凱氏結構電阻並聯時的佈局考量

圖 1：三個並聯的凱氏結構四針腳電阻。(圖片來源：深圳千歐電子有限公司)

當三個凱氏結構四針腳電阻並聯使用時，在佈線上必須優先考量「電流均勻分布」、「不干擾電壓偵測」以及「保留凱氏結構特性」。佈線原則和步驟如下：

1. 核心原則：分離電流與電壓路徑並維持對稱性

1. 電流路徑 (I+、I-)：用粗厚、對稱且均勻的電流路徑承載主電流。這些路徑應使用粗線或銅線連接。三個電阻的電流路徑長度與阻抗應盡可能保持一致，以避免因寄生參數的差異而造成電流分布不均 (會導致電阻超載)。
2. 電壓偵測路徑 (V+、V-)：細窄、獨立且無干擾的電壓路徑只會傳輸微弱的偵測訊號，應使用分別的細線連接。這些路徑應嚴格限制從電阻的電壓端子 (V+、V-) 進行連接。禁止與電流路徑共用電線 (否則將導入額外電阻，有損凱氏結構的精確優勢)。

如圖 2 所示，當三個電阻並聯使用時，可以使用其中一個電阻的電壓偵測針腳，因為另外兩個電阻的電壓針腳並未接至電網訊號，而是懸空，僅會連接至固定用的焊墊。由於並聯電阻網路中所有電阻的壓降都相同，因此並聯電阻之間具有共同的電壓，且對所有並聯元件來說，電壓也都相同。

圖 2：裸合金電阻系列 – 凱氏並聯配置。(圖片來源：Shenzhen Milliohm Electronic Co., Ltd)

2. 具體的佈線步驟與細節

1. 電阻佈局：對稱且緊湊以降低寄生參數

   將三個凱氏電阻並排放置，或以均勻間距排列成緊湊的三角形。確保每個電阻與電流流入點及電壓感測點之間的實際距離相同，以盡可能減少因佈線長度不同而引起的寄生電感或電阻變化。電阻針腳應朝向相同方向 (例如，電流端子朝外，電壓端子朝內)，以利集中佈線。

2. 電流路徑 (I+、I-) 佈線：使用匯流排或銅片，並盡可能保持分支對稱。

   匯流排／銅片區域設計：

   輸入 (I+)：建立共用的 I+ 匯流排 (建議銅厚 ≥ 35 μm，寬度依總電流計算，例如，總電流 100 A 時寬度 ≥ 5 mm)。將三個電阻的 I+ 端子以等長、等寬的分支線 (分支長度差異 ≤ 1 mm、統一寬度) 連接至此匯流排。

   輸出 (I-)：同樣架設一個共用的 I- 匯流排。將三個電阻的 I- 端子透過等長、等寬的支線連接至此匯流排。

   避免電流交叉：電流路徑必須遠離電壓偵測路徑，以減少電磁干擾 (大電流會產生磁場，而干擾電壓訊號)。

3. 電壓偵測路徑 (V+、V-) 接線：用獨立引線直連到偵測晶片。

獨立引線：以一條獨立的細線 (因電流極低，因此可用寬 0.2 mm、銅厚 18 μm 等電線) 連接三個電阻之一的 V+ 端子。每個電阻的 V- 端子也適用同樣作法。

簡短且筆直：電壓偵測線路應盡可能短，以免繞線並可降低寄生電阻與雜訊。

請勿將電阻的 V+ 引線接至 I+ 匯流排 (或另一個電阻的 I+ 端子)。必須嚴格限制只可接至該電阻的 V+ 端子。同樣地，僅可將 V- 引線接至其專屬的 V- 端子。

總結

在使用三個凱氏結構四針腳電阻進行電子測量時，必須謹慎考量佈線。遵循本部落格所述的準則，將有助您避免一些常見錯誤和令人頭痛的測量問題。