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分流电阻器原理、类型及应用特点

IC先生 IC先生 2410 2022-06-17 14:32:27

在许多电子和电源应用中,检测电流的流动是一件重要的事情。因此,电流检测对于任何应用程序的监控和控制来说都是必不可少的。

根据应用类型,目前有不同类型的电流传感器可用于检测或测量电流的特殊电流传感方法。在任何应用中检测电流的最常用解决方案是使用电流检测电阻器,即分流电阻器。本文简单介绍下分流电阻器原理、类型及应用特点。

分流电阻器的概念

用于创建电阻较小的路径以允许大部分电流流过电路的设备叫做分流电阻器分流电阻器采用较少的TCR材料进行简单设计,也称为低电阻温度系数。

分流电阻器

分流电阻器通常用于电流表,也称为电流测量装置。在这些设备中,分流电阻的连接可以并联完成,而电流表只是简单地连接到电路或串联设备。分流电阻符号如下所示:

分流电阻器符号

分流电阻器的构建

分流电阻器的设计可以通过使用非常细的铜线来完成,但该电阻器的尺寸和长度主要取决于所需的电阻。该电阻的阻值将决定电流表的量程。

如果使用直径为2.59毫米或基于10AWG的铜线,那么每1000英尺铜线的电阻为0.9987欧姆。当然,该电阻可能会根据铜线的质量而变化。因此,在使用之前,请务必检查电阻器。

所以,要测量特定分流电阻值所需的导线长度,可以使用以下分流电阻公式:

导线长度 = 所需的分流电阻/每1000英尺的电阻

例如,如果需要0.5 mΩ的分流器并使用10AWG铜线,则将上述值代入上述等式即可:

导线长度=0.5/0.9987 =0.5英尺

分流电阻器的工作原理

分流电阻器的工作过程可以通过为电流流动提供阻力较小的路径来完成。该电阻器的电阻较小,并与电流表等电流测量装置并联。当电阻和电压已知时,该电阻器通过使用欧姆定律测量电流。

分流电阻电路

因此,如果测量电阻两端的电压,可以使用以下欧姆定律方程来测量流经器件的电流。

I = V/R

如何通过分流电阻测量电流?

考虑一个具有“Rm”电阻的电流表,它只能测量小电流“Im”。像“Rs”这样的分流电阻器与电流表并联以扩大其范围。在上面的电路图中,“Rs”是分流电阻,“Is”是分流电流,“I”是待测电路或总负载内的电流。

通过源提供的整个电流用“I”表示,并分为两条通道。根据基尔霍夫电流定律(KCL),则有:

I = Is + Ia,Is =I-Ia

其中:

“Is”是流过Rs电阻的电流。

“Ia”是流过Rs电阻的电流。

像“Rs”这样的分流电阻器只是与“Rm”电阻器并联,所以这两个电阻上的电压降是相等的,即:

Vs = Va

Is Rs = Ia Ra

我们知道Is = I-Ia,即有:

(I-Ia) Rs = Ia Ra ⇒  IRs-IaRs = IaRa ⇒  IRs = IaRa + IaRs ⇒  IRs = Ia (Ra+ Rs) ⇒  I/Ia = (Ra+ Rs)/ Rs  ⇒ N = 1+Ra/Rs

其中“N”是要测量的整个电流 (I) 与满量程电流偏转“Im”的比值,称为分流器的乘数。

该电阻用于电流表内测量大电流,因此只需将其并联到电流表电路即可。该电流表是电流传感装置。因此可以通过电流表的指针来确定电路内电流的流动方向。

分流电阻器的类型

分流电阻器根据使用的材料分为碳、陶瓷、金属合金和绕线分流电阻器四种类型,其中:

  • 碳分流电阻器的设计简单,是通过树脂粘合剂将精细研磨的绝缘材料和碳材料组合在一起。
  • 陶瓷分流电阻器采用高温、固态、电阻性陶瓷材料,通过金属触点连接。
  • 金属合金分流电阻器至少包含两种或两种以上的金属元素。
  • 线绕分流电阻器设计为在陶瓷棒上使用细绕组线。
  • 其它类型的分流电阻主要有直流电流型、大功率低阻型、大功率型和隔离型。
直流分流电阻器;直流分流电阻器是一种特殊类型的电阻器,主要用于测量大电流。该电阻器与不同的重负载串联连接,例如加热器、直流电机、电镀槽、电池充电器和熔炉线。


