中心議題：

• 電阻電流檢測的基本原理
• 溫度係數(TCR)
  、熱電動勢(Uth)
• 四端子連接技術
• 尺寸規格和應用
• 在最小的空間實現最佳的檢測結果
• 汽車領域用於電流檢測數據采集係統

zaizuixiaodekongjianshixianzuijiadejiancejieguoshiqichexingyeduiqichedianzixitongzuichangjiandeyaoqiuzhiyi。zhezhengshifenliuqijishudeyoushi。danshi，youyudianzubenshenjiegouhedianzucailiaohuidaozhidianzuzaishijiyingyongzhongchanshengwanquanbutongdexiaoguo，jinjintongguobijiaoshujubiaohaiwufazhaodaoheshidedianzu。yixiajiangtongguojisuanshilimiaoshuyixieshixianzuijiashejidezhongyaocanshu。

dianliujiancedianzu，yechengweifenliuqi，weirensuozhiyiyoushushinianzhijiu。danshi，muqiandianzudeyingyongyibujuxianyuyiwangdexiazhaifanwei，zuzhijidibingjihumeiyouwuchadedianzuhefeichangjingquedejianceshujucaijixitong。weiyanfarenyuankaipileshinianqianwufaxiangxiangdeyingyonglingyu。

車輛驅動的控製和調節大多要求工作電流在1-100A之間，在特殊情況下（例如
，氧傳感器預熱），短時間內要求2-300A的電流，車輛啟動時電流可達到1500A。在電池和電源管理係統中，還有更為極端的情況：車輛運行中
，持續電流為100-300A；而在靜止狀態下，電流隻有幾毫安，所有這些都必須精確檢測出來。

電阻電流檢測的基本原理

根據歐姆定律，在檢測通過電阻的電流時，電勢差被作為電流檢測的直接檢測值。毫無疑問
，用高於1Ohm的電阻可以檢測數百毫安的電流。但如果電流達10-20安培，情況就完全不同了
，因為電阻中的功耗(P=R*I2)就jiu無wu法fa忽hu略lve了le。雖sui然ran可ke以yi嚐chang試shi通tong過guo降jiang低di電dian阻zu阻zu值zhi來lai限xian製zhi功gong耗hao，但dan由you於yu檢jian測ce的de電dian壓ya也ye同tong時shi相xiang應ying降jiang低di
，檢jian測ce的de阻zu值zhi往wang往wang會hui受shou到dao估gu值zhi分fen辨bian率lv和he精jing度du的de限xian製zhi。

通常，電阻兩端的檢測電壓可由以下公式得出：

U=R*I+Uth+Uind+Uiext+......
Uth=熱電動勢
Uind=感應電壓
Uiext=端口引線壓降

上shang述shu情qing況kuang，與yu電dian流liu無wu關guan的de因yin素su引yin起qi的de誤wu差cha電dian壓ya會hui影ying響xiang檢jian測ce結jie果guo，因yin此ci設she計ji人ren員yuan必bi須xu清qing楚chu了le解jie這zhe個ge原yuan因yin，並bing且qie應ying通tong過guo合he理li的de布bu線xian設she計ji尤you其qi是shi通tong過guo選xuan擇ze合he適shi的de電dian阻zu來lai最zui大da程cheng度du降jiang低di電dian壓ya誤wu差cha造zao成cheng的de影ying響xiang。

雖然任何導電材料都可以用來製作電阻。但是這樣的元器件根本不適合用於電流采樣，原因是：電阻值受溫度
、時間、電壓、頻率等眾多參數的影響。

R=R(T，t，P
，Hz，U，A，μ，p
，....)

