INA240模塊簡介

INA240 器件是一款電壓輸出、電流檢測放大器，具有增強(qiáng)型 PWM 抑制功能，可在獨(dú)立于電源電壓的 –4V 至 80V 寬共模電壓范圍內(nèi)檢測分流器電阻上的壓降。負(fù)共模電壓允許器件的工作電壓低于接地電壓，從而適應(yīng)典型螺線管應(yīng)用的反激周期。增強(qiáng)型 PWM 抑制功能可為使用脈寬調(diào)制 (PWM) 信號的系統(tǒng)（例如，電機(jī)驅(qū)動和螺線管控制系統(tǒng)）中的較大共模瞬變 (ΔV/Δt) 提供高水平的抑制。憑借該功能，可精確測量電流，而不會使輸出電壓產(chǎn)生較大的瞬變及相應(yīng)的恢復(fù)紋波。

4種可選增益

引腳定義

這里是芯片引腳定義的截圖，==模塊中已經(jīng)把REF1接到GND,VREF2接到GND。所以模塊在差分輸入為0V（即無輸入時），OUT端輸出為1/2*VCC==。
IN+、IN-：共模輸入電壓范圍為：-4 ~ 80V，輸入電流范圍和對應(yīng)采樣電阻以及供電電壓有關(guān)，下面章節(jié)有具體計(jì)算方法說明。
OUT：輸出電壓范圍0 ~ VS（V），無輸入時輸出電壓和參考電壓取值有關(guān)。
REF1、REF2：用來確定單向/雙向電流檢測，以及確定量程范圍。

電流量程計(jì)算

通用公式：
INA240 的輸出關(guān)系是：

因此：

(G 為器件固定增益，例如：INA240A1 的 G = 20 V/V)
注意：器件的輸出電壓 Vout 受電源限制：不能超過 VCC，也不能低于 GND

實(shí)例計(jì)算步驟：
假設(shè)輸出的out電壓值的最小值 Vout_min ≈ 0.1V，最大值 Vout_max ≈ VCC ? 0.1V≈ 3.2V 。
求最大/最小電流的公式：

對于 REF = VCC/2 （如果3.3V供電則Vref = 1.65V）且對稱擺幅，可以得到 ±I_max（雙向）。
根據(jù)INA240A1 → 20 V/V，VREF1接GND，VREF2接VCC，采樣電阻Rsense = 0.1R（即本文章所用模塊的參數(shù)）的實(shí)例參數(shù)和上面式子計(jì)算得出：

INA2401的測量電流范圍為±0.775A。
則相同配置下（3.3V供電；最小輸輸出0.1V,最大輸出3.2V；0.1R采樣電阻情況下）：
INA240A2的測量電流范圍為±0.31A。
INA240A3的測量電流范圍為±0.155A。
INA240A4的測量電流范圍為±0.0775A。

檢測電流計(jì)算

這里說下STM32配合驅(qū)動下怎么計(jì)算得出測量的電流值
這里使用的是STM32F103C8T6芯片的ADC1進(jìn)行測量，12位ADC所以可以得出對應(yīng)最大的采集值為4096（實(shí)際為4095，0值存在），假設(shè)此時測量采樣值為2280，那電流值應(yīng)為多少呢？
4095 ---- 3.3V
2280 ---- Vout
Vout = 2280 / 4095 * 3.3 = 1.837V
以INA240A1為例，參考電壓Vref為1/2VCC = 1.65V，放大增益為20V/V，則采樣點(diǎn)電路兩端的電壓為
Vsense = Vout - Vref = 1.837V - 1.65V = 0.187V
采樣電路電流值為
Isense = Vsense / Gain / Rsense = 0.187V / 20 / 0.1Ω = 0.0935A
所以2280采樣值得時候電流大約是93.5mA左右。

STM32代碼驅(qū)動

以下是adc配置代碼

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    數(shù)：AD初始化
  * 參    數(shù)：無
  * 返 回 值：無
  */
void AD_Init(void)
{
	/*開啟時鐘*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);	//開啟ADC1的時鐘
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//開啟GPIOA的時鐘
	
	/*設(shè)置ADC時鐘*/
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);						//選擇時鐘6分頻，ADCCLK = 72MHz / 6 = 12MHz
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					//將PA0引腳初始化為模擬輸入
	
	/*規(guī)則組通道配置*/
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);		//規(guī)則組序列1的位置，配置為通道0
    
