4种直流电流采样电路对比（优缺点）

• **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**
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• 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）。