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4种直流电流采样电路对比（优缺点）

电源研发精英圈 2025-06-06 20:00
如何通过半导体技术提升光伏与储能系统的效率？ 揭秘：新一代半导体器件如何提升测试电源的性能
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

在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述

原理图：
在这里插入图片描述

  • 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

在这里插入图片描述

原理图*：
在这里插入图片描述

  • 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：
在这里插入图片描述

  • 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：
在这里插入图片描述

  • 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）。




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