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小阻值电阻的并联

时间:2012-10-09  来源:38hot  作者:lymex


我的并联计算

上述计算,仅仅是针对两个电阻。实际应用中往往是N多个并联。另外,上述计算只考虑了理论计算值和实际值的偏差,没有考虑各种不确定因素的弱化情况,而恰恰这一点对于基准和测试是更重要的。尽管我本科是学数学的,但也很反对繁琐的公式推导,因此我干脆用Excel来替我计算。



方法仍然类似,用了5个电阻并联,然后改变相关参数,看并联值与理论计算值之差,结论仍然类似:
有偏差的地方,除上N/2

根据上述计算,我们在并联的时候,要考虑以下5点:
1、主电阻尽量保持阻值一致。只要并联的电阻一样,那么电流引线电阻、电压补偿电阻,变化多大都没有关系。如果有不一致的情况,就要看下面第2个要求。

2、电流端子的引线电阻尽量小一些
只要电流引线电阻小,那所有的影响就小,即便主电阻不一致。理想情况下引线电阻为零,则并联无误差。但实际上不可能没有引线电阻,这样我们就看第3个要求。

3、电流端子的引线电阻尽量对称、一致
尽管引线有电阻,但只要对称,误差就很小。当然,这是指主电阻的阻值完全一样的场合。如果主电阻不一致、有互差(互相差异),那么就要看第4个要求。当主电阻有0.1%的偏差、引线电阻是主电阻的1/10、某个引线电阻变动3%,则最后的结果变动0.6ppm。电流引线如果采用焊接的方式,那么很难非对称的变动3%,除非温度变化极大(温差1度,铜引线变动0.4%,但对称情况下同时变动)。但是,如果采用压接的方式,搞不好那每次改变就可能较大。BZ3 1mR实测压接电阻,实测在0.02mR到0.04mR之间。

4、电流端子的引线电阻应与主电阻成比例
只要满足这个规律,那么主电阻有偏差也不要紧,偏差会很小。具体说,10个并联电阻阻值分别是10m0、10m1、10m2、、、10m9,那么选择电流并联引线分别为1m00、1m01、1m02、、、1m09,那么偏差就可以忽略。电流端子补偿结果到底如何,可以通过测试各电压端子的电压差异来得到。这个差异如果超过1mV,那就很不理想了。最好是能补偿到0.1mV以下。如果这个也难于满足,那么最后一个补偿环节也难于满足要求。

5、电压端子的补偿电阻
对于主电阻不平衡、电流引线电阻不平衡的场合,电压补偿电阻并非完全相等就正好。
当主电阻20mR和20.1mR、电流补偿2mR但某一个为2.1mR,此时无论电压补偿电阻为10R还是1R,甚至选择0.1R,都对结果没有什么影响。
但若单个电压补偿电阻变化,对整体有1000倍的弱化。所以,选择1%就可以保证1ppm。这种弱化倍数,说穿了,就是取决于被平均电压的互差,也就是取决于电流补偿的完美性。如果电流端子补偿的好,各电压很相似,那么对电压补偿电阻就要求很低。但若电流部分补偿不好,理论上可以通过微调电压补偿电阻的方法来达到完全补偿,但弱化系数不大,也不理想。

因此,并联时最好选择阻值尽量相近的电阻,对称并联。如果有条件,可以按照主电阻的比例适当改变电流并联引线电阻。
一般来讲,被并联的电阻阻值偏差不会太大,因此并联引线可以选择完全一样的、对称的,然后对主电阻小的引线,实施附加引线并联,达到微调引线电阻的目的。以前常用的10欧Hamon电阻,并联成1欧时要求非常高,采取的办法是用锉刀修整并联铜片。
并联的实施

并联要达到的目的,除了减少电阻、增大功率外,还有取得适当电阻值。
并联后,单个电阻的老化影响、温漂影响,也都弱化了。N个并联弱化根号N倍,这是优势。
但是,并联后也可能引入不定的因素,例如引线电阻处理不好就成为附加温漂的来源,应尽量避免。
相反,并联后的阻值是否达到了理想公式的预测值,反而不重要了。

