圖1
圖1是一種電流檢測電路.RS是電流檢測電阻,RL是負(fù)載(通常為直流電機(jī)、電磁閥或加熱器等).當(dāng)電流流過電流檢測電阻時(shí)產(chǎn)生一個(gè)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(hù)的負(fù)載開關(guān)結(jié)構(gòu)框圖
圖2是一種帶過流保護(hù)的負(fù)載開關(guān)結(jié)構(gòu)框圖,圖2中,RL是負(fù)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(fù)載開關(guān)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(hào)(電平信號(hào))給通、斷控制電路,關(guān)斷負(fù)載開關(guān).一旦開關(guān)斷開,RS上電壓VRS=0,開關(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FLAG端輸出過流信號(hào)給μC,使μC輸出低電平給負(fù)載開關(guān)ON端,關(guān)斷負(fù)載開關(guān).圖2中未畫出μC及μC與負(fù)載開關(guān)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(duì)電流測量精度有很大的影響.
電流檢測電阻的要求及特點(diǎn)
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(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.一般在大電流測量時(shí)(幾安到幾十安)要采用毫歐級(jí)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(fù)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(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0.25mΩ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(jié)構(gòu)
當(dāng)電流檢測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(jié)構(gòu)
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(dá)±0.01%,但電流檢測電阻值很小時(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,還要求有長期穩(wěn)定性.
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(dá)10W(允許測更大的電流).
表2 LR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(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電阻
7.熱電動(dòng)勢要小
典型值為0.05 μV/℃.
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(huì)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KAT公司的高精電流檢測電阻LR系列和CS系列及一些同類產(chǎn)品.
1.主要特點(diǎn)
LR系列高精度電流檢測電阻的主要特點(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),提高測量精度;
⑧有無鉛產(chǎn)品;
⑨工作溫度范圍-55~+155℃.
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.
德國伊薩(ISABLLENHUETTE)
這里再介紹一些其他同類產(chǎn)品,德國伊薩(ISABLLENHUETTE)始創(chuàng)與1482年的德國伊薩拜棱輝特(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、良好的長期穩(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
電流檢測電阻的應(yīng)用領(lǐng)域極廣.主要應(yīng)用與工業(yè)、消費(fèi)類、汽車、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.
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