2. 采样原理：电流采样电阻选型、霍尔传感器原理、ADC采样时序

采样是过流保护的“眼睛”。眼睛看不清，后面算法再牛也白搭。这一节我带你过一遍三种核心采样手段：电阻、霍尔、ADC时序。每个我都踩过坑，咱们一个一个说。

2.1 电流采样电阻选型

采样电阻，说白了就是一颗精密电阻。电流流过它，产生压降，ADC去读这个电压。原理简单，但选型门道不少。

关键参数就四个：

• 阻值：不能太大，否则发热严重；不能太小，否则信噪比不够。我一般按满载时压降50~100mV来算。比如满载10A，选5mΩ，压降就是50mV。
• 功率：P = I²R。10A × 10A × 0.005Ω = 0.5W。留1.5~2倍余量，选1W或2W的。
• 温漂（TCR）：这个最容易被忽略。普通电阻TCR ±100ppm/°C，温度升50°C，阻值漂0.5%。过流保护精度直接掉0.5%。我建议至少选±50ppm/°C，最好±25ppm/°C。
• 寄生电感：高频开关场景下，电阻的寄生电感会产生额外压降，导致采样失真。选锰铜或康铜材料的低感电阻，或者用四端开尔文接法。

参数	推荐范围	我的经验值
阻值	1mΩ ~ 10mΩ	5mΩ（10A级）
功率	≥ 2×实际功耗	1W ~ 3W
TCR	≤ ±50ppm/°C	±25ppm/°C
寄生电感	≤ 5nH	锰铜电阻 < 2nH

2.2 霍尔传感器原理

霍尔传感器是非接触式采样。它利用霍尔效应——电流流过导体，产生磁场，霍尔元件感应磁场强度，输出对应电压。

霍尔传感器分两类：

• 开环霍尔：结构简单，成本低，但精度一般（±1%~±5%）。适合对精度要求不高的场合，比如家电过流保护。
• 闭环霍尔（磁平衡式）：内部有补偿线圈，精度高（±0.5%~±1%），带宽也宽。我做过一个伺服驱动器项目，电流环需要高精度，用的就是闭环霍尔。

霍尔传感器的好处是隔离——输入和输出没有电气连接。坏处是温漂大，而且容易受外部磁场干扰。你想想看，电机旁边放个霍尔，电机本身的磁场就会串扰进去。

2.3 ADC采样时序

ADC采样时序，是采样同步的核心。你采样点没选对，采到的电流值就是错的。

关键概念：采样窗口 vs 开关周期

在开关电源或电机驱动中，电流是脉动的。PWM开关管导通时电流上升，关断时电流下降。ADC采样必须选在电流相对稳定的时刻——通常是PWM周期的中间点或结束点。

我习惯用中心对齐采样：在PWM载波的波峰或波谷触发ADC。这样采到的电流值接近平均值，而且噪声最小。

// 伪代码：PWM中心对齐ADC触发
// 假设PWM周期为10kHz，载波周期100μs
// 在载波波谷触发ADC采样

void PWM_ISR(void) {
    if (PWM_CNT == PWM_PERIOD/2) {
        // 载波波谷，触发ADC
        ADC_StartConversion();
    }
}

void ADC_Complete_ISR(void) {
    current_value = ADC_GetResult();
    // 此时采到的电流值最稳定
}

采样时序的三个坑：

1. 采样保持时间不够：ADC内部有采样电容，需要时间充电。如果采样保持时间太短，电压没稳定，结果就偏了。我一般设采样保持时间 ≥ 1μs。
2. 采样点与开关噪声重叠：PWM开关瞬间会产生很大的di/dt噪声。如果ADC刚好在那时采样，结果全是毛刺。解决办法——用硬件触发延迟，避开开关沿。
3. 多通道采样串扰：如果你用同一个ADC轮流采多路电流，通道切换时会有残留电荷。我建议在通道切换后加一个 dummy 采样，扔掉第一次结果。

2.4 三种采样方式对比

特性	采样电阻	开环霍尔	闭环霍尔
精度	高（±0.1%~±1%）	中（±1%~±5%）	高（±0.5%~±1%）
隔离	无	有	有
带宽	高（DC~MHz）	中（DC~100kHz）	高（DC~500kHz）
成本	低	中	高
温漂	低（选TCR好的）	高	中
适用场景	低电压、低成本	中低压、需隔离	高精度、伺服驱动

2.5 采样同步知识体系

下面这张图把三种采样方式和ADC时序的关系串起来了。你看一眼就明白——采样电阻和霍尔是前端，ADC时序是后端，两者必须配合好。

嗯，这张图你看懂了吗？采样电阻和霍尔是“怎么采”，ADC时序是“什么时候采”。两者缺一不可。我见过太多人只关注采样元件精度，却忽略了采样时刻——结果过流保护还是误动作。