并联方式例子1
金封4线,电流端放在内部,电阻的电流端子根部用钳子夹住,弯曲引线两次,然后在红色粗点处焊接,作为并联后的电流引线,这样使得电流端并联前引线最短。两根引线一般不要切断,绞在一起直接使用:



电压引线的补偿电阻,找10欧左右的小型电阻串联后双双接到一起,引线长一些没有任何关系。图上的电阻为ps上去的仅用于制作示意,其色环的阻值不是10欧。


并联方式例子2
两个标准电阻,不采用1楼的那种等腰三角形的方式,而是采用黄铜直板。这样在不降低并联引线电阻的同时,缩小了体积,简化了制作,而且维持了对称性。并联电阻的电流端在铜排中间钻孔压接。并联后的电流引线在中间红圈处钻孔装上接线柱,并联后的电压端子从绿圈处引出。


并联的应用

100只47mR检流电阻并联


德国Isabelle的PBV型号,每只无散热片最大3W,也就是8A,但由于密集并联,降额到1W,为4.6A,100只并联为460A。
这样的话,并联后电阻为0.47mR,按照400A计算,压降为188mV,很合适,总功率75W,连续使用时间不能太长。
如果短时间使用,可以到600A,那样就是282mV、169W(每只1.7W),只能较短时间测试。如果想连续600A测试也可以,必须风冷。
该电阻实测几个温漂在+-5ppm之内,因此30度的温升可以保证0.02%以内的变化。争取在400A水平上做到0.05%之内。


以下为引线向内接法:
制作两个厚度2mm、直径175mm的紫铜盘(175=4.5×100/3.1416+17.5+4),事先在圆心部位开孔、做并联引线,电压接线柱。
在直径143mm处均匀钻出直径2.5mm的100个圆孔,47mR电阻的电流引线处理好并向外弯曲90度,上部向外逐一插入孔中用大功率烙铁焊上,然后在电压引线上接上200只10欧左右的补偿电阻并引出,最后套上另外一个紫铜盘(难点!孔不好对,也许要事先焊接延长脚),在外边用大功率电阻焊接。


以下为引线向外接法:

制作两个厚度3mm、直径180mm的紫铜盘(175=4.5×100/3.1416+17.5+9),事先在圆心部位开孔、做并联引线,电压接线柱。在直径160mm处均匀钻出直径2.5mm的100个圆孔,47mR电阻的电流引线处理好并向外弯曲45度,逐一插入孔中,并继续弯曲到90度,用大功率烙铁在内部焊接。然后在电压引线上倾斜接上200只10欧左右的1/16W补偿电阻,逐个连线,最后焊接到实现引出的电压线上。


引线向外的这种接法体积稍大(但没关系,散热好),同时外圈比较杂乱。但优势是双面外表均为非透孔比较整洁,厚度3mm的铜板更结实、更大热容。尤其是焊接和后续维护方便。

哈蒙的并联

重新看一下哈蒙并联,也要补偿,也是类似的方法。



其中C1和C2为两个电流端子,b1到b10为电流端串联电阻/补偿电阻。P1和P2为两个电压端子,而a1到a10为电压端补偿电阻。
这样,我们在制作、测试和调试的时候,一样要遵循以下规则:
1、10个R要尽量相等。一般商品的哈蒙例如SR1010,电阻的差异大多在几ppm。
2、电流端补偿电阻b1到b10要尽量小、尽量对称。
那么如何知道电流端补偿正确呢?可以像图中那样通以额定电流,然后用灵敏表头,分别查看a2、a4、、a10上端的蓝色圈内到地的电压,看是否相等。也可以把表的负极接P2,分别测试蓝圈内的电压,得到峰峰值。按照C1点的电压算,这个峰峰值以不超过100ppm为宜。例如10欧哈蒙并联后为1欧,C1点的电压为0.1V,那么波动峰峰最好不超过10uV。调整的时候,谁的电压高,就降低对应的电流补偿电阻。类似,上面6个节点的调节,也是通过测试P2和对应电压节点的电压,调节对应电流补偿电阻的。
3、电压补偿电阻,选10欧的0.1%即可。

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