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(shí)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(huì)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(huì)影響整個(gè)回路的穩(wěn)定性，因?yàn)樵陔娫春拓?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(shí)際情況中很多設(shè)計(jì)人員會(huì)將電阻的最大壓降100mV作為折中點(diǎn)，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(gè)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(dòng)過程中就會(huì)產(chǎn)生不同程度的發(fā)熱。

 

這是一個(gè)不容忽視的事實(shí)，第一個(gè)問題是發(fā)熱會(huì)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(gè)問題也是最直接的問題，發(fā)熱會(huì)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(shí)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(gè)負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)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(gè)迭代的過程，考慮到電阻的變化可能會(huì)影響電流（取決于驅(qū)動(dòng)部分），這反過來會(huì)影響電阻的發(fā)熱、影響電阻值等等！

 

TCR是一個(gè)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(shí)際功率以及物理尺寸有關(guān)系，幸運(yùn)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(diǎn)是因?yàn)椴捎昧算~、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(gè)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(gè)非常復(fù)雜的計(jì)算公式。舉個(gè)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(jìn)行高精度分析時(shí)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(shí)需要合理的一致性和精確性，電阻的發(fā)熱和TCR系數(shù)會(huì)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(jì)團(tuán)隊(duì)的分析和許可后才可以。如果在系統(tǒng)中使用了一系列錯(cuò)誤的電流值——比如電動(dòng)汽車（EV）、混合電動(dòng)汽車（HEV）（集成了大容量的電池組）、光伏陣列（PV）和電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)——可能會(huì)產(chǎn)生一系列無法解釋的異常錯(cuò)誤，造成的后果是性能和效率都不合格，甚至有潛在的危險(xiǎn)發(fā)生。

 

作者：Bill Schweber