分流电阻器的定义及特性 分流电阻器的电流共享能力简析

什么是分流电阻器

分流电阻器（Shunt resistor）是一种低阻值电阻器，用来产生低阻通路，广泛用于大电流检测应用，如过流保护、4-20mA系统、电池充电、高亮度LED控制、H桥马达控制、或者一些原理上必须的电流检测应用。

分流电阻器的主要目的是 测量电流 ，分流器在电流测量电路中的位置如下图所示：

图示：分流电阻器位置

A通常将分流器放置在接地侧以消除共模电压。但是存在其他缺点。在B这种配置中，共模电压对于电流表来说可能太高了。

分流电阻的特性

分流电阻属于高精密、低阻值电阻器，其技术要求一般为毫欧级，必须能够测量几百安培（A）的大电流。

影响分流电阻阻值的因素有多种，包括可逆性的和不可逆的。其中，长期稳定性是非可逆的，这会产生机械、电气、热负荷。可逆性因素包括：

（1）电阻温度系数（TCR）：单位为ppm/oC，表征电阻值参考室温变化引起的阻值变化。

（2）电阻功率系数（PCR）：单位为ppm/W，表示驱动电阻器所必须消耗的功率。

分流电阻器的作用

（1）保护电路免受过压

使用Crowbar电路，当电压过高时会短路，这是保护电路免受高电压影响的一种方法，使电路的电流与其平行流动。结果就是电路的电压突然下降，断路器或保险丝由于流过分流器的大电流而跳闸。

（2）绕过有缺陷的设备

在串联电路中，如果一个元件发生故障，整个电路就会被破坏。圣诞灯是分流器的一个很好的例子，可以用来解决这个问题。由于故障而产生的较大电压会使分流器短路，导致电流流过有缺陷的部件。

（3）解决噪音问题

当电路中存在高频噪声问题时，可以使用带电容器的分流器。在不需要的信号到达电路元件之前，电容器会将噪声发送到地面。

分流电阻器的应用

在电力电子综合系统中，集成了分流电阻器技术，为各行各业提供了提升效率、增强可靠性和简化设计与组装的巨大优势。随着各行业迅速实现电气化，对集成系统和模块的需求愈发增长。先进的宽带隙半导体设备如硅碳和氮化镓晶体管的出现，进一步推动了集成解决方案的需求，以实现最佳性能和成本效益。

分流电阻器的优势在于它相较于其他测量技术而言的成本效果显著。分流电阻器提供了一种经济高效的测量方案，而不会影响模型或电路的精度。当与电力模块集成时，可获得一个较为简化且紧凑的传感结果。在实际应用中，通常需要额外的电路精确读取和解释从分流电阻器获取的信息。这常涉及实现放大和条件电路，以放大穿过分流的微小电压降并将其转换成可测量的信号。

分流电阻器的电流共享能力

在实验中使用的分流电阻器的电阻值保证容差为1%，其温度系数相对于20°C小于50ppm/K，这导致在120°C时最大偏差可达到0.5%。在最坏的情况下，假设所有并联的分流电阻器同时出现最大偏差。分流电阻器由连接到铜端子的电阻合金组成。这种合金与铜的塞贝克系数为1μV/K。考虑到电阻合金之间的20K温差，预计会产生20μV的电压误差。考虑到名义电流对应于分流上的128.6mV，这种电压误差占名义电流的0.016%。因此，热电效应的影响是微小的。

模拟结果展示了电阻器之间不均匀的电流共享效应。模拟表明，由于IGBTs、分流电阻器和键合线的布置，导致在直流电压电位分布上，分流电阻器1号与7号之间存在电压降差异。