	
	/*ADC初始化*/
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;						//定義結(jié)構(gòu)體變量
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;		//模式，選擇獨(dú)立模式，即單獨(dú)使用ADC1
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//數(shù)據(jù)對齊，選擇右對齊
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//外部觸發(fā)，使用軟件觸發(fā)，不需要外部觸發(fā)
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;		//連續(xù)轉(zhuǎn)換，失能，每轉(zhuǎn)換一次規(guī)則組序列后停止
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;			//掃描模式，失能，只轉(zhuǎn)換規(guī)則組的序列1這一個位置
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;					//通道數(shù)，為1，僅在掃描模式下，才需要指定大于1的數(shù)，在非掃描模式下，只能是1
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);						//將結(jié)構(gòu)體變量交給ADC_Init，配置ADC1
	
	/*ADC使能*/
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);									//使能ADC1，ADC開始運(yùn)行
	
	/*ADC校準(zhǔn)*/
	ADC_ResetCalibration(ADC1);								//固定流程，內(nèi)部有電路會自動執(zhí)行校準(zhǔn)
	while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1) == SET);
}

/**
  * 函    數(shù)：獲取AD轉(zhuǎn)換的值
  * 參    數(shù)：無
  * 返 回 值：AD轉(zhuǎn)換的值，范圍：0~4095
  */
uint16_t AD_GetValue(void)
{
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);					//軟件觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換一次
	while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);	//等待EOC標(biāo)志位，即等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);					//讀數(shù)據(jù)寄存器，得到AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果
}

main.c驅(qū)動代碼

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AD.h"

/* -------- 配置區(qū)（按需修改） -------- */
#define VCC             3.3       /* MCU 供電電壓 */
#define ADC_MAX         4095      /* 12-bit */
#define INA_GAIN        20        /* INA240A1 增益 */
#define RSENSE          0.1       /* 采樣電阻 0.1Ω */
#define VREF_MID        (VCC/2.0) /* INA REF = VCC/2 */


uint16_t ADValue;			//定義AD值變量
float Voltage;				//定義電壓變量
float Current;				//定義電流變量
float Vsense;               //定義采樣電壓變量

int main(void)
{
	/*模塊初始化*/
	OLED_Init();			//OLED初始化
	AD_Init();				//AD初始化
	
	/*顯示靜態(tài)字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "ADValue:");
	OLED_ShowString(2, 1, "Voltage:0.00V");
    OLED_ShowString(3, 1, "Vsense :0.00V");
	OLED_ShowString(4, 1, "Current:0.00A");
    
    
	while (1)
	{
		ADValue = AD_GetValue();					    //獲取AD轉(zhuǎn)換的值
		Voltage = (float)ADValue / ADC_MAX * VCC;		//將AD值線性變換到0~3.3的范圍，表示電壓
		Vsense = Voltage - VREF_MID;
        Current = Vsense / INA_GAIN / RSENSE;
        
		OLED_ShowNum(1, 9, ADValue, 4);				//顯示AD值
		OLED_ShowNum(2, 9, Voltage, 1);				//顯示Vout電壓值的整數(shù)部分
		OLED_ShowNum(2, 11, (uint16_t)(Voltage * 100) % 100, 2);	//顯示Vout電壓值的小數(shù)部分
		
        OLED_ShowNum(3, 9, Vsense, 1);				//顯示測量電路電壓值的整數(shù)部分
		OLED_ShowNum(3, 11, (uint16_t)(Vsense * 100) % 100, 2);	//顯示測量電路電壓值的小數(shù)部分
        
        OLED_ShowNum(4, 9, Current, 1);				//顯示電流值的整數(shù)部分
		OLED_ShowNum(4, 11, (uint16_t)(Current * 100) % 100, 2);	//顯示電流值的小數(shù)部分
        
		Delay_ms(100);			//延時100ms，手動增加一些轉(zhuǎn)換的間隔時間
	}
}

接線

測試現(xiàn)象

實(shí)測輸出顯示的電流值和實(shí)際值有些差距，可能是阻容或者參考電壓有誤差導(dǎo)致的。
下面測試都是5V電路，用電子負(fù)載進(jìn)行測試所得：

拓展INA240芯片應(yīng)用電路

這里拓展的是芯片的參考電壓選擇，模塊的是固定上面說的方式出貨的了。
首先是單向電流測量電路的參考電壓接法：

結(jié)合章節(jié)“電流量程計(jì)算”可知：
REF = GND：輸出以 0V 為基準(zhǔn)，只能測正向電流（I = (Vout - 0)/(G·Rs)）。
REF = VCC：輸出以 VCC 為基準(zhǔn)，只能測負(fù)向電流（I = (Vout - VCC)/(G·Rs)，通常表示負(fù)值到 0）。

接著是雙向電流測量電路的參考電壓接法：


這個的電流計(jì)算方法就直接看章節(jié)“電流量程計(jì)算”即可。

需要代碼的可以在下方評論區(qū)留言郵箱哦！

審核編輯 黃宇