电子设计教程28：电流采样电阻与开尔文接法

￡神魔★判官ぃ 2023-07-14 10:32 2阅读 0赞

电流经过电阻会产生电压。可以把阻值较小的电阻，串联在被测电路中，把电流转换为电压信号进行测量。这个电阻被称为采样电阻（也称分流电阻、感应电阻）。  
  采样电阻通常阻值低，一般不超过1Ω；精密度高，一般在在±1%以内，更高要求的用途时会采用0.01%精度的电阻。由于阻值太小，所以采样电阻上的电压也比较小，一般要接放大电路，将电压放大后再测量。  
  虽然采样电阻阻值很小，但是与负载串联之后，还是会对负载造成一些影响。如果采样电阻串联在负载与电源地之间，可能会引起负载没有良好的接地，如果负载是含有高速处理器和模拟电路的精密电路时，很可能无法正常工作。所以，常常使用把采样电阻接在负载与电源正极之间。下图前者称为高边电流检测，后者称为低边电流检测。  
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  高边电流检测保证了负载具有稳定的GND，虽然负载感受到的电压有一点下降，但是一般不会影响正常工作。不过，需要测量电路能承受较高的共模电压，并且有较大的差模电压增益，即拥有较高的共模抑制比。低边电流检测不挑运放芯片，相对来说成本较便宜。  
  由于采样电阻的阻值太小了，焊料的电阻已经不能忽略。然而焊料的电阻值无法确定：可能这个焊盘的焊料多一些，电阻就小一些，且焊料电阻随温度变化较大，会影响测量结果。  
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  焊料对于测量电压带来的影响：U=I(R1+R2+Rs)  
  可以采用开尔文连接法来提高测量精度。这种接法需要从一个电阻上引出四个点，两个点用于正常工作，两个点用于测量。测量的仪器要求输入阻抗很高，因为严格来说，测量仪器的线材或是线路上还是会有电阻的，如果阻抗高，那么电流非常小，这部分“路上”的阻抗（如下图R1与R2）就可以忽略不计。这种接法又称为开尔文四线检测。  
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  有一种专门用于开尔文接法的电阻，叫做四触点分流电阻，电流的“主干道”与测试使用不同的触点。在PCB设计的时候，稍作优化可以做到类似的效果。如下图这种接法，使用普通的二脚采样电阻，也能一定程度上提高精度。  
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