2. 功率级基础
电流采样是整个过流保护的第一道关口。你想想看，如果采样都不准，后面做再多保护逻辑都是白搭。我在这个环节吃过不少亏，所以今天把这几种主流方案掰开揉碎了讲清楚。
2.1 采样电阻：最直接、最便宜，但坑最多
采样电阻，说白了就是利用欧姆定律，在电流路径上串一个小电阻，测它两端的压降。简单粗暴，但要做好并不容易。
2.1.1 选型五大参数
| 参数 | 选型要点 | 我踩过的坑 |
|---|---|---|
| 阻值 | 兼顾压降幅度和功耗。通常 1~10 mΩ，大电流用更小 | 曾经选 50 mΩ 做 30A 采样，电阻直接冒烟 |
| 功率 | P = I²R，留 2~3 倍余量 | 余量留小了，温漂导致采样值一路飘 |
| 精度 | 过流保护用 ±1% 足够，高精度用 ±0.5% | ±5% 的电阻，同一批板子保护阈值差 20% |
| 温漂 (TCR) | 最好 ≤50 ppm/°C，大电流场景 ≤25 ppm/°C | 200 ppm 的电阻，满载 10 分钟后采样值偏了 15% |
| 寄生电感 | 越低越好，优先选贴片合金电阻 | 插件电阻在高频 PWM 下产生尖峰，差点误触发保护 |
核心原则：采样电阻的压降通常设计在 50~100 mV 满量程。太小了信噪比差，太大了功耗受不了。
2.1.2 布局布线要点
采样电阻的布局，我建议遵循「开尔文连接」原则。什么意思？就是电流路径和电压采样路径要分开走。
- 电流路径：宽走线，大铜皮，减少额外电阻
- 采样路径：从电阻焊盘内侧引出细线，直接进运放或 ADC
- 禁止：采样线走大电流区域，或者和功率管共用地线
警告：采样线不要走太长，超过 5cm 建议加差分走线。我曾经因为采样线绕了半块板子，结果耦合了一堆噪声，保护阈值乱跳。
2.2 霍尔电流传感器：隔离、方便，但要注意带宽
霍尔传感器利用霍尔效应，通过检测磁场来间接测量电流。好处是电气隔离，不用串入主回路。我一般在需要隔离采样或者电流很大的场合（>50A）优先考虑它。
2.2.1 主流方案对比
| 类型 | 代表型号 | 带宽 | 隔离电压 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 开环霍尔 | ACS712, ACS758 | ~80 kHz | 2.1 kV | 通用过流保护 |
| 闭环霍尔 | LA55-P, LA100-P | ~200 kHz | 2.5 kV | 高精度、高频响应 |
| 集成式 | TMCS1100, INA240 | ~200 kHz | 3 kV | 小体积、低成本 |
我的习惯：做伺服电机驱动时，我偏爱闭环霍尔，响应快、精度高。做普通 BLDC 保护，开环霍尔就够了，便宜又省心。
2.2.2 使用注意事项
- 带宽匹配：霍尔传感器的带宽必须高于 PWM 开关频率的 2~3 倍，否则采样出来的波形严重失真
- 磁芯饱和：过流时磁芯可能饱和，输出会突然「卡住」不再上升。我遇到过电机堵转时霍尔输出反而下降，差点没保护住
- 外部磁场干扰：大功率电感、变压器附近不要放霍尔，或者加磁屏蔽罩
2.3 电流互感器：交流电的天然选择
电流互感器（CT）只对交流信号有响应，直流分量会被滤掉。所以它天然适合交流电机或者变频器输出侧的采样。我最早做变频器时，输出侧用的就是 CT，简单可靠。
2.3.1 选型要点
- 变比：根据一次侧最大电流和二次侧额定电流（通常 5A 或 1A）选择
- 精度等级：过流保护用 0.5 级或 1 级足够，计量用 0.2 级
- 负载电阻：二次侧必须接负载电阻，否则会烧坏。阻值根据采样电压需求计算
- 频率响应：工频 50/60 Hz 用普通 CT，变频器输出侧要选宽频 CT
警告：电流互感器二次侧绝对不允许开路！开路会产生高压，击穿绝缘甚至伤人。我见过有人调试时忘了接负载电阻，CT 直接炸了。
2.4 采样电路设计要点
不管用哪种传感器，最终都要把信号调理成 ADC 能读的电压范围。这部分我踩的坑最多，所以多说几句。
2.4.1 信号调理链
传感器输出 → 低通滤波 → 偏置/缩放 → 钳位保护 → ADC 输入2.4.2 低通滤波设计
电机 PWM 开关频率通常在 8~20 kHz，会产生大量高频噪声。我习惯在采样信号进入 ADC 前加一级 RC 低通滤波。
- 截止频率：设为 PWM 频率的 1/10 ~ 1/5。比如 20 kHz PWM，截止频率 2~4 kHz
- 电阻电容：R 取 1~10 kΩ，C 取 1~100 nF。R 太大影响采样速率，C 太大响应变慢
- 二阶滤波：对噪声敏感的场景，用二阶 Sallen-Key 滤波器，效果更好
小技巧：滤波电容用 C0G/NP0 材质，温度稳定性好。X7R 也行，但别用 Y5V，那个温漂大得离谱。
2.4.3 偏置与缩放
双极性电流（比如电机相电流）需要偏置到 ADC 的中间电平。比如 0~3.3V ADC，偏置到 1.65V。
Vout = I_sense × Gain + Vref/2我常用的运放方案：
- 单电源运放：LMV321, MCP6001，轨到轨输出
- 差分运放：INA240, INA180，自带偏置和增益，省外围
- 仪表放大器：AD620, INA128，高共模抑制比，适合长距离传输
2.4.4 钳位保护
ADC 输入引脚很脆弱，超过电源电压就会烧。我习惯在 ADC 输入端加一对肖特基二极管到电源和地，或者用集成钳位保护的 ADC。
我的经验：BAT54S 双肖特基二极管，一个封装搞定正负钳位，便宜又好用。千万别省这个，我烧过两片 STM32 的 ADC 引脚才长记性。
2.5 知识体系总览
下面这张图把四种采样方案的核心逻辑串起来了，你可以对照着看。
2.6 方案选型速查表
最后给一张速查表，方便你根据项目需求快速选型。
| 需求场景 | 推荐方案 | 理由 |
|---|---|---|
| 低成本、小功率 (<10A) | 采样电阻 + 差分运放 | 便宜、简单、精度够用 |
| 中功率、需要隔离 (10~50A) | 开环霍尔传感器 | 隔离、体积小、性价比高 |
| 大功率、高精度 (>50A) | 闭环霍尔或电流互感器 | 精度高、隔离好、温漂小 |
| 交流电机、变频器输出 | 电流互感器 | 天然滤除直流、隔离、耐用 |
| 伺服电机、高频响应 | 闭环霍尔或集成式 | 带宽高、响应快、精度好 |
我的建议：如果你刚开始做电机驱动，先从采样电阻方案入手，把信号调理搞明白。等遇到隔离需求或者大电流场景，再换霍尔或 CT。一口吃不成胖子，采样电路尤其如此。