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(lái)測量電流（I，從A到D）是非常簡(jiǎn)單的，但是有一些細小的問(wèn)題要承認，當電流很高而且電阻阻值為100 mΩ或者更低時(shí)我們要采用四線(xiàn)高阻抗開(kāi)爾文感應檢測法則。

 

因此事情并不像看上去那么簡(jiǎn)單，首先是電阻阻值的問(wèn)題，一方面較大的阻值會(huì )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(huì )影響整個(gè)回路的穩定性，因為在電源和負載之間存在過(guò)多的空閑電阻，導致電阻發(fā)熱量增加，因此阻值越低則效果越好。實(shí)際情況中很多設計人員會(huì )將電阻的最大壓降100mV作為折中點(diǎn)，不管選擇的電阻值是多少，發(fā)熱都是必然存在的問(wèn)題，尤其是存在多個(gè)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(dòng)過(guò)程中就會(huì )產(chǎn)生不同程度的發(fā)熱。

 

這是一個(gè)不容忽視的事實(shí)，第一個(gè)問(wèn)題是發(fā)熱會(huì )降低電阻的可靠性，頻繁的開(kāi)關(guān)帶來(lái)的影響是最壞的。這是合理且長(cháng)期存在的問(wèn)題。第二個(gè)問(wèn)題也是最直接的問(wèn)題，發(fā)熱會(huì )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(shí)發(fā)熱帶來(lái)的影響是很小的，可以接受，但是對于其他情況一個(gè)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(gè)迭代的過(guò)程，考慮到電阻的變化可能會(huì )影響電流（取決于驅動(dòng)部分），這反過(guò)來(lái)會(huì )影響電阻的發(fā)熱、影響電阻值等等！

 

TCR是一個(gè)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(wàn)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(shí)際功率以及物理尺寸有關(guān)系，幸運的是供應商提供的專(zhuān)用精密的金屬箔電阻的TCR系數非常的低。

 

他們能夠實(shí)現這一點(diǎn)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(gè)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(xiàn)，這些曲線(xiàn)呈拋物線(xiàn)形狀，取決于合金混合物材料，對應一個(gè)非常復雜的計算公式。舉個(gè)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(fā)熱量，在進(jìn)行高精度分析時(shí)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(mǎn)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(shí)需要合理的一致性和精確性，電阻的發(fā)熱和TCR系數會(huì )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(jīng)過(guò)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(dòng)汽車(chē)（EV）、混合電動(dòng)汽車(chē)（HEV）（集成了大容量的電池組）、光伏陣列（PV）和電動(dòng)發(fā)動(dòng)機——可能會(huì )產(chǎn)生一系列無(wú)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(fā)生。

 

作者：Bill Schweber