低阻值采樣電阻(通常指毫歐級甚至更低)對材質(zhì)的要求非?？量?需要低電阻率?低溫度系數(shù)?良好的長期穩(wěn)定性?較高的功率密度承受能力以及良好的機(jī)械加工性?以下是幾種常用的核心材質(zhì)及其特性:(低阻值采樣電阻推薦:億能-Ellon品牌)
- 錳銅合金
構(gòu)成: 以銅為基體,主要添加錳?鎳等元素(如 CuMn12Ni?CuMn6Sn 等)?
優(yōu)勢:
極低的電阻溫度系數(shù): 這是錳銅最核心的優(yōu)勢?通過精確的合金配比和熱處理工藝,可以使其 TCR 控制在 ±10 ppm/°C 甚至 ±5 ppm/°C 以內(nèi),對于精確測量至關(guān)重要?
良好的長期穩(wěn)定性: 電阻值隨時間變化小?
適中的電阻率: 約為 0.45 0.49 µΩ·m,滿足低阻值需求?
較低的銅熱電勢: 與銅導(dǎo)線連接時產(chǎn)生的熱電勢較小,減少測量誤差?
應(yīng)用: 是最經(jīng)典?應(yīng)用最廣泛的高精度低阻值采樣電阻材質(zhì),尤其在要求高精度?高穩(wěn)定性的儀表?測試設(shè)備?精密電源中?
- 鎳鉻合金
構(gòu)成: 以鎳為基體,添加鉻(如 NiCr60/15, NiCr30/20, NiCr20/80 等)?
優(yōu)勢:
更高的電阻率: 通常在 1.0 1.1 µΩ·m 左右,顯著高于錳銅?這意味著在相同電阻值下,可以使用更短?更厚的電阻體,有助于提高功率密度?降低寄生電感,特別適合極低阻值(如毫歐以下)和/或大電流應(yīng)用?
良好的耐高溫和抗氧化性: 工作溫度可以更高?
挑戰(zhàn):
溫度系數(shù)相對較高: TCR 通常在 ±50 ppm/°C 到 ±100 ppm/°C 范圍,雖然可以通過合金優(yōu)化改善(如 Evanohm,TCR可低至±20 ppm/°C),但普遍不如優(yōu)質(zhì)錳銅?
銅熱電勢較高: 需要特別注意連接點溫差?
應(yīng)用: 廣泛用于需要承受高功率密度的場景,如大功率開關(guān)電源(SMPS)?電機(jī)驅(qū)動器?逆變器?電池管理系統(tǒng)(BMS)中的電流檢測?
- 鐵鉻鋁合金
構(gòu)成: 以鐵為基體,添加鉻和鋁(如 FeCrAl)?
優(yōu)勢:
高電阻率: 約 1.3 1.5 µΩ·m,與鎳鉻合金類似,同樣適合制造極低阻值電阻?
優(yōu)異的耐高溫和抗氧化性: 最高工作溫度通常高于鎳鉻合金?
相對較低的成本?
挑戰(zhàn):
溫度系數(shù)較高且非線性: TCR 通常在 ±100 ppm/°C 或更高,且曲線可能非線性,對高精度測量不利?
加工性相對較差: 可能比錳銅?鎳鉻更硬脆?
銅熱電勢高?
應(yīng)用: 主要用于對精度要求相對不高,但需要承受高溫?高功率和惡劣環(huán)境的應(yīng)用,如某些工業(yè)加熱設(shè)備?大功率負(fù)載電阻的電流檢測部分?
- 銅合金(康銅?黃銅等)
康銅:
構(gòu)成: 銅鎳合金(通常 Cu55Ni45)?
特性: 電阻率約 0.49 µΩ·m,接近錳銅?TCR 很低(可接近錳銅水平),銅熱電勢極低?有時作為錳銅的替代或補(bǔ)充?加工硬化傾向可能比錳銅明顯?
黃銅:
構(gòu)成: 銅鋅合金?
特性: 電阻率較低(約 0.06 0.08 µΩ·m),意味著做相同阻值需要更長的長度或更小的截面積?TCR 較高(約 +2000 ppm/°C)?主要優(yōu)勢是成本低?易加工?機(jī)械強(qiáng)度好?
應(yīng)用: 用于低成本?精度要求不高?電流特別大的場合,如保險絲上的采樣段?某些大電流分流器?通常需要配合溫度補(bǔ)償電路?
- 純銅
特性: 電阻率最低(~0.017 µΩ·m),TCR 高(+3930 ppm/°C)?
應(yīng)用: 本身不適合直接做精密采樣電阻?但常用于:
大電流并聯(lián)路徑: 在四端子電阻中,大電流端子之間常用厚銅塊/銅條作為低阻通路,采樣點(電壓端子)連接在中間的精密電阻材質(zhì)(如錳銅片)上?
極低成本分流器: 在精度要求極低的場合,可能直接用一小段銅線或銅箔,但溫漂非常大?
選擇邏輯總結(jié):
最高精度和穩(wěn)定性: 錳銅合金是首選,其次是優(yōu)化后的鎳鉻合金(如Evanohm)或康銅?
極低阻值(<1mΩ)和高功率密度: 鎳鉻合金和鐵鉻鋁合金因其高電阻率而具有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(更短更厚的電阻體)?
成本敏感且精度要求不高/大電流: 黃銅或特定設(shè)計的純銅結(jié)構(gòu)可能是選項?
耐高溫需求突出: 鎳鉻合金和鐵鉻鋁合金更優(yōu)?
重要提示:
- 結(jié)構(gòu)設(shè)計同等重要: 低阻值采樣電阻的性能不僅取決于材質(zhì),其結(jié)構(gòu)設(shè)計(如四端子開爾文連接?低熱阻散熱設(shè)計?降低寄生電感)對精度?功率能力和高頻性能至關(guān)重要?
- 表面處理和連接: 電阻材質(zhì)與銅端子的連接(焊接?壓接等)工藝對穩(wěn)定性?熱電勢和載流能力影響巨大?
- 溫漂補(bǔ)償: 對于TCR較高的材質(zhì)(如黃銅?純銅),有時會外接NTC熱敏電阻等元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償,但這增加了復(fù)雜度?
因此,選擇低阻值采樣電阻材質(zhì)是一個綜合考慮精度?阻值范圍?電流大小?功率密度?溫漂要求?工作環(huán)境?成本以及整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程?錳銅和鎳鉻合金是當(dāng)前市場上的主流選擇?
