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大電流恒流源的采樣電阻
時(shí)間：2022-09-08 人氣： 來(lái)源：山東合運(yùn)電氣有限公司
大電流恒流源的采樣電阻
采樣電阻主要有兩種形式，一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)分流器，另一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)電阻，其實(shí)都是差不多的東西，都是小阻值、大功率精密電阻。
我們知道，電阻的功率與電阻成正比，與電流的平方成正比。電流一大，功率迅速增加，而標(biāo)準(zhǔn)電阻都很怕熱的，這就矛盾起來(lái)，造成要么很大個(gè)頭的標(biāo)準(zhǔn)電阻但電流并不大，或則等級(jí)比較差。解決問(wèn)題的方法，就是采用特殊材料和工藝，盡量減少電阻的功率系數(shù)。
所謂功率系數(shù)，有時(shí)也叫負(fù)載系數(shù)，就是有了功率負(fù)載后，電阻變化情況，一般以每瓦ppm來(lái)表示。這個(gè)與溫度系數(shù)還不完全一樣，溫度系數(shù)主要是外界溫度變化但電阻中的功率不大時(shí)的電阻變化，而功率系數(shù)是自身產(chǎn)熱而造成的電阻變化，此時(shí)可能有負(fù)載不均、局部過(guò)熱的現(xiàn)象產(chǎn)生。
對(duì)于不同的恒流電流，要選擇合適的采樣電阻。阻值的選擇主要涉及兩個(gè)矛盾的側(cè)面：
一個(gè)是功率，不能太大，否則發(fā)熱后變化大。必須大功率的，要保證體積、散熱。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電阻，BZ3盡管個(gè)頭大，但最大功率只有1W。BZ6是3W，4223是10W已經(jīng)很大了。對(duì)于傳統(tǒng)分流器，壓降小（50mV-75mV），因此電流要比較大功率才能上去，有優(yōu)勢(shì)。但對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)分流器，壓降比較高，大電流的功耗就很大了。例如Fluke的 A40B-100A，0.8V壓降，功率80W！
另一個(gè)是矛盾的側(cè)面是壓降，不能太小，否則因?yàn)闊犭妱?dòng)勢(shì)和放大不利的原因，測(cè)試不準(zhǔn)，短穩(wěn)變差。如果按照熱電動(dòng)勢(shì)+噪音等因素為1uV計(jì)算，對(duì)于50mV的量程為20ppm，不小了，因此50mV太低，要500mV才算比較大的電壓，影響2ppm。但如果按照高穩(wěn)3458A的規(guī)格，100mV可以測(cè)試到8ppm，50mV可以測(cè)試到11ppm，甚至20mV也可以測(cè)試到20ppm，因此小電壓的條件也可以適當(dāng)放寬。
上表，背景黃色區(qū)域?yàn)檫吘墔^(qū)域，可以選擇但有困難，紅色區(qū)域不適合選擇，無(wú)色的可以選擇，粗體為建議選擇。
10A，可以選擇0.01歐，壓降0.1V、功率1W
20A，也以選擇0.01歐，壓降0.2V、功率4W偏大。也可以選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.02V偏小
25A，可以選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.025V偏小，但功率合適。選擇0.01歐則功率偏大，除非有措施。
50A，可以選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.05V比較合適了，功率2.5W合適。
100A，選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.1V合適，功率10W偏大，但沒(méi)有辦法。
200A，只能選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.02V很小但沒(méi)有辦法，功率4W合適。
250A，只能選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.025V偏小但沒(méi)有辦法，功率6.25W合適。500A，只能選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.05V合適，功率25W偏大，必須采取相應(yīng)措施。
1000A，有難度。
可以看出，這種10進(jìn)的電阻，在大電流下分級(jí)太粗，選小一級(jí)的電壓太小，選大一級(jí)的功率太大。因此，如果DIY的話，可以選擇中間阻值的，例如0.002歐、0.0025歐、0.003歐、0.005歐等，無(wú)需拘泥與10進(jìn)整數(shù)。
另外，做一個(gè)更直觀的選擇圖：
其中每組電流用不同顏色表示，每組兩根線，分別代表功率和電壓。
