关于电流感应电阻的TCR参数分析

作为一个电流感应电阻并不是那么简单，通过测量已知电阻的电压来确定电流（I = V/R，欧姆定律，见图1）这一基本的功能是非常重要的，怎样才能变得更简单呢？

图1：电流电感电阻原理图

原则上借助电阻（“R”）和相应的压降（“V”，从B到C）来测量电流（I，从A到D）是非常简单的，但是有一些细小的问题要承认，当电流很高而且电阻阻值为100 mΩ或者更低时我们要采用四线高阻抗开尔文感应检测法则。

因此事情并不像看上去那么简单，首先是电阻阻值的问题，一方面较大的阻值会增加电阻压降，为了提高信噪比和分辨率精度，测量标尺也要变得更大。然而压降越大功耗就越大，可能会影响整个回路的稳定性，因为在电源和负载之间存在过多的空闲电阻，导致电阻发热量增加，因此阻值越低则效果越好。实际情况中很多设计人员会将电阻的最大压降100mV作为折中点，不管选择的电阻值是多少，发热都是必然存在的问题，尤其是存在多个放大器的电路，尽管它们的电阻值很小，通常只有几毫欧姆，这是不可避免的，电流流动过程中就会产生不同程度的发热。

这是一个不容忽视的事实，第一个问题是发热会降低电阻的可靠性，频繁的开关带来的影响是最坏的。这是合理且长期存在的问题。第二个问题也是最直接的问题，发热会改变感应电阻本身的阻值，从而造成电流数值的不准确。

我们需要做些什么？除非你的电流值在毫安或微安范围内，这时发热带来的影响是很小的，可以接受，但是对于其他情况一个负责的设计师必须采用供应商提供的TCR（电阻温度系数）数据。需要注意的是这可能是一个迭代的过程，考虑到电阻的变化可能会影响电流（取决于驱动部分），这反过来会影响电阻的发热、影响电阻值等等！

TCR是一个不容忽视的微小参数，它的单位是ppm/℃（每℃温度变化所引起的阻值改变了百万分之几）。1%的普通电阻的TCR系数在几千ppm /°C范围内，整体阻值的变化与电阻的材料、实际功率以及物理尺寸有关系，幸运的是供应商提供的专用精密的金属箔电阻的TCR系数非常的低。

他们能够实现这一点是因为采用了铜、锰和其他元素组成的合金材料，从而保证了很低的TCR系数。举个例子，柏恩斯CRL2010-FW-R050ELF是一款50mΩ、1%参数的器件，其TCR系数大约是±200ppm/°C，然而TCR系数较低的器件也是可用的，对于需要非常精确测量的仪器应用，TCR系数最低的电阻也具有完整的电阻/温度特征曲线，这些曲线呈抛物线形状，取决于合金混合物材料，对应一个非常复杂的计算公式。举个例子，将铜添加到合金混合物材料中，尽管它具有很高的TCR系数（大约4000ppm/°C），然而这样做是为了改善整体的散热效果，减少器件自身的发热量，在进行高精度分析时必须考虑电阻的TCR系数。

当然一些应用可能不需要很高的精度，采用粗略的精度也是可以满足需求的，对于些应用采用标准的电阻就可以了，但是其他很多情况确实需要合理的一致性和精确性，电阻的发热和TCR系数会很容易让当前的电流值变得极其的不正常。

因此较低TCR系数的器件应该严格确定物料清单（BOM），如果想采用低成本TCR系数较高的器件应该要经过设计团队的分析和许可后才可以。如果在系统中使用了一系列错误的电流值——比如电动汽车（EV）、混合电动汽车（HEV）（集成了大容量的电池组）、光伏阵列（PV）和电动发动机——可能会产生一系列无法解释的异常错误，造成的后果是性能和效率都不合格，甚至有潜在的危险发生。