电流感应对电阻的TCR有什么要求?

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电流感应的电阻并不是一个非常简单的东西,虽然表面上只是一个电阻,但是涉及到电阻发热导致电阻变大的问题,这就需要电阻的温度系数够低才能满足需求。
 
作为一个电流感应电阻并不是那么简单,通过测量已知电阻的电压来确定电流(I = V/R,欧姆定律,见图1)这一基本的功能是非常重要的,怎样才能变得更简单呢?
 
电阻
图1:电流电感电阻原理图
 
原则上借助电阻(“R”)和相应的压降(“V”,从B到C)来测量电流(I,从A到D)是非常简单的,但是有一些细小的问题要承认,当电流很高而且电阻阻值为100 mΩ或者更低时我们要采用四线高阻抗开尔文感应检测法则。
 
因此事情并不像看上去那么简单,首先是电阻阻值的问题,一方面较大的阻值会增加电阻压降,为了提高信噪比和分辨率精度,测量标尺也要变得更大。然而压降越大功耗就越大,可能会影响整个回路的稳定性,因为在电源和负载之间存在过多的空闲电阻,导致电阻发热量增加,因此阻值越低则效果越好。实际情况中很多设计人员会将电阻的最大压降100mV作为折中点,不管选择的电阻值是多少,发热都是必然存在的问题,尤其是存在多个放大器的电路,尽管它们的电阻值很小,通常只有几毫欧姆,这是不可避免的,电流流动过程中就会产生不同程度的发热。
 
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,频繁的开关带来的影响是最坏的。这是合理且长期存在的问题。第二个问题也是最直接的问题,发热会改变感应电阻本身的阻值,从而造成电流数值的不准确。
 
我们需要做些什么?除非你的电流值在毫安或微安范围内,这时发热带来的影响是很小的,可以接受,但是对于其他情况一个负责的设计师必须采用供应商提供的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),这反过来会影响电阻的发热、影响电阻值等等!
 
TCR是一个不容忽视的微小参数,它的单位是ppm/℃(每℃温度变化所引起的阻值改变了百万分之几)。1%的普通电阻的TCR系数在几千ppm /°C范围内,整体阻值的变化与电阻的材料、实际功率以及物理尺寸有关系,幸运的是供应商提供的专用精密的金属箔电阻的TCR系数非常的低。
 
他们能够实现这一点是因为采用了铜、锰和其他元素组成的合金材料,从而保证了很低的TCR系数。举个例子,柏恩斯CRL2010-FW-R050ELF是一款50mΩ、1%参数的器件,其TCR系数大约是±200ppm/°C,然而TCR系数较低的器件也是可用的,对于需要非常精确测量的仪器应用,TCR系数最低的电阻也具有完整的电阻/温度特征曲线,这些曲线呈抛物线形状,取决于合金混合物材料,对应一个非常复杂的计算公式。举个例子,将铜添加到合金混合物材料中,尽管它具有很高的TCR系数(大约4000ppm/°C),然而这样做是为了改善整体的散热效果,减少器件自身的发热量,在进行高精度分析时必须考虑电阻的TCR系数。
 
当然一些应用可能不需要很高的精度,采用粗略的精度也是可以满足需求的,对于些应用采用标准的电阻就可以了,但是其他很多情况确实需要合理的一致性和精确性,电阻的发热和TCR系数会很容易让当前的电流值变得极其的不正常。
 
因此较低TCR系数的器件应该严格确定物料清单(BOM),如果想采用低成本TCR系数较高的器件应该要经过设计团队的分析和许可后才可以。如果在系统中使用了一系列错误的电流值——比如电动汽车(EV)、混合电动汽车(HEV)(集成了大容量的电池组)、光伏阵列(PV)和电动发动机——可能会产生一系列无法解释的异常错误,造成的后果是性能和效率都不合格,甚至有潜在的危险发生。
 
低TCR电阻推荐:
 
罗姆的超低电阻/大功率型(PSR系列) 
 
特征:
● 3W~5W级别的大功率 
● 0.2mΩ~超低电阻 
● 采用凸型形状 
● 采用特殊合金, 实现低TCR

 

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