理想的完全不受以上參數影響的電流檢測電阻是不存在的
，那麼實際的電阻可通過下文表格中所列的特性參數，例如電阻溫度係數、長期穩定性、熱電動勢、功率負荷、電感、線性度等來表述。

其中的部分特性本質上取決於材料，其它一些特性受元器件設計的影響
，再有一些特性由生產工藝決定，如下表中所描述。

xxx=影響很大
xx=影響適中
x=影響很小，但值得注意
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電阻合金

一百多年前（1889年）
，來自德國迪倫堡的IsabellenhütteHeusler公司（簡稱伊薩公司）研製出了精密電阻錳鎳銅合金（Manganin），自這種合金問世以來
，其優異的特性奠定了精密檢測技術的基礎，例如也用於標準電阻器中。其他合金材料Isaohm和Zeranin 以其132和29μOhm*cm的(de)電(dian)阻(zu)率(lv)係(xi)數(shu)分(fen)別(bie)向(xiang)上(shang)及(ji)向(xiang)下(xia)補(bu)充(chong)和(he)拓(tuo)展(zhan)了(le)電(dian)阻(zu)率(lv)範(fan)圍(wei)。所(suo)有(you)合(he)金(jin)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)滿(man)足(zu)了(le)電(dian)阻(zu)材(cai)料(liao)要(yao)求(qiu)，並(bing)且(qie)成(cheng)功(gong)地(di)應(ying)用(yong)了(le)數(shu)年(nian)之(zhi)久(jiu)

，而(er)其(qi)中(zhong)Manganin合金因在世界上廣泛的知名度承擔了特殊角色。

在過去25年，為了應對基於磁場的電流檢測方法的發展
，Isabellenhütte致力於通過對分流電阻的物理優化更加廣泛的拓展了精確檢測電流的範圍。隨著補償、溫wen度du係xi數shu和he運yun算suan放fang大da器qi幹gan擾rao信xin號hao得de到dao一yi步bu步bu的de改gai進jin，所suo選xuan的de電dian阻zu值zhi可ke以yi降jiang低di至zhi毫hao歐ou範fan圍wei，從cong而er很hen大da程cheng度du上shang解jie決jue了le大da電dian流liu條tiao件jian下xia的de大da功gong率lv損sun耗hao問wen題ti(P=R*I2)。但是，同時由於故障電壓（其中包括幹擾、熱電動勢等）導致相對誤差的極大增加，諸如低電感和低熱電動勢等等的特性就極為重要。

在下麵的內容中
，我們將簡要討論一些最重要的技術參數。

溫度係數(TCR)

圖表顯示的是Manganin電阻的典型拋物線溫度特性曲線。由於此特性僅由材料成分決定，因此可以生產具有極高可複製性和極低批次差異的電阻器。

溫度係數以ppm/K為單位
，定義式如下：

TCR=(R(T)-R(T0))/R(T0)*1/(T-T0)=dR/R(T0)*1/R(T0)

其中，參考溫度T0的值通常是20°C或25°C。如果溫度曲線是與Manganin的曲線相似的彎曲曲線，則還必須給出用於檢測溫度係數的上限溫度，例如TCR(20-60)。低阻值範圍內通常采用TCR值為幾百個ppm/K的厚膜技術電阻器。圖中紅色曲線表示TCR為200ppm/K的電阻的溫度特征
，50°C的溫度變化就足以導致電阻值變化超出1%。這樣電阻器無法進行精確的電流檢測。更極端的情況在PCB板上用蝕刻銅線作為電流檢測電阻器，由於銅的TCR值達到4000ppm/K（或0.4%/K），也就是說僅僅10°C的溫度變化都足以導致4%的阻值漂移。

熱電動勢(Uth)

dangwenduqingweishenggaohuozhejiangdishi，zaibutongcailiaodejiechumianshanghuichanshengsuoweiderediandongshi，zhezhongxiaoyingduidizuzhidianzudeyingxiangyouqizhideguanzhu
，yinweitongchangzaicichujiancededianyafeichangweixiao，suoyiweifujiderediandongshinenggouyanzhongdiyingxiangjiancejieguo。

