摘要：本文中，DigiKey深入探讨了4种常用的直流电流采样方案：低边电流采样、高边电流采样、集成数字功率计以及霍尔电流传感器。通过设计一块包含这四种采样电路的Demo板，详细分析了每种方案的工作原理、电路设计、优缺点以及适用场景，为工程师提供了实用的电流采样解决方

文章概述

本文中，DigiKey深入探讨了4种常用的直流电流采样方案：低边电流采样、高边电流采样、集成数字功率计以及霍尔电流传感器。通过设计一块包含这四种采样电路的Demo板，详细分析了每种方案的工作原理、电路设计、优缺点以及适用场景，为工程师提供了实用的电流采样解决方案。

在所有电路设计中，电流采样是一个非常重要且实用的基础电路，几乎出现在所有的电子系统中。无论是电池供电的电子产品中的电池充放电检测，还是直流无刷/有刷电机驱动的电流环控制，亦或是电子设备的短路过流保护，都离不开电流采样。

本期，我们将深度解析几种常用的直流电流采样方案，包括低边电流采样、高边电流采样、集成数字功率计以及霍尔电流传感器。这些方案全部经过验证，大家可以放心使用。

为了让大家更加直观地感受这4种电流采样的差异，我们专门设计了一块Demo板。这块Demo板集成了4种直流采样电路，并配备了STM32F103最小系统板，用于将采集到的电流值通过串口打印输出。此外，Demo板还设有2个功能按键，可以方便地切换不同的采样电路。接下来，我们将逐一介绍这些采样方案。

单片机ADC无法直接进行电流信号转换的，怎么办呢？

首先，需要将电流信号转换成电压信号，最常用就是检流电阻了。原理很简单：根据负载电路中的最大电流值，在负载电路中串联一个精密电阻。当电路接通时，流过负载的电流与流过精密电阻的电流相同。此时，精密电阻两端会产生电压差。利用欧姆定律（I=U/R），通过测量精密电阻两端的电压差并除以电阻值，就能得到电路中的电流值。

根据检流电阻所在的位置，电流采样可以分为低边电流采样和高边电流采样。如果检流电阻的一端接负载，另一端接地，电流流经负载后通过检流电阻返回，这就是低边电流采样。而如果电流从电源正极流经检流电阻再进入负载，这就是高边电流采样。

接下来是高边电流检测，以下是高边电流检测的原理图：

假设负载电流为1A，在RS2两端的电压差为25毫伏。AD8418的增益为20 V/V，通过计算可知，负载电路中电流增加1A时，对应输出增加0.5V。将放大后的电压信号送入电压跟随器，最后送入单片机的ADC输入端，通过计算得到实际电流值。

从性能角度来看，低边电流检测会引入地电平干扰，尤其在大电流情况下，这种干扰会更加显著。此外，低边电流检测无法检测负载对地短路。而高边电流检测则可以判断负载短路故障，且无需考虑地电平干扰，安全性更高。因此，低边电流采样更适合低成本和消费电子领域，而高边电流检测则适用于高安全性、高可靠性的场景，例如汽车和工业设备等需要实时检测短路或异常电流的场合。

前面两种电流采样方案都需要自行设计信号电路，那么有没有更方便的电流采样方法呢？答案是肯定的，我们可以使用集成数字功率计。在我们的Demo板上，就使用了一片INA229，这是TI公司推出的一款高精度、低功耗的集成数字功率监测芯片。它支持20位分辨率的电流、电压及功率检测，共模电压支持范围在−0.3V至+85V，能够覆盖高压电池组或工业电源的检测需求。此外，它还内置了SPI数字接口，可直接输出电流、电压、功率、能量及电荷的实时数据，大大简化了系统设计复杂度。

以下是INA229的原理图：

以上3种电流采样都是使用的检流电阻。除了使用检流电阻外，还可以利用霍尔电流传感器来采集电流。在我们的电路中，使用的是ALLEGRO公司的ACS758LCB-050B，这是一款集成式霍尔电流传感器，专为±50A双向直流/交流电流检测设计。其典型精度为±1%，适用于对稳定性要求较高的工业与汽车场景。内部铜导体的电阻仅为0.1mΩ，能够有效降低功率损耗和发热。此外，它还具备高达4800Vrms的绝缘耐压，确保在高压环境下的安全性。

以下是ACS758LCB-050B的原理图：

以上，我们通过原理讲解和实验证明，详细介绍了四种常用的直流电流采样电路，并对它们的适用场景进行了详细说明。大家可以根据自己的项目需求，选择合适的采样电路。本期通用电路抄作业就到这里，我们下期再见！

掌握直流电流的采样方法对电路设计具有重要价值，不仅可以提升电路设计的精度和可靠性，还能优化成本、增强安全性，简化系统设计复杂度，并满足多样化的应用场景需求。这是每一位电路设计工程师必须掌握的核心技能之一。本期内容，是否有帮助到您进一步了解直流电流的采样方法？您对此有哪些经验或者疑问？欢迎留言，与DigiKey分享交流！

来源：弘文教育