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

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(huà)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1 LR2512與CS1225的主要性能參數(shù)

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0.25mΩ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

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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(chēng)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±1%,目前其允差可做到±0.5%.一般允差為±0.5%~±5%.

圖5 70℃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.

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2 LR的外廓尺寸及焊盤(pán)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0.05 μV/℃.

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KAT公司的高精電流檢測(cè)電阻LR系列和CS系列及一些同類(lèi)產(chǎn)品.

1.主要特點(diǎn)

LR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1~4W;

③阻值允差±0.5%-5%;

④阻值范圍0.25 mΩ~420mΩ;

⑤最大檢測(cè)電流可達(dá)80A

;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~+155℃.

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2.主要性能參數(shù)

LR與CS系列的主要性能參數(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(pán)尺寸

該系列電流檢測(cè)電阻的外廓尺寸及焊盤(pán)尺寸如表2所示.

德國(guó)伊薩(ISABLLENHUETTE)

這里再介紹一些其他同類(lèi)產(chǎn)品,德國(guó)伊薩(ISABLLENHUETTE)始創(chuàng)與1482年的德國(guó)伊薩拜棱輝特(ISABLLENHUETTE)公司,在金屬合金的制造加工和處理方面,有著長(zhǎng)達(dá)500年的歷史和經(jīng)驗(yàn),1889年在全球最早研制出錳鎳銅電阻合金,1978年生產(chǎn)世界第一個(gè)表面貼裝豪歐電阻器,至今仍保持該技術(shù)的領(lǐng)先地位.現(xiàn)在伊薩拜棱輝特(ISABELLENHUETTE)公司已經(jīng)成為世界上最主要的電阻用合金材料和最先進(jìn)的緊密微阻值電阻制造廠商.

低溫度系數(shù)、地?zé)犭妱?dòng)勢(shì)、良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、低寄生電感,高脈沖負(fù)載能力等是對(duì)用于電流檢測(cè)的精密電阻的基恩要求其中部分特征取決于電阻材料,部分特性則由設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝決定.伊薩拜棱輝特((ISABELLENHUETTE)的產(chǎn)品采用兩種上產(chǎn)技術(shù),ISA-WELD(高能電子束焊接銅maganin銅的技術(shù)).

PCB及散熱安裝產(chǎn)品

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(lèi)、汽車(chē)、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.