，低TCR成為必要條件。一般而言，由于自發(fā)熱產(chǎn)生的R最大值必須低于100ppm，環(huán)境溫度介于0°C至+40°C。因此需要低TCR電阻支持電流感應(yīng)，在整體溫度和功率范圍內(nèi)均可支持穩(wěn)定和精確的電流測量。隨著大電流的趨勢，電流檢測電阻器所檢測的電流即流向電流檢測電阻器的電流也在增加。

當(dāng)然，如果流向電阻器的電流增大，損耗(I2R)引起的發(fā)熱也會隨之增加。電阻器的發(fā)熱，將會導(dǎo)致其自身的電阻值發(fā)生變動，同時還會影響到可靠性。此外還會導(dǎo)致周圍溫度的上升，可能會成為整臺設(shè)備的問題。測量高精度的電流，如果電阻器的溫度系數(shù)小，即使電阻器的溫度發(fā)生變動，電阻值的變動也很少并仍維持著高精度。因此可減少便攜式設(shè)備的電池剩余量數(shù)據(jù)的誤差，通過細致入微的控制和管理，可延長利用電池時的設(shè)備運轉(zhuǎn)時間。

小結(jié)：為了抑制發(fā)熱和損耗，在推進“低電阻化”的同時，還設(shè)法“提高溫度系數(shù)(TCR)”，以便即使溫度發(fā)生了變化也能夠?qū)㈦娮柚档淖儎泳S持在最小限度內(nèi)。

€4.檢流電阻使用要素

電流是檢測根據(jù)歐姆定律來測量因流向電阻器的電流而產(chǎn)生的電壓，從電流＝電壓÷電阻值進行計算。因此根據(jù)電流檢測電阻器的值來決定檢測電壓的大小，也就是電流－電壓的轉(zhuǎn)換，被轉(zhuǎn)換的電壓必須是在該電路中便于控制的電壓值。這里歸納了關(guān)于典型的電流檢測電阻器使用方法的幾個要點。

電阻值的選定

為了減少損耗(I2R)，電流檢測電阻器的電阻值越小越好，而為了使其不易受噪聲等的影響，相反地必須提高電阻值來增大檢測電壓。電流檢測電阻器的電阻值是從這些相反的要項中找出妥協(xié)點而決定的。

額定功率的選定

在電流檢測電阻器的額定功率的選定中，除了要考慮穩(wěn)定時的最大電流外，還需要考慮沖擊電流等因素來進行選擇。如果超過額定值，則電阻器會因發(fā)熱而損壞。

溫度系數(shù)(TCR)的選定

電流檢測電阻器因損耗(I2R)引起的發(fā)熱和周圍溫度的變化，電阻值會發(fā)生變動，從而產(chǎn)生電流檢測誤差。因此，必須選擇必要精度下滿足測量值溫度系數(shù)(TCR)的電阻器。

電壓檢測用配線

為了在安裝電路板上使得電流檢測電阻器兩端的電壓檢測用配線不含串聯(lián)電阻器而插入的線路配線，請從緊靠電阻器兩端附近拉出配線。配線的銅箔電阻大約是5mΩ/1cm(厚 35μm，寬1mm)，通常電流檢測電阻器的電阻值為數(shù)十毫Ω至數(shù)百毫Ω，如果追加銅箔電阻就會帶來較大的誤差，另外以開爾文方式連接起來使用也很有效。