電流檢測(cè)電阻器具有各種形狀和尺寸，用于測(cè)量許多汽車、電源控制和工業(yè)系統(tǒng)中的電流。當(dāng)使用非常低值的電阻（幾毫歐或更?。r(shí)，焊料的電阻成為檢測(cè)元件電阻的很大一部分，并顯著增加測(cè)量誤差。高精度應(yīng)用通常使用4端子電阻和開(kāi)爾文檢測(cè)來(lái)降低這種誤差，但這些專用電阻可能很昂貴。此外，在測(cè)量大電流時(shí)，電阻焊盤的尺寸和設(shè)計(jì)在確定檢測(cè)精度方面起著至關(guān)重要的作用。本文介紹一種替代方法，該方法使用具有4焊盤布局的標(biāo)準(zhǔn)低成本2焊盤檢測(cè)電阻實(shí)現(xiàn)高精度開(kāi)爾文檢測(cè)。圖1顯示了用于表征由五種不同布局引起的誤差的測(cè)試板。

圖1.檢測(cè)電阻布局測(cè)試PCB。

檢流電阻器

常用的檢流電阻提供低至 0.5 mΩ 的電阻值，采用 2512 外殼封裝，功耗高達(dá) 3 W。為了突出最壞情況下的誤差，這些實(shí)驗(yàn)采用了一個(gè)0.5 mΩ、3 W電阻和1%容差（Welwyn/TTelectronics的部件號(hào)ULRG3-2512-0M50-FLFSLT）。其尺寸和標(biāo)準(zhǔn)4線基底面如圖2所示。

圖2.（a） ULRG3-2512-0M50-FLFSLT電阻器尺寸;（b） 標(biāo)準(zhǔn) 4 焊盤封裝。

傳統(tǒng)足跡

對(duì)于開(kāi)爾文檢測(cè)，必須對(duì)標(biāo)準(zhǔn)2線封裝中的焊盤進(jìn)行劃分，以便為系統(tǒng)電流和檢測(cè)電流提供單獨(dú)的路徑。圖 3 顯示了此類布局的示例。系統(tǒng)電流采用紅色箭頭所示的路徑。如果使用簡(jiǎn)單的 2 焊盤布局，則總電阻為：

為避免額外的電阻，電壓檢測(cè)走線需要直接布線至檢測(cè)電阻焊盤。系統(tǒng)電流仍會(huì)導(dǎo)致上部焊點(diǎn)兩端的壓降顯著，但檢測(cè)電流將導(dǎo)致下部焊點(diǎn)兩端的壓降可以忽略不計(jì)。因此，這種分離焊盤方法消除了測(cè)量中的焊點(diǎn)電阻，提高了系統(tǒng)的總精度。

圖3.開(kāi)爾文感應(yīng)。

優(yōu)化開(kāi)爾文足跡

圖3所示布局比標(biāo)準(zhǔn)2焊盤方法有了顯著改進(jìn)，但對(duì)于極低值電阻（0.5 mΩ或更低），焊盤上檢測(cè)點(diǎn)的物理位置和流過(guò)電阻的電流對(duì)稱性變得更加重要。例如，ULRG3-2512-0M50-FLFSLT是一種固體金屬合金電阻器，因此沿焊盤的每一毫米電阻都會(huì)影響有效電阻。使用校準(zhǔn)電流，通過(guò)比較五個(gè)自定義封裝的壓降來(lái)確定最佳檢測(cè)布局。

測(cè)試線路板

圖 4 顯示了在測(cè)試 PCB 上創(chuàng)建的五種布局模式，標(biāo)記為 A 到 E。在可能的情況下，將跡線路由到沿傳感墊不同位置的測(cè)試點(diǎn)，如顏色編碼點(diǎn)所示。各個(gè)電阻器占位面積為：

