对应大电流化与高精度化的电流检测芯片电阻

2018-12-03

贴片电阻

技术信息

对应大电流化与高精度化的电流检测贴片电阻

电阻器包括许多种类,根据适宜用途和所使用的环境条件等有着各种各样特性和性能、形状的种类。年来,小型轻量是基本要求,特别是电子设备上贴片电阻器已成为主流。此外,伴随日益提高的节能要求及电池驱动设备的问世,确保安全性和舒适性已成为重要课题,电池管理和功率类的控制或电路保护所使用的“电流检测电阻器(分流电阻器)”特别引人关注。

所谓电流检测电阻器(分流电阻器)

电流检测电阻器是,以串联方式加在回路上,依照欧姆定律产生压降,以此来检测电流值的电阻被称作检流电阻。电阻值越高,电压下降就越大,同时损耗增加,发热也会增大,因而通常使用1Ω以下的低电阻值的电阻器。

另外,分流电阻器主要作为分流器与电流表并联连接,利用分流器与电流表的电阻值之比来扩展电流表测量范围。但是,近年来即使对于上述电流检测用途,也使用分流电阻器这个名称,似乎没有明确地加以区分。

サージおよびESDとは

这里,就以串联方式加入电路来测量电流的用途进行说明,以后将其记述为电流检测电阻器。顺便提一下,从电阻本身的特性和构造来看并没有明确的区分,即便名称不同,只要要求规格一致,可用于任何一种用途。

电流检测电阻器的用途

在电子设备上为实现高性能化,提高安全性和节能特性时,检测电路内的电流并进行控制是非常重要的。电流检测电阻器,是为了以最小限度的电力损耗来将电路的电流转换为电压而使用的元器件。用途包括多种,下面列出主要的3种用途。

过电流检测

在因故障和过负荷等异常大的电流流向电路时,采用电流检测使电路进行停止等动作。

过电流检测用途示例

  • 电源电路的过电流保护
  • 二次电池的过放电/过充电保护
  • 马达的过电流保护
马达过电流保护电路】
モーター過電流保護回路図 image
热插拔电路】
ホットスワップ回路図 image

※CSR:Current Sensing Resistor:电流检测电阻器

电流控制

用途主要有检测控制DC/DC转换器最大输出电流电感器的峰值电流,检测驱动三相马达的相位,检测进行时间控制的电流等。

电流控制用途示例

  • DC-DC转换器
  • 逆变器电源
  • 交流马达的电流控制
DC-DC转换器电路】
DC/DCコンバータ回路image
CPU驱动电流控制电路】
CPU駆動電流制御回路image

电流管理

电流管理用途示例

  • 笔记本电脑和手机等二次电池驱动设备的电流管理
  • 混合汽车的二次电池的电流管理
【蓄电池剩余量检测电路】
バッテリー残量検出回路image
【蓄电池充电电路】
バッテリー残量検出回路image

电流检测电阻器要求具备的性能和松下电器采取的举措

近年来,电子设备的高性能化日新月异,电路内的电流量在不断增加,因而要求能对应更高功率的电阻器。此外,人们对用来抑制电路内功耗的低电阻化需求,以及严酷温度环境下也能确保优异性能的高精度电阻器的需求在日益升温。

譬如,就拿智能手机的充电方式来说,以前最大只能在0.5A下进行充电,如今为了对应高速充电,大电流化在不断进化,新方式的USB PD已能够在最大5A下进行充电。此外,设备的功耗也呈现增加的倾向,如低电压大电流化这一词语所体现的那样,电流在增加。

随着大电流的趋势,电流检测电阻器所检测的电流即流向电流检测电阻器的电流也在增加。当然,如果流向电阻器的电流增大,损耗(I2R)引起的发热也会随之增加。电阻器的发热,将会导致其自身的电阻值发生变动,同时还会影响到可靠性。此外,还会导致周围温度的上升,可能会成为整台设备的问题。

電流と消費電力

松下电器积极致力于电流检测用贴片电阻的开发,以便对应电子设备的大电流化引起的发热。为了抑制发热和损耗,我们在推进“低电阻化”。同时,我们还设法“提高温度系数(TCR)”,以便即使温度发生了变化也能够将电阻值的变动维持在最小限度内。

低抵抗化

如前所述,电阻器的发热与损耗(I2R)有关。因此,通过降低电阻值,就可减少发热。右图列出了在让4A的电流流过时电阻值引起的发热的差异。譬如,通过将10mΩ的电阻器减低至2.5mΩ,就可以使得发热减少33℃。

低抵抗化 image

松下电器长期以来一直致力于开发电阻值低的电流检测用贴片电阻,并提出通过使用这种新开发的电阻器来减少电阻器发热的方案。这项具体措施包括以下内容。

厚膜类型>
通过在电路板的两面形成电阻体的构造和将产品做成长边形状来实现低电阻化。
将电阻体材料从AgPd变更为电阻率值低的CuNi类材料。
金属板类型>
根据在电路板上印刷电阻体膏料的构造,开发将金属板/箔作为电阻体来使用的构造。由此,可以使得电阻体厚度增大,从而将产品阵容扩大到以往的印刷构造下未能实现的5mΩ以下的电阻值范围。

温度系数(TCR)的提高

测量高精度的电流,如果电阻器的温度系数小,即使电阻器的温度发生变动,电阻值的变动也很少并仍维持着高精度。因此,比如可减少便携式设备的电池剩余量数据的误差,通过细致入微的控制和管理,可延长利用电池时的设备运转时间。

但是,前面提到的“低电阻化”与“温度系数”具有相反的关系,曾经有降低电阻值温度系数精度也随之恶化的情况发生。
松下电器通过进行电阻体和端子电极材料的改良等努力,克服了这个课题,实现了在低电阻下,低温度系数的电流检测用贴片电阻的商品化。

温度係数(TCR)の向上 image

松下电器通过进行电阻体和端子电极材料的改良等努力,克服了这个课题,实现了在低电阻下,低温度系数的电流检测用贴片电阻的商品化。

电流检测电阻器的使用方法要点

电流是检测根据欧姆定律来测量因流向电阻器的电流而产生的电压,从电流=电压÷电阻值进行计算。因此,根据电流检测电阻器的值来决定检测电压的大小,也就是电流-电压转换的转换。被转换的电压必须是在该电路中便于控制的电压值。这里归纳了包括这一点的关于典型的电流检测电阻器使用方法的要点。

电阻值的选定

为了减少损耗(I2R),电流检测电阻器的电阻值越小越好,而为了使其不易受噪声等的影响,相反地必须提高电阻值来增大检测电压。电流检测电阻器的电阻值是从这些相反的要项中找出妥协点而决定的。

额定功率的选定

在电流检测电阻器的额定功率的选定中,除了要考虑稳定时的最大电流外,还需要考虑冲击电流等因素来进行选择。如果超过额定,则电阻器会因发热而损坏。

温度系数(TCR)的选定

电流检测电阻器因损耗(I2R)引起的发热和周围温度的变化,电阻值会发生变动,从而产生电流检测误差。因此,必须选择必要精度下满足测量值温度系数(TCR)的电阻器。

电压检测用配线

为了在安装电路板上使得电流检测电阻器两端的电压检测用配线不含串联电阻器而插入的线路配线,请从紧靠电阻器两端附近拉出配线。配线的铜箔电阻据说大约是5mΩ/1cm(厚35µm,宽1mm),通常电流检测电阻器的电阻值为数十毫Ω至数百毫Ω,如果追加铜箔电阻就会成为较大的误差。另外,以开尔文方式连接起来使用也很有效。

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