直流分流电阻器

这种类型的电阻器主要设计用于将毫伏输出传输到仪表或其他与整个分流器中的电流成比例的仪器。

大功率分流电阻器;大功率分流电阻器主要采用焊接到镀锡铜端子的金属合金元件设计。这些电阻器适用于不同的应用,例如电池管理系统、混合动力和电动汽车上的电流感应、电源模块、工业、变频器、分压、焊接设备内的电流感应和母线。

大功率分流电阻器

大功率低欧姆分流电阻器;通过改进工业设备和汽车系统等电源要求,大功率低欧姆分流电阻器用于不同应用中的电流检测。基于电流检测的应用中的分流电阻器通常用于检测过流情况,否则会剩余电池电量。



大功率低欧姆分流电阻器



分流电阻器的参数

分流电阻器电阻的参数主要包括电阻和额定功率、容差和温度系数。

1、电阻和额定功率

对于分流电阻器,电阻值是一个重要参数,因为该值将决定在整个电流流动中电压会下降多少。所以,这个值可以简单地从电流检测放大器的角度来确定。根据该放大器的最高电流和最高输入电压,可以选择电阻值。但是,该电阻器的额定功率会受到较大值的影响并增强散热。

在上面显示的电流检测电阻器电路中,可以观察到电阻器是如何连接在载流通道中的,以及如何通过电流检测放大器测量电阻器两端的电压降。

分流电阻的功耗可以通过以下公式简单确定:

功耗(Pd) = V x I

在上面的等式中,“V”是电压,“I”是电流。由于电阻两端的电压降可以通过欧姆定律确定,因此该电阻的功耗可以通过以下公式确定:

功耗(Pd) = I^2R

因此,电阻值较小的电阻器可以产生低热量,无需使用额外的散热器。通常情况下,该电阻的多欧姆额定值通常是合适的,并且在最大电流下产生低功耗。

另外,分流电阻的功耗也可以通过电阻的PCR(电阻功率系数)值来识别,并区分不同电阻值的不同功耗值。

2、容差

分流电阻器的容差是电阻检测精度的另一个重要参数。通常,普通电阻器包括不同的容差,例如5%、10%甚至1%。因此,包含10%容差的10欧姆电阻器将包含9到11欧姆的电阻值。

但是,大多数应用中的电阻容差不会考虑太多,而仅在应用的输出极度依赖于检测值的情况下才会考虑;容差将成为需要考虑的重要参数。

分流电阻器的容差范围为1%到0.1%,当然,需要多少精度完全取决于应用要求,电阻器需要根据此参数进行选择。

3、温度系数

分流电阻器的温度系数(TCR是另一个参数,用于确定通过改变电阻器的温度会改变多少电阻。

在电阻器的任何应用中,它都是一个非常重要的参数。对于正常的1%电阻器,不难发现1000 ppm/o摄氏度的额定值,但是,由于电流的最大流动,电阻器的额定值需要非常小,电阻器的功耗可能更大,并且会提高电阻的温度。

由于电阻器的温度升高,电阻器的值可能会改变并可能提供包括错误在内的读数。温度系数值主要取决于电阻器元件,如电阻器的容差、功率和物理尺寸。有不同类型的分流电阻器使用非常低的TCR值,因为在这些电阻器中,金属箔元件用作电阻器的材料。

分流电阻器的优缺点

分流电阻器的优点包括以下几方面内容:

  • 分流电阻器可保护电路免受过压,因为当大电流通过电路时,它会损坏。因此,通过电阻器的最大电流将激活保险丝。
  • 用于防止噪音。
  • 该电阻的电流检测方法实现起来非常简单。
  • 可用于交流和直流测量。
分流电阻器的缺点包括以下几方面内容:
  • 不需要任何电流隔离。
  • 可能会出现电压降。
  • 该电阻器内可能会发生功耗。

分流电阻器的应用

分流电阻器的应用包括以下内容:

  • 用于通过测量电阻器两端的电压降来测量交流或直流电流。
  • 通常用于电流测量设备,如电流表。
  • 每当测量电流超过测量设备范围时,始终使用此电阻器,然后将其与测量设备并联。
  • 用于避免设备中的缺陷组件。
  • 在电路中使用分流电阻器和电容器来避免高频噪声问题。
  • 主要用于过载保护控制电路。

总结

从以上介绍内容得知,出于扩大电流计测量范围的目的,将电阻器与电流计并联,以使流动的电流分流,从而测量电路中流动的全部电流,这就是分流电阻器主要工作原理和应用特点。

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