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毫歐姆貼片電阻降低寄生電感和抑制熱電動的作用

文章出处:新聞中心 責任編輯:東莞市BG大游(中国)唯一官方网站電子科技有限公司 發表時間:2016-06-22
  

毫歐姆貼片電阻降低寄生電感和抑制熱電動的作用

1.11 无触点电位器
   无触点电位器消除了机械接触,寿命长、可靠性高,分光电式电位器、磁敏式电位器等。

  2、實芯碳質電阻器
   用碳质颗粒壮导电物质、填料和粘合剂混合制成一个实体的电阻器。
  特點:價格低廉,但其阻值誤差、噪聲電壓都大,穩定性差,目前較少用。

  3、繞線電阻器
   用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成,外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆。
  绕线电阻具有较低的温度系数,阻值精度高, 稳定性好,耐热耐腐蚀,主要做精密大功率电阻使用,缺点是高频性能差,时间常数大。

 當溫度輕微升高或者降低時,在不同材料的接觸面上會産生熱電勢,這種效應對低阻值電阻的影響重要,盡管通常情況下熱電勢數值。⒎壍臒犭妱菽軌驀乐氐赜绊憸y量結果。

  直到今天,貼片電阻合金康铜依旧是绕线和冲压分流器(在片状材料上进行模压)的主要材料,尽管它有良好的TCR,但其对铜的热电势达40mV/K。例如,使用1毫欧的分流电阻检测4A电流,10℃的温差就能产生400mV的电压差,相当于测量结果误差增大了10%。严重的情况是,假如考虑到电阻尺寸,经常被忽略的珀尔帖效应(Peltier effect)可以通过接触面之间的相互加热或降温作用,将温差增大到20℃以上(非常极端的例子是焊接部位熔化)。即使被测电路工作在恒定电流状态下,由于珀尔帖效应(Peltier effect)而产生的温差也会导致有电压存在,显示电流是不恒定的。关断电流之后,在温差消失之前,测量结果会显示有明显的电流存在,根据设计和阻值的不同,电流误差能有几个百分点或达到几个安培。而前面提到的精密电阻合金的热电特性和铜接近,金属和金属的接触面不会产生热电压,设计者至可以忽略珀尔帖效应(Peltier effect)。比如使用一只0.3mW的电阻,产生的热电压小于1mV,在关掉100A电流的时侯,热电势产生的电流小于3mA。

在過去的幾年間,由于小體積的高精度低阻值電阻器的實用化,以及數據采集和處理器性能的大幅度提升,已經導致傳統的基于分流器的電流檢測方法的技術革新,並使新的應用成爲可能,這在十年前,是無法想象的。

  車身電子控制系統的工作電流大多在1-100A之間,在情況下(例如氧傳感器加熱),會有短時間200-300A的電流,車輛的啓動電流高達1500A。在電池和電源管理系統中,還有極端的情況,車輛運行時持續電流爲100-300A,而在靜止狀態,電流只有幾毫安,這也需要被檢測出來。

  基本原理

  根據歐姆定律,當被測電流流過電阻時,電阻兩端的電壓與電流成正比。當1W的電阻通過的電流爲幾百毫安時,這種設計是沒有問題的。然而如果電流達到10-20A,情況就不同,因爲在電阻上損耗的功率(P=I2xR)就不容忽視了。我們可以通過降低電阻阻值來降低功率損耗,但電阻兩端的電壓也會相應降低,所以基于取樣分辨率的考慮,電阻的阻值也不允許太低。

  通常,下面的公式適用于計算電阻兩端的電壓:

  U=RxI+Uth+Uind +Uiext+......

  其中Uth是热电动势,Uind 是感应电压,Uiext是PCB引线上微小电流引起的压降。

  其中與電流無關的因素而導致的誤差電壓能夠直接影響到測量的精度,因此設計者應該了解這些因素並通過精心的電路板布局,選擇合適的元件來降低相關的影響。

过去25年,为了应对基于磁场的电流检测方法的发展,Isabellenhuette公司致力于通过对分流器貼片電阻进行物理优化进而扩展分流器的电流检测的量程。与此同时,半导体公司已经改进了运算放大器的诸多特性比如漂移,温度系数和噪声,这促使电子工程师可以在设计中选用毫欧级阻值的分流电阻,解决了大电流条件下的高功率损耗问题。但随之而来的代价是因为干扰和热电效应等因素而引起的相关误差也大大增加,因此降低寄生电感和抑制热电动势就显得重要。

  溫度系數

是锰镍铜合金貼片電阻的典型温度特性曲线,温度系数TCR单位为ppm/K,在20或25℃ 时,TCR=[R(T)-R(T0)]/R(T0) ×(T-T0),对于温度系数的定义,制造商标明温度的上限是,举例说明在+20 -+60℃的温度范围内,测量系统经常选用TCR为几百个ppm/K 的低阻值的厚膜电阻器,图1中红色曲线表示TCR 为200 ppm/K的电阻器的温度特性,即使在如此小的范围内,+50℃的温度变化就足以导致阻值变化过1%,这样的电阻是不能用于精确电流测量的,有些测量设备制造商至使用PCB走线的铜膜作为电流取样电阻,铜的TCR是4000 ppm/K(or 0.4%/K),2.5℃的温度变化会造成1%的误差。

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