標(biāo)準(zhǔn) 4 線電阻，基于 2512 推薦封裝（參見(jiàn)圖 2（b））。焊盤外邊緣和內(nèi)邊緣（x 軸）的檢測(cè)點(diǎn)對(duì)（X 和 Y）。

與A類似，但焊盤向內(nèi)拉長(zhǎng)，以更好地覆蓋焊盤區(qū)域（見(jiàn)圖2（a））。感應(yīng)點(diǎn)位于焊盤的中心和末端。

通過(guò)使用焊盤的兩側(cè)提供更對(duì)稱的系統(tǒng)電流。還將感知點(diǎn)移動(dòng)到更中心的位置。感應(yīng)點(diǎn)位于焊盤的中心和末端。

與C類似，但在最內(nèi)側(cè)連接系統(tǒng)電流焊盤。僅使用外部感應(yīng)點(diǎn)。

A 和 B 的混合體。系統(tǒng)電流流過(guò)較寬的焊盤，檢測(cè)電流流過(guò)較小的焊盤。檢測(cè)點(diǎn)位于焊盤的外邊緣和內(nèi)邊緣。

圖4.測(cè)試PCB布局。

使用模板施加焊料并在回流爐中回流。使用了ULRG3-2512-0M50-FLFSLT電阻器。

測(cè)試程序

測(cè)試設(shè)置如圖 5 所示。20 A的校準(zhǔn)電流通過(guò)每個(gè)電阻器，而電阻保持在25°C。 在使能負(fù)載電流后不到1秒內(nèi)測(cè)量產(chǎn)生的差分電壓，以防止電阻溫度上升超過(guò)1°C。 監(jiān)測(cè)每個(gè)電阻器的溫度，以確保測(cè)試結(jié)果記錄在25°C。 20 A時(shí)，0.5 mΩ電阻兩端的理想壓降為10 mV。

圖5.測(cè)試設(shè)置。

測(cè)試結(jié)果

表1顯示了使用圖4所示檢測(cè)板位置的測(cè)量數(shù)據(jù)。

表 1.測(cè)量的電壓和誤差

觀察

封裝 C 和 D 的誤差最小，結(jié)果和變化在各個(gè)電阻容差范圍內(nèi)相當(dāng)。首選封裝 C，因?yàn)樗惶赡芤鹋c元件放置公差相關(guān)的問(wèn)題。

電阻器外端的檢測(cè)點(diǎn)可在每種情況下提供最準(zhǔn)確的結(jié)果。這表明電阻器的大小由制造商調(diào)整到整個(gè)長(zhǎng)度。

請(qǐng)注意，在不使用開(kāi)爾文檢測(cè)的情況下，與阻焊電阻相關(guān)的誤差為 22%。這是約0.144 mΩ的等效焊接電阻。

封裝 E 演示了不對(duì)稱焊盤布局的效果。在回流焊期間，元件被拉到焊料最多的焊盤上。應(yīng)避免這種類型的足跡。

結(jié)論

根據(jù)所示結(jié)果，最佳封裝為C，預(yù)期測(cè)量誤差小于1%。該封裝的推薦尺寸如圖 6 所示。

圖6.最佳占地面積。

檢測(cè)跡線的布線也會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。為了達(dá)到最高精度，應(yīng)在電阻的邊緣測(cè)量檢測(cè)電壓。圖7顯示了使用過(guò)孔將焊盤外邊緣布線到另一層的推薦布局，從而避免切割主電源層。

圖7.推薦的 PCB 走線布線。

本文中的數(shù)據(jù)可能不適用于所有電阻器，結(jié)果可能會(huì)有所不同，具體取決于電阻器的組成和尺寸。應(yīng)咨詢電阻器制造商。用戶有責(zé)任確保封裝的布局尺寸和結(jié)構(gòu)符合各個(gè) SMT 制造要求。ADI公司對(duì)因使用此足跡而可能出現(xiàn)的任何問(wèn)題不承擔(dān)任何責(zé)任。

審核編輯：郭婷