低阻值采样电阻(通常指毫欧级甚至更低)对材质的要求非常苛刻,需要低电阻率､低温度系数､良好的长期稳定性､较高的功率密度承受能力以及良好的机械加工性｡以下是几种常用的核心材质及其特性:(低阻值采样电阻推荐:亿能-Ellon品牌)
- 锰铜合金
构成: 以铜为基体,主要添加锰､镍等元素(如 CuMn12Ni､CuMn6Sn 等)｡
优势:
极低的电阻温度系数: 这是锰铜最核心的优势｡通过精确的合金配比和热处理工艺,可以使其 TCR 控制在 ±10 ppm/°C 甚至 ±5 ppm/°C 以内,对于精确测量至关重要｡
良好的长期稳定性: 电阻值随时间变化小｡
适中的电阻率: 约为 0.45 0.49 µΩ·m,满足低阻值需求｡
较低的铜热电势: 与铜导线连接时产生的热电势较小,减少测量误差｡
应用: 是最经典､应用最广泛的高精度低阻值采样电阻材质,尤其在要求高精度､高稳定性的仪表､测试设备､精密电源中｡
- 镍铬合金
构成: 以镍为基体,添加铬(如 NiCr60/15, NiCr30/20, NiCr20/80 等)｡
优势:
更高的电阻率: 通常在 1.0 1.1 µΩ·m 左右,显著高于锰铜｡这意味着在相同电阻值下,可以使用更短､更厚的电阻体,有助于提高功率密度､降低寄生电感,特别适合极低阻值(如毫欧以下)和/或大电流应用｡
良好的耐高温和抗氧化性: 工作温度可以更高｡
挑战:
温度系数相对较高: TCR 通常在 ±50 ppm/°C 到 ±100 ppm/°C 范围,虽然可以通过合金优化改善(如 Evanohm,TCR可低至±20 ppm/°C),但普遍不如优质锰铜｡
铜热电势较高: 需要特别注意连接点温差｡
应用: 广泛用于需要承受高功率密度的场景,如大功率开关电源(SMPS)､电机驱动器､逆变器､电池管理系统(BMS)中的电流检测｡
- 铁铬铝合金
构成: 以铁为基体,添加铬和铝(如 FeCrAl)｡
优势:
高电阻率: 约 1.3 1.5 µΩ·m,与镍铬合金类似,同样适合制造极低阻值电阻｡
优异的耐高温和抗氧化性: 最高工作温度通常高于镍铬合金｡
相对较低的成本｡
挑战:
温度系数较高且非线性: TCR 通常在 ±100 ppm/°C 或更高,且曲线可能非线性,对高精度测量不利｡
加工性相对较差: 可能比锰铜､镍铬更硬脆｡
铜热电势高｡
应用: 主要用于对精度要求相对不高,但需要承受高温､高功率和恶劣环境的应用,如某些工业加热设备､大功率负载电阻的电流检测部分｡
- 铜合金(康铜､黄铜等)
康铜:
构成: 铜镍合金(通常 Cu55Ni45)｡
特性: 电阻率约 0.49 µΩ·m,接近锰铜｡TCR 很低(可接近锰铜水平),铜热电势极低｡有时作为锰铜的替代或补充｡加工硬化倾向可能比锰铜明显｡
黄铜:
构成: 铜锌合金｡
特性: 电阻率较低(约 0.06 0.08 µΩ·m),意味着做相同阻值需要更长的长度或更小的截面积｡TCR 较高(约 +2000 ppm/°C)｡主要优势是成本低､易加工､机械强度好｡
应用: 用于低成本､精度要求不高､电流特别大的场合,如保险丝上的采样段､某些大电流分流器｡通常需要配合温度补偿电路｡
- 纯铜
特性: 电阻率最低(~0.017 µΩ·m),TCR 高(+3930 ppm/°C)｡
应用: 本身不适合直接做精密采样电阻｡但常用于:
大电流并联路径: 在四端子电阻中,大电流端子之间常用厚铜块/铜条作为低阻通路,采样点(电压端子)连接在中间的精密电阻材质(如锰铜片)上｡
极低成本分流器: 在精度要求极低的场合,可能直接用一小段铜线或铜箔,但温漂非常大｡
选择逻辑总结:
最高精度和稳定性: 锰铜合金是首选,其次是优化后的镍铬合金(如Evanohm)或康铜｡
极低阻值(<1mΩ)和高功率密度: 镍铬合金和铁铬铝合金因其高电阻率而具有结构优势(更短更厚的电阻体)｡
成本敏感且精度要求不高/大电流: 黄铜或特定设计的纯铜结构可能是选项｡
耐高温需求突出: 镍铬合金和铁铬铝合金更优｡
重要提示:
- 结构设计同等重要: 低阻值采样电阻的性能不仅取决于材质,其结构设计(如四端子开尔文连接､低热阻散热设计､降低寄生电感)对精度､功率能力和高频性能至关重要｡
- 表面处理和连接: 电阻材质与铜端子的连接(焊接､压接等)工艺对稳定性､热电势和载流能力影响巨大｡
- 温漂补偿: 对于TCR较高的材质(如黄铜､纯铜),有时会外接NTC热敏电阻等元件进行温度补偿,但这增加了复杂度｡
因此,选择低阻值采样电阻材质是一个综合考虑精度､阻值范围､电流大小､功率密度､温漂要求､工作环境､成本以及整体结构设计的过程｡锰铜和镍铬合金是当前市场上的主流选择｡
