ZHCY211 December 2024 AMC0106M05 , AMC0106M25 , AMC0136 , AMC0311D , AMC0311S , AMC0386 , AMC0386-Q1 , AMC1100 , AMC1106M05 , AMC1200 , AMC1200-Q1 , AMC1202 , AMC1203 , AMC1204 , AMC1211-Q1 , AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1302-Q1 , AMC1303M2510 , AMC1304L25 , AMC1304M25 , AMC1305M25 , AMC1305M25-Q1 , AMC1306M05 , AMC1306M25 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC131M03 , AMC1336 , AMC1336-Q1 , AMC1350 , AMC1350-Q1 , AMC23C12 , AMC3301 , AMC3330 , AMC3330-Q1
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- 引言
- 隔離式信號鏈簡介
- 選擇樹
- 電流檢測
- 電壓感測
- EMI 性能
- 終端設備
- 其他參考設計/電路
引言
一個低歐姆值的精密直列式電阻稱為分流電阻。在 混合動力、電動和動力總成系統、電動汽車充電基礎設施、電機驅動器等高壓汽車和工業應用中，分流電阻通常與隔離式數據轉換器配對用于測量通過幅度驅動控制環路反饋算法的電流，同時保護數字電路免受執行功能的高壓電路的影響。德州儀器 (TI) 擁有品類齊全的隔離式放大器、隔離式 ADC 和隔離式比較器產品系列，這些產品具有電容隔離層，能夠幫助客戶滿足隔離式數據轉換需求。德州儀器 (TI) 的電容隔離柵通?？蛇\行 100 年以上。有關 TI 電容隔離柵的更多信息，請參閱隔離鏈接。
如“隔離式分流器和閉環電流檢測的精度比較”應用簡報所示，基于分流器的電流檢測功能可實現出色的精度、抗磁干擾能力、長期穩定性、高線性度、低溫漂、擴展至多個項目的能力以及更低的價格。分流器可以安裝在底盤上、采用表面貼裝方式或使用引線通過穿孔連接到印刷電路板 (PCB)。有許多分流電阻可供選擇，為給定應用選擇正確的分流電阻并非總是輕而易舉。本應用簡報討論了通常用于隔離式電流檢測的分流電阻及相關利弊權衡。
計算電阻和功率耗散要求
要選擇分流電阻，第一步是根據隔離式數據轉換器的連續和最大電流幅度以及線性滿量程輸入電壓范圍來計算所需的電阻和功率耗散額定值，如隔離式電流檢測的設計注意事項一文中所述。但是，必須注意保持分流電阻的最高溫度不會因自發熱而超過數據表中列出的額定值。在正常條件下，即使該設計可以充分散熱，分流電阻也無法在超過額定電流的三分之二的情況下持續運行。散熱技術因應用而異，可以通過多種方式實現：增加載流 PCB 布線或初級導體的重量或尺寸，增加散熱器，或使用風扇進行強制風冷。如果應用無法進行充分散熱，則分流電阻在超出極低電流（低至四分之一額定電流）的情況下不一定能夠運行。超出此電流時，可能需要進一步降低電阻或增加所選分流電阻的功率耗散額定值。
對于表面貼裝電阻，大約 90% 的自生熱量都會通過傳導到 PCB 布線的方式消散。圖 11 表明增大載流 PCB 布線的尺寸是一種有效的散熱方法。圖中展示了表面貼裝金屬元件 1m? 2512 (5W) 和 3920 (8W) 封裝分流電阻在采用自然和強制空氣冷卻時的仿真熱性能。結果顯示為分流額定電流 (%) 與 PCB 尺寸 (mm2) 間的關系；其中達到了所選分流電阻的最高溫度 (170°C)。
