接觸的電源知識(shí)越多，就發(fā)現(xiàn)有時(shí)越是基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單知識(shí)，知道的人卻寥寥無(wú)幾。就像電阻的自發(fā)熱，基礎(chǔ)的不能再基礎(chǔ)，但是很多工程師卻不知道甚至是忽略的。本篇文章當(dāng)中就將對(duì)電阻自發(fā)熱的影響進(jìn)行介紹，看過(guò)之后大家就會(huì)明白，這項(xiàng)不起眼的小知識(shí)在電源設(shè)計(jì)當(dāng)中是多么重要。

圖1簡(jiǎn)化的比率計(jì)RTD系統(tǒng)

 

對(duì)于圖1中的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，需要考慮信號(hào)路徑中電阻器自發(fā)熱引起的誤差，才能防止它們所導(dǎo)致的不希望出現(xiàn)的誤差級(jí)。

 

該設(shè)計(jì)針對(duì)比率計(jì)測(cè)量設(shè)計(jì)，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果直接取決于參考電阻器RREF的絕對(duì)值。由于RREF上有激勵(lì)電流經(jīng)過(guò)，因此它會(huì)消耗電源并發(fā)熱，從而可引起電阻變化，影響系統(tǒng)精確度。此外，電阻器自發(fā)熱影響在電流感應(yīng)或功率測(cè)量等眾多其它應(yīng)用中也很重要，其取決于電阻器絕對(duì)值，因?yàn)樵陔娮杵飨碾娫磿r(shí)它可能會(huì)改變阻值。

 

電阻器的溫度系數(shù)（或TC）規(guī)定了電阻器溫度變化時(shí)電阻的變化范圍。電阻器TC的單位一般是每攝氏度百萬(wàn)分之一（ppm/°C）。一個(gè)1%電阻器具有大約+/-100ppm/°C的TC，而高精度金屬箔電阻器則提供不足0.1ppm/°C的TC。

 

公式1和公式2是溫度從25°C到125°C變化時(shí)，如何使用電阻器TC規(guī)范計(jì)算1kΩ、±100ppm/°C電阻器阻值ΔRTC變化的實(shí)例。

一般來(lái)說(shuō)，較小表面安裝組件（0201、0402、0603等）在功率耗散方面效率較低，因此具有極高的自發(fā)熱系數(shù)θSH，有時(shí)高達(dá)1000°C/W以上！這些較小電阻器的額定功率級(jí)通常小于0.1W，但其溫度會(huì)隨功率耗散極其快速地變化。

 

公式3可計(jì)算功率耗散所引起的電阻器溫度增加量ΔTSH。公式4將ΔTSH插入公式1替代ΔT，以確定100°C/W適度自發(fā)熱和0.5W功率耗散情況下自發(fā)熱所引起的電阻變化。

盡管電阻器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中通常不提供自發(fā)熱系數(shù)，但通常都包含功率額定值下降曲線，您可通過(guò)該曲線反向計(jì)算出自發(fā)熱系數(shù)。

 

功率額定值下降曲線可在不超過(guò)最大指定溫度情況下，針對(duì)環(huán)境溫度規(guī)定電阻器的最大功耗。圖2是0.5W電阻器的電阻器功率額定值下降曲線實(shí)例。

圖2 0.5W電阻器的功率額定值下降曲線

 

可以從圖2的曲線中輕松確定最大工作溫度TMAX，也就是在額定耗散等于0%時(shí)x軸上的值。在所示實(shí)例中，最大工作溫度是150°C。

 

另外，電阻器也不可能在100%額定耗散（TMAX_PWR100%）、85°C下工作。您可通過(guò)該溫度、最大工作溫度以及電阻器的功率額定值計(jì)算出針對(duì)θSH的值，如公式5所示。

經(jīng)過(guò)上面一系列的分析和計(jì)算，得出自發(fā)熱系數(shù)之后就能非常方便的來(lái)確定熱增加量。利用公式3、公式4，就可以計(jì)算出功率耗散時(shí)的電阻變化，最終根據(jù)電阻的變化來(lái)估算對(duì)最終系統(tǒng)精度程度有多少。可以看出，電阻器的自發(fā)熱因素是會(huì)影響到系統(tǒng)精度的，所以要進(jìn)行提前的計(jì)算確認(rèn)。