【硬件设计】INA282电流采集电路_设计电机驱动时实现电流采集

电路原理图和PCB提取方式（立创EDA文件）：
关注微信公众号：码上芯路人
私信：硬件设计

1. 电流采集电路介绍

1.1 电流采集电路是什么

电流采集电路是一种用于检测电路中电流的电路。它通常由电流传感器、信号调理电路和模数转换器（ADC）组成。其主要功能是将输入电流转换为电压信号，并对信号进行放大、滤波和线性化处理，最终输出数字化的电流值。

电流传感器是电流采集电路的核心部件，用于将电路中的电流转换为电压信号。根据不同的应用场景和电流范围，电流传感器可以采用不同的工作原理和结构，例如霍尔效应传感器、电阻式传感器、互感式传感器等。

信号调理电路主要负责将电流传感器输出的低电平电压信号转换为适合ADC转换的电压范围。在这个过程中，信号调理电路还会对信号进行放大、滤波和线性化处理，以保证电流采集电路的精度和可靠性。

ADC是电流采集电路的最后一个环节，用于将经过信号调理电路处理后的模拟电压信号转换为数字信号。数字信号可以通过微处理器、单片机等处理器进一步分析和处理，例如实时监测、故障诊断、数据存储等。

1.2 电流采集电路的作用和特点

电流采集电用于检测电路中的电流变化，并将其转换为电压信号，以便于处理和测量。

电流采集电路的特点包括：

• 精度高：电流采集电路的精度通常较高，能够达到几毫安的量级，满足大多数应用的要求。
• 快速响应：电流采集电路通常具有快速响应的特点，能够及时地捕捉到电流变化的信息。
• 低功耗：电流采集电路通常采用低功耗设计，以便于长时间稳定工作。
• 可靠性高：电流采集电路通常采用高可靠性的元器件和材料，以确保其长期稳定工作。
• 易于集成：电流采集电路通常采用集成电路设计，具有小尺寸、低成本、易于集成等优点。

电流采集电路的主要作用包括：

• 测量电路中的电流变化：电流采集电路能够将电路中的电流变化转换为电压信号，以便于测量和处理。
• 提高电路的安全性：电流采集电路可以监测电路中的电流变化，并在电流过大时触发保护机制，提高电路的安全性。
• 实现电源管理：电流采集电路可以用于电源管理系统中，监测负载电流变化并进行调节，以确保电源的稳定性和效率。
• 用于马达控制：电流采集电路可以用于马达控制系统中，监测电机的电流变化并进行调节，以控制马达的转速和转矩。

电流采集电路是一种重要的电路设计，能够实现电流变化的检测和测量，应用范围广泛，具有较高的精度和可靠性

1.3 电流采集电路的应用场景

电流采集电路广泛应用于各种需要对电流进行监测、控制和测量的场合。以下是电流采集电路的一些应用场景：

• 电力系统监测：在电力系统中，电流采集电路用于监测电网中各种设备的电流，以确保电力系统的稳定性和安全性。
• 电机控制：电机控制中常常需要测量电机的电流，以确保电机正常运行。电流采集电路可以测量电机的电流并将其反馈给电机控制系统，实现对电机的精确控制。
• 电源管理：电源管理中需要测量各种电路的电流，以确保电源的稳定性和安全性。电流采集电路可以对电源电路的电流进行实时测量和监测，帮助用户及时发现和解决问题。
• 汽车电子：在汽车电子中，电流采集电路常用于测量电池电流、发动机控制、传感器等。它可以对汽车电路中的电流进行实时监测和控制，保障汽车的安全和可靠性。
• 工业自动化：在工业自动化控制中，电流采集电路常用于监测各种设备的电流，以确保工业系统的稳定性和安全性。它可以实时测量和监测各种设备的电流，帮助用户及时发现和解决问题。

电流采集电路的特点包括高精度、高稳定性、低噪声、低漂移、高共模抑制比等。这些特点使电流采集电路在各种应用场景下具有广泛的适用性和可靠性。

2. 电流采集芯片INA282AQDRQ1

2.1 INA282AQDRQ1特性和基本参数

INA282AQDRQ1是一款高精度、高带宽的电流传感器，具有以下特性和基本参数：

• 工作电压范围：2.7V至36V
  INA282AQDRQ1的工作电压范围很广，可以适用于多种应用场景，例如电池供电的便携式电子设备和工业自动化领域的高压设备。
• 低输入失调电压：±40μV (典型值)
  INA282AQDRQ1具有低输入失调电压，能够提供高精度的电流测量。输入失调电压是指在没有输入信号时，放大器的两个输入端之间的电势差。
• 高共模抑制比(CMRR)：90dB (典型值)
  INA282AQDRQ1的高CMRR能够提供出色的抗干扰性能，使其适用于噪声严重的环境。CMRR是指在两个输入端同时受到共模噪声时，放大器对共模信号的抵消能力。
• 高带宽：800kHz (典型值) INA282AQDRQ1的高带宽可以实现快速的响应和高速采样，是进行高频电流测量的理想选择。
• 差分输入电阻：10MΩ (典型值) INA282AQDRQ1具有较高的差分输入电阻，可以提高电流传感器的灵敏度和精度。
• 稳定性：±0.1% (最大值)在-40℃至+125℃温度范围内 INA282AQDRQ1具有较高的温度稳定性，可以适应广泛的温度范围，同时保持高精度。
• 过载保护：±36V INA282AQDRQ1的过载保护能够保护传感器和系统免受意外电压峰值的损害。

