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一个权衡的案例研究确定电流检测电阻的大小第2部分

时间:2021-08-18 来源网站:新疆化工机械网

一个权衡的案例研究:确定电流检测电阻的大小,第2部分

通过测量已知电阻两端的电压来确定电流的概念上简单的想法表明了设计折衷的微妙性质。

本文的第1部分介绍了电流检测应用中电阻值选择的一个重要方面,但这仅仅是电气影响。但是,与电阻器I 2 R自热功耗相关的热影响也很重要,并影响读数和电阻器选择的完整性中国机械网okmao.com。

这种不可避免的自发热有几个负面影响:

它代表热量,增加了系统的热负荷,因此必须加以管理和清除。

它表示功率浪费和效率降低,从而减少了电池供电产品的运行时间。

可能不那么明显但特别关键的是,热量导致电流感应电阻的温度升高,从而改变了电阻的值,从而影响了电流确定的可信度(电流的确定取决于该“已知”电阻上的电压读数) )。

至少在一开始,通常会忽略最后一个因素,因为很容易假设固定值电阻就是这样。数字显示了由电阻的电阻温度系数(tempco)定义的影响。即使是电流较小的小值电阻器的耗散,也可能导致与标称值的显着漂移。

这是设计人员尝试使用尽可能小的电阻值的另一个原因,与提供足够的压降以实现可行的读数相称。请注意,由于耗散与电流的平方成正比,因此减小电流会更有效,但这是由系统负载设置的,无法更改。

考虑一个1A的电流和一个1-Ω的电阻,因此散热量为1瓦。对于物理上小的电阻器,这足以使温度升高数十度,具体取决于电阻器的位置和方式,气流以及其他因素。这就是为什么电阻器的数据表中包含电阻温度系数的规范,通常以每百万摄氏度(ppm /°C)或百分数/每摄氏度(%/°C)的变化表示。1000 ppm /°C的温度系数等于0.1%/°C。

经过这些数字,温度上升可能会对电阻值产生重大影响,如图1所示。考虑在非关键电路中使用的标准电阻,其温度系数约为1000 ppm /°C或0.1%/°C。升高50°C会导致5%的电阻变化,而升高100°C可能会导致10%的电阻变化。在许多应用程序中这可能是过多的。

图1:TCR对感测电阻器的实际值有重大影响,因此会影响基于电压降的假定电流测量的完整性。图片:Vishay Intertechnology)

由于在许多设计中所需的电阻值都非常小(通常远低于1欧姆),因此,拥有检测电阻器的一种快速,简便且“免费”的解决方案似乎只是使用较短的PC板铜迹线,其尺寸经计算可提供准确的电阻值。但是,普通的铜(例如用于PC覆层的铜)的典型温度系数为4000 ppm /°C或0.4%/°C,这意味着任何自热(会因环境板和产品的热量而加剧)会导致较大的漂移和错误。相反,印制电路板走线宽度,长度和铜厚度的正常公差会增加初始误差。因此,仅在精度要求非常宽松的情况下才使用PC板跟踪技术。

感应电阻满足需求

设计人员在选择不会在应用中过度漂移的电阻器时有几种选择:

选择一个更高功率的电阻,可以在温度上升较少的情况下耗散功率。

选择专门为此功能设计的电阻,其固有的温度系数漂移要低得多。

正确的选择取决于具体情况,许多设计师选择第二个选项。尽管低温电阻器价格昂贵,但它们所需的电路板空间较小,并且可以保证一致性结果。

供应商提供具有额定功率范围的低欧姆,低温度系数标准电阻器系列。典型的“低温度系数”电阻的温度系数值约为100 ppm /°C,对于精度要求较高的温度系数,温度系数低至10至20 ppm /°C甚至1 ppm /°C的电阻器,价格也更高。当然更高的成本)。但是在“库仑计数”和电源管理至关重要的应用中,成本可能是值得的。

这些电流检测电阻中的某些仅最适合直流和低频应用,而另一些则专门设计为具有低自感,因此可以在较高频率下使用。电流感测电阻器,尤其是在高额定功率时,通常看起来不像标准的“片状”电阻器,而是看起来像普通的金属条或功率器件(图2和3)。它们是使用高度专业化的材料和专有的制造技术制成的。他们的温度系数经过仔细控制和测量,并且给设计分析带来挑战,这些温度系数在整个工作范围内都不恒定(图4)。

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图2:Vishay Dale的WLSF系列中的这种“电源板”检测电阻器的值低至0.0003 ohm(0.03毫欧),并且由元素金属的专有混合物制成。它的尺寸约为3×6.35 mm,耗散高达6 W,TCR低于20 ppm /°C。图片:Vishay Intertechnology)

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图3:根据所选择的特定尺寸和类型,这些来自Caddock的精密感测电阻器的阻值范围为0.01欧姆(10毫欧)至1千瓦,耗散高达15瓦。图片:Caddock Electronics)

图4:此表显示了某些标准和专有感测电阻器材料和技术的TCR范围,以及TCR本身在不同范围内的变化。图片:Vishay Intertechnology)

这些电阻器的众多供应商中包括Vishay Intertechnology,TT Electronics,Riedon,Bourns,New Yorker Electronics,Ohmite,Caddock Electronics,Stackpole,KOA Speen和Rohm,大多数电阻值甚至低于1毫欧甚至几欧姆。额定功率从几分之一瓦到几千瓦。使用这些超低电阻值时,请记住,如何进行接触以及必须将导线或PC板与检测电阻器的连接电阻添加到设计分析中。

结论

在一个容易解释的情况下,如何使用电阻器感测电流这一看似简单的问题是在工程折衷方案之间找到最佳平衡点的一个很好的例子。在确定电阻欧姆值,温度系数和额定功率时,有许多可用的选项。即使如此,做出这些尺寸决定只是完整解决方案的一部分,因为还有与电子设备相关的问题,这些问题会感应到电压,开尔文连接,高共模电压,接地回路,隔离甚至安全方面的考虑。