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大电流恒流源的采样电阻
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大电流恒流源的采样电阻

作者：admin   发布日期：2015-03-11 00:46   信息来源：http://www.nenghua.com.cn

大电流恒流源的采样电阻

采样电阻主要有两种形式，一个是标准分流器，另一个是标准电阻，其实都是差不多的东西，都是小阻值、大功率精密电阻。
我们知道，电阻的功率与电阻成正比，与电流的平方成正比。电流一大，功率迅速增加，而标准电阻都很怕热的，这就矛盾起来，造成要么很大个头的标准电阻但电流并不大，或则等级比较差。解决问题的方法，就是采用特殊材料和工艺，尽量减少电阻的功率系数。

所谓功率系数，有时也叫负载系数，就是有了功率负载后，电阻变化情况，一般以每瓦ppm来表示。这个与温度系数还不完全一样，温度系数主要是外界温度变化但电阻中的功率不大时的电阻变化，而功率系数是自身产热而造成的电阻变化，此时可能有负载不均、局部过热的现象产生。

对于不同的恒流电流，要选择合适的采样电阻。阻值的选择主要涉及两个矛盾的侧面：
一个是功率，不能太大，否则发热后变化大。必须大功率的，要保证体积、散热。对于标准电阻，BZ3尽管个头大，但最大功率只有1W。BZ6是3W，4223是10W已经很大了。对于传统分流器，压降小（50mV-75mV），因此电流要比较大功率才能上去，有优势。但对于标准分流器，压降比较高，大电流的功耗就很大了。例如Fluke的 A40B-100A，0.8V压降，功率80W！

另一个是矛盾的侧面是压降，不能太小，否则因为热电动势和放大不利的原因，测试不准，短稳变差。如果按照热电动势+噪音等因素为1uV计算，对于50mV的量程为20ppm，不小了，因此50mV太低，要500mV才算比较大的电压，影响2ppm。但如果按照高稳3458A的规格，100mV可以测试到8ppm，50mV可以测试到11ppm，甚至20mV也可以测试到20ppm，因此小电压的条件也可以适当放宽。

上表，背景黄色区域为边缘区域，可以选择但有困难，红色区域不适合选择，无色的可以选择，粗体为建议选择。
10A，可以选择0.01欧，压降0.1V、功率1W
20A，也以选择0.01欧，压降0.2V、功率4W偏大。也可以选择0.001欧，此时压降0.02V偏小
25A，可以选择0.001欧，此时压降0.025V偏小，但功率合适。选择0.01欧则功率偏大，除非有措施。
50A，可以选择0.001欧，此时压降0.05V比较合适了，功率2.5W合适。
100A，选择0.001欧，此时压降0.1V合适，功率10W偏大，但没有办法。
200A，只能选择0.001欧，此时压降0.02V很小但没有办法，功率4W合适。
250A，只能选择0.001欧，此时压降0.025V偏小但没有办法，功率6.25W合适。500A，只能选择0.001欧，此时压降0.05V合适，功率25W偏大，必须采取相应措施。
1000A，有难度。

可以看出，这种10进的电阻，在大电流下分级太粗，选小一级的电压太小，选大一级的功率太大。因此，如果DIY的话，可以选择中间阻值的，例如0.002欧、0.0025欧、0.003欧、0.005欧等，无需拘泥与10进整数。

另外，做一个更直观的选择图：

其中每组电流用不同颜色表示，每组两根线，分别代表功率和电压。
功率曲线和电压曲线越接近，就越好选择，四边形代表可以选择的区域。
蓝色10A，选择功率在1W附近、电压在0.1V附近，即电阻0.01欧附近。商品的有选择更大的，不推荐。
天蓝色30A，选择0.002欧到0.005欧合适，最好0.003欧，此时电压0.1V、功率3W。
红色100A，可以选0.0005欧到0.001欧之间，此时电压50mV到100mV，功率5W到10W。
绿色300A，0.15mR到0.3mR合适，电压45mV到100mV，功率14W到27W，比较大了。
黑色1000A，0.02mR到0.03mR合适，电压20mV到50mV，功率20W到50W。

另一个图表，根据采样电压放大误差、热电误差、发热温漂误差综合因素选择了采样电阻后，得到采样电压、功率、合计偏差 

可见随着电流的增大，采样电阻急剧减小，功率成比例增大，采样电压缓慢减少。 

普通分流器一般是有标准压降，例如我国的是75mV，国外也有50mV和60mV的，此种分流器大量存在，等级0.5的为多，算不上精密，不属于此处描述之列。

标准分流器，压降一般比较大，早先的甚至达到1V，现在有所降低。测试标准分流器都是在标准电流下，等到足够长的时间（例如30分钟），让自热温升达到平衡后，才测试的。

小阻值标准电阻，是设计成小功率下工作的。例如国产的BZ3，额定功率0.1W、最大1W。有0.1欧、0.01欧和0.001欧三只，额定电流分别是1A、3.3A和10A，最大电流分别是3A、10A和33A。因此，测试标准电阻，为了避免温升，测试要尽快进行。

国产的还有BZ10，与BZ3类似。国产还有一种BZ6，体积大很多，额定1W，最大3W是BZ3的3倍，0.1欧、0.01欧和0.001欧的最大电流分别是5.5A、17A和55A。

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