采样电阻加运放的电流采样有何优点

电流采样的原理是什么？
采样电阻加运放的电流采样有何优点？

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张喆

2021-9-30 11:47:29

　　电流采样
　　为了在电源回路中，低成本的方案，尽可能准确的采集到回路电流，最常用的办法就是采样电阻。一般选用精密电阻串到电流回路中，计算好电流与阻值乘积为电压的关系，同时要考虑自身的功率情况，避免过流发热烧坏采样电阻本身。这种设计中，如果采样精度要求不是那么高，还可以使用“康铜丝”来进行设计。
　　在采样电阻两端转化出来的电压差值，需要递送到运算放大器的同向输入端及反向输入端，进行差分放大，放大电路的设计要考虑需要进行放大的倍数，输出端信号给到单片机或ADC采样器时，ADC的电压范围。同时，也要考虑运算放大器的工作电压，应确定的与后级采样器相匹配。
　　在采样电阻出来的差分电压信号，PCB设计时，如何走线到运算放大器，可以采用“开尔文”接法；以及两根差分信号线需要并行走线的方式将信号送入运放，这样才能尽可能保证差分信号同时、少受干扰的到达运放。
　　电流采样的原理图如下，运放通道的一路作为参考电压，这个运放将差分电压信号放大5倍，反向输入端的电压信号与GND等电位的，单独区别这个信号点目的是让采样电阻负极端的GND准确的送入放大器：
　　

　　采样电阻开尔文接法，目的是准确采样到采样电阻两端的电压值：
　　

　　电流采样还有其他办法，还有霍尔感应的方式，这种成本就相对高的多，但是在大电流的场合应用更适合。
　　采样电阻采样还会存在一个问题，就是温漂的影响。采样值的精度、噪声会因为温度的变化而飘动。当然，目前的技术，高精度采样电阻受温度的影响已经足够小了。
　　高低端问题
　　采样电阻采样换算电流的方案，最好用低端采样的方案，也就是在电源回路连接到GND的网络点加入采样电阻，这样在差分信号送入运放的时候，才能被运算完整的差分、跟随、放大、输出。
　　否则，将采样电阻放在高端进行，也就是电源正极输入的网络点，将采样电阻两端的差分信号，送到运放输入端时，虽然差分电压值非常小，但实际的对地电压是非常高的。如果运放的工作电压是ADC采样器的电压，那这个差分信号对于运放来说，不能被正确跟随放大。除非，运放接入的电压是高于这个采样点的对地电压。但是由于轨对轨原因，运放的实际接入电压最好高于采样点对地电压1-2V。这样的电路设计，运放的工作状态不是最理想的，电压的放大情况不尽如意。
　　所以，采样电阻加运放的电流采样方法，最好是在低端进行。虽然，低端采样，由于共地干扰的原因会影响信号的纹波情况。但是相对高端来说，方案简单易行，成本低，可靠度高。
　　有专门用于高端差分信号采样的运放，价格相对高出去许多。

　　采样电阻开尔文接法，目的是准确采样到采样电阻两端的电压值：
　　

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