毫歐姆電阻在汽車電子系統中的應用

　　在過去的幾年間，由于小體積的高精度低阻值電阻器的實用化，以及數據采集和處理器性能的大幅度提升，已經導致傳統的基于分流器的電流檢測方法的技術改革，并使新的利用成為可能，這在十年前，是無法想象的。

　　車身電子把持系統的工作電流大多在1-100A之間，在特別情況下(例如氧傳感器加熱)，會有短時間200-300A的電流，車輛的啟動電流甚至高達1500A。在電池和電源管理系統中，還有更極端的情況，車輛運行時持續電流為100-300A，而在靜止狀態，電流只有幾毫安，這也需要被正確檢測出來。

　　基礎原理

　　根據歐姆定律，當被測電流流過電阻時，電阻兩端的電壓與電流成正比。當1W的電阻通過的電流為幾百毫安時，這種設計是沒有問題的。然而如果電流達到10-20A，情況就完整不同，因為在電阻上損耗的功率(P=I2xR)就不容疏忽了。我們可以通過降低電阻阻值來降低功率損耗，但電阻兩端的電壓也會相應降低，所以基于取樣分辨率的考慮，電阻的阻值也不容許太低。

　　通常，下面的公式實用于計算電阻兩端的電壓：

　　U=RxI+Uth+Uind +Uiext+......

　　其中Uth是熱電動勢，Uind 是感應電壓，Uiext是PCB引線上渺小電流引起的壓降。

　　其中與電流無關的因素而導致的誤差電壓能夠直接影響到測量的精度，因此設計者應當懂得這些因素并通過精心的電路板布局，尤其是選擇合適的元件來降低相干的影響。

　　很多種導電材料可以用來制作電阻，但是這樣的元件并不太合適做電流取樣。因為電阻阻值與溫度，時間，電壓和頻率等參數有關，R=R (T，t，P，Hz，U，A，m，p，...)。

　　表1 實際的電阻性能或多或少都和它的基礎材料以及生產制程有關

　　理想的電流檢測電阻應當完整與這些參數無關，當然這樣的電阻是不存在的。實際的電阻特點見表1，含溫度系數TCR，長期牢固性，熱電動勢，負載能力，電感和線性度，其中的部分特點由材料本身決定;部分特點由元件設計決定，還有一些參數決定于生產制程。

　　早在1889年，德國Isabellenhuette公司創造了精密電阻合金錳鎳銅(Manganin)，其精良的特點奠定了精密測量技術的基礎，后來該公司又創造了Isaohm 和 Zeranin，它們的電阻系數分辨達到132mW xcm和29mW xcm，使電阻合金的家族更加完善，所有這些合金都極大地滿足了全球對電阻材料的需求并且長期被精密電阻廠商成功利用。

　　過去25年，為了應對基于磁場的電流檢測方法的發展，Isabellenhuette公司致力于通過對分流器電阻進行物理優化進而擴大分流器的電流檢測的量程。與此同時，半導體公司已經改良了運算放大器的諸多特點比如漂移，溫度系數和噪聲，這促使電子工程師可以在設計中選用毫歐級阻值的分流電阻，解決了大電流條件下的高功率損耗問題。但隨之而來的代價是因為干擾和熱電效應等因素而引起的相干誤差也大大增長，因此降低寄生電感和克制熱電動勢就顯得特別重要。

　　溫度系數

　　圖1 是錳鎳銅合金電阻的范例溫度特點曲線，溫度系數TCR單位為ppm/K，在20或25℃ 時，TCR=[R(T)-R(T0)]/R(T0) ×(T-T0)，對于溫度系數的定義，制作商標明溫度的上限是必要的，舉例闡明在+20 -+60℃的溫度領域內，測量系統經常選用TCR為幾百個ppm/K 的低阻值的厚膜電阻器，圖1中紅色曲線表現TCR 為200 ppm/K的電阻器的溫度特點，即使在如此小的領域內，+50℃的溫度變更就足以導致阻值變更超過1%，這樣的電阻是不能用于正確電流測量的，有些測量設備制作商甚至利用PCB走線的銅膜作為電流取樣電阻，銅的TCR是4000 ppm/K(or 0.4%/K)，2.5℃的溫度變更就足以造成1%的誤差。

　　圖1 錳鎳銅合金電阻的范例溫度特點曲線

　　熱電動勢

　　當溫度輕微升高或者降低時，在不同材料的接觸面上會產生熱電勢，這種效應對低阻值電阻的影響非常重要，盡管通常情況下熱電勢數值非常小，但微伏級的熱電勢能夠嚴重地影響測量成果。

　　直到今天，電阻合金康銅依舊是繞線和沖壓分流器(在片狀材料上進行模壓)的重要材料，盡管它有良好的TCR，但其對銅的熱電勢高達40mV/K。例如，利用1毫歐的分流電阻檢測4A電流，10℃的溫差就能產生400mV的電壓差，相當于測量成果誤差增大了10%。更嚴重的情況是，假如考慮到電阻尺寸，經常被疏忽的珀爾帖效應(Peltier effect)可以通過接觸面之間的相互加熱或降溫作用，將溫差增大到20℃以上(非常極端的例子是焊接部位融化)。即使被測電路工作在恒定電流狀態下，由于珀爾帖效應(Peltier effect)而產生的溫差也會導致有電壓存在，顯示電流是不恒定的。關斷電流之后，在溫差消散之前，測量成果會顯示有明顯的電流存在，根據設計和阻值的不同，電流誤差能有幾個百分點或達到幾個安培。而前面提到的精密電阻合金的熱電特點和銅非常接近，金屬和金屬的接觸面不會產生熱電壓，設計者甚至可以疏忽珀爾帖效應(Peltier effect)。比如利用一只0.3mW的電阻，產生的熱電壓小于1mV，在關掉100A電流的時侯，熱電勢產生的電流小于3mA。

長期牢固性 對EMI形成的感應電壓很敏感