如何在PCB上制作电流检测电阻？

利用PCB上的铜导线（简称PCB导线）制作电流检测电阻，可进一步减小体积，降低成本。但需要解决功耗问题，以免因电流检测电阻的导线截面积过小而引起过热，使PCB导线烧损。常用PCB导线的参数表见表16-5（目前PCB导线及印制板设计软件普遍采用英制单位）。在设计电流检测电阻时可利用下面3个公式来计算出占用面积最小的PCB导线电阻：

表16-5 常用PCB导线的参数表

（续）

计算公式之一：

式中 ρ（T）——PCB导线在T℃时单位厚度的表面电阻（Ω）；

ρ——PCB导线在20℃时的电阻率，ρ=0.0172Ω·mm²/m=0.0172Ω·μm；

α——PCB导线的电阻温度系数，α=0.00393/℃；

T_A——环境温度（℃）。

ΔT——允许PCB导线的最高温升（℃）；

h——PCB导线的厚度（μm）。

计算公式之二：

式中

b——PCB导线的最小宽度（mil，密耳），1mil等于千分之一英寸，即1mil=0.001in=0.0254mm；

I_OM——当温升为ΔT时的允许最大电流（A）；

R_θ——1in²的覆铜板与空气接触时的热阻，1in²=645mm²。

PCB散热器的热阻（R_θ）与散热铜箔面积（S）的关系曲线如图16-1中的实线所示。这里假定为没有气流。由图可见，当S=1in²=645mm²时，R_θSA=55℃/W。虚线是在散热器表面涂有黑漆、气流速度为1.3m/s的条件下测得的，这接近于散热器的最佳工作状态。

计算公式之三：

式中 l——PCB导线的长度（mil）；

b——PCB导线的宽度（mil）；(www.xing528.com)

R_S——期望的电阻值（Ω）。

不同规格PCB的单位面积质量与厚度的对应关系见表16-6。表中的oz/ft²代表“盎司/平方英尺”，1oz=31.1035g，1ft²=929.0cm²。

图16-1 PCB散热器的热阻与散热铜箔面积的关系曲线

表16-6 不同规格PCB的单位面积质量与厚度的对应关系

下面举例说明设计电流检测电阻的方法。设某开关电源的外部电流检测电阻R_S由下式确定：

式中的I_LIMIT为所设定的极限电流值。所设计的检测电阻应占用面积最小。根据式（16-10）计算出，当R_S=3mΩ时，所设定的I_LIMIT=11.67A。

已知：环境温度T_A=25℃。PCB导线的最高温度T_M=100℃，允许最高温升ΔT=100℃-25℃=75℃。PCB导线的厚度h=35.6μm。I_OM=10A，所对应的R_S=3mΩ。PCB导线的形状如图16-2所示，导线长度为l。为消除导线压降所引起的误差，电流检测电阻推荐采用四线制接法。设计电流检测电阻的步骤如下：①根据PCB导线的厚度和允许的最高温升，用式（16-7）计算在100℃时的表面电阻ρ（T）；②根据R_S承受的最大电流I_OM=10A，用式（16-8）计算最小的导线宽度b；③根据所需要的电阻值，用式（16-9）计算导线长度l。

（1）计算PCB导线在100℃时表面电阻ρ（T）。将ρ=0.0172Ω·μm、α=0.00393/℃、T_A=25℃、ΔT=75℃和h=35.6μm一并代入式（16-7）中得到

图16-2 PCB导线的形状

（2）计算最小的导线宽度b。将I_OM=10A、ΔT=75℃、R_θ=55℃/W和ρ（T）=635μΩ一并代入式（16-8）中得到

（3）计算导线长度l。将b=216mil、R_S=3mΩ=3000μΩ和ρ（T）=635μΩ一并代入式（16-9）中得到

同理，当R_S=4mΩ时（所对应的I_LIMIT=8.75A），可计算出导线长度l=1360.6mil≈1361mil=1.361in=3.46cm。

在25℃的室温下，PCB的铜箔厚度、线宽与允许通过电流的关系见表16-7。

表16-7 PCB的铜箔厚度、线宽与允许通过电流的关系