电流采样电路设计中的高边采样与低边采样

在各种应用中对电流的采样必不可少，如电机的FOC设计，BMS系统等。而电流采样中成本相对较低的方案是使用采样电阻方案，尤其是直流电流的测量。在电流测量中又将采样电阻放在电路中的两个位置。第一个位置是放在电源与负载之间，这种测量方法称为高边采样。而采样电阻的第二个位置是放在负载和接地端之间，这种电流采样方法称为低边电流采样。

针对高边与低边电流采样，详细对比如下：

一、低边采样

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工作原理‌：采样电阻串联在负载与地之间，运放直接测量电阻两端压降，输入共模电压接近0V。

‌优势详解‌：

1. ‌电路极简‌：无需高压运放，普通通用运放即可工作，外围元件少，整体BOM成本低。

2. ‌ADC直连‌：输出电压以地为参考，可直接接入MCU内置ADC，无需电平移位或隔离。

3. ‌带宽优势‌：低压运放通常带宽更高，适合需要快速响应的过流保护场景。

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劣势详解‌：

1. ‌地回路干扰‌：负载不再直接接地，采样电阻抬高了负载的地电位，多个负载共地时会产生串扰，影响信号完整性。

2. ‌短路检测盲区‌：若负载对地短路，采样电阻被旁路，电流直接流入地，电路无法检测到短路电流，存在安全隐患。

3. ‌电磁兼容性差‌：地线阻抗增加，系统更容易受到外部电磁干扰，在工业环境中可能导致误触发。

二、高边采样

‌工作原理‌：采样电阻串联在电源与负载之间，运放输入端承受接近电源电压的共模电压，需专用电流检测放大器处理。

‌优势详解‌：

1. ‌系统接地完整‌：负载直接接地，地回路阻抗为零，多负载系统互不干扰，电磁兼容性显著优于低边方案。

2. ‌故障检测全面‌：可准确检测负载对地短路、对电源短路等所有故障类型，是工业电机驱动、汽车电子等安全关键领域的首选方案。

3. ‌抗干扰能力强‌：电源端噪声可通过差分采样和共模抑制有效滤除，采样精度在恶劣电磁环境下更有保障。

‌劣势详解‌：

1. ‌运放选型苛刻‌：必须使用共模电压范围覆盖电源轨的专用电流检测放大器，如INA180、INA240等，成本是普通运放的数倍。

2. ‌带宽受限‌：高压共模运放的增益带宽积通常较低，高速开关场景下可能出现响应延迟。

3. ‌输出电平转换‌：运放输出通常以地为参考，但输入共模电压高，需要内部电平移位电路，增加了设计复杂度。

三、选型决策建议

• ‌优先选低边‌：低压系统（<12V）、成本敏感、对地回路不敏感的场景，如LED驱动、电池充电管理。

• ‌必须选高边‌：高压系统（>24V）、工业电机控制、汽车电子、任何需要负载短路检测的场景。