CN109975614B - 一种四线式电流感测电阻及其测量方法 - Google Patents

一种四线式电流感测电阻及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种四线式电流感测电阻，通过在电阻板表面设置保护层，保护层的保护层主体部分和两个保护层侧翼部分形成十字型隔断将电阻板表面分隔出四个电极容置区域，两个电流输入电极和两个电压探测电极分别设置在四个电极区域内，从而避免为了分隔电极而在电阻板两侧蚀刻精度要求较高的凹槽，降低四线式电流感测电阻的制造难度，提高产品成材率。同时电阻板两端部设置缺口，通过调整缺口的深度来调整电阻温度系数，减小电阻的TCR。本发明同时还公开了该电阻的测量方法，该方法能够精确高效的测量电阻的阻值。

Description

一种四线式电流感测电阻及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种电流感测电阻，具体涉及一种高阻值精度、低TCR的四线式电流感测电阻以及该电阻的测量方法。
背景技术
电流感测电阻器的工作原理是将电阻器串接于负载电路中，在向负载供电时量测电阻器上产生的电压降，由欧姆定律计算出流经电路的电流强度。电阻器为发热元器件，为减小其正常工作过程中的能量耗散，电流感测电阻装置的电阻值设计会比较小，约毫欧姆级，因此对阻值精度要求也会比一般电阻器来的高(±1％以内)。
电阻器为发热元器件，实际工作过程中由于电阻本体发热及工作环境中其它元器件散热，其本体温度最高达100℃以上，为保证电阻在不同温度条件下的量测稳定性，电阻器阻值随温度变化率(TCR)越趋近于0，则对所得量测结果越有利。
现有的四线式电流感测电阻结构，通过上下左右四个凹槽将电极分割为四个部分，实际工作中，两位置相对的较大电极为电流输入端，剩余两个小电极为电压探测端，通过此种结构设计可以保证电压量测稳定性，进而提高多次量测阻值稳定性，保证制造过程中的高阻值精度。而在实际作业过程中，四个凹槽是通过蚀刻电阻板来形成的，左右两边凹槽因其尺寸较小，对蚀刻设备精度要求过高。导致现有的四线式电流感测电阻的制造难度很大，成材率较低，制造成本较高。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种四线式电流感测电阻，该电流感测电阻制造工艺简单，阻值精度高且TCR较低。
本发明的另一目的是提供利用上述四线式电流感测电阻进行测量的方法。
技术方案：本发明所述的四线式电流感测电阻，包括绝缘基板、设置于绝缘基板表面的电阻板、保护层、两个电流输入电极以及两个电压探测电极；所述电阻板为长方形电阻板，该长方形电阻板的两条短边的中间部位均具有在电阻板厚度方向贯通的缺口；所述保护层贴覆于电阻板表面，保护层具有自电阻板的一端短边的缺口处延伸至另一端短边的缺口处的保护层主体、自保护层主体分别向电阻板两条长边延伸的两个保护层侧翼，保护层主体和两个保护层侧翼形成十字型隔断将电阻板表面分隔出四个电极容置区域；所述两个电流输入电极分别设置于电阻板同一端的两个电极容置区域内，所述两个电压探测电极分别设置于另外两个电极容置区域内。
有益效果：该四线式电流感测电阻通过在电阻板表面设置保护层，保护层的保护层主体部分和两个保护层侧翼部分形成十字型隔断将电阻板表面分隔出四个电极容置区域，两个电流输入电极和两个电压探测电极分别设置在四个电极区域内，从而避免为了分隔电极而在电阻板两侧蚀刻精度要求较高的凹槽，降低四线式电流感测电阻的制造难度，提高产品成材率。同时电阻板两端部设置缺口，通过调整缺口的深度来调整电阻温度系数，减小电阻的TCR。
而本发明所述的一种利用上述四线式电流感测电阻进行测量的方法所采用的技术方案包括如下步骤：
(1)在两个电流输入电极之间通入已知大小电流IO；
(2)将两个电压探测电极接入电压探测装置，量测电压VO；
(3)根据欧姆定律测得产品的电阻值为
Figure GDA0002752404660000021
该方法操作简单，能够精确高效的测量该电阻的阻值。
附图说明
图1是本发明四线式电流感测电阻的结构示意图；
图2是本发明四线式电流感测电阻的零件爆炸图；
图3是本发明四线式电流感测电阻的结构主视图；
图4是图3的左视图；
图5是图3的仰视图；
图6是本发明四线式电流感测电阻的电阻板的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1、图2所示，本实施例公开了一种四线式电流感测电阻，包括绝缘基板1、电阻板2、保护层3、两个电流输入电极4以及两个电压探测电极5。
绝缘基板1采用机械强度高且硬度较高的材料制成，如96％Al2O3陶瓷基板或者玻璃纤维板。电阻板2设置于绝缘基板1的表面，电阻板2采用合金材质制作成长方形电阻板2，采用热稳定性强的绝缘胶粘贴在绝缘基板1的表面。同时参阅图6所示，该长方形电阻板2的两条短边的中间部位均具有在电阻板厚度方向贯通的缺口21；通过调整缺口21的深度来调整电阻温度系数，获得TCR更趋近于0的产品。
保护层3采用FR4环氧树脂制作，其贴覆于电阻板2的表面。一并参阅图3所示，保护层具有自电阻板2的一端短边的缺口21处延伸至另一端短边的缺口21处的保护层主体31、自保护层主体31分别向电阻板2的两条长边延伸的两个保护层侧翼32。该两个保护层侧翼32相互对称，保护层主体31和两个保护层侧翼32形成十字型隔断将电阻板2表面分隔出四个电极容置区域。两个电流输入电极4分别设置于电阻板2同一端的两个电极容置区域内，两个电压探测电极5分别设置于另外两个电极容置区域内。
具体的，分隔出的四个电极区域均呈宽度一致的长方形结构，容置电流输入电极4的电极容置区域的长度比容置电压探测电极5的电极容置区域的长度长。也就是说，保护层3所形成的十字型隔断将电阻板2表面分隔成面积大小不同的电机容置区域，其中电流输入电极4的面积较电压探测电极5的面积大。可以通过调整两个保护层侧翼32在电阻板2长边的分隔位置，来进一步调整电阻温度系数，从而使得TCR更趋近于0。并且，产品的额定功率与其电流承载能力呈正相关，电极越大其电流承载能力越高，因此将面积大的电极作为电流输入电极通入电流，从而减小四端子设计对额定功率下降的影响。
保护层主体31的两端分别向下延伸出填充部33，两个填充部33分别填充于两个缺口21内，从而将保护层主体31两侧的电极彻底隔断避免相互干涉。
如图4、图5所示，电流输入电极4具有挂镀于电阻板2表面的铜层41以及滚镀于所述铜层41表面的镍锡层42。电压探测电极5同样具有挂镀于电阻板2表面的铜层51以及滚镀于铜层51表面的镍锡层52。铜层的厚度为80-150μm，其导电性能佳，可以将电极阻值对量测结果造成的影响降至最低。镍锡层滚镀在铜层表面方便焊锡焊接。
请再次参阅图3所示，产品测量过程中，在两个电流输入电极4通入已知大小电流IO，两电压探测电极5接入电压探测装置，量测电压VO，根据欧姆定律测得产品的电阻值为
Figure GDA0002752404660000031

