开尔文连接就是把“大电流路径”和“电压采样路径”分开,让电压采样线几乎不流电流,从而只测采样电阻本体的压降,不把铜箔、焊锡、走线、过孔的电阻算进去。
• 分流器:

• 电流:

• 理论压降:

如果采样线接在大电流铜箔上,而这段铜箔有:

那么它会额外产生:

两线采样时测得就是:

等效电阻变成:

误差:

对于满量程只有 50mV 的采样信号,8% 已经非常大了。

开尔文四线连接后:
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两个大电流端子负责流过 50A; -
两个电压采样端子单独接到分流器电阻体两端,或者接到焊盘内侧靠近电阻体的位置; -
采样线接的是高阻输入,比如电流检测放大器、ADC 差分输入,电流只有 nA 级甚至更小; -
因此采样线、焊盘、铜箔上的压降:

所以测到的就接近:

也就是只读取分流器本身的压降。
注意几点:
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采样点要尽量靠近电阻体两端,最好使用四端子分流器自带的电压检测端子。如果是两端子分流器,PCB 上要从焊盘内侧开尔文引出,不要从大电流铜箔上随便取点。 -
电压采样线要走差分对,尽量靠近,接到差分放大器或 ADC 差分输入,避免和主电流路径共用过孔、走线。 -
开尔文连接消除的是共路径电阻误差,包括铜箔、焊锡、走线、接触电阻等。但它不能消除分流器本身的温漂、自热、寄生电感、放大器失调等误差。
所以,对于 50A、1mΩ 这种低阻大电流采样,开尔文连接基本是必须的。否则铜箔上那 0.08mΩ 就可能直接带来 8% 的测量误差。
文章来源:工程师研习社
