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设计要点:控制分流器的表面温度远比你想象的要重要

作者:开步电子     发表日期:2018-06-09 17:37:18

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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。...

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设计要点:控制分流器的表面温度远比你想象的要重要


正文内容:

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。

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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:

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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。

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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:

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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:

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