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大電流恒流源的采樣電阻
時間：2022-09-08 人氣： 來源：山東合運電氣有限公司
大電流恒流源的采樣電阻
采樣電阻主要有兩種形式，一個是標準分流器，另一個是標準電阻，其實都是差不多的東西，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，而標準電阻都很怕熱的，這就矛盾起來，造成要么很大個頭的標準電阻但電流并不大，或則等級比較差。解決問題的方法，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)，有時也叫負載系數(shù)，就是有了功率負載后，電阻變化情況，一般以每瓦ppm來表示。這個與溫度系數(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的電阻變化，而功率系數(shù)是自身產熱而造成的電阻變化，此時可能有負載不均、局部過熱的現(xiàn)象產生。
對于不同的恒流電流，要選擇合適的采樣電阻。阻值的選擇主要涉及兩個矛盾的側面：
一個是功率，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。對于標準電阻，BZ3盡管個頭大，但最大功率只有1W。BZ6是3W，4223是10W已經很大了。對于傳統(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。但對于標準分流器，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！
另一個是矛盾的側面是壓降，不能太小，否則因為熱電動勢和放大不利的原因，測試不準，短穩(wěn)變差。如果按照熱電動勢+噪音等因素為1uV計算，對于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可以測試到8ppm，50mV可以測試到11ppm，甚至20mV也可以測試到20ppm，因此小電壓的條件也可以適當放寬。
上表，背景黃色區(qū)域為邊緣區(qū)域，可以選擇但有困難，紅色區(qū)域不適合選擇，無色的可以選擇，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，此時壓降0.02V偏小
25A，可以選擇0.001歐，此時壓降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，此時壓降0.05V比較合適了，功率2.5W合適。
100A，選擇0.001歐，此時壓降0.1V合適，功率10W偏大，但沒有辦法。
200A，只能選擇0.001歐，此時壓降0.02V很小但沒有辦法，功率4W合適。
250A，只能選擇0.001歐，此時壓降0.025V偏小但沒有辦法，功率6.25W合適。500A，只能選擇0.001歐，此時壓降0.05V合適，功率25W偏大，必須采取相應措施。
1000A，有難度。
可以看出，這種10進的電阻，在大電流下分級太粗，選小一級的電壓太小，選大一級的功率太大。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，無需拘泥與10進整數(shù)。
另外，做一個更直觀的選擇圖：
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。
天藍色30A，選擇0.002歐到0.005歐合適，最好0.003歐，此時電壓0.1V、功率3W。
紅色100A，可以選0.0005歐到0.001歐之間，此時電壓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。
另一個圖表，根據采樣電壓放大誤差、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、合計偏差
可見隨著電流的增大，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準壓降，例如我國的是75mV，國外也有50mV和60mV的，此種分流器大量存在，等級0.5的為多，算不上精密，不屬于此處描述之列。
標準分流器，壓降一般比較大，早先的甚至達到1V，現(xiàn)在有所降低。測試標準分流器都是在標準電流下，等到足夠長的時間（例如30分鐘），讓自熱溫升達到平衡后，才測試的。
小阻值標準電阻，是設計成小功率下工作的。例如國產的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，測試標準電阻，為了避免溫升，測試要盡快進行。
國產的還有BZ10，與BZ3類似。國產還有一種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，一個是標準分流器，另一個是標準電阻，其實都是差不多的東西，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，而標準電阻都很怕熱的，這就矛盾起來，造成要么很大個頭的標準電阻但電流并不大，或則等級比較差。解決問題的方法，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)，有時也叫負載系數(shù)，就是有了功率負載后，電阻變化情況，一般以每瓦ppm來表示。這個與溫度系數(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的電阻變化，而功率系數(shù)是自身產熱而造成的電阻變化，此時可能有負載不均、局部過熱的現(xiàn)象產生。
對于不同的恒流電流，要選擇合適的采樣電阻。阻值的選擇主要涉及兩個矛盾的側面：
一個是功率，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。對于標準電阻，BZ3盡管個頭大，但最大功率只有1W。BZ6是3W，4223是10W已經很大了。對于傳統(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。但對于標準分流器，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！
另一個是矛盾的側面是壓降，不能太小，否則因為熱電動勢和放大不利的原因，測試不準，短穩(wěn)變差。如果按照熱電動勢+噪音等因素為1uV計算，對于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可以測試到8ppm，50mV可以測試到11ppm，甚至20mV也可以測試到20ppm，因此小電壓的條件也可以適當放寬。
上表，背景黃色區(qū)域為邊緣區(qū)域，可以選擇但有困難，紅色區(qū)域不適合選擇，無色的可以選擇，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，此時壓降0.02V偏小
25A，可以選擇0.001歐，此時壓降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，此時壓降0.05V比較合適了，功率2.5W合適。
100A，選擇0.001歐，此時壓降0.1V合適，功率10W偏大，但沒有辦法。
200A，只能選擇0.001歐，此時壓降0.02V很小但沒有辦法，功率4W合適。
250A，只能選擇0.001歐，此時壓降0.025V偏小但沒有辦法，功率6.25W合適。500A，只能選擇0.001歐，此時壓降0.05V合適，功率25W偏大，必須采取相應措施。
1000A，有難度。
可以看出，這種10進的電阻，在大電流下分級太粗，選小一級的電壓太小，選大一級的功率太大。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，無需拘泥與10進整數(shù)。
另外，做一個更直觀的選擇圖：
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。
天藍色30A，選擇0.002歐到0.005歐合適，最好0.003歐，此時電壓0.1V、功率3W。
紅色100A，可以選0.0005歐到0.001歐之間，此時電壓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。
另一個圖表，根據采樣電壓放大誤差、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、合計偏差
可見隨著電流的增大，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準壓降，例如我國的是75mV，國外也有50mV和60mV的，此種分流器大量存在，等級0.5的為多，算不上精密，不屬于此處描述之列。
標準分流器，壓降一般比較大，早先的甚至達到1V，現(xiàn)在有所降低。測試標準分流器都是在標準電流下，等到足夠長的時間（例如30分鐘），讓自熱溫升達到平衡后，才測試的。
小阻值標準電阻，是設計成小功率下工作的。例如國產的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，測試標準電阻，為了避免溫升，測試要盡快進行。
國產的還有BZ10，與BZ3類似。國產還有一種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，具有響應速度快、恒流精度高、能長期穩(wěn)定工作，適合各種性質負載（阻性、感性、容性）等優(yōu)點。 產品應用 ■交流空氣開關 ■交流接觸器 ■機械開關，電子開關 ■交流互感器 ■電解液
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