Claims (9)

1.一种四线式电流感测电阻，其特征在于，包括绝缘基板(1)、设置于绝缘基板(1)表面的电阻板(2)、保护层(3)、两个电流输入电极(4)以及两个电压探测电极(5)；所述电阻板(2)为长方形电阻板，该长方形电阻板的两条短边的中间部位均具有在电阻板(2)厚度方向贯通的缺口(21)；所述保护层(3)贴覆于电阻板(2)表面，保护层(3)具有自电阻板(2)的一端短边的缺口(21)处延伸至另一端短边的缺口(21)处的保护层主体(31)、自保护层主体(31)分别向电阻板(2)两条长边延伸的两个保护层侧翼(32)，保护层主体(31)和两个保护层侧翼(32)形成十字型隔断将电阻板(2)表面分隔出四个电极容置区域；所述两个电流输入电极(4)分别设置于电阻板(2)同一端的两个电极容置区域内，所述两个电压探测电极(5)分别设置于另外两个电极容置区域内，电流输入电极(4)的面积较电压探测电极(5)的面积大。
2.根据权利要求1所述的四线式电流感测电阻，其特征在于，所述四个电极容置区域均呈宽度一致的长方形结构，容置所述电流输入电极(4)的电极容置区域的长度比容置所述电压探测电极(5)的电极容置区域的长度长。
3.根据权利要求1所述的四线式电流感测电阻，其特征在于，所述保护层主体(31)的两端分别向下延伸出填充部(33)，两个所述填充部(33)分别填充于所述两个缺口(21)内。
4.根据权利要求1所述的四线式电流感测电阻，其特征在于，所述电流输入电极(4)和所述电压探测电极(5)均具有挂镀于电阻板(2)表面的铜层以及滚镀于所述铜层表面的镍锡层。
5.根据权利要求4所述的四线式电流感测电阻，其特征在于，所述铜层的厚度为80-150μm。
6.根据权利要求1所述的四线式电流感测电阻，其特征在于，所述绝缘基板采用96％Al2O3陶瓷基板或者玻璃纤维板。
7.根据权利要求1所述的四线式电流感测电阻，其特征在于，所述电阻板为合金电阻板。
8.根据权利要求1所述的四线式电流感测电阻，其特征在于，所述保护层采用FR4环氧树脂。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的四线式电流感测电阻进行测量的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)在两个电流输入电极之间通入已知大小电流IO；
(2)将两个电压探测电极接入电压探测装置，量测电压VO；
(3)根据欧姆定律测得产品的电阻值为
Figure FDA0002764479230000021
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