直到今天
，在許多講義和教課書中電阻合金康銅（Konstantan）依舊是繞線和衝壓分流器的主要材料之一，盡管它具有良好的TCR，但其對銅的熱電勢高達40μV/K。由於10℃的溫差導致400μV的電壓誤差，使用1毫歐的分流電阻檢測4A電流，檢測結果誤差增大了10%。更為嚴重的是，假如考慮到電阻尺寸，經常被忽略的珀爾帖效應(Peltiereffect)可以通過接觸麵之間的相互加熱或降溫作用
，將溫差增大到20℃以上(非常極端的例子是電阻一端的焊接部位出現熔化)。即使檢測電路在恒定電流狀態下
，由於珀爾帖效應(Peltiereffect)而er產chan生sheng的de溫wen差cha及ji溫wen差cha電dian動dong勢shi也ye會hui導dao致zhi較jiao明ming顯xian的de電dian流liu起qi伏fu。在zai切qie斷duan電dian源yuan之zhi後hou，溫wen差cha消xiao失shi之zhi前qian，仍reng然ran能neng夠gou明ming顯xian檢jian測ce到dao電dian流liu，根gen據ju設she計ji規gui格ge和he阻zu值zhi的de不bu同tong
，電dian流liu誤wu差cha能neng有you幾ji個ge百bai分fen點dian或huo達da到dao幾ji個ge安an培pei。上shang麵mian提ti到dao的de精jing密mi電dian阻zu合he金jin與yu銅tong在zai熱re電dian動dong勢shi方fang麵mian完wan全quan匹pi配pei，上shang述shu的de效xiao應ying可ke以yi完wan全quan被bei忽hu略lve
，例li如ru，0.3mOhm電阻器會在切斷100A的電流之後產生不到1μV的電壓（對應於3mA的電流）。

長期穩定性

changqiwendingxingduiyurenhechuanganqidoujiweizhongyao

，yinweijishizaishiyongshunianzhihou，yonghurengxiwangtanenggoubaochizuichuxiaozhundejingdu。zheyiweizhedianzucailiaobixunaifushi，erqiezaishiyongshoumingzhouqineibudefashengrenhehejinchengfenbianhua。jiezhijunyundefuhehejinManganin
、Zeranin和Isaohm經過嚴謹的鍛燒和穩定處理從而達到熱力學基本狀態。這類的合金的穩定性可以保持在ppm/年範圍內
，就像百餘年來Isabellenhütte（伊薩公司）憑借其作為國際檢測定標的標準電阻器向世人所展示和證實的一樣。

圖表中展示了在140°C溫度下工作超過1000小時的貼片電阻器的穩定性曲線。大約-0.2%deqingweipiaoyishiyouyushengchanguochengzhongweixiaobianxingsuodaozhidezhagequesundesuoyinqide，bingqieshuomingyuanjianjinyibuquyuwending，yejiushishuowendingxingjiangbiandegenghao。zuzhipiaoyisuduhendachengduqujueyuwendu，yinciwenduzai+100℃時，這種漂移實際是檢測不出來的。
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四端子連接技術

在低阻值電阻器的情況下端子及引線的影響是不能被忽略的
，因此必須直接連接電阻材料兩端的附加端子來進行電壓檢測。

示例說明有缺陷的電阻結構和不恰當的布線設計會引起非常大的誤差。一個10mOhm兩端子繞線電阻
，銅引線的電阻占據了總電阻的20%
，而僅一小段4mm的銅引線便可使電阻產生100%的偏差。

盡管端子和引線的冗餘電阻可以通過補償校準來消除，但它對總電阻的溫度係數有著極大的影響。（如下圖所示）

盡管在本示例中，銅的比例極小
，僅占2%（與上述示例中24%形成鮮明對比，TCR還是從接近零增至大約+80ppm/K。這意味著在產品規格書中給出所使用電阻材料TCR值的做法是絕對沒有價值的。

由電子束焊接的合成材料Cu-Manganin-Cu製造的電阻器實際上具有非常低的端子電阻，並且通過合適的布線設計，可以重新使用兩端子結構電阻器
，通過合理布板設計、焊接等實現四端子連接性能。但是
，在設計布局過程中，務必注意電阻器中的電流通路不能觸及電壓連接線（電壓傳感線路）。如果可能
，應將傳感線路從電阻器內部以微帶線的形式連接到端子。