INA282AQDRQ1作为一款高性能电流传感器，具有广泛的应用领域，可应用于电机控制、电源管理、电池管理、仪器仪表等领域中需要电流监测的场合。

2.2 INA282AQDRQ1原理

电路图中的INA282AQDRQ1如下：

INA282AQDRQ1是一款基于差分放大器的精密电流传感器放大器，它的引脚如下所述：

• IN+和IN-引脚：差分输入端口，用于连接被测电流信号。INA282AQDRQ1支持双极性和单极性电压输入。在使用时，应将被测电流输入至IN+引脚，同时连接一个与IN+同极性的电流参考至IN-引脚。如果使用单极性电源，则IN-应该连接至地。
• GND引脚：接地引脚，用于连接电路的地。
• REF1和REF2引脚：相对于输出电压的基准电压输入端口，此芯片输出电压OUT实际值为实际电流值+(REF1+REF2)/2
• V+引脚：正电源电压输入端口，用于提供芯片工作所需的电源电压。
• OUT引脚：输出端口，用于输出测量电流的电压信号。
• NC引脚：未连接引脚。

其工作原理实际上就是将IN+ 和 IN-之间的电压差放大50倍（50倍只适用于INA282AQDRQ1芯片，其它型号的芯片可能为100倍，25倍等），OUT的值实际上就是放大后的电压值+(REF1+REF2)/2。反馈到AD后，经过微控制器将采集到的值进行处理，处理方式为模数转换器采集到的值-(REF1+REF2)/2，该值即为实际的电流值。

2.3 INA282AQDRQ1的注意事项

使用INA282AQDRQ1需要注意以下几点：

• 确认应用环境：INA282AQDRQ1适用于工业自动化、电源管理、通信基础设施等领域。在使用前需确认使用环境是否符合芯片规格书中的要求，如温度范围、电源电压、输入信号范围等。
• 布局设计：为了保证INA282AQDRQ1的性能和可靠性，布局设计至关重要。应避免模拟和数字信号交叉，尽可能缩短模拟信号和电源线的长度，将模拟和数字信号地线分开布局等。
• 外部滤波电容选择：INA282AQDRQ1的输入引脚需要连接外部滤波电容，以减小输入信号中的高频噪声。选用合适的滤波电容可以提高系统的抗干扰能力，但电容过大会增加芯片响应时间，影响系统的动态响应。
• 输入信号范围：INA282AQDRQ1的输入信号范围取决于REF1和REF2的电压。使用前需确认应用中的信号范围是否在允许范围内，否则会影响采集精度和芯片的寿命。
• 工作模式选择：INA282AQDRQ1支持单向和双向采样模式。选择适合的工作模式可以提高系统的精度和响应速度。
• 稳定性和温度漂移：INA282AQDRQ1具有较好的稳定性和低温度漂移，但在实际应用中仍需注意温度变化对系统的影响，避免温度漂移对系统精度的影响。
• 外部电源电压：INA282AQDRQ1的电源电压范围为2.7V至36V。在使用前需确认外部电源的电压是否符合芯片规格书中的要求，否则会影响芯片的正常工作和寿命。
• 其他注意事项：使用前需仔细阅读芯片规格书和应用注意事项，并根据实际需求选用合适的滤波电容、电源电压、工作模式等。同时需注意芯片的ESD保护和焊接温度等问题，避免影响芯片的性能和寿命。

3. INA282单向电流采集电路

INA282单向电流采集电路电路图如下：

由于INA282AQDRQ1芯片是将IN+ 和 IN-之间的电压差放大50倍，并且REF1和REF2都接地，因此在IN+ 和 IN-之间加入一个0.02欧姆的电阻，这样OUT输出的电压值大小即为流过0.02欧姆电阻的电流值大小。（OUT=放大50倍后的电压值+0）。
在OUT输出后需要加几个滤波电容，将输出的电压值滤波处理后交给AD和微控制器处理，这样结果会更加精确。

4. INA282双向电流采集电路

INA282双向电流采集电路电路图如下：

这里由于REF2=5V，REF1=0，因此OUT输出的电压值大小即为2.5V + 放大50倍后的电压值。因此将OUT值经过模数转换器和微控制器处理后即可得到IN+和IN-之间的电流值大小，处理方式为：电流值大小=OUT的电压值-2.5V。同样的，在输出端仍然要加入几个滤波电容。

例如，当电流值为-0.5A时，OUT的电压值即为2V，那么经过微控制器处理后，电流值大小即为2-2.5=-0.5。

说明：无论是单向采集还是双向采集都会有温漂等影响，在运用到工程中前，应该多测量几组数据，拟合出曲线后，计算出校正系数，将校正系数运用到微控制器的处理中，这样得到的数据会更加精确。

5. 总结

• INA282AQDRQ1引脚功能：IN+、IN-为电流信号输入端；REF1、REF2为双向采样时的基准电压输入端；GND为地；V+为电源正极；OUT为放大后的电流信号输出端；NC为未连接引脚。
• 单向采样时，REF1和REF2都接入地，即可将INA282AQDRQ1用作单向电流检测电路。
• 双向采样时，REF1和REF2分别接入地和VCC，即可将INA282AQDRQ1用作双向电流检测电路。
• INA282AQDRQ1的电源电压范围为2.7V至36V，应选择满足精度要求的适当电源电压。
• INA282AQDRQ1具有较高的增益精度和温度稳定性，但仍需注意电源稳定和温度变化对采集精度的影响。
• 为了保证采集精度，应根据具体应用需求选择合适的电流检测电阻和滤波电容，并注意电路布线和接地的影响。
• 在使用INA282AQDRQ1时，应严格按照数据手册提供的电路连接方式和工作条件进行设计和应用。

INA282AQDRQ1是一款高性能的电流检测放大器，在电流采集电路中得到广泛应用。通过合理选择电源电压、采集电阻和滤波电容等元器件，以及注意电路布线和接地的影响，可以实现更高精度的电流采集。