欧姆定律对电流精确测量造成缺憾的解决方案

图3：自热导致分流器温度上升。

选择分流器

要进行精确的电流测量，首先应使用高品质的电阻。对于普通的电阻，由于引线电阻、较大的TCR、以及非理想的特性，最好不要使用它作为电流测量的分流器。此外，测量大、小电流的要求会相互矛盾，任何一个实际的测试系统可以测量的最大和最小电流值是有限的。

对于大电流，通过将分流器的功耗限制到适当水平，以此确定该分流器的电流测量上限。根据P_D=I^2 R ，100A电流通过1m？电阻将消耗10W功率，产生100mV的压降。在10W功耗条件下，TCR可能会导致分流器的电阻值发生非常大的变化，需要使用散热器，或更大体积的器件以限制温度的上升。

分流器上的瞬态压降可能也会限制分流器电流测量的实际上限。在被测件端，实际输入电压等用电源输出电压将减去分流器和导线上的压降。常用的方法是把电源远端感应线跨过分流器，连接到被测件端。这样电源可以提供额外的补偿电压，以稳定被测件端的电压（图4）。然而，如果出现电流的突然变化，分流器仍将导致瞬态电压偏置，？V=？I×R，之后电源才会稳定到新的工作点。分流器瞬态压降与电源固有的瞬态压降相叠加，有可能导致被测件重置或产生其它错误行为。

图4：包括远端感应连接的电源。

对于小电流的测量，根据V=I×R ，必须使用大分流电阻以使生成的足够高的偏置电压，降低测量误差，提供测量精度。如果测量的电流是变化的，有大电流和小电流，在使用单分流器系统的时候，就可能出现问题。一方面，需要分流器能适用于足够高的电流，需要克服功耗和瞬态响应因素的限制。另一方面，在小电流的测量时又要确保足够的精度，但这时，数字电压表和Seebeck热偏置电压造成的误差将是不可接受的。

您可能想再使用一个额外的分流器和旁路开关，为小电流测量生成较大的、更容易测量的电压信号。然而，将这个额外的分流器切换到电路中进行测量，需要进行大量编程工作，因为它必须与被测件活动导致的电流变化保持同步。在大分流器上，意外的高瞬态电流可能导致电源电压下降，造成被测件中断工作。假定理想的大电流旁通开关可以实现，那么突然增加或减少被测件电流路径中的阻抗，仍有可能导致电源系统的输出瞬变。

替代解决方案

鉴于设计和准确验证分流系统的困难性，我们可以更多来关注一下高性能电源通常内置的、卓越的计量级测量手段。Agilent N7900A电源系列可以测量高达200A的电流，而增益误差不超过0.04%.先进的设计不仅保证了电流和电压测量精度，它们还在极限环境条件下经过测试和标定。此外，N7900A系列还采用了热模型，来实时估计分流元件的温度，并对温度导致的误差进行数字校正。与未进行任何补偿的系统相比，这个过程可改善精度，并极大缩短测试时间。N7900A系列内部还具有无缝切换的高电流和低电流量程，可方便地对高动态电流进行测量，无需使用外部分流器和相关的控制电路。从测量角度来看，量程变化不会对电源输出产生任何干扰，完全是没有间断和毛刺的。