高功率負荷

由於與銅相比，電阻材料的熱導性相對較弱，而且電阻器大多數使用厚度介於20-150μm之間的蝕刻結構的合金箔，因此不可能通過電阻材料將功耗轉化成的熱量傳導到端子中。所以Isa-Plan係列電阻采用一種很薄的
、導熱性強的粘合劑來將電阻合金箔粘在一種同樣具有良好導熱性的基板上（銅或鋁）。通過這種方式可以非常有效地將熱量通過基板和端子散發到外部，最終實現相對很低的熱內阻（通常為10-30K/W）。

反過來
，這種結構的電阻可以在非常高的端子溫度下滿負荷工作，也就是說功率折減點在很高的溫度下才出現
；同時電阻材料的最高溫度可以維持在較低水平，這就可以有效改善電阻的長期穩定性和因溫度而引起的阻值變化。

使用複合材料的極低阻值電阻器，Manganin橫截麵積及機械強度非常之大，以至於無需使用任何基板
，這也就意味著電阻材料具有非常好的導熱性及相對低的熱內阻。例如對於1毫歐的電阻
，熱內阻大約10K/W，對於100微歐的電阻，熱內阻甚至隻有1K/W。

低電感

目(mu)前(qian)的(de)許(xu)多(duo)應(ying)用(yong)中(zhong)需(xu)要(yao)檢(jian)測(ce)和(he)控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)調(tiao)製(zhi)電(dian)流(liu)，因(yin)此(ci)分(fen)流(liu)器(qi)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)參(can)數(shu)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)電(dian)阻(zu)器(qi)的(de)生(sheng)產(chan)中(zhong)采(cai)用(yong)特(te)殊(shu)的(de)低(di)電(dian)感(gan)平(ping)麵(mian)設(she)計(ji)並(bing)選(xuan)擇(ze)具(ju)有(you)或(huo)不(bu)具(ju)有(you)緊(jin)密(mi)相(xiang)鄰(lin)的(de)波(bo)形(xing)紋(wen)結(jie)構(gou)。上(shang)麵(mian)所(suo)提(ti)到(dao)的(de)精(jing)密(mi)合(he)金(jin)的(de)抗(kang)磁(ci)性(xing)，金(jin)屬(shu)底(di)板(ban)結(jie)構(gou)以(yi)及(ji)四(si)端(duan)子(zi)連(lian)接(jie)又(you)進(jin)一(yi)步(bu)實(shi)現(xian)了(le)低(di)電(dian)感(gan)。

但(dan)是(shi)
，由(you)於(yu)電(dian)壓(ya)取(qu)樣(yang)連(lian)接(jie)線(xian)和(he)電(dian)阻(zu)器(qi)構(gou)成(cheng)了(le)環(huan)狀(zhuang)的(de)天(tian)線(xian)結(jie)構(gou)
，為(wei)了(le)避(bi)免(mian)其(qi)間(jian)因(yin)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)和(he)外(wai)圍(wei)磁(ci)場(chang)而(er)形(xing)成(cheng)的(de)感(gan)應(ying)電(dian)壓(ya)，需(xu)要(yao)特(te)別(bie)強(qiang)調(tiao)要(yao)使(shi)電(dian)壓(ya)取(qu)樣(yang)的(de)信(xin)號(hao)線(xian)圍(wei)成(cheng)的(de)區(qu)域(yu)越(yue)小(xiao)越(yue)好(hao)，最(zui)理(li)想(xiang)的(de)是(shi)條(tiao)狀(zhuang)線(xian)設(she)計(ji)。與(yu)放(fang)大(da)器(qi)連(lian)接(jie)的(de)兩(liang)條(tiao)取(qu)樣(yang)信(xin)號(hao)線(xian)要(yao)設(she)計(ji)得(de)盡(jin)量(liang)靠(kao)近(jin)或(huo)者(zhe)最(zui)好(hao)在(zai)PCB的不同層麵之間平行布線
，不合適的布局（紅線所示）的後果是
，這種天線效應會遠遠加大電阻的實際電感。
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低阻值

