33mV如何变成1.5V：INA180低侧与高侧电流检测电路设计

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电流检测的起点是采样电阻压降，难点是把这一小压降稳定放大并送入单片机ADC。采样电阻放在电源与负载之间称高侧检测，放在负载与地之间称低侧检测。二者共模电压、地线影响和保护方式不同。以下以INA180A2设计0～3A电路，说明芯片功能及两种架构的工作原理。
一、INA180功能与内部电路简析
INA180是固定增益电流分流监测器，本质为差分放大电路。内部输入级跨接采样电阻Rs两端，承受-0.2V～+26V共模电压；输入信号经内部电阻网络和增益级放大，输出级驱动ADC。如图示

INA180A2增益为50V/V，供电2.7V～5.5V，带宽350kHz。其输出VADC=50×Vsense，Vsense=I×Rshunt。芯片精度受增益误差、失调和采样电阻精度影响，采样电阻常选±1%。INA180不直接测电流，而是测采样电阻Rs压降，因此电阻位置决定高侧或低侧架构。
二、低侧电流检测电路这里设单片机ADC采样电压范围为0～3.3V，取中间端1.65V作为参考电压。电路如图示①采样单元采样电阻R1=10mΩ串联在负载(LOAD)与GND之间。负载电流I流过电阻，产生Vsense=I×10mΩ。3A时Vsense=30mV。INA180A2的IN+接负载侧，IN-接地侧，得到正向差压。
②放大单元INA180A2增益50V/V，输出VADC=50×I×0.01Ω=0.5×I。3A时VADC=1.5V。ADC范围0～3.3V，取1.65V作中间参考；按输出上限1.65V计算，最大输入约33mV，对应3.3A，3A量程留有余量。低侧共模电压接近地，须不低于-0.2V。
③ADC换算单元ADC_CURRENT接单片机ADC。电流换算为I=VADC/(50×0.01Ω)=2×VADC。软件按此计算电流。低侧采样会使负载地电位高于系统地，需处理地线压降。
三、高侧电流检测电路该高侧电流检测电路由USB1公头(电源输入)、采样电阻R1、INA180A2、PMOS管Q1、驱动三极管Q2、栅极上拉电阻R2及USB2母座(给负载供电)组成。如图示

①采样与放大单元R1=10mΩ串联在VBUS1到负载的高侧路径中。INA180A2跨接R1，VADC=50×I×R1，3A时Vsense=30mV、VADC=1.5V。R1取±1%。INA180A2共模电压接近VBUS，须在-0.2V～+26V范围内。ADC_CURRENT接单片机ADC，换算关系为I=VADC/(50×R1)。
②开关控制单元Q1为PMOS WST4041，串在VBUS供电路径中；Q2为栅极驱动三极管；R2为Q1栅极上拉电阻，防止栅极悬空引起漏电或误导通。VBUS_CTRL为高电平时，Q2导通，Q1栅极拉低，VGS大于Vth，Q1导通；VBUS_CTRL为低电平时，Q2截止，Q1栅极经R2上拉，VGS小于Vth，Q1关断。
③保护逻辑单元单片机采样ADC_CURRENT，按I=VADC/(50×R1)计算电流。超过预设保护电流值时，VBUS_CTRL置低，Q2截止，Q1关断，后级负载断电。高侧检测不切断负载地线，但INA180A2共模电压受VBUS限制。