检流电阻的选型和使用

★★★ Resistor-15---检流电阻的选型 ★★★

引言：电流是用于评估、诊断电子系统工作状态最常见的参数之一，在检流电路中，检流电阻通常会被作为“传感器”来检测电流的状态。检测便携产品中锂电池充放电的状态、或是在工业中做逆变器控制，亦或是在电动车内做电池管理。

但是并不是随便一颗电阻就能充当检流电阻，根据各类精准测定的要求，设计人员往往需要一款极为稳定和精确的感应电阻器。检流电阻的任何特性（电阻值、容差、功率容量、温度系数和热电势）变化，都会影响到检测精度。一旦忽视了这些细微差别，往往会遇上许多问题。因此在很多应用中，挑选一款检流电阻显得至关重要。

€1.选型要求之一：低阻值

极低的阻值这点是检流电阻最基础的要求，根据P=I²R，过高的阻值会额外消耗系统电量。为了将功率损耗降至最低，也使可充电电池的效率最大化，采样电阻的阻值必须尽可能低（但是阻值越低，根据检流原理，越低的电阻值对检测压降Vdrop的精度和灵敏度要求也越高，甚至低电流检测不到）。我们在日常所需的阻值仍必须低于100mΩ，从而将锂电的功率损耗和所需的充电时间也减少至更低。高阻值提高充电时间，并会导致较大的功率损耗。比如充电链路中10mΩ和50mΩ的检流电阻，两者充满的时间差可以达到30分钟。电路内的电流量在不断增加，因而要求能对应更高功率的电阻器。在发热上，例如4A的电流流过时电阻值引起的发热的差异，通过将10mΩ的电阻器减低至2.5mΩ，就可以使得发热减少33℃。

€2.选型要求之二：检测精度

为了将锂电池的电量精度维持在+1%、将总可用功率容量误差维持在0%，采样电阻的公差必须保持在±1%或更加严格的等级。充分满足对于诸如锂离子电池充放电应用中对电量误差的严格需求。

€3.选型要求之三：低TCR

电阻温度系数 (TCR)，也称RTC，是一种性能特征，在很大程度上受电阻结构影响，阻值极低，并且不同的测试方法会产生不一样的结果。TCR性能指以25°C为基准温度，当温度变化时，电阻阻值变化，器件达到平衡后，阻值差即TCR。电阻随温度升高而增加为正TCR （注意，自热也会因TCR产生电阻变化。）

低温度系数(TCR)是将测量误差降至最低的必要条件。这个数值受到两种热源的影响：一是环境温度， 二是由于电流消耗电力导致的自发热。随着电池容量的增加，充电电流也会增大以达到相同或更短的充电时间。随着充电电流提高，低TCR成为必要条件。一般而言，由于自发热产生的R最大值必须低于100ppm，环境温度介于0°C至+40°C。因此需要低TCR电阻支持电流感应，在整体温度和功率范围内均可支持稳定和精确的电流测量。随着大电流的趋势，电流检测电阻器所检测的电流即流向电流检测电阻器的电流也在增加。

当然，如果流向电阻器的电流增大，损耗(I2R)引起的发热也会随之增加。电阻器的发热，将会导致其自身的电阻值发生变动，同时还会影响到可靠性。此外还会导致周围温度的上升，可能会成为整台设备的问题。测量高精度的电流，如果电阻器的温度系数小，即使电阻器的温度发生变动，电阻值的变动也很少并仍维持着高精度。因此可减少便携式设备的电池剩余量数据的误差，通过细致入微的控制和管理，可延长利用电池时的设备运转时间。

小结：为了抑制发热和损耗，在推进“低电阻化”的同时，还设法“提高温度系数(TCR)”，以便即使温度发生了变化也能够将电阻值的变动维持在最小限度内。

€4.检流电阻使用要素

电流是检测根据欧姆定律来测量因流向电阻器的电流而产生的电压，从电流＝电压÷电阻值进行计算。因此根据电流检测电阻器的值来决定检测电压的大小，也就是电流－电压的转换，被转换的电压必须是在该电路中便于控制的电压值。这里归纳了关于典型的电流检测电阻器使用方法的几个要点。

电阻值的选定

为了减少损耗(I2R)，电流检测电阻器的电阻值越小越好，而为了使其不易受噪声等的影响，相反地必须提高电阻值来增大检测电压。电流检测电阻器的电阻值是从这些相反的要项中找出妥协点而决定的。

额定功率的选定

在电流检测电阻器的额定功率的选定中，除了要考虑稳定时的最大电流外，还需要考虑冲击电流等因素来进行选择。如果超过额定值，则电阻器会因发热而损坏。

温度系数(TCR)的选定

电流检测电阻器因损耗(I2R)引起的发热和周围温度的变化，电阻值会发生变动，从而产生电流检测误差。因此，必须选择必要精度下满足测量值温度系数(TCR)的电阻器。

电压检测用配线

为了在安装电路板上使得电流检测电阻器两端的电压检测用配线不含串联电阻器而插入的线路配线，请从紧靠电阻器两端附近拉出配线。配线的铜箔电阻大约是5mΩ/1cm(厚 35µm，宽1mm)，通常电流检测电阻器的电阻值为数十毫Ω至数百毫Ω，如果追加铜箔电阻就会带来较大的误差，另外以开尔文方式连接起来使用也很有效。