如何选电流采样电阻的位置？

电流采样是电机驱动系统的核心环节，直接影响控制精度与系统可靠性。电阻采样因成本低、响应快、线性度好等优势被广泛应用，根据采样位置可分为高边采样、低边采样和输出直接采样三类。

一、高边电流采样（High-Side Current Sensing）

1. 原理与拓扑

采样电阻串联在电源正极与逆变桥之间。电流信号经差分放大后送入控制器，需处理高共模电压（通常达数百伏），原理图如下：

2. 核心优势

• 安全性与故障检测
  
  可识别负载对地短路（如电机绕组接地故障）
• 无地线干扰
  
  避免低边采样的共地噪声问题，尤其适用大功率系统
• 动态范围宽
  
  适用于宽电压范围电机驱动（如48V-800V系统）

3. 技术挑战与解决方案

4. 器件选型标准

• 运放关键参数
  • CMRR：直流至1kHz需≥120dB（如AD8228在60Hz时为114dB）
  • 带宽：≥开关频率的5倍（20kHz系统需100kHz）
  • 温漂：<±1μV/℃（如OPA196）
• 电阻要求
  • 精度：±0.1% 低温漂电阻（如金属箔电阻）
  • 功率：按P=I2R计算冗余（50A系统需≥5W）

二、低边电流采样（Low-Side Current Sensing）

1. 原理与拓扑

采样电阻置于逆变桥下管与地之间，信号直接输入运放，共模电压接近0V，电路原理图如下：

2. 核心优势与局限

3. 实测数据验证

• 精度影响
  
  50A系统中地线干扰导致误差达±2%
• 温漂特性
  
  选用NSM2016传感器时，-40℃~125℃误差<±2%

4. 器件选型优化

• 运放选型
  • 失调电压：<±10μV（如AD8421）
  • 带宽：1-10MHz（满足高频采样需求）
• PCB设计要点
  • 单点接地 + 星型拓扑
  • 采样线远离功率回路（间距>3mm）

三、输出直接电流采样（Phase Current Sensing）

1. 原理与实现

在逆变桥输出端串联采样电阻，直接获取相电流，需多路同步采样，原理图如下：

2. SiC/GaN应用挑战

• 热管理难题
  • SiC MOSFET结温波动达134.3℃（10kW系统）
  • 采样电阻热耗散引发温漂（±0.1%/℃）
• 高频干扰

  • 100kHz开关噪声导致采样失真（THD增加5-8%）

3. 创新解决方案

• 热设计优化
  • 陶瓷基板（AlN） + 强制风冷（热阻↓40%）
  • 温度补偿算法（温漂误差↓至±0.02%）
• 信号完整性保障
  • LVDS差分传输（CMRR >150dB @1MHz）
  • 二阶RC滤波 + 磁隔离（延时<10ns）

电阻电流采样需根据功率等级、成本预算及安全要求综合选型。高边采样适用高压高可靠性场景，低边采样满足消费级需求，输出采样适配高性能电机控制。未来发展将聚焦于多技术融合（如霍尔+电阻）与智能补偿算法，以突破温漂与噪声抑制瓶颈。