- 電流檢測(cè)電阻的要求及特點(diǎn)
- 測(cè)量時(shí)RS的阻值要小
- 為滿足大電流的測(cè)量，其額定功率一般為1～3W
- 采用四引線結(jié)構(gòu)，消除引線的電阻造成的誤差
在一些電子測(cè)量?jī)x器、裝置或產(chǎn)品中，經(jīng)常有測(cè)量電路中直流電流的需要，因此研發(fā)人員開(kāi)發(fā)出各種各樣的電流檢測(cè)集成電路。它是一種I/V轉(zhuǎn)換器，將測(cè)量的電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，即V=kI，其中k為比例常數(shù)。另外，在一些電子產(chǎn)品中要限制輸出電流，以防止有故障時(shí)（負(fù)載發(fā)生局部短路或輸出端短路、電源輸出電壓升高等）產(chǎn)生過(guò)流而造成更大損失。檢測(cè)到有過(guò)流發(fā)生時(shí)，可以控制關(guān)斷電源或負(fù)載開(kāi)關(guān)，或以限制的電流輸出。
圖1電流檢測(cè)電路
圖1是一種電流檢測(cè)電路。RS是電流檢測(cè)電阻，RL是負(fù)載（通常為直流電機(jī)、電磁閥或加熱器等）。當(dāng)電流流過(guò)電流檢測(cè)電阻時(shí)產(chǎn)生一個(gè)電壓降VRS，此電壓輸入電流檢測(cè)IC，經(jīng)放大器放大后輸出與電流I成比例的電壓V。為減小在RS上的電壓降VR，檢測(cè)電阻一般取很小阻值（幾毫歐到幾百毫歐）。
圖2過(guò)流保護(hù)的負(fù)載開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)框圖
圖2是一種帶過(guò)流保護(hù)的負(fù)載開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)框圖，圖2中，RL是負(fù)載，RS是電流檢測(cè)電阻。流過(guò)RS的電壓降VRS與電流I成比例，此電壓VRS輸入負(fù)載開(kāi)關(guān)VI端。若內(nèi)部電流檢測(cè)電路檢測(cè)出有過(guò)流狀態(tài)，輸出過(guò)流信號(hào)（電平信號(hào)）給通、斷控制電路，關(guān)斷負(fù)載開(kāi)關(guān)。
一旦開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，RS上電壓VRS=0，開(kāi)關(guān)又接通，產(chǎn)生振蕩，如圖3所示。輸出電流將小于限制電流。更好的辦法是通過(guò)FLAG端輸出過(guò)流信號(hào)給μC,使μC輸出低電平給負(fù)載開(kāi)關(guān)ON端，關(guān)斷負(fù)載開(kāi)關(guān)。圖2中未畫出μC及μC與負(fù)載開(kāi)關(guān)的連線。
從圖1及圖2可看出：無(wú)論電流測(cè)量或電流限制控制電路都需要外接電流檢測(cè)電阻RS。RS的選擇是否正確及RS的質(zhì)量好壞，對(duì)電流測(cè)量精度有很大的影響。
電流檢測(cè)電阻的要求及特點(diǎn)
電流檢測(cè)電阻是隨電流測(cè)量、電流控制的要求開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種特殊電阻。電流的測(cè)量范圍很廣，從幾毫安到幾十安；測(cè)量的精度要求不同，電流檢測(cè)電阻也有不同的規(guī)格以滿足不同的需要。本文主要介紹高精度電流檢測(cè)電阻，其主要要求及特點(diǎn)如下。
表1CSM2512與CSM3637的主要性能參數(shù)
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1.RS的阻值小于10Ω
為減少在RS上的電壓降及減小在RS上的功率損耗，RS的阻值要求小。一般在大電流測(cè)量時(shí)（幾安到幾十安）要采用毫歐級(jí)的RS。例如，檢測(cè)電流為12A，若RS=0.1Ω（100mΩ），則在RS上的壓降VRS=1.2V，其功耗為14.4W。如果電源電壓為12V，則在負(fù)載上的工作電壓已降到10.8V；并且在檢測(cè)電阻RS上的損耗也太大。
若采用5mΩ的RS，則RS上的壓降減小到0.075V，其功耗減少為0.72W。測(cè)量電流小時(shí)（如幾十毫安到幾百毫安），RS值可取零點(diǎn)幾歐姆到幾歐姆。所以電流檢測(cè)電阻RS的阻值是小于10Ω的。目前已開(kāi)發(fā)出超小阻值的系列，有1mΩ、0.5mΩ、及0.3mΩ系列的電流檢測(cè)電阻。
