使用分流电阻器时的注意事项--PCB 设计对电阻温度系数的影响

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1.概述

分流器是一种常用于检测直流电流的装置，实际上只是一个很小的电阻，每当直流电流流过分流器时就会发生电压降，这将显示在电流表上的直流读数中。

分流电阻器是一种产生低电阻通道的电阻器。由于它们的低电阻，它们经常用于监测高电流，这在许多应用中至关重要。

在使用分流电阻器时，电阻值、额定功率、封装大小是重要的检讨项目，更进一步地需要考虑容许误差对检测电压精度产生的影响。容许误差除了包括常温条件下的电阻容差(F 级产品:±1%)之外，还包括电阻温度系数。电阻温度系数是表示产品的电阻值随温度变化的系数。电阻器在流过电流时由于自身功耗带来的产品温升、或者当周围环境温度发生改变时，其阻值会发生变化，因此为了实现高精度的电流测量，电阻温度系数是重要的参数。

2.分流电阻器的电压测量方法

分流电阻器的电阻值一般是几μΩ～几百 mΩ的低阻值。使用这样的低阻值电阻进行电压测量时，需要采用 4 端子法的开尔文连接。但是如图 1 所示，当把测量线（Sensing Line）的 Layout 放在分流电阻器的 PAD 外侧时，因为包含了走线铜箔和焊锡的电阻成分，无法进行正确的测量。

另外，走线铜箔的电阻温度系数大约是 3900ppm/K，远远大于分流电阻器的固有值，因此即便从电阻温度系数的观点考虑，为了减小铜箔的影响，也必须如图 2 所示把测量线的 Layout 放在分流电阻器的 PAD 内侧。

图 3 以 GMR50 的每个阻值为例，记载了在不同测量线的条件下，电阻温度系数(20℃→125℃)的对比结果。

虽然在测量线②～④的条件下，测量结果没有太大差别，但是可以看出在测量线①的条件下，电阻温度系数会大幅升高。另外可以看出，随着电阻值逐渐变低，铜箔的影响会逐渐变大。

3.电阻温度系数的影响

3.1【电阻值范围：10mΩ以上】

10mΩ以上的分流电阻器有厚膜型电阻器和金属板型电阻器。

一般来说，在厚膜型电阻器的电阻体中会使用电阻温度系数较大的含银材料，与此相对的，在金属板型电阻器中会使用电阻温度系数较小的合金，因此电阻值越低，金属板型电阻器就越能表现出优秀的电阻温度特性。

图 4 以厚膜型电阻器 LTR50 和金属板型电阻器 GMR50 为例，记载了温度变化时电阻值变化率的对比结果。※以 20℃时的电阻值为基准。

3.2【电阻值范围：10mΩ以下】

当使用 10mΩ以下的分流电阻器时，即使如图 2 所示把测量线的 Layout 放在了分流电阻器的 PAD 内侧，由于电阻温度系数会受到贴装基板的铜箔和产品的铜电极的影响，在基板设计时也必须加以考虑。对电阻温度系数产生影响的项目如以下 4 点。

・测量线的引出位置
・铜箔厚度
・产品电极之间尺寸和 PAD 之间尺寸的差
・电流路径

① 测量线的引出位置
对于 10mΩ以下的分流电阻器，即使把测量线的 Layout 放在 PAD 内侧，根据测量线的引出位置不同，电阻温度系数会因为受到铜箔或者铜电极的影响而产生偏差。一般来说，电阻值越低，该影响越大。

因此，即使是在 PAD 内侧，也需要尽量把测量线的 Layout 放在能够减小上述影响的位置上。

图 5 以 PSR100/0.3mΩ为例，记载了分别从 PAD 的中央部分(测量位置 A)、端子部分(测量位置 B) 引出测量线时，电阻温度系数(20℃→125℃)的对比结果。

由以下结果可以看出，当从 PAD 的端子部分引出测量线时，电阻温度系数会因为受到铜箔的影响而变大。

② 铜箔厚度的影响
有时为了流过大电流、或者提高散热性能，需要加厚 PCB 基板的铜箔。但是铜箔越厚，对电阻温度系数产生的影响也会越大。

图 6 以 PSR100/0.3mΩ为例，记载了在不同的基板铜箔厚度的条件下，电阻温度系数(20℃→125℃)的对比结果。

③ 产品电极之间尺寸和 PAD 之间尺寸的差
对于分流电阻器，因为每个厂商的产品电极尺寸经常是不一样的，当同时购买 2 个厂商的产品时，有时可能无法使用厂商推荐的 PAD 尺寸。这样，当 PAD 之间的尺寸相对于产品电极之间的尺寸不一样时，对电阻温度系数也会产生影响。

图 7 以 PMR100/1mΩ为例，记载了在不同的 PAD 之间尺寸的条件下，电阻温度系数(20℃→125℃)的对比结果。

由以下结果可以看出，当 PAD 之间的尺寸大于产品电极之间的尺寸时，电阻温度系数会变大。

※根据产品的结构不同，该倾向可能会发生变化。

④ 电流路径的影响
如前所述，当把测量线的 Layout 放在 PAD 内侧的中央部分时，虽然可以抑制对电阻温度系数产生的影响，但同时电流路径也会产生影响。

图 8 以 PSR100/0.3mΩ为例，记载了在以下 3 种电流路径的条件下，电阻温度系数(20℃→125℃)的对比结果。

该对比设想了因为基板制作精度和贴装偏差的影响，产品的贴装位置相对于测量线可能发生偏差的情况。

由以下结果可以看出，当产品和测量线之间发生位置偏差时，对电阻温度系数产生的影响会随着电流路径的不同而不同。

对于电流路径 B，可以说当预先把测量线的引出位置设计为从产品（PAD）的中心，预先如图 8 所示沿着负方向偏移引出时，对于电阻温度系数会有优势。

4.总结

以上因素对电阻温度系数产生影响的大小，根据产品 (产品结构、封装大小、铜电极厚度、电阻值)不同是不一样的。

一般来说，产品的电阻值越低，影响越大。