直流电流采样电路全解析与应用

直流电流采样电路全解析与应用

@[TOC](直流电流采样电路全解析与应用)

• 1. 低边电流采样
• 2. 高边电流采样
• 3. 集成数字功率计（如INA229）
• 4. 霍尔电流传感器

1. 低边电流采样

精密电阻两端会产生电压差。根据欧姆定律，即电流I等于电压U除以电阻R，通过将精密电阻两端的电压差除以精密电阻的阻值，即可得出电路中的电流值。

原理图：

分流电阻（如25mΩ）连接在负载与地之间，假设负载电流为1A，在RS1两端的电压差就是25mV，电流流经负载后通过分流电阻返回地。

根据电路参数得到放大倍数为Uout=25mV*21=525mV=0.525V。

后续经过电压跟随器和MUC的ADC引脚检测电流值大小。实际测量值与理论值之间存在一定的误差。这是由于原定误差和ADC基准等误差引入的结果。在实际应用中，为了提高测量精度，我们需要选择更高精度的元件和电压基准源。

优点：

成本低，电路结构简单。

适合小电流或对成本敏感的消费电子场景。

缺点：

低频干扰：大电流时容易引入噪声。

安全性问题：无法检测负载对地短路故障（如接地短路）。

精度限制：ADC基准误差和元件精度影响测量结果。

应用场景：低成本设备（如电池充电器、LED驱动等）。

2. 高边电流采样

原理图*：

分流电阻位于电源正极与负载之间，电流从电源正极→分流电阻→负载。

使用了一片电流检测放大器AD8418，它是一款高压高分辨率电流检测放大器，确定初始增益为20V/V，在整个温度范围内的最大增益误差为±0.15%。

对于高边电流检测，还需要考虑共模电压范围AD8418具有优异的输入共模抑制性能。它能够在采样电阻上进行双向或单向的电流检测。

通过计算得出Uout=25mV*20=500mV=0.5V

优点：

安全性高：可检测负载对地短路故障（如接地短路）。

抗干扰：共模抑制比高，适合复杂电磁环境。

缺点：

成本较高：需高压运放和精密元件。

电路复杂：需处理高共模电压（如电源电压）。

应用场景：高可靠性场景（如工业控制、电动汽车BMS、电源管理）。

3. 集成数字功率计（如INA229）

原理图：

高精度集成芯片，内部包含分流电阻、ADC和计算单元。

通过SPI接口只需设置好采样电阻，母线电压和功率等参数直接输出电流、电压和功率数据（无需外部运算放大器）。

特点：

内部分流电阻精度高（如50mΩ）。

支持双向电流检测（充电/放电）。

优点：

简化设计：减少外围元件（无需独立运放）。

高精度：±1%典型误差，支持校准。

数字化输出：通过SPI直接与MCU通信，降低开发难度。

缺点：

接口依赖：需MCU支持SPI协议。

成本略高：相比分立方案价格更高。

应用场景：需要数字化监控的系统（如智能电表、服务器电源、物联网设备）。

4. 霍尔电流传感器

原理图：

基于霍尔效应测量磁场，间接推导电流值。

典型芯片：Allegro ACS758L具有 双向直流交流电流检测设计（内阻0.1mΩ，±1%精度）。

输出特性：当为0时，它的输出为2分之1VCC，我们电源电压为3.3V，在零电流时，理论输出为1.65V。当电流正向流动时，它的输出靠近VCC，当电流反向流动时，它的输出靠近0V。

应用场景：高电压或高隔离需求的场景（如光伏逆变器、电机驱动、电动汽车）。