Skip to main content

ADC 电流采集

硬件原理​

下图为 0-3A 的电压采集电路

本电路设计目标：采样电流为 3A，选择的采样电阻（R0）为 100mΩ 采样选型主要需要参考以下几个方面：

  1. 预设计测量电流的最大值，本电路中为 3A
  2. 检流电阻带来的压差，一般不建议超过 0.5V
  3. 检流电阻的功耗，应当根据该参数选择合适的封装，本电路考虑到大电流时的功耗（温度）问题，选择了 1W 封装的金属绕线电阻
  4. 检流电阻上电压的放大倍数：本电路中没有使用运放搭建放大电路，因此倍率为 1

随后便可以通过以上参数计算出检流的阻值选择：

  1. 由于本电路没有使用放大电路，因此需要选择更大的采样电阻获得更高的被测电压以便于进行测量
  2. 考虑到更大的电阻会带来更大的压差、更高的功耗，因此也不能无限制的选择更大的电阻
  3. 本电路选用了 1W 封装的电阻，对应的温升功率为 1W

综合以上数据，本电路选择了 100mΩ 的检流电阻，根据公式可以计算出 3A*100mΩ=300mV,900mW

如需应对不同的使用环境，尤其是电流较大的场景，可以将 R0 电阻更换为康铜丝或者分流器，可以更具实际使用场景，选择替代。出于安全和学习用途考虑，本电路对超出 3A 量程不做过多探讨，但原理一致。

电阻 R9 作用

  1. 保护 ADC 引脚：
  • 在 ADC 引脚前串联电阻可以起到一定的限流作用，防止在特殊情况下（如高电压输入或短路）电流过大而损坏 ADC 引脚。
  • 减少瞬态电流对 ADC 转换器性能的影响。
  1. 滤波和降噪：
  • 电阻与 ADC 引脚后端的电容可以构成一个 RC 低通滤波器，有助于减缓信号的快速边沿，降低高频噪声对 ADC 采样的影响。
  • 在高精度应用中，这种滤波效果对于提高信噪比（SNR）和确保测量准确性至关重要。

PCB Layout 要点​

在 PCB 进行 Layout 也需要特别注意，虽然 I-网络与 GND 网络在电气上为同一网络，但是需要注意的是 I-会有大电流通过，属于“功率地”，即使该点已经接地也会因为电流的波动造成网络电平变化，因此我们可以将该网络视为一个“干扰源”；而 GND 网络为表头电源负极，即“信号地”，同时，由于单片机的 AGND 与表头 GND 并未进行隔离，那此时可以将表头 GND 视为“敏感地”，因此需要避免被干扰。在电路设计中，切勿将所有的 GND 笼统的连接在一起。这也是在设计该电路时，并未铺铜的原因