电流检测电阻原理图与电流检测电阻TCR解读

作为电流检测电阻并不容易。人们对通过简单测量已知电阻两端的电压（即 I = V/R）然后应用欧姆定律（图 1）来确定电流的基本功能寄予厚望。什么可以更简单？

图 1：电流检测电阻原理图

使用电阻器 (“R”) 和相关电压降 (“B 到 C 的 V”) 测量电流 (“A 到 D 的 I”) 原则上很简单，但有一些必须承认的微妙之处。四线、高阻抗开尔文传感通常在电流较高且电阻在 100mΩ 或更低范围内时使用。

因此，它并不像看起来那么简单。首先，存在决定电阻值的问题。一方面，较大的值会增加电阻两端的电压降，因此读数范围会变大，从而提高信噪比 (SNR) 和分辨率精度。但是，较大的值会浪费功率，可能会影响环路稳定性，因为它会在源和负载之间放置更多的空闲电阻，并导致电阻器自热增加。因此，较低的值会更好。实际上，许多设计人员将电阻器的最大压降 100mV 作为折衷点。无论选择何种电阻值，自热都是一个隐蔽的潜在问题，尤其是当它承载数安培及以上时。尽管它们的标称值很低，通常只有几毫欧，

这是不容忽视的现实。第一个问题是自热会降低电阻器的可靠性——开/关热循环是最糟糕的。这是一个合理但长期的担忧。其次，最直接的问题是，这种自热会改变检测电阻器本身的标称值，从而破坏感知电流值读数。

该怎么办？除非您处于毫安或微安电流范围内，在该范围内任何自热都可以接受，否则负责任的设计人员必须使用供应商提供的电阻温度系数 (TCR) 数据来执行电阻变化分析。请注意，这可能是一个迭代过程，考虑到电阻变化可能会影响电流（取决于将电流驱动到负载的是什么），这可能（反过来）影响自热，这可能会影响电阻，这可能......（它可以继续下去！）。

TCR 不是一个可以忽略的小数字。它通常以每摄氏度百万分之一 (ppm/°C) 的形式指定。一个普通的 1% 电阻器的 TCR 大约为每摄氏度百万分之几千。总电阻变化取决于电阻元件中使用的材料以及组件的额定功率和实际物理尺寸。幸运的是，供应商提供了 TCR 非常低的专用精密金属箔电阻器。

他们通过使用由铜、锰和其他元素组成的各种合金来管理 TCR 来实现这一目标。例如， Bourns®型号CRL2010 -FW-R050ELF是一个 50mΩ、百分之一的器件，TCR 为 ±200ppm/°C；但是，可以使用具有较低 TCR 的设备。对于仪器仪表应用中的终极精密测量，最低 TCR 电阻器还具有其电阻与温度的完全表征曲线，该曲线具有抛物线形状并取决于合金混合物。这是一个棘手的合金配方。例如，有点违反直觉的是，尽管铜的 TCR 高达 4,000ppm/°C，但它仍被添加到混合物中；然而，这样做是为了改善整体散热并减少元件的自热。电阻引线的 TCR 也必须纳入高精度分析。

当然，有些应用程序不需要高精度，但粗略的量规就可以了。对于这些情况，标准电阻器可能会起作用。但很多情况确实需要合理的一致性和准确性，而电阻自热加上TCR很容易使推定的电流值出奇地不正确。

因此，应在物料清单 (BOM) 中指定低 TCR 器件，但只有在设计团队完成分析和批准后，才应接受成本更低、更高 TCR 的器件。在系统（例如带有大电池组的电动汽车 (EV) 或混合动力电动汽车 (HEV)、光伏 (PV) 阵列或电机驱动器）中使用错误电流值的后果可能包括无法解释的行为（起初）不合格的性能和效率简直是危险的。

Bill Schweber是Mouser Electronics的特约撰稿人和电子工程师，他撰写了三本有关电子通信系统的教科书，以及数百篇技术文章、观点专栏和产品功能。在过去的角色中，他曾担任EE Times多个特定主题网站的技术网站经理，以及EDN的执行编辑和模拟编辑。

在 Analog Devices, Inc.（一家领先的模拟和混合信号 IC 供应商），Bill 负责营销传播（公共关系）；因此，他一直在技术公关职能的两边，向媒体展示公司产品、故事和消息，同时也是这些内容的接受者。

在 Analog 担任 MarCom 职位之前，Bill 是他们备受推崇的技术期刊的副主编，还曾在他们的产品营销和应用工程团队工作。在担任这些职务之前，Bill 在 Instron Corp. 从事材料试验机控制的模拟和电源电路设计和系统集成实践。

他拥有 MSEE（马萨诸塞大学）和 BSEE（哥伦比亚大学），是一名注册专业工程师，并持有高级业余无线电执照。Bill 还计划、编写和介绍了各种工程主题的在线课程，包括 MOSFET 基础知识、ADC 选择和驱动 LED。