圖3內(nèi)部電流檢測(cè)電路產(chǎn)生振蕩
2.四引線結(jié)構(gòu)
當(dāng)電流檢測(cè)電阻值已小到幾毫歐時(shí)，其引線的電阻造成的誤差則不能忽略，為此開(kāi)發(fā)出四引線結(jié)構(gòu)，如圖4所示。接近電阻根部的兩引線為測(cè)量VRS端，另兩根引線為電流的通路。在電阻根部測(cè)量RS上的電壓（消除了引線電阻的測(cè)量誤差）是精密測(cè)量方法，也稱為凱爾文（Kelvin）測(cè)量法。
圖4四引線結(jié)構(gòu)
3.RS的允差要求小
為保證電流測(cè)量的精度，RS的允差要求小。一般精密電阻的允差可達(dá)±0.01%，但電流檢測(cè)電阻值很小時(shí)（如RS=2mΩ），其允差達(dá)不到±0.01%，目前其允差可做到±0.1%。一般允差為±0.1%～±1%，RS的阻值≥5mΩ時(shí)，可達(dá)到±0.05%。
圖570℃時(shí)降功耗使用
4.溫度系數(shù)（TCR）要求小
在測(cè)量大電流時(shí)，RS的功耗可達(dá)1W以上，自身會(huì)發(fā)熱，若Rs自身溫度系數(shù)大，則電阻值發(fā)生變化而引起測(cè)量誤差。另外，環(huán)境溫度TA也會(huì)影響Rs的阻值變化，所以要求RS的溫度系數(shù)小。目前典型的電流檢測(cè)電阻的TCR為±1～±15×10-6/℃（在TA=0～60℃時(shí)，RS＜1Ω）。除要求其TCR小外，還要求有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
圖6CSM系列外形圖
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5.額定功率大
為滿足大電流的測(cè)量，其額定功率一般為1～3W，某些功率電流檢測(cè)電阻在加散熱片的條件下可達(dá)10W（允許測(cè)更大的電流）。
表2RS的外廓尺寸及焊盤尺寸-允差
6.允許環(huán)境溫度（TA）寬
電流檢測(cè)電阻的工作溫度范圍寬，一般為-55～+125℃。有一些可達(dá)150℃。但大部分RS在25℃后要降功耗使用，個(gè)別的RS可在70℃后才降功耗使用。例如，某電流檢測(cè)電阻在25℃時(shí)的額定功耗為1W，在100℃的工作溫度時(shí)，其允許的功耗已降到50%即0.5W；若在150℃工作溫度條件下，則允許功耗降到20%即0.2W。這一點(diǎn)在實(shí)際使用時(shí)十分重要。
表3幾種典型的電流檢測(cè)電阻
7.熱電動(dòng)勢(shì)要小
典型值為0.05μV/℃。
典型的電流檢測(cè)電阻
電流檢測(cè)電阻的生產(chǎn)廠家很多，同一生產(chǎn)廠家也會(huì)生產(chǎn)出幾種或幾十種不同的電流檢測(cè)電阻（如不同的電流測(cè)量范圍、不同的精度、不同的封裝等）。這里介紹VISHAY公司的高精電流檢測(cè)電阻CSM系列，它們是CSM2512及CSM3637及一些同類產(chǎn)品。
1.主要特點(diǎn)
CSM系列高精度電流檢測(cè)電阻的主要特點(diǎn)：
①溫度系數(shù)最大值為±15×10-6/℃；
②額定功率為1～3W；
③阻值允差±0.1%；
④阻值范圍2～200mΩ；
⑤最大檢測(cè)電流可達(dá)38A；
⑥貼片式元件（SMD）；
⑦四端精密凱爾文結(jié)構(gòu)，提高測(cè)量精度；
⑧有無(wú)鉛產(chǎn)品；
⑨工作溫度范圍-55～+125℃。
2.主要性能參數(shù)
CSM2512與CSM3637的主要性能參數(shù)如表1所示。
在工作溫度（環(huán)境溫度TA下）大于70℃時(shí)，要降功耗使用，如圖5所示。
3.尺寸及焊盤尺寸
該系列電流檢測(cè)電阻的外廓尺寸及焊盤尺寸如表2所示，外形如圖6所示。
表4電流檢測(cè)電阻的應(yīng)用
其他同類產(chǎn)品簡(jiǎn)介
這里再介紹一些其他同類產(chǎn)品，這都是VISHAY公司的產(chǎn)品，它們都是精密電流檢測(cè)電阻，其型號(hào)是200系列、300系列及VCS101/3。它們的外形如圖7所示，主要參數(shù)如表3所示。
應(yīng)用領(lǐng)域
電流檢測(cè)電阻的應(yīng)用領(lǐng)域極廣。主要應(yīng)用與工業(yè)、消費(fèi)類、汽車、通信、醫(yī)療、儀器及軍用/航空和航天。這方面的應(yīng)用如表4所示。
