[经验]

设计要点：控制分流器的表面温度远比你想象的要重要

2019-4-26 14:18:19

2248 分流器

安培（A）是国际单位制中表示电流的基本单位。国际计量委员会给出的定义是：真空中相距1米的两根无限长且圆截面可忽略的平行直导线内通过一恒定电流，当两导线每米长度之间产生的力等于2×10－7牛顿时，则规定导线中通过的电流为一安培。但是定义中两根无限长导线是无法实现的，在实际操作中，通过测量分流器的电压降并结合欧姆定律计算出电流。
如下图所示，直流分流器由两个铜接头和中间的电阻合金接合制成，采用四端接线法可以精确测量出流经分流器的电流大小。

分流器需要在一个大的电流下工作，由于自热会导致分流器的表面温度升高。尤其是在环境温度较高和散热环境差的情况下，分流器的表面温度会进一步升高。依据IEEE的标准，在正常工作条件下分流器的建议工作电流不应超过额定电流的2/3。但实际应用中往往需要测量一个较大范围的电流，即我们要求分流器可以在10%-100%的额定电流下正常工作，有时甚至会有短时过载的情况发生。无论是何种工作条件，控制分流器的表面温度非常重要，在30-70℃时其工作状态最佳，且在任何情况下其表面温度不能超过145℃，否则会导致电阻合金的阻值发生不可逆的变化。需要特别指出的是，应从电阻合金的中心点测量分流器的表面温度。

需要测量一个较宽范围的电流，会导致分流器的发热情况差异巨大。电阻的阻值因加载而产生的自热会导致阻值发生变化，加载不同的电流，电阻的阻值变化情况也不同。这种由于自热而导致的阻值变化我们用功率系数（PCR）来描述，单位为PPM/A, 利用以下的公式计算：

功率系数越小，由于自热导致的阻值变化越小，在低电流和高电流下工作的精度差异越小。如下表数据所示，我们对一款宣称的0.1级100A，75mV的分流器进行测试，在10%额定电流室温环境下其精度大于0.3%，严重超差。

功率系数(PCR)的大小和电阻合金的温度系数（TCR）大小是相关的，要制作低功率系数的分流器必须使用低温飘的电阻合金，我们对开步电子的一款分流器进行了同样的测量，其测量结果如下：

如上图所示，该分流器在10%额定电流下和100%额定电流下均能保证0.1%的测量精度，平均功率系数为6ppm/A, 热电势为0.0188uV/℃。

目前开步电子所提供的分流器额定电流从10A-50KA，最高精度为0.1级，具有非常好的长期稳定性。以下为部分产品图片供欣赏：