圖 11 分流額定電流與 PCB 尺寸間的關系要驗證分流電阻在應用中的性能，請測量分流電阻在最大標稱運行期間的端子溫度，并查閱分流電阻數據表中的功率降額曲線以驗證是否在指定范圍內運行。這種做法不僅能保持電阻材料不超過額定最高溫度，還可確保額定溫漂系數有效。
在計算預期的輸出電壓和功率耗散時，應考慮瞬態和短路電流幅度。不得違反數據表中指定的分流電阻短期過載功率耗散規格，否則存在永久改變分流電阻物理屬性或產生開路的風險。此外，確認在數據表“絕對最大額定值”表中所示的任一條件下不違反隔離式數據轉換器的絕對最大輸入電壓規格。德州儀器 (TI) 隔離式數據轉換器輸入引腳的額定電壓范圍通常為 –6V 至高側電源電壓 +500mV（相對于高側接地端），在此范圍內沒有損壞風險。
安裝、結構和材料類型
計算出近似的電阻和功率耗散要求后，必須考慮表 4 中匯總的其他選型標準。
| 技術 | 金屬元件 | 金屬箔 | 金屬元件 | 繞線 |
|---|---|---|---|---|
| 安裝方法 | 表面貼裝 | 表面貼裝 | 底盤安裝 | 底盤安裝或引線式 |
| 電阻范圍 (Ω) | 0.1m – 1 | 0.5m – 0.7 | 25μ – 0.1 | R > 5m |
| 功率范圍 (W) | 1/16 – 20 | 1/80 – 10 | ? – 100 | ? – 1k |
| 容差范圍 (%) | 0.1 – 5 | 0.01 – 10 | 0.1 – 1 | 0.1 – 10 |
| 漂移范圍 (ppm/C°) | 15 – 750 | 0.2 – 1k | 20 – 100 | 20 – 400 |
| 脈沖能力 (C°) | 高達 275 | 高達 225 | 高達 175 | 275+ |
| 成本 | + | ++ | +++ | +++/+ |
表面貼裝金屬元件分流電阻提供低阻值、高功率能力、良好初始精度和低成本，因此是隔離式電流檢測的常見選擇。Bourns? 的 CSS2H 和 Vishay? 的 WSLP 等分流電阻系列均適合用于隔離式電流檢測。如果應用需要比金屬元件更高的初始精度或更低的溫漂，可以考慮使用金屬箔（例如 Ohmite? 的 FC4L）；但是，與金屬元件相比，金屬箔的功率耗散額定值通常更低且成本更高。表面貼裝電阻的布局注意事項包括：靠近隔離式數據轉換器放置，并使輸入端的檢測連接較短且均勻匹配，如 TI 高精度實驗室的這段電流檢測放大器分流電阻布局視頻中所述。此外，在為低阻值 (< 500μ?) 的表面貼裝電阻設計 PCB 焊盤時要小心，如這篇 TI E2E? 博客中所述。最后，與 PCB 制造商合作時，請驗證是否確定了正確的回流焊工藝，因為錯誤安裝可能會由于焊盤上的焊接接觸電阻、運行期間的散熱不均或開路而導致較高的初始誤差。
底盤安裝電阻通常用于需要大電流的應用，因為這些電阻支持直列式導體安裝，并且不會將自生熱散發到 PCB。金屬元件底盤安裝電阻允許低至 25μ? 的阻值和高達 100W 的功率，而底盤安裝繞線電阻具有出色的脈沖功率能力。安裝時，請特別注意不要對初級連接處的螺栓、鉚釘或壓接接頭施加過大或過小的扭矩，因為初級導體線路上可能會增加額外的電阻，從而導致不必要或不平衡的功率耗散和模擬誤差。請咨詢底盤安裝電阻制造商，獲得更多指導。
對于需要超高精度的應用，請考慮采用與初級載流引線的差分檢測連接（開爾文連接）無關的四端子分流電阻。與雙端子分流器相比，開爾文連接具有更高的精度，這是因為檢測元件引線中的溫漂更小；但是，成本通常更高，并且存在額外風險，因為安裝不當會使初級電流流過檢測連接，從而可能損壞隔離式數據轉換器。還可以在分流電阻本地進行溫度測量以定期更新校準表，因為大多數分流電阻提供相對可預測的電阻隨溫度變化的趨勢，即使環境溫度發生變化或因功率耗散而自發熱，也能實現出色的精度。