分流器電阻(Shunt Resistor)主要用于電流檢測,其核心要求是低阻值?高精度?低溫漂,并能承受較大電流而不至于溫升過高導(dǎo)致精度下降或損壞?因此,其封裝設(shè)計首要考慮的是電流承載能力?散熱效率和低寄生電感?常見的封裝形式主要有以下幾類:
- 金屬片/條狀封裝 (Metal Strip/Tab Packages - 螺栓安裝式)
結(jié)構(gòu)特點: 這是大功率分流器最常見的封裝?電阻本體通常由錳銅等低溫度系數(shù)合金制成扁平長條或特定形狀(如U型?S型增加長度),兩端帶有大尺寸的金屬端子(通常是銅或銅合金),并帶有安裝孔?
優(yōu)點:
極高的電流承載能力: 可達(dá)數(shù)百安培甚至上千安培?
優(yōu)異的散熱性能: 大面積的金屬本體和端子利于傳導(dǎo)熱量到散熱器或PCB的銅箔上?通常需要配合散熱器使用?
低寄生電感: 扁平結(jié)構(gòu)有助于降低電流路徑的環(huán)路面積,減少在高頻開關(guān)應(yīng)用中的測量誤差?
低熱電動勢: 使用錳銅等合金,銅端子,減少熱電效應(yīng)誤差?
典型應(yīng)用: 電機(jī)驅(qū)動?大功率電源?電池管理系統(tǒng)(BMS)?工業(yè)控制中的主電流通路檢測?
常見外形: 直條形?U型?S型?帶散熱翼片的特殊形狀?
- 表面貼裝器件 (Surface Mount Device - SMD)
結(jié)構(gòu)特點: 采用標(biāo)準(zhǔn)SMD封裝形式,但內(nèi)部結(jié)構(gòu)?材料(金屬合金或厚膜)和設(shè)計針對低阻值?大電流優(yōu)化?
類型細(xì)分:
標(biāo)準(zhǔn)SMD (如 0603, 0805, 1206, 2010, 2512): 用于較小電流檢測(通常幾安培到二三十安培)?阻值范圍較寬,但大電流下溫升明顯,精度和溫漂可能不如專用分流器?
金屬合金功率型SMD: 如 `4020`, `4527`, `5930`, `7343` 等較大尺寸封裝?核心特點是使用金屬合金電阻芯(如錳銅),通過精密光刻工藝制作,具有極低的溫度系數(shù)和高精度?通常具有開爾文連接(Kelvin Connection / 4端子) 設(shè)計,即獨立的電流端子和電壓檢測端子,消除引線電阻和接觸電阻的影響?
帶散熱焊盤型: 如 `Power Metal Strip®` (Vishay), `WSLT`/`WSBS` (Vishay), `LRMAP` (KOA) 等系列?在標(biāo)準(zhǔn)SMD基礎(chǔ)上,底部增加大面積裸露的金屬散熱焊盤(Thermal Pad),焊接在PCB的大面積銅箔(鋪銅)上,顯著提升散熱能力,電流能力可達(dá)50A甚至100A以上(如TO-220封裝的SMD版本)?
優(yōu)點:
適合自動化生產(chǎn): 標(biāo)準(zhǔn)SMT工藝?
體積小巧: 節(jié)省空間?
開爾文連接: 提供高精度測量(低至0.5%甚至0.1%)?
良好的散熱(帶散熱焊盤型): 接近通孔器件的散熱能力?
典型應(yīng)用: 開關(guān)電源輸出電流檢測?DC-DC轉(zhuǎn)換器?電機(jī)控制(中小功率)?消費電子?通信設(shè)備中的電流監(jiān)控?
- 通孔插裝 (Through-Hole - THT)
結(jié)構(gòu)特點: 帶有軸向或徑向引線,需要插入PCB過孔焊接?
類型細(xì)分:
軸向引線 (Axial Lead): 傳統(tǒng)圓柱形或矩形,引線從兩端引出?電流能力有限,散熱一般?
功率型/螺栓安裝式 (TO-220, TO-247等): 這類封裝雖然看起來像晶體管,但內(nèi)部是精密的分流電阻合金片?具有金屬背板(帶安裝孔)用于固定在散熱器上,引線(通常是4線開爾文連接)用于焊接?這是金屬片封裝的一種小型化?標(biāo)準(zhǔn)化的形式?
優(yōu)點:
安裝穩(wěn)固(螺栓式): 適合有振動環(huán)境?
散熱好(螺栓式): 通過散熱器可處理較大電流(如TO-220可達(dá)50-100A)?
開爾文連接可選: 部分型號提供?
典型應(yīng)用: 中等功率應(yīng)用(如臺式電腦電源?工業(yè)電源模塊)?需要額外機(jī)械強(qiáng)度或散熱的應(yīng)用?軸向型用于要求不高的小電流檢測?
- 印刷電路板 (PCB) 集成式
結(jié)構(gòu)特點: 嚴(yán)格來說這不是一個獨立的“封裝”,而是直接在PCB上設(shè)計分流電阻的功能?常用方法包括:
使用一段精密PCB走線(通常是銅) 作為分流電阻?需要精確計算走線長度?寬度?厚度和銅箔的電阻率/溫度系數(shù)?精度和溫漂較差?
在PCB上開窗,焊接一段專用的錳銅分流條 (Manganin Shunt Bar)?這結(jié)合了PCB集成的便利性和專用合金的優(yōu)良性能?
優(yōu)點: 成本低(尤其走線方案),設(shè)計靈活,節(jié)省空間(無額外元件)?
缺點: 精度和穩(wěn)定性通常不如專用分立器件(尤其純走線方案),設(shè)計復(fù)雜,需要精確計算和補(bǔ)償?
典型應(yīng)用: 對成本極度敏感?精度要求不高(如過流保護(hù)閾值檢測)的大批量產(chǎn)品,或需要特殊形狀/位置的應(yīng)用?
選擇分流器電阻封裝的關(guān)鍵考慮因素:
- 額定電流: 決定所需封裝尺寸和散熱能力?
- 功耗/溫升: 電流平方乘以阻值就是功耗,功耗必須能被封裝有效散出,將溫升控制在允許范圍內(nèi)(溫升直接影響精度和壽命)?
- 測量精度要求: 高精度測量必須選擇低溫度系數(shù)?開爾文連接的金屬合金型封裝(SMD帶散熱焊盤或金屬片/TO型)?
- 空間限制: PCB面積和高度?
- 散熱條件: PCB銅箔面積?有無額外散熱器?通風(fēng)條件?
- 安裝方式: SMT vs THT,是否需要螺栓固定?
- 成本: 精密金屬合金SMD和金屬片封裝成本較高,PCB集成成本最低?
分流器電阻的封裝是其性能的關(guān)鍵決定因素?從用于超大電流?需要強(qiáng)制散熱的金屬片/條狀螺栓安裝式,到適合高精度?自動化生產(chǎn)?中小功率的金屬合金開爾文連接SMD(尤其帶散熱焊盤型),再到傳統(tǒng)的功率型通孔封裝(TO-220/247) 以及成本最低但精度較差的PCB集成方案,工程師需要根據(jù)具體的電流大小?精度要求?散熱條件?空間和成本預(yù)算來做出最合適的選擇?金屬合金開爾文連接SMD封裝在現(xiàn)代電子設(shè)計中因其優(yōu)異的性能和SMT兼容性而應(yīng)用最為廣泛?
