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(píng)估、診斷電子系統(tǒng)工作狀態(tài)最常見(jiàn)的參數(shù)之一，在檢流電路中，檢流電阻通常會(huì)被作為“傳感器”來(lái)檢測(cè)電流的狀態(tài)。檢測(cè)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(dòng)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(cè)定的要求，設(shè)計(jì)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(shì)）變化，都會(huì)影響到檢測(cè)精度。一旦忽視了這些細(xì)微差別，往往會(huì)遇上許多問(wèn)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(diǎn)是檢流電阻最基礎(chǔ)的要求，根據(jù)P=I2R，過(guò)高的阻值會(huì)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(duì)檢測(cè)壓降Vdrop的精度和靈敏度要求也越高，甚至低電流檢測(cè)不到）。我們?cè)谌粘Ｋ璧淖柚等员仨毜陀?00mΩ，從而將鋰電的功率損耗和所需的充電時(shí)間也減少至更低。高阻值提高充電時(shí)間，并會(huì)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(shí)間差可以達(dá)到30分鐘。電路內(nèi)的電流量在不斷增加，因而要求能對(duì)應(yīng)更高功率的電阻器。在發(fā)熱上，例如4A的電流流過(guò)時(shí)電阻值引起的發(fā)熱的差異，通過(guò)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(cè)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(jí)。充分滿足對(duì)于諸如鋰離子電池充放電應(yīng)用中對(duì)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(cè)試方法會(huì)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(shí)，電阻阻值變化，器件達(dá)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(huì)因TCR產(chǎn)生電阻變化。）

低溫度系數(shù)(TCR)是將測(cè)量誤差降至最低的必要條件。這個(gè)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(huì)增大以達(dá)到相同或更短的充電時(shí)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(cè)量。隨著大電流的趨勢(shì)，電流檢測(cè)電阻器所檢測(cè)的電流即流向電流檢測(cè)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(huì)隨之增加。電阻器的發(fā)熱，將會(huì)導(dǎo)致其自身的電阻值發(fā)生變動(dòng)，同時(shí)還會(huì)影響到可靠性。此外還會(huì)導(dǎo)致周圍溫度的上升，可能會(huì)成為整臺(tái)設(shè)備的問(wèn)題。測(cè)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(dòng)，電阻值的變動(dòng)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(guò)細(xì)致入微的控制和管理，可延長(zhǎng)利用電池時(shí)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。

小結(jié)：為了抑制發(fā)熱和損耗，在推進(jìn)“低電阻化”的同時(shí)，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?dòng)維持在最小限度內(nèi)。

€4.檢流電阻使用要素

電流是檢測(cè)根據(jù)歐姆定律來(lái)測(cè)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(jìn)行計(jì)算。因此根據(jù)電流檢測(cè)電阻器的值來(lái)決定檢測(cè)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(cè)電阻器使用方法的幾個(gè)要點(diǎn)。

電阻值的選定

為了減少損耗(I2R)，電流檢測(cè)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(lái)增大檢測(cè)電壓。電流檢測(cè)電阻器的電阻值是從這些相反的要項(xiàng)中找出妥協(xié)點(diǎn)而決定的。

額定功率的選定

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

溫度系數(shù)(TCR)的選定

電流檢測(cè)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(huì)發(fā)生變動(dòng)，從而產(chǎn)生電流檢測(cè)誤差。因此，必須選擇必要精度下滿足測(cè)量值溫度系數(shù)(TCR)的電阻器。

電壓檢測(cè)用配線

為了在安裝電路板上使得電流檢測(cè)電阻器兩端的電壓檢測(cè)用配線不含串聯(lián)電阻器而插入的線路配線，請(qǐng)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(cè)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(huì)帶來(lái)較大的誤差，另外以開(kāi)爾文方式連接起來(lái)使用也很有效。