- 電流檢測電阻的要求及特點
- 測量時RS的阻值要小
- 為滿足大電流的測量，其額定功率一般為1～3W
- 采用四引線結構，消除引線的電阻造成的誤差
在一些電子測量儀器、裝置或產(chǎn)品中，經(jīng)常有測量電路中直流電流的需要，因此研發(fā)人員開發(fā)出各種各樣的電流檢測集成電路。它是一種I/V轉換器，將測量的電流轉換成相應的電壓，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（負載發(fā)生局部短路或輸出端短路、電源輸出電壓升高等）產(chǎn)生過流而造成更大損失。檢測到有過流發(fā)生時，可以控制關斷電源或負載開關，或以限制的電流輸出。
圖1電流檢測電路
圖1是一種電流檢測電路。RS是電流檢測電阻，RL是負載（通常為直流電機、電磁閥或加熱器等）。當電流流過電流檢測電阻時產(chǎn)生一個電壓降VRS，此電壓輸入電流檢測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，檢測電阻一般取很小阻值（幾毫歐到幾百毫歐）。
圖2過流保護的負載開關結構框圖
圖2是一種帶過流保護的負載開關結構框圖，圖2中，RL是負載，RS是電流檢測電阻。流過RS的電壓降VRS與電流I成比例，此電壓VRS輸入負載開關VI端。若內(nèi)部電流檢測電路檢測出有過流狀態(tài)，輸出過流信號（電平信號）給通、斷控制電路，關斷負載開關。
一旦開關斷開，RS上電壓VRS=0，開關又接通，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FLAG端輸出過流信號給μC,使μC輸出低電平給負載開關ON端，關斷負載開關。圖2中未畫出μC及μC與負載開關的連線。
從圖1及圖2可看出：無論電流測量或電流限制控制電路都需要外接電流檢測電阻RS。RS的選擇是否正確及RS的質(zhì)量好壞，對電流測量精度有很大的影響。
電流檢測電阻的要求及特點
電流檢測電阻是隨電流測量、電流控制的要求開發(fā)出來的一種特殊電阻。電流的測量范圍很廣，從幾毫安到幾十安；測量的精度要求不同，電流檢測電阻也有不同的規(guī)格以滿足不同的需要。本文主要介紹高精度電流檢測電阻，其主要要求及特點如下。
表1CSM2512與CSM3637的主要性能參數(shù)
[page]
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。一般在大電流測量時（幾安到幾十安）要采用毫歐級的RS。例如，檢測電流為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，則在負載上的工作電壓已降到10.8V；并且在檢測電阻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。測量電流小時（如幾十毫安到幾百毫安），RS值可取零點幾歐姆到幾歐姆。所以電流檢測電阻RS的阻值是小于10Ω的。目前已開發(fā)出超小阻值的系列，有1mΩ、0.5mΩ、及0.3mΩ系列的電流檢測電阻。
圖3內(nèi)部電流檢測電路產(chǎn)生振蕩
2.四引線結構
當電流檢測電阻值已小到幾毫歐時，其引線的電阻造成的誤差則不能忽略，為此開發(fā)出四引線結構，如圖4所示。接近電阻根部的兩引線為測量VRS端，另兩根引線為電流的通路。在電阻根部測量RS上的電壓（消除了引線電阻的測量誤差）是精密測量方法，也稱為凱爾文（Kelvin）測量法。
圖4四引線結構
3.RS的允差要求小
為保證電流測量的精度，RS的允差要求小。一般精密電阻的允差可達±0.01%，但電流檢測電阻值很小時（如RS=2mΩ），其允差達不到±0.01%，目前其允差可做到±0.1%。一般允差為±0.1%～±1%，RS的阻值≥5mΩ時，可達到±0.05%。
圖570℃時降功耗使用
4.溫度系數(shù)（TCR）要求小
在測量大電流時，RS的功耗可達1W以上，自身會發(fā)熱，若Rs自身溫度系數(shù)大，則電阻值發(fā)生變化而引起測量誤差。另外，環(huán)境溫度TA也會影響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電阻的TCR為±1～±15×10-6/℃（在TA=0～60℃時，RS＜1Ω）。除要求其TCR小外，還要求有長期穩(wěn)定性。
圖6CSM系列外形圖
[page]
5.額定功率大
為滿足大電流的測量，其額定功率一般為1～3W，某些功率電流檢測電阻在加散熱片的條件下可達10W（允許測更大的電流）。
表2RS的外廓尺寸及焊盤尺寸-允差
6.允許環(huán)境溫度（TA）寬
電流檢測電阻的工作溫度范圍寬，一般為-55～+125℃。有一些可達150℃。但大部分RS在25℃后要降功耗使用，個別的RS可在70℃后才降功耗使用。例如，某電流檢測電阻在25℃時的額定功耗為1W，在100℃的工作溫度時，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。這一點在實際使用時十分重要。
表3幾種典型的電流檢測電阻
7.熱電動勢要小
典型值為0.05μV/℃。
典型的電流檢測電阻
電流檢測電阻的生產(chǎn)廠家很多，同一生產(chǎn)廠家也會生產(chǎn)出幾種或幾十種不同的電流檢測電阻（如不同的電流測量范圍、不同的精度、不同的封裝等）。這里介紹VISHAY公司的高精電流檢測電阻CSM系列，它們是CSM2512及CSM3637及一些同類產(chǎn)品。
1.主要特點
CSM系列高精度電流檢測電阻的主要特點：
①溫度系數(shù)最大值為±15×10-6/℃；
②額定功率為1～3W；
③阻值允差±0.1%；
④阻值范圍2～200mΩ；
⑤最大檢測電流可達38A；
⑥貼片式元件（SMD）；
⑦四端精密凱爾文結構，提高測量精度；
⑧有無鉛產(chǎn)品；
⑨工作溫度范圍-55～+125℃。
2.主要性能參數(shù)
CSM2512與CSM3637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，要降功耗使用，如圖5所示。
3.尺寸及焊盤尺寸
該系列電流檢測電阻的外廓尺寸及焊盤尺寸如表2所示，外形如圖6所示。
表4電流檢測電阻的應用
其他同類產(chǎn)品簡介
這里再介紹一些其他同類產(chǎn)品，這都是VISHAY公司的產(chǎn)品，它們都是精密電流檢測電阻，其型號是200系列、300系列及VCS101/3。它們的外形如圖7所示，主要參數(shù)如表3所示。
應用領域
電流檢測電阻的應用領域極廣。主要應用與工業(yè)、消費類、汽車、通信、醫(yī)療、儀器及軍用/航空和航天。這方面的應用如表4所示。
