1 簡介

電流檢測技術常用于 高壓短路保護 、 電機控制 、 DC/DC換流器 、 系統功耗管理 、 二次電池的電流管理 、蓄電池管理等電流檢測等場景。對于大部分應用，都是通過間接測量電阻兩端的壓降來獲取待測電路電流大小的，如下圖所示。在要求不高的情況下，電流檢測電路可以通過運放放大轉換成電壓，反推算負載的電流大小。

2 采樣電阻

本節主要說明一下二端采樣電阻和四端采樣電阻的一些差別：

二端采樣電阻

這種采樣電阻僅有兩個PIN腳，在進行PCB走線時，需要特別注意，后面章節會進行詳細說明。

一般采用較大的電阻值（通常為0.01 Ω~100Ω ），優點是 結構簡單 、 成本低 ， 適合于小電流測量 。

四端采樣電阻

這種采樣電阻具有四個PIN腳，具體電阻見下

一般采用小電阻值（通常為 1Ω以下 ），優點是 測量精度高 、 溫度系數低 ，可以在電路中實現較大電流的 準確測量 。

以Vishay的WSLP2726L5000FEA為例，其電阻值為0.0005Ω，溫度系數低至75 PPM / C，特別適合在小電流電路中使用。

3 采樣電路設計

芯片介紹

選用的芯片是INA240。INA240 器件是一款電壓輸出、電流檢測放大器，具有 增強型PWM抑制功能，可在獨立于電源電壓的 –4V 至 80V 寬共模電壓范圍內檢測分流器電阻上的壓降。負共模電壓允許器件的工作電壓低于接地電壓，從而適 應典型螺線管應用的反激周期。增強型 PWM 抑制功能 可為使用脈寬調制 (PWM) 信號的系統（例如，電機驅 動和螺線管控制系統）中的較大共模瞬變 (ΔV/Δt) 提 供高水平的抑制。憑借該功能，可精確測量電流，而不 會使輸出電壓產生較大的瞬變及相應的恢復紋波。這個系列對應的芯片有INA240A1、INA240A2、INA240A3、INA240A4，其主要區別在于放大倍數，具體見下：

電路設計

采樣電阻的大小為0.003R，參考電壓值為2.5V（5V/2 = 2.5V），其放大倍數為20V/V。具體計算過程后面章節會詳細描述，此處不再贅述。

內部的功能方框圖

基準電壓

具體在電路設計中使用哪種基準電壓，與采樣電流方向/大小以及ADC的參考電壓有關系。

1、以接地為基準的輸出

2、以VS為基準的輸出

3、外部基準輸出

4、1/2VS電壓輸出

5、中外部基準輸出

6、使用電阻分壓器設置基準

4 采樣電路計算過程

此處以STM32和FPGA計算為例子：

STM32電流采樣計算

STM32的ADC是12位的，參考電壓為3.3V，使用的芯片為INA240A1，采樣電阻的阻值為0.05Ω，AD采樣的值為2651，那么實際上流經板載的電流為多少？

FPGA電流采樣計算

FPGA的ADC是10位的，參考電壓為1V，使用的芯片為INA240A1，采樣電阻的阻值為0.01Ω，AD采樣的值為765，那么實際上流經板載的電流為多少？

5 卡爾文連接

布局通常采用開爾文連接方式，它是一種電阻抗或電壓測量技術，使用單獨的載電流和電壓檢測，相比傳統的兩個終端（ 2T）傳感能夠進行更精確的測量。四線檢測的關鍵優點是分離的電流施加單元和電壓測量單元，消除了布線和接觸電阻的阻抗。

對于電流源而言，Rl電阻和測量電阻是串聯的，是沒有影響的，我們依然可以保證通過電阻R的電流為電流源施加的電流。對于電壓測量單元，通常輸入端都是高阻抗輸入，達到了兆歐姆甚至更高級別，這個時候，流過Rl的電流很小，則Rl兩端的電壓差很很小，所以，我們測量的電壓就近似等于電阻兩端的實際電壓。

計算過程：

電流源在采樣電阻R1上產生的壓降為：

采樣模塊的輸入電阻接近無窮，假設采集的電壓為U，則采樣電流在采樣電阻R1上產生的壓降為：

則采樣電流I為：

以上就是開爾文測試原理，這種檢測方式可以完全規避走線或者線纜對檢測產生的影響。現在的器件封裝越做越小，要實現開爾文，對于測試座的要求也會越來越高，而且，隨著電流的增大，要求會更高。中測的時候，如果我們也要實現開爾文測量，更要注意影響。通常探針的接觸電阻，有幾百毫歐到幾歐姆，甚至幾十歐姆，而探針能容納的最大電流也只有幾百毫安左右。我們必須清楚這些注意事項，采用合適的方案，以達到最好的測量效果。

6 注意事項

• 采樣電阻的電阻值應根據被測電路的特性選擇合適的數值。
• 采樣電阻的功率要與被測電路的功率匹配，避免采樣電阻受到過大的電流或電壓而燒毀。
• 采樣電阻的電阻值不應過小，否則會引起采樣電阻本身的熱失控，影響測量精度。
• 在測量直流電流時，采樣電阻的兩端不應短路，以免燒壞電表或測量儀。
• 在測量交流電流時，應選用耐高溫、高頻、低失真的采樣電阻。
• 采樣電阻的引線要注意長度和位置，盡量避免電源線、信號線等產生干擾。
• 采樣電阻的接線要牢固可靠，以避免因接觸不良或接線松動等問題導致測量誤差。
• 采樣電阻的使用壽命有限，需要定期檢查和更換。