盡管在高電流和低電阻時運用了四端子設計，但例如實際中經常被應用的由Manganin合金帶直接衝壓而成的電阻器（如圖a）並不算是最佳方案，因為雖然四端子電阻，其TCR和熱電動勢比較好
，但總電阻值高出實際測量阻值的2-3倍。

由you此ci導dao致zhi電dian阻zu比bi較jiao高gao的de功gong耗hao和he溫wen升sheng。此ci外wai，電dian阻zu器qi材cai料liao很hen難nan單dan以yi通tong過guo螺luo釘ding和he焊han接jie與yu銅tong連lian接jie，導dao致zhi接jie觸chu麵mian的de電dian阻zu值zhi加jia大da，從cong而er進jin一yi步bu增zeng加jia功gong耗hao。

通過由複合材料衝壓的電阻器很大程度上減少這些誤差。總電阻增加不到10%
，客戶同樣可以使用認可的銅-銅連接技術。
尺寸規格和應用

出於成本和微型化的考慮，在汽車電子工業中，愈來愈廣泛的使用阻值從200μOhm起的表麵貼裝（SMD）電阻，檢測高達100A的電流。下麵將介紹一些電阻器的尺寸規格、特征和應用示例。所有示例是兩端子設計，通過優化物理結構和合適的PCB板布線可以實現四端子技術的絕對精確檢測。

SMx係列：

這個係列產品使用銅底板，它同時具有非常好散熱性和良好電接觸。這使得Manganin的特性完全轉變為元件的特性，長期穩定性

、持續抗脈衝及低電感。

應用：
-汽油和柴油直噴係統
-變速箱控製
-車燈控製器
-車輛支路電流檢測係統
-發動機管理模塊

BVx係列：

由複合材料衝壓而成的表麵貼裝電阻器(ISA-Weld)用於大電流檢測，其安裝在PCB電路板、DCB或者MIS基板或者焊接在衝擊柵欄。

應用：

開關模式電流調節                             PWM電源調製器

-高達100A                                         -散熱風扇
-高達140°C的周圍溫度                     -內部風機
-電磁兼容性Level5                            -電動油泵
-有效率94-98%                                 -電動水泵
-完正馬達保護                                   -DC/DC轉換器
-12/24/42V                                        -EC/DC馬達
 
汽車領域用於電流檢測數據采集係統

在汽車領域眾多的應用要求愈來愈高
，既要非常動態、準zhun確que和he用yong極ji高gao的de分fen辨bian率lv精jing確que采cai集ji數shu百bai安an至zhi一yi千qian安an培pei以yi上shang電dian流liu同tong時shi要yao求qiu對dui毫hao安an級ji的de電dian流liu檢jian測ce也ye保bao持chi非fei常chang好hao的de分fen辨bian率lv和he精jing度du。這zhe方fang麵mian的de示shi例li有you客ke車che和he卡ka車che的de電dian池chi和he電dian源yuan管guan理li係xi統tong以yi及ji電dian動dong和he混hun合he動dong力li車che的de電dian流liu檢jian測ce。

電流和電壓檢測模塊IVT-A包括完整的4通道數據采集係統和一個低阻值的用於檢測分流器上極低電壓的的電阻
，它也具有16bit分辨率和許多特殊的功能
，非常接近於理想的電流傳感器。一方麵，它可以非常動態

、線性、高精度地檢測高達1500安的電流，另一方麵，在低采樣頻率情況下
，還能分辨出幾毫安電流。該模塊隻需要5V/3mA的單電源即可工作，並且仍然可以檢測甚至低於其自身電源電壓的雙極信號。在電流檢測的同時
，它也可以進行電壓或溫度檢測。

通過應用2μOhm的特殊電阻器
，IVT-A係統甚至可以以低於1A的分辨率檢測高達10000A的電流，從而在迄今為止專屬於電流轉換器的領域中爭得一席之地。