因為FOC運算需要用到電機的線電流值和母線電壓值，所以ADC采樣功能必不可少。但是單片機的IO口輸入電壓范圍是0~3.3V，所以為了保證安全，需要把測量電壓保持在這個范圍之內。

計算運放電路的放大倍數之前，需要先明確幾個模電的概念-------虛短、虛斷。
虛短：運放的兩個輸入端視為同等電位；
虛斷：因為流入運放輸入端的電流往往不足1uA，所以輸入端可以視為等效開路。

電壓采樣電路圖

電壓采樣電路如上圖所示。

電壓放大增益計算

假設上圖中Vcc為48V，R1 = 47K，R2 = 1K。則根據電阻分壓，Vi = 48 * （1/48）=1V。
因為虛短：V+ = V-。（式1）
因為虛斷：反向輸入端無電流輸入輸出，通過R3和R4的電流相等，假設電流為I，則由歐姆定律得：
I = Vout / (R3 + R4)。
由圖和（式1）知：Vi = V+ = V- = R4上的分壓。
即：Vi = I * R4
即：

Vi已知，只要保證Vout在0~3.3V之間就可以進行電壓的采集，進而對電路中電阻阻值進行設置。

電流采樣電路圖

電流采樣電路圖如上圖所示。

電流放大增益計算

ADC采集電流實際上還是采集電壓，如上圖，R9就是電流采樣電阻。采集R9兩端電壓，然后根據歐姆定律得到電流值。
先假設：V = i * R9。（式1）
由虛斷知：運放輸入端沒有電流流過，則流過R5和R8的電流相等；R6和R7的電流相等。
則有如下公式：

由虛短知：Vx = Vy （式3）
聯合（式1）和圖可知：V1 = V2 + V。（式4）
將（式4）和（式3）帶入（式2）的第一個等式得：

假設！！R5 = R6。R7 = R8。
（式5）-（（式2）的第二個等式）可得到：

進而得到：

因為電流范圍已知，所以V就已知，然后R5和R6相等（自由設置），R8和R7相等（自由設置）。
只要保持Vout在0~3.3V之間，就可以對電路電阻進行設置。

2、電壓、電流采樣電路設計主要方式：

●使用采樣電阻，再送給放大器

●使用霍爾傳感器

● 使用電流檢測IC

一、使用采樣電阻：

精密放大器方案：

電路檢測電路常用于：高壓短路保護、電機控制、DC/DC換流器、系統功耗管理、二次電池的電流管理、蓄電池管理等電流檢測等場景。

對于大部分應用， 都是通過感測電阻兩端的壓降測量電流。

一般使用電流通過時的壓降為數十mV～數百mV的電阻值，電流檢測用低電阻器使用數Ω以下的較小電阻值；檢測數十A的大電流時需要數mΩ的極小電阻值，因此，以小電阻值見長的金屬板型和金屬箔型低電阻器比較常用，而小電流是通過數百mΩ～數Ω的較大電阻值進行檢測。

測量電流時， 通常會將電阻放在電路中的兩個位置。第一個位置是放在電源與負載之間。這種測量方法稱為高側感測。通常放置感測電阻的第二個位置是放在負載和接地端之間。這種電流感測方法稱為低側電流感測

兩種測量方法各有利弊，低邊電阻在接地通路中增加了不希望的額外阻抗；采用高側電阻的電路必須承受相對較大的共模信號。低側電流測量的優點之一是共模電壓， 即測量輸入端的平均電壓接近于零。這樣更便于設計應用電路， 也便于選擇適合這種測量的器件。低側電流感測電路測得的電壓接近于地， 在處理非常高的電壓時、 或者在電源電壓可能易于出現尖峰或浪涌的應用中， 優先選擇這種方法測量電流。由于低側電流感測能夠抗高壓尖峰干擾， 并能監測高壓系統中的電流。

1、低端檢測：

優點：共模電壓， 即測量輸入端的平均電壓接近于零。這樣更便于設計應用電路， 也便于選擇適合這種測量的器件。低側電流感測電路測得的電壓接近于地， 在處理非常高的電壓時、 或者在電源電壓可能易于出現尖峰或浪涌的應用中， 優先選擇這種方法測量電流。

缺點：在接地通路中增加了不希望的額外阻抗；采用電源接地端和負載、系統接地端時， 感測電阻兩端的壓降會有所不同。如果其他電路以電源接地端為基準， 可能會出現問題。為最大限度地避免此問題， 存在交互的所有電路均應以同一接地端為基準， 降低電流感測電阻值有助于盡量減小接地漂。