功率曲線和電壓曲線越接近，就越好選擇，四邊形代表可以選擇的區(qū)域。
藍(lán)色10A，選擇功率在1W附近、電壓在0.1V附近，即電阻0.01歐附近。商品的有選擇更大的，不推薦。
天藍(lán)色30A，選擇0.002歐到0.005歐合適，最好0.003歐，此時(shí)電壓0.1V、功率3W。
紅色100A，可以選0.0005歐到0.001歐之間，此時(shí)電壓50mV到100mV，功率5W到10W。
綠色300A，0.15mR到0.3mR合適，電壓45mV到100mV，功率14W到27W，比較大了。
黑色1000A，0.02mR到0.03mR合適，電壓20mV到50mV，功率20W到50W。
另一個(gè)圖表，根據(jù)采樣電壓放大誤差、熱電誤差、發(fā)熱溫漂誤差綜合因素選擇了采樣電阻后，得到采樣電壓、功率、合計(jì)偏差
可見(jiàn)隨著電流的增大，采樣電阻急劇減小，功率成比例增大，采樣電壓緩慢減少。
普通分流器一般是有標(biāo)準(zhǔn)壓降，例如我國(guó)的是75mV，國(guó)外也有50mV和60mV的，此種分流器大量存在，等級(jí)0.5的為多，算不上精密，不屬于此處描述之列。
標(biāo)準(zhǔn)分流器，壓降一般比較大，早先的甚至達(dá)到1V，現(xiàn)在有所降低。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分流器都是在標(biāo)準(zhǔn)電流下，等到足夠長(zhǎng)的時(shí)間（例如30分鐘），讓自熱溫升達(dá)到平衡后，才測(cè)試的。
小阻值標(biāo)準(zhǔn)電阻，是設(shè)計(jì)成小功率下工作的。例如國(guó)產(chǎn)的BZ3，額定功率0.1W、最大1W。有0.1歐、0.01歐和0.001歐三只，額定電流分別是1A、3.3A和10A，最大電流分別是3A、10A和33A。因此，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)電阻，為了避免溫升，測(cè)試要盡快進(jìn)行。
國(guó)產(chǎn)的還有BZ10，與BZ3類似。國(guó)產(chǎn)還有一種BZ6，體積大很多，額定1W，最大3W是BZ3的3倍，0.1歐、0.01歐和0.001歐的最大電流分別是5.5A、17A和55A。
采樣電阻主要有兩種形式，一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)分流器，另一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)電阻，其實(shí)都是差不多的東西，都是小阻值、大功率精密電阻。
我們知道，電阻的功率與電阻成正比，與電流的平方成正比。電流一大，功率迅速增加，而標(biāo)準(zhǔn)電阻都很怕熱的，這就矛盾起來(lái)，造成要么很大個(gè)頭的標(biāo)準(zhǔn)電阻但電流并不大，或則等級(jí)比較差。解決問(wèn)題的方法，就是采用特殊材料和工藝，盡量減少電阻的功率系數(shù)。
所謂功率系數(shù)，有時(shí)也叫負(fù)載系數(shù)，就是有了功率負(fù)載后，電阻變化情況，一般以每瓦ppm來(lái)表示。這個(gè)與溫度系數(shù)還不完全一樣，溫度系數(shù)主要是外界溫度變化但電阻中的功率不大時(shí)的電阻變化，而功率系數(shù)是自身產(chǎn)熱而造成的電阻變化，此時(shí)可能有負(fù)載不均、局部過(guò)熱的現(xiàn)象產(chǎn)生。
對(duì)于不同的恒流電流，要選擇合適的采樣電阻。阻值的選擇主要涉及兩個(gè)矛盾的側(cè)面：
一個(gè)是功率，不能太大，否則發(fā)熱后變化大。必須大功率的，要保證體積、散熱。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電阻，BZ3盡管個(gè)頭大，但最大功率只有1W。BZ6是3W，4223是10W已經(jīng)很大了。對(duì)于傳統(tǒng)分流器，壓降小（50mV-75mV），因此電流要比較大功率才能上去，有優(yōu)勢(shì)。但對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)分流器，壓降比較高，大電流的功耗就很大了。例如Fluke的 A40B-100A，0.8V壓降，功率80W！
另一個(gè)是矛盾的側(cè)面是壓降，不能太小，否則因?yàn)闊犭妱?dòng)勢(shì)和放大不利的原因，測(cè)試不準(zhǔn)，短穩(wěn)變差。如果按照熱電動(dòng)勢(shì)+噪音等因素為1uV計(jì)算，對(duì)于50mV的量程為20ppm，不小了，因此50mV太低，要500mV才算比較大的電壓，影響2ppm。但如果按照高穩(wěn)3458A的規(guī)格，100mV可以測(cè)試到8ppm，50mV可以測(cè)試到11ppm，甚至20mV也可以測(cè)試到20ppm，因此小電壓的條件也可以適當(dāng)放寬。
