电流检测电阻【高精度电流检测电阻】

　　在一些电子测量仪器、装置或产品中，经常有测量电路中直流电流的需要，因此研发人员开发出各种各样的电流检测集成电路。它是一种I/V转换器，将测量的电流转换成相应的电压，即V=kI，其中k为比例常数。另外，在一些电子产品中要限制输出电流，以防止有故障时(负载发生局部短路或输出端短路、电源输出电压升高等)产生过流而造成更大损失。检测到有过流发生时，可以控制关断电源或负载开关，或以限制的电流输出。
　　
　　图1是一种电流检测电路。RS是电流检测电阻，RL是负载(通常为直流电机、电磁阀或加热器等)。当电流流过电流检测电阻时产生一个电压降VRS，此电压输入电流检测IC，经放大器放大后输出与电流I成比例的电压V。为减小在RS上的电压降VR，检测电阻一般取很小阻值(几毫欧到几百毫欧)。
　　
　　图2是一种带过流保护的负载开关结构框图，图2中，RL是负载，RS是电流检测电阻。流过RS的电压降VRS与电流I成比例，此电压VRS输入负载开关VI端。若内部电流检测电路检测出有过流状态，输出过流信号(电平信号)给通、断控制电路，关断负载开关。一旦开关断开，RS上电压VRS=0，开关又接通，产生振荡，如图3所示。输出电流将小于限制电流。更好的办法是通过FLAG端输出过流信号给μC，使μC输出低电平给负载开关ON端，关断负载开关。图2中未画出μC及μC与负载开关的连线。
　　从图1及图2可看出：无论电流测量或电流限制控制电路都需要外接电流检测电阻RS。RS的选择是否正确及RS的质量好坏，对电流测量精度有很大的影响。
　　
　　电流检测电阻的要求及特点
　　
　　电流检测电阻是随电流测量、电流控制的要求开发出来的一种特殊电阻。电流的测量范围很广，从几毫安到几十安；测量的精度要求不同，电流检测电阻也有不同的规格以满足不同的需要。本文主要介绍高精度电流检测电阻，其主要要求及特点如下。
　　1.RS的阻值小于10Ω
　　
　　为减少在RS上的电压降及减小在RS上的功率损耗，RS的阻值要求小。一般在大电流测量时(几安到几十安)要采用毫欧级的RS。例如，检测电流为12A，若RS=0.1Ω(100mΩ)，则在RS上的压降VRS=1.2V，其功耗为14.4W。如果电源电压为12V，则在负载上的工作电压已降到10.8V；并且在检测电阻RS上的损耗也太大。若采用5mΩ的RS，则RS上的压降减小到0.075V，其功耗减少为0.72W。测量电流小时(如几十毫安到几百毫安)，RS值可取零点几欧姆到几欧姆。所以电流检测电阻RS的阻值是小于10Ω的。目前已开发出超小阻值的系列，有1mΩ、0.5mΩ、及0.3mΩ系列的电流检测电阻。
　　2.四引线结构
　　当电流检测电阻值已小到几毫欧时，其引线的电阻造成的误差则不能忽略，为此开发出四引线结构，如图4所示。接近电阻根部的两引线为测量VRS端，另两根引线为电流的通路。在电阻根部测量RS上的电压(消除了引线电阻的测量误差)是精密测量方法，也称为凯尔文(Kelvin)测量法。
　　
　　3.RS的允差要求小
　　为保证电流测量的精度，RS的允差要求小。一般精密电阻的允差可达±0.01％，但电流检测电阻值很小时(如RS=2mΩ)，其允差达不到±0.01％，目前其允差可做到±0.1％。一般允差为±0.1％～±1％，RS的阻值≥5mΩ时，可达到±0.05％。
　　4.温度系数(TCR)要求小
　　在测量大电流时，RS的功耗可达1W以上，自身会发热，若RS自身温度系数大，则电阻值发生变化而引起测量误差。另外，环境温度TA也会影响RS的阻值变化，所以要求RS的温度系数小。目前典型的电流检测电阻的TCR为±1～±15×10-6/℃(在TA=0～60℃时，RSA)宽
　　
　　电流检测电阻的工作温度范围宽，一般为55～+125℃。有一些可达150℃。但大部分RS在25℃后要降功耗使用，个别的RS可在70℃后才降功耗使用。例如，某电流检测电阻在25℃时的额定功耗为1W，在100℃的工作温度时，其允许的功耗已降到50％即0.5W；若在150℃工作温度条件下，则允许功耗降到20％即0.2W。这一点在实际使用时十分重要。
　　7.热电动势要小
　　典型值为0.05μV/℃。
　　
　　典型的电流检测电阻
　　
　　
　　电流检测电阻的生产厂家很多，同一生产厂家也会生产出几种或几十种不同的电流检测电阻(如不同的电流测量范围、不同的精度、不同的封装等)。这里介绍VISHAY公司的高精电流检测电阻CSM系列，它们是CSM2512及CSM3637及一些同类产品。
　　
　　1.主要特点
　　CSM系列高精度电流检测电阻的主要特点：
　　①温度系数最大值为±15×10-6/℃；
　　②额定功率为1～3W；
　　③阻值允差±0.1％；
　　④阻值范围2～200mΩ；
　　⑤最大检测电流可达38A；
　　⑥贴片式元件(SMD)；
　　⑦四端精密凯尔文结构，提高测量精度；
　　⑧有无铅产品；
　　⑨工作温度范围55～+125℃。
　　
　　2.主要性能参数
　　CSM2512与CSM3637的主要性能参数如表1所示。
　　在工作温度(环境温度TA下)大于70℃时，要降功耗使用，如图5所示。
　　
　　3.尺寸及焊盘尺寸
　　该系列电流检测电阻的外廓尺寸及焊盘尺寸如表2所示，外形如图6所示。
　　
　　其他同类产品简介
　　
　　这里再介绍一些其他同类产品，这都是VISHAY公司的产品，它们都是精密电流检测电阻，其型号是200系列、300系列及VCSl01/3。它们的外形如图7所示，主要参数如表3所示。
　　
　　应用领域
　　
　　
　　电流检测电阻的应用领域极广。主要应用与工业、消费类、汽车、通信、医疗、仪器及军用/航空和航天。这方面的应用如表4所示。