2、高端檢測：

缺點：必須承受相對較大的共模信號。

隨著大量包含高精度放大器和精密匹配電阻的IC的推出，在高側電流測量中使用差分放大器變得非常方便。高側檢測帶動了電流檢測IC 的發展，降低了由分立器件帶來的參數變化、器件數目太多等問題，集成電路方便了我們使用。下圖為一種高側檢測的 IC 方案：

3、檢測電路連接方式：

電壓檢側連接如下圖(2)所示，建議從電阻器電極焊盤的內側中心引出。這是因為電路基板的銅箔圖案也具備微小的電阻值，需要避免銅箔圖案的電阻值所造成的壓降的影響。如果按照下圖(1)所示，從電極焊盤的側面引出電壓檢測圖案，檢測對象將是低電阻器電阻值加上銅箔圖案電阻值的壓降，無法正確地檢測電流。

精密運放：OPA333 電流感測放大器：INA199/INA138/INA168

4.PCB Layout參考：

電流感測放大器方案：

采用分立電流感測放大器時要考慮的另一因素是 PCB 布局。需要將 R1 和 R2 放在盡可能靠近運算放大器和 電流感測電阻的位置。將這些元件放在靠近運放的位置 后，運算放大器同相輸入端出現噪聲拾取的可能性會降 低。由于很多電流感測放大器都與 DC/DC 轉換器配合 用，因此需要仔細考慮整個電流感測電路的放置位置，以免 DC/DC 電源發出輻射噪聲。差分放大器增益 可通過圖 2 所示的等式進行計算。但增益增大或減小都 會影響解決方案的穩定性和帶寬。如果應用中存在容性 負載，需要特別考慮運放的 穩定性，以免 出現振蕩或 嚴重的輸出振鈴現象。

若要克服分立實現方案的缺陷，一種有效方式是采用圖 3 中所示的電流感測放大器。

電流感測放大器集成了增益設置電阻，從而可減少分立實現方案存在的諸多布局問題。內部電阻設計用于減少不匹配情況，從而可優化增益誤差規范。電流感測放大器經過預先配置，可滿足多種不同的增益要求。例 如，INA199 的增益可為 50、100 和 200 V/V。帶寬和容性負載穩定性使用數據表中指定的最大容性負載針對各個增益設置進行了優化。集成增益設置電阻可降低噪聲靈敏度、減小 PCB 占用面積，并可簡化布局。集成這些電阻并不一定意味著會增大封裝尺寸。INA199 可 采用 2 mm x 1.25 mm SC70 6 引線封裝和 1.8 mm x 1.4 mm 超薄四方扁平無引線 (UQFN) 封裝。

INA199 的電流測量精度要高于成本效益高的分立運放 設計可達到的精度。該器件在 -40°C 至 105°C 溫度范圍內的最大增益誤差為 1.5%。INA199 的偏移小于 150 μV，漂移低于 0.5 μV/°C。INA199 還 具有 REF 引腳。施加到 REF 引腳上的電壓會增大輸出端電壓。如果下游器件需要轉換電流信號電平，可使用該引腳。

備選器件建議：

對于對性能要求較高的 應用， INA210-215 系列器件具 有較低的偏移（最大 35μV）和增益誤差（最大 1%）。如果需要使用數字接口實現高精度電流監測，INA226 具有 最大 10 μV 的偏移以及 0.1% 的增益誤差。如果需 要小型數字電流監測，可選擇采用小型 1.68 mm x 1.43 mm 封裝的 INA231，它非常適合便攜式應用或空間受 限的其他 應用。如果需要通過引腳可綁定的增益設置進 行電壓輸出電流監測，可采用 INA225。

二、使用霍爾傳感器：

利用霍爾傳感器芯片設計直流電流檢測電路:

https://wenku.baidu.com/view/2b932502fe4733687e21aadf.html

UGN3501T／U,UGN350／M線性霍爾集成傳感器及其應用:https://www.docin.com/p-1135936661.html

三、使用電流檢測IC:

1、MAX471/MAX472：

MAX471/MAX472是MAXIM公司生產的精密高端電流檢測放大器，利用該器件可以實現以地為本文介紹了用MAX471/472高端雙向電流檢測技術來實現對電源電流的監測和保護的方法，參考的電流/電壓的轉換，并給出了直流電源監測與保護的實現電路。

MAX471/MAX472的特點、功能：

●具有完美的高端電流檢測功能；?

●內含精密的內部檢測電阻（MAX471）；?

