使电子设备正常运行以确定有多少电流流进或流出电路的节点,这一点是非常重要的。 通常,最简单的测量方式是在通向该节点的余下电路的通道中放置一个电阻器。 电流通过该电阻器时,会有一个可测量的电压降落,也许使用一个运算放大器就可测量。 然后,电路的微控制器能按照欧姆定律 (I = E/R) 计算电流。 为了不浪费功率,或不改变电路的功能,电阻器——电流感应电阻器——的值必须非常小,一般约为 0.01 欧姆。
这种方法最常用于测量非常小的电流,因此,电阻器的功率损耗量非常微小。 这种方法的困难在于,对于如此小的电阻器,元件的引线和引出线电阻相对于电阻器本身而言实际上非常大,有可能足以断开测量。
例如,如果电阻器的设定值是 0.001 欧姆,引线中增加的电阻值可能要外加 0.002 欧姆。 在这种情况下,系统认为读出的电压降落超过 0.001 欧姆,但实际上,读出的降落大于 0.001 欧姆加上 0.002 欧姆或 0.003 欧姆。 由于电流和电阻之间的反比关系 (I = E/R),计算的电流值远大于实际值。
为什么电流感应需要专业电阻器
除了原来用于将电流输进或输出节点的两根引线,这个困难的解决方案就是再使用一对引线专门测量电压。
这两个额外的引线用于测量电压降落。 由于运算放大器——或读取电压的任何设备具有更高的输入电阻——穿过第二对引线的电压降落将被忽略,电流的实际值可以精确计算。 这种专业电阻器的配置(有 4 个端子,而不是 2 个)被描述为开尔文 (Kelvin) 连接。
Ohmite 的 LVK 系列的 4 端口电流感应传感器可从 Arrow Electronics 获得。 数据表显示了一系列的表面贴装电阻器。 下面的插图显示了 4 个单独焊盘,2 个用于电流测量,2 个用于电压测量。
系列产品提供广泛的功率损耗、电阻范围和电阻容差。 这些设备具有良好的温度系数,尽管它们提供的电阻值较低。
难以理解的是,通过很短引线的电压降落可断开电流测量,但是使用针对电流测量的较小电阻值,这种效果可以变得十分显著。 幸运的是,设计师可以有一种便宜的方式来避免这个困难。