直流電流采樣電路全解析與應(yīng)用

@[TOC](直流電流采樣電路全解析與應(yīng)用)

• 1. 低邊電流采樣
• 2. 高邊電流采樣
• 3. 集成數(shù)字功率計(jì)（如INA229）
• 4. 霍爾電流傳感器

1. 低邊電流采樣

精密電阻兩端會(huì)產(chǎn)生電壓差。根據(jù)歐姆定律，即電流I等于電壓U除以電阻R，通過(guò)將精密電阻兩端的電壓差除以精密電阻的阻值，即可得出電路中的電流值。

原理圖：

分流電阻（如25mΩ）連接在負(fù)載與地之間，假設(shè)負(fù)載電流為1A，在RS1兩端的電壓差就是25mV，電流流經(jīng)負(fù)載后通過(guò)分流電阻返回地。

根據(jù)電路參數(shù)得到放大倍數(shù)為Uout=25mV*21=525mV=0.525V。

后續(xù)經(jīng)過(guò)電壓跟隨器和MUC的ADC引腳檢測(cè)電流值大小。實(shí)際測(cè)量值與理論值之間存在一定的誤差。這是由于原定誤差和ADC基準(zhǔn)等誤差引入的結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高測(cè)量精度，我們需要選擇更高精度的元件和電壓基準(zhǔn)源。

優(yōu)點(diǎn)：

成本低，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

適合小電流或?qū)Τ杀久舾械?a href="http://www.brongaenegriffin.com/soft/data/39-96/" target="_blank">消費(fèi)電子場(chǎng)景。

缺點(diǎn)：

低頻干擾：大電流時(shí)容易引入噪聲。

安全性問(wèn)題：無(wú)法檢測(cè)負(fù)載對(duì)地短路故障（如接地短路）。

精度限制：ADC基準(zhǔn)誤差和元件精度影響測(cè)量結(jié)果。

應(yīng)用場(chǎng)景：低成本設(shè)備（如電池充電器、LED驅(qū)動(dòng)等）。

2. 高邊電流采樣

原理圖*：

分流電阻位于電源正極與負(fù)載之間，電流從電源正極→分流電阻→負(fù)載。

使用了一片電流檢測(cè)放大器AD8418，它是一款高壓高分辨率電流檢測(cè)放大器，確定初始增益為20V/V，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的最大增益誤差為±0.15%。

對(duì)于高邊電流檢測(cè)，還需要考慮共模電壓范圍AD8418具有優(yōu)異的輸入共模抑制性能。它能夠在采樣電阻上進(jìn)行雙向或單向的電流檢測(cè)。

通過(guò)計(jì)算得出Uout=25mV*20=500mV=0.5V

優(yōu)點(diǎn)：

安全性高：可檢測(cè)負(fù)載對(duì)地短路故障（如接地短路）。

抗干擾：共模抑制比高，適合復(fù)雜電磁環(huán)境。

缺點(diǎn)：

成本較高：需高壓運(yùn)放和精密元件。

電路復(fù)雜：需處理高共模電壓（如電源電壓）。

應(yīng)用場(chǎng)景：高可靠性場(chǎng)景（如工業(yè)控制、電動(dòng)汽車(chē)BMS、電源管理）。

3. 集成數(shù)字功率計(jì)（如INA229）

原理圖：

高精度集成芯片，內(nèi)部包含分流電阻、ADC和計(jì)算單元。

通過(guò)SPI接口只需設(shè)置好采樣電阻，母線電壓和功率等參數(shù)直接輸出電流、電壓和功率數(shù)據(jù)（無(wú)需外部運(yùn)算放大器）。

特點(diǎn)：

內(nèi)部分流電阻精度高（如50mΩ）。

支持雙向電流檢測(cè)（充電/放電）。

優(yōu)點(diǎn)：

簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：減少外圍元件（無(wú)需獨(dú)立運(yùn)放）。

高精度：±1%典型誤差，支持校準(zhǔn)。

數(shù)字化輸出：通過(guò)SPI直接與MCU通信，降低開(kāi)發(fā)難度。

缺點(diǎn)：

接口依賴：需MCU支持SPI協(xié)議。

成本略高：相比分立方案價(jià)格更高。

應(yīng)用場(chǎng)景：需要數(shù)字化監(jiān)控的系統(tǒng)（如智能電表、服務(wù)器電源、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）。

4. 霍爾電流傳感器

原理圖：

基于霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)，間接推導(dǎo)電流值。

典型芯片：Allegro ACS758L具有 雙向直流交流電流檢測(cè)設(shè)計(jì)（內(nèi)阻0.1mΩ，±1%精度）。

輸出特性：當(dāng)為0時(shí)，它的輸出為2分之1VCC，我們電源電壓為3.3V，在零電流時(shí)，理論輸出為1.65V。當(dāng)電流正向流動(dòng)時(shí)，它的輸出靠近VCC，當(dāng)電流反向流動(dòng)時(shí)，它的輸出靠近0V。

應(yīng)用場(chǎng)景：高電壓或高隔離需求的場(chǎng)景（如光伏逆變器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)汽車(chē)）。