●在工作溫度范圍內，其精度為2%；?

●具有雙向檢測指示，可監控充電和放電狀態；

●內部檢測電阻和檢測能力為3A，并聯使用時還可擴大檢測電流范圍；

●使用外部檢測電阻可任意擴展檢測電流范圍（MAX472）；

●最大電源電流為100μA；

●關閉方式時的電流僅為5μA；?

●電壓范圍為3～36V；?

●采用8腳DIP/SO/STO三種封裝形式。

MAX471的電流增益比已預設為500μA/A，由于2kΩ的輸出電阻（ROUT）可產生1V/A的轉換，因此±3A時的滿度值為3V.用不同的ROUT電阻可設置不同的滿度電壓。但對于MAX471，其輸出電壓不應大于VRS+-1.5V，對于MAX472，則不能大于VRG-1.5V。

MAX471/MAX472的引腳功能：

OUT端為電流幅度輸出端，而SIGN端可用來指示輸出電流的方向。SIGN是一個集電極開路的輸出端（僅吸收電流），可和任何采用電壓供電的邏輯電路相連，用100kΩ的上拉電阻即可把SIGN連接到邏輯電源。對于MAX471來說，在電流從RS-流向RS+時，輸出低電平。而當電流從RS+流向RS-時，輸出高電平。在采有電流供電的電路中，無論是充電還是放電，只要負載電流大于1mA，SIGN端的輸出都能精確地指示出電流方向。

在SHDN為高電平時，MAX471/MAX472進入關閉模式，此時系統的消耗電流小于5μA。在關閉狀態下，SIGN為高阻狀態，OUT截止。

電源監測與保護電路：

用MAX471構成的直流電源監測與保護電路如圖3所示，該電路可以和任意電源相連，能進行電流、電壓的自動顯示和過流報警與保護。圖中R1為MAX471輸出端電阻，用于決定I/V的轉換靈敏度。由于筆者是采用85C1-V30V磁電式直流電壓表來顯示輸出電壓和電流的，所以R2為20kΩ，靈敏度為10V/A。實際應用時，R1可用標準儀表來進行微調校正。J1-1為電壓/電流顯示轉換繼電器。在初始狀態下調整輸出電壓時，由于未接負載，Irt為零，IOUT端的輸出電壓為零，J1不吸合，J1-1常閉以使昨電壓表接入電源輸出端，從而顯示輸出電壓，并使VD3發光，以表示測接入量值為電壓。當負載電源后，IOUT端通過R1使VT2導通，繼電器J1吸合，電壓表通過JL-1接入IOUT端以顯示I/V轉換器，同時，VD4發光以表示測量值為負載電流，開關K為強制轉換開關，可方便地將顯示儀表設置為輸出電壓測量。此開關一般情況下處在打開狀態。VT1為射極輸出器，可用于減小VT2和IC2對IOUT端的影響。過流保護電路用集成電路TL431來完成，J2為過流保護用繼電器，W為過流保護調節電位器，當VA=UB[R5/（W+R5）]=2.5V時，TL431的陽極端電壓為2.5V，J2吸合，J2-1切斷輸出；同時J2-2閉合，VD5發光指示，報警音樂集成電路IC3得電并通過VT3驅動報警喇叭，從而以聲、光形式構成流保護指示。

2、TSC103：

意法半導體的 TSC103測量高側分流電阻上的小差分電壓，并將其轉換為以地為參考的輸出電壓。極寬的輸入共模電壓范圍（2.9 V至70 V）可用于各種應用。在雙電源配置中，TSC103具有-2.1 V至65 V的寬共模電壓范圍，可監控地下電源線。增益可通過兩個部分引腳調整為從20 V / V到100 V / V的四個不同值。TSC103通過其本質上低電源電流（ICC）和良好的精度幫助系統設計人員降低能耗，從而最大限度地降低分流電阻的值。

特性:

電源電壓范圍：2.7 V至5.5 V，單電源電壓配置

低電流消耗：ICC max =360μA

獨立供電和輸入共模電壓

寬共模工作范圍：

單電源配置為2.9 V至70 V.

雙電源配置為-2.1 V至65 V.

引腳可選增益：20 V / V，25 V / V，50 V / V或100 V / V.

寬共模存活范圍：-16 V至75 V（反向電池和拋負載條件）

緩沖輸出

采用小型SO-8和TSSOP8封裝

數據手冊：http://www.icpdf.com/PartnoView.asp?id=7323146_704440&page=11#view

3、LTC6102：