上表，背景黃色區(qū)域?yàn)檫吘墔^(qū)域，可以選擇但有困難，紅色區(qū)域不適合選擇，無(wú)色的可以選擇，粗體為建議選擇。
10A，可以選擇0.01歐，壓降0.1V、功率1W
20A，也以選擇0.01歐，壓降0.2V、功率4W偏大。也可以選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.02V偏小
25A，可以選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.025V偏小，但功率合適。選擇0.01歐則功率偏大，除非有措施。
50A，可以選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.05V比較合適了，功率2.5W合適。
100A，選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.1V合適，功率10W偏大，但沒(méi)有辦法。
200A，只能選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.02V很小但沒(méi)有辦法，功率4W合適。
250A，只能選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.025V偏小但沒(méi)有辦法，功率6.25W合適。500A，只能選擇0.001歐，此時(shí)壓降0.05V合適，功率25W偏大，必須采取相應(yīng)措施。
1000A，有難度。
可以看出，這種10進(jìn)的電阻，在大電流下分級(jí)太粗，選小一級(jí)的電壓太小，選大一級(jí)的功率太大。因此，如果DIY的話，可以選擇中間阻值的，例如0.002歐、0.0025歐、0.003歐、0.005歐等，無(wú)需拘泥與10進(jìn)整數(shù)。
另外，做一個(gè)更直觀的選擇圖：
其中每組電流用不同顏色表示，每組兩根線，分別代表功率和電壓。
功率曲線和電壓曲線越接近，就越好選擇，四邊形代表可以選擇的區(qū)域。
藍(lán)色10A，選擇功率在1W附近、電壓在0.1V附近，即電阻0.01歐附近。商品的有選擇更大的，不推薦。
天藍(lán)色30A，選擇0.002歐到0.005歐合適，最好0.003歐，此時(shí)電壓0.1V、功率3W。
紅色100A，可以選0.0005歐到0.001歐之間，此時(shí)電壓50mV到100mV，功率5W到10W。
綠色300A，0.15mR到0.3mR合適，電壓45mV到100mV，功率14W到27W，比較大了。
黑色1000A，0.02mR到0.03mR合適，電壓20mV到50mV，功率20W到50W。
另一個(gè)圖表，根據(jù)采樣電壓放大誤差、熱電誤差、發(fā)熱溫漂誤差綜合因素選擇了采樣電阻后，得到采樣電壓、功率、合計(jì)偏差
可見(jiàn)隨著電流的增大，采樣電阻急劇減小，功率成比例增大，采樣電壓緩慢減少。
普通分流器一般是有標(biāo)準(zhǔn)壓降，例如我國(guó)的是75mV，國(guó)外也有50mV和60mV的，此種分流器大量存在，等級(jí)0.5的為多，算不上精密，不屬于此處描述之列。
標(biāo)準(zhǔn)分流器，壓降一般比較大，早先的甚至達(dá)到1V，現(xiàn)在有所降低。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分流器都是在標(biāo)準(zhǔn)電流下，等到足夠長(zhǎng)的時(shí)間（例如30分鐘），讓自熱溫升達(dá)到平衡后，才測(cè)試的。
小阻值標(biāo)準(zhǔn)電阻，是設(shè)計(jì)成小功率下工作的。例如國(guó)產(chǎn)的BZ3，額定功率0.1W、最大1W。有0.1歐、0.01歐和0.001歐三只，額定電流分別是1A、3.3A和10A，最大電流分別是3A、10A和33A。因此，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)電阻，為了避免溫升，測(cè)試要盡快進(jìn)行。
國(guó)產(chǎn)的還有BZ10，與BZ3類似。國(guó)產(chǎn)還有一種BZ6，體積大很多，額定1W，最大3W是BZ3的3倍，0.1歐、0.01歐和0.001歐的最大電流分別是5.5A、17A和55A。
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交流恒流電源
概述 交流恒流電源又叫電流源、穩(wěn)流源，是一種寬頻譜、高精度交流穩(wěn)流電源，具有響應(yīng)速度快、恒流精度高、能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，適合各種性質(zhì)負(fù)載（阻性、感性、容性）等優(yōu)點(diǎn)。 產(chǎn)品應(yīng)用 ■交流空氣開(kāi)關(guān) ■交流接觸器 ■機(jī)械開(kāi)關(guān)，電子開(kāi)關(guān) ■交流互感器 ■電解液
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