INA240电流检测放大器使用及电流计算（附STM32驱动代码）

INA240模块简介

INA240 器件是一款电压输出、电流检测放大器，具有增强型 PWM 抑制功能，可在独立于电源电压的 –4V 至 80V 宽共模电压范围内检测分流器电阻上的压降。负共模电压允许器件的工作电压低于接地电压，从而适应典型螺线管应用的反激周期。增强型 PWM 抑制功能可为使用脉宽调制 (PWM) 信号的系统（例如，电机驱动和螺线管控制系统）中的较大共模瞬变 (ΔV/Δt) 提供高水平的抑制。凭借该功能，可精确测量电流，而不会使输出电压产生较大的瞬变及相应的恢复纹波。

4种可选增益

引脚定义

这里是芯片引脚定义的截图，==模块中已经把REF1接到GND,VREF2接到GND。所以模块在差分输入为0V（即无输入时），OUT端输出为1/2*VCC==。
IN+、IN-：共模输入电压范围为：-4 ~ 80V，输入电流范围和对应采样电阻以及供电电压有关，下面章节有具体计算方法说明。
OUT：输出电压范围0 ~ VS（V），无输入时输出电压和参考电压取值有关。
REF1、REF2：用来确定单向/双向电流检测，以及确定量程范围。

电流量程计算

通用公式：
INA240 的输出关系是：

因此：

(G 为器件固定增益，例如：INA240A1 的 G = 20 V/V)
注意：器件的输出电压 Vout 受电源限制：不能超过 VCC，也不能低于 GND

实例计算步骤：
假设输出的out电压值的最小值 Vout_min ≈ 0.1V，最大值 Vout_max ≈ VCC − 0.1V≈ 3.2V 。
求最大/最小电流的公式：

对于 REF = VCC/2 （如果3.3V供电则Vref = 1.65V）且对称摆幅，可以得到 ±I_max（双向）。
根据INA240A1 → 20 V/V，VREF1接GND，VREF2接VCC，采样电阻Rsense = 0.1R（即本文章所用模块的参数）的实例参数和上面式子计算得出：

INA2401的测量电流范围为±0.775A。
则相同配置下（3.3V供电；最小输输出0.1V,最大输出3.2V；0.1R采样电阻情况下）：
INA240A2的测量电流范围为±0.31A。
INA240A3的测量电流范围为±0.155A。
INA240A4的测量电流范围为±0.0775A。

检测电流计算

这里说下STM32配合驱动下怎么计算得出测量的电流值
这里使用的是STM32F103C8T6芯片的ADC1进行测量，12位ADC所以可以得出对应最大的采集值为4096（实际为4095，0值存在），假设此时测量采样值为2280，那电流值应为多少呢？
4095 ---- 3.3V
2280 ---- Vout
Vout = 2280 / 4095 * 3.3 = 1.837V
以INA240A1为例，参考电压Vref为1/2VCC = 1.65V，放大增益为20V/V，则采样点电路两端的电压为
Vsense = Vout - Vref = 1.837V - 1.65V = 0.187V
采样电路电流值为
Isense = Vsense / Gain / Rsense = 0.187V / 20 / 0.1Ω = 0.0935A
所以2280采样值得时候电流大约是93.5mA左右。

STM32代码驱动

以下是adc配置代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    数：AD初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void AD_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);	//开启ADC1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟
	
	/*设置ADC时钟*/
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);						//选择时钟6分频，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//将PA0引脚初始化为模拟输入
	
	/*规则组通道配置*/
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);		//规则组序列1的位置，配置为通道0
    
	
	/*ADC初始化*/
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;						//定义结构体变量
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;		//模式，选择独立模式，即单独使用ADC1
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//数据对齐，选择右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//外部触发，使用软件触发，不需要外部触发
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;		//连续转换，失能，每转换一次规则组序列后停止
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;			//扫描模式，失能，只转换规则组的序列1这一个位置
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;					//通道数，为1，仅在扫描模式下，才需要指定大于1的数，在非扫描模式下，只能是1
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);						//将结构体变量交给ADC_Init，配置ADC1
	
	/*ADC使能*/
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//使能ADC1，ADC开始运行
	
	/*ADC校准*/
	ADC_ResetCalibration(ADC1);								//固定流程，内部有电路会自动执行校准
	while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
}

/**
  * 函    数：获取AD转换的值
  * 参    数：无
  * 返 回 值：AD转换的值，范围：0~4095
  */
uint16_t AD_GetValue(void)
{
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);					//软件触发AD转换一次
	while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//等待EOC标志位，即等待AD转换结束
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);					//读数据寄存器，得到AD转换的结果
}

main.c驱动代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"

/* -------- 配置区（按需修改） -------- */
#define VCC             3.3       /* MCU 供电电压 */
#define ADC_MAX         4095      /* 12-bit */
#define INA_GAIN        20        /* INA240A1 增益 */
#define RSENSE          0.1       /* 采样电阻 0.1Ω */
#define VREF_MID        (VCC/2.0) /* INA REF = VCC/2 */


uint16_t ADValue;			//定义AD值变量
float Voltage;				//定义电压变量
float Current;				//定义电流变量
float Vsense;               //定义采样电压变量

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();			//OLED初始化
	AD_Init();				//AD初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "ADValue:");
	OLED_ShowString(2, 1, "Voltage:0.00V");
    OLED_ShowString(3, 1, "Vsense :0.00V");
	OLED_ShowString(4, 1, "Current:0.00A");
    
    
	while (1)
	{
		ADValue = AD_GetValue();					    //获取AD转换的值
		Voltage = (float)ADValue / ADC_MAX * VCC;		//将AD值线性变换到0~3.3的范围，表示电压
		Vsense = Voltage - VREF_MID;
        Current = Vsense / INA_GAIN / RSENSE;
        
		OLED_ShowNum(1, 9, ADValue, 4);				//显示AD值
		OLED_ShowNum(2, 9, Voltage, 1);				//显示Vout电压值的整数部分
		OLED_ShowNum(2, 11, (uint16_t)(Voltage * 100) % 100, 2);	//显示Vout电压值的小数部分
		
        OLED_ShowNum(3, 9, Vsense, 1);				//显示测量电路电压值的整数部分
		OLED_ShowNum(3, 11, (uint16_t)(Vsense * 100) % 100, 2);	//显示测量电路电压值的小数部分
        
        OLED_ShowNum(4, 9, Current, 1);				//显示电流值的整数部分
		OLED_ShowNum(4, 11, (uint16_t)(Current * 100) % 100, 2);	//显示电流值的小数部分
        
		Delay_ms(100);			//延时100ms，手动增加一些转换的间隔时间
	}
}

接线

测试现象

实测输出显示的电流值和实际值有些差距，可能是阻容或者参考电压有误差导致的。
下面测试都是5V电路，用电子负载进行测试所得：

拓展INA240芯片应用电路

这里拓展的是芯片的参考电压选择，模块的是固定上面说的方式出货的了。
首先是单向电流测量电路的参考电压接法：

结合章节“电流量程计算”可知：
REF = GND：输出以 0V 为基准，只能测正向电流（I = (Vout - 0)/(G·Rs)）。
REF = VCC：输出以 VCC 为基准，只能测负向电流（I = (Vout - VCC)/(G·Rs)，通常表示负值到 0）。

接着是双向电流测量电路的参考电压接法：


这个的电流计算方法就直接看章节“电流量程计算”即可。

需要代码的可以在下方评论区留言邮箱哦！

审核编辑 黄宇