两种测量电阻的方法 开尔文连接的应用
开尔文连接也称“ 四线连接法 ”，是以英国物理学家开尔文勋爵(威廉. 汤姆森)命名的连接方法。
汤姆森在采用传统“两线连接法”测量小电阻时，发现由于引线电阻和接触阻抗的存在，测量结果往往存在较大误差，于是发明了“四线连接法”以提高测量精度。
两种测量电阻的方法
1. 两线连接法
根据 欧姆定律 (ohm's law)，穿过某一导体两端的电流与施加在其两端的电压成正比。 因此，为了测量某个电阻的阻值，需要在电阻两端施加一个电流激励源 ，然后测量其两端电压，依此计算阻值。
图1 两线连接法
上图是两线接法的实物图和原理图，其中r是被测电阻，rl是引线电阻，rc是接触阻抗。
当被测量的电阻阻值较大时(几k或几十k)，引线电阻和接触阻抗可以忽略不记。
然而两线连接法的缺点在于，当被测电阻r的阻值较小(<1欧姆)时，rl和rc便不可忽略，由u/i计算出的阻值实际为被测电阻、引线电阻和接触阻抗之和，即r+2*(rl+rc)，测量结果存在较大偏差。
2. 四线连接法(开尔文接法)
四线连接法特别适用于小于1欧姆的电阻阻值测量，即电压回路和电流回路相互分离，两线用于测量电阻两端电压，另外两线用于激励源电流回路。
图2 四线连接法(开尔文接法)
四线连接法使用的夹子称为“ 开尔文夹 (kelvin clips)”，每个夹子有两根引线，一根用于电压测量，另外一根用于电流回路。 由于电压表为高阻态 ，电压回路中引线电阻和接触阻抗产生的压降可以忽略不计，此时测量的电压较为精准。
开尔文接法不仅用于小电阻阻值测量，在电力电子技术和电路设计中，开尔文接法有较广泛的应用。
开尔文连接的应用
1. 电流采样
在电路设计中，使用最广泛的电流采样方法是在电流回路中 串联高精度的电阻 ，通过测量电阻两端的电压计算回路的电流值大小。
考虑到电阻损耗的影响，通常采用小于1欧姆的电阻。 这种场景下，开尔文接法能够提高采样精度。
图3 采用开尔文接法的电流采样
在pcb设计中，要特别注意 采样引线与功率走线分离 ，避免由于走线阻抗影响采样精度。
如下是错误的走线方式，采样端口并没有从采样电阻两端引出，在功率走线电流较大时，引线阻抗不可忽略，产生采样误差。
图4 错误的pcb layout方式
2. 开关管的开尔文脚设计
所谓开关管即mosfet，是开关电源中的核心器件之一。 如下是增强型nmos场效应管，分为 漏极(drain) 、 源极(source) 和栅极(gate) 。 栅极为驱动引脚，当栅源极为高电平时，漏源极导通; 当栅源极为低电平时，漏源极关断。 因此，源极是控制回路和功率回路的共用通路。
在电路工作中，若mos管的引脚较长(寄生参数较大)且不进行功率回路和控制回路隔离，很有可能产生 信号串扰 ，导致 开关管误导通 ，电路异常甚至失效等问题。 为了避免这一问题，一些厂商在mos管封装上增加了“开尔文脚”，开尔文脚为驱动回路额外提供了一个源极引脚，从而避免与功率回路源极产生串扰。
如下是两种layout方式。
图5 没有开尔文脚(左)和有开尔文脚(右)的layout
图6 具有开尔文脚的mosfet (innoscience)
在没有开尔文脚的layout中，驱动回路，反馈回路以及功率回路共地，功率回路的寄生电感不仅影响栅极的导通速度，还会影响反馈信号;
而采用开尔文脚的layout，三个回路相互解耦，即 单点接地 ，三个回路互不干扰。
需要注意的是，并非所有开关电源拓扑都适用开尔文脚的mosfet，如采用qr反激的电源产品。 常用的qr反激的控制方式为 峰值电流控制，pwm控制器通过mos管源极采样电阻读取峰值电流。 若采用开尔文接法，则驱动信号与pwm控制器无法共地。 对于这种情况，应将开尔文脚与源极短接。
图7 qr反激无法使用开尔文连接
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两种测量电阻的方法
1. 两线连接法
根据 欧姆定律 (ohm's law)，穿过某一导体两端的电流与施加在其两端的电压成正比。 因此，为了测量某个电阻的阻值，需要在电阻两端施加一个电流激励源 ，然后测量其两端电压，依此计算阻值。
图1 两线连接法
上图是两线接法的实物图和原理图，其中r是被测电阻，rl是引线电阻，rc是接触阻抗。
当被测量的电阻阻值较大时(几k或几十k)，引线电阻和接触阻抗可以忽略不记。
然而两线连接法的缺点在于，当被测电阻r的阻值较小(<1欧姆)时，rl和rc便不可忽略，由u/i计算出的阻值实际为被测电阻、引线电阻和接触阻抗之和，即r+2*(rl+rc)，测量结果存在较大偏差。
2. 四线连接法(开尔文接法)
四线连接法特别适用于小于1欧姆的电阻阻值测量，即电压回路和电流回路相互分离，两线用于测量电阻两端电压，另外两线用于激励源电流回路。
图2 四线连接法(开尔文接法)
四线连接法使用的夹子称为“ 开尔文夹 (kelvin clips)”，每个夹子有两根引线，一根用于电压测量，另外一根用于电流回路。 由于电压表为高阻态 ，电压回路中引线电阻和接触阻抗产生的压降可以忽略不计，此时测量的电压较为精准。
开尔文接法不仅用于小电阻阻值测量，在电力电子技术和电路设计中，开尔文接法有较广泛的应用。
开尔文连接的应用
1. 电流采样
在电路设计中，使用最广泛的电流采样方法是在电流回路中 串联高精度的电阻 ，通过测量电阻两端的电压计算回路的电流值大小。
考虑到电阻损耗的影响，通常采用小于1欧姆的电阻。 这种场景下，开尔文接法能够提高采样精度。
图3 采用开尔文接法的电流采样
在pcb设计中，要特别注意 采样引线与功率走线分离 ，避免由于走线阻抗影响采样精度。
如下是错误的走线方式，采样端口并没有从采样电阻两端引出，在功率走线电流较大时，引线阻抗不可忽略，产生采样误差。
图4 错误的pcb layout方式
2. 开关管的开尔文脚设计
所谓开关管即mosfet，是开关电源中的核心器件之一。 如下是增强型nmos场效应管，分为 漏极(drain) 、 源极(source) 和栅极(gate) 。 栅极为驱动引脚，当栅源极为高电平时，漏源极导通; 当栅源极为低电平时，漏源极关断。 因此，源极是控制回路和功率回路的共用通路。
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如下是两种layout方式。
图5 没有开尔文脚(左)和有开尔文脚(右)的layout
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而采用开尔文脚的layout，三个回路相互解耦，即 单点接地 ，三个回路互不干扰。
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