圖1：電流電感電阻原理圖

 

原則上借助電阻（“R”）和相應的壓降（“V”，從B到C）來測量電流（I，從A到D）是非常簡單的，但是有一些細小的問題要承認，當電流很高而且電阻阻值為100 mΩ或者更低時我們要采用四線高阻抗開爾文感應檢測法則。

 

因此事情并不像看上去那么簡單，首先是電阻阻值的問題，一方面較大的阻值會增加電阻壓降，為了提高信噪比和分辨率精度，測量標尺也要變得更大。然而壓降越大功耗就越大，可能會影響整個回路的穩定性，因為在電源和負載之間存在過多的空閑電阻，導致電阻發熱量增加，因此阻值越低則效果越好。實際情況中很多設計人員會將電阻的最大壓降100mV作為折中點，不管選擇的電阻值是多少，發熱都是必然存在的問題，尤其是存在多個放大器的電路，盡管它們的電阻值很小，通常只有幾毫歐姆，這是不可避免的，電流流動過程中就會產生不同程度的發熱。

 

這是一個不容忽視的事實，第一個問題是發熱會降低電阻的可靠性，頻繁的開關帶來的影響是最壞的。這是合理且長期存在的問題。第二個問題也是最直接的問題，發熱會改變感應電阻本身的阻值，從而造成電流數值的不準確。

 

我們需要做些什么？除非你的電流值在毫安或微安范圍內，這時發熱帶來的影響是很小的，可以接受，但是對于其他情況一個負責的設計師必須采用供應商提供的TCR（電阻溫度系數）數據。需要注意的是這可能是一個迭代的過程，考慮到電阻的變化可能會影響電流（取決于驅動部分），這反過來會影響電阻的發熱、影響電阻值等等！

 

TCR是一個不容忽視的微小參數，它的單位是ppm/℃（每℃溫度變化所引起的阻值改變了百萬分之幾）。1%的普通電阻的TCR系數在幾千ppm /°C范圍內，整體阻值的變化與電阻的材料、實際功率以及物理尺寸有關系，幸運的是供應商提供的專用精密的金屬箔電阻的TCR系數非常的低。

 

他們能夠實現這一點是因為采用了銅、錳和其他元素組成的合金材料，從而保證了很低的TCR系數。舉個例子，柏恩斯CRL2010-FW-R050ELF是一款50mΩ、1%參數的器件，其TCR系數大約是±200ppm/°C，然而TCR系數較低的器件也是可用的，對于需要非常精確測量的儀器應用，TCR系數最低的電阻也具有完整的電阻/溫度特征曲線，這些曲線呈拋物線形狀，取決于合金混合物材料，對應一個非常復雜的計算公式。舉個例子，將銅添加到合金混合物材料中，盡管它具有很高的TCR系數（大約4000ppm/°C），然而這樣做是為了改善整體的散熱效果，減少器件自身的發熱量，在進行高精度分析時必須考慮電阻的TCR系數。

 

當然一些應用可能不需要很高的精度，采用粗略的精度也是可以滿足需求的，對于些應用采用標準的電阻就可以了，但是其他很多情況確實需要合理的一致性和精確性，電阻的發熱和TCR系數會很容易讓當前的電流值變得極其的不正常。

 

因此較低TCR系數的器件應該嚴格確定物料清單（BOM），如果想采用低成本TCR系數較高的器件應該要經過設計團隊的分析和許可后才可以。如果在系統中使用了一系列錯誤的電流值——比如電動汽車（EV）、混合電動汽車（HEV）（集成了大容量的電池組）、光伏陣列（PV）和電動發動機——可能會產生一系列無法解釋的異常錯誤，造成的后果是性能和效率都不合格，甚至有潛在的危險發生。

 

作者：Bill Schweber