一、前言
电机在嵌入式开发设计中尤为重要，几乎所有的嵌入式产品额执行单元都会涉及到它，尤其是BLDC，小到日常用的电动牙刷、大到我们平时骑的电动自行车，电动汽车等等，都离不开BLDC。无刷直流电机（BLDC）的电流采样是实现精确扭矩控制和过流保护的关键环节。以下是四种常见的BLDC电流采样方式：
二、低侧电阻采样
这是最常见、成本最低且最容易实现的方案。
原理：在三个电机相线的下桥臂MOSFET的源极（对地端）与地之间，分别或共同放置一个采样电阻。通过测量电阻两端的电压，根据欧姆定律（I = V / R）计算出流经的电流。
连接方式：
单电阻：在逆变桥的直流母线负端放置一个采样电阻。它可以检测流经所有下桥臂的总电流，但需要通过特定的PWM模式和算法来重构三相电流。
三电阻：在每个下桥臂MOSFET的源极都放置一个采样电阻。可以更灵活地捕捉相电流，但对运放和ADC通道要求更高。
优点：
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成本低廉：只需要一个或几个精密采样电阻和运放。
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电路简单：采样端为地参考，无需电平移位，运放电路设计简单。
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易于实现：与MCU的ADC接口直接。
缺点：
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共模电压问题：采样点的电压会随着PWM开关在0V和母线电压之间剧烈跳变，引入巨大的共模噪声，对运放的共模抑制比要求高。
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电流信息不完整（尤其单电阻法）：在PWM死区时间或上桥臂导通时，无法有效采样电流，需要复杂的重构算法。
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引入额外接地阻抗，可能影响驱动电路的稳定性。
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适用场景：对成本敏感、性能要求不极高的通用变频器、风扇、泵等应用。三电阻法常用于高性能的FOC控制。
三、高侧电阻采样
原理：将采样电阻放置在逆变桥的直流母线正端。
连接方式：在母线电容的正极和逆变桥的正输入之间串联一个采样电阻。
优点：
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可以检测到流入电机的总电流，包括续流电流，信息更全面。
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采样电阻不破坏驱动电路的接地路径。
缺点：
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极高的共模电压 ：采样电阻一端的电压是母线电压（如24V, 48V），另一端是浮动的。测量其两端电压差需要能够承受高共模电压的差分放大器 或隔离运放，电路复杂且成本高。
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同样存在电流信息不连续的问题。
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适用场景：主要用于过流和短路保护，较少用于需要连续、精确波形控制的场合。
四、霍尔电流传感器
这是一种非接触式、基于磁感应的测量方法。
原理：利用霍尔效应。载流导体产生的磁场被霍尔元件感知，并输出一个与磁场强度（即与电流）成正比的电压信号。常见的有关芯式和开口式。
类型：
闭环霍尔传感器：通过补偿线圈产生反向磁场，使总磁通为零，精度和线性度极高，响应快，但成本也最高。
开环霍尔传感器：直接测量磁场并输出信号，成本较低，但温漂和线性度不如闭环式。
优点：
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电气隔离：传感器与被测电路完全隔离，无共模电压问题，安全性高，抗干扰能力强。
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高带宽：能够准确测量高频变化的电流。
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几乎无功率损耗：不引入额外的电阻，效率高。
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可测量大电流。
缺点：
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成本最高。
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存在磁滞、温漂等误差，需要校准。
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体积相对较大。
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可能受外部磁场干扰。
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适用场景：高性能伺服驱动器、工业机器人、新能源汽车电驱等对精度、响应速度和安全性要求极高的场合。
五、集成电流传感芯片
这是一种将采样电阻和信号调理电路集成在一起的"傻瓜式"方案。
原理：芯片内部集成了一颗精密的采样电阻和专用的电流检测放大器。放大器将电阻两端的微小电压差放大成一个MCU ADC可直接读取的电压信号。
优点：
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设计简单：无需自行设计复杂的运放电路，节省PCB空间和设计时间。
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性能优异：内部放大器通常具有高共模抑制比、低漂移和固定的增益，精度有保障。
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灵活性：既有低侧配置的芯片，也有能承受高共模电压用于高侧采样的芯片。
缺点：
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成本高于分立方案：比自行用电阻+运放搭建要贵。
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仍有导通损耗：因为内部有采样电阻。
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功率和耐压受芯片限制。
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适用场景：空间受限、追求快速开发、同时对性能有一定要求的消费电子、便携设备、中小功率驱动器等。
六、总结与对比
| 采样方式 | 原理 | 优点 | 缺点 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| 低侧电阻采样 | 测量下桥臂电阻压降 | 成本低，电路简单 | 共模噪声大，信息可能不完整 | 通用变频器，低成本FOC |
| 高侧电阻采样 | 测量母线正端电阻压降 | 接地完整，适合保护 | 需高压差分放大器，成本高 | 过流/短路保护 |
| 霍尔电流传感器 | 霍尔效应磁感应 | 隔离，无损耗，高带宽，大电流 | 成本高，有温漂，体积大 | 伺服驱动，汽车，工业机器人 |
| 集成电流传感IC | 内置电阻和放大器 | 设计简单，性能稳定，高CMRR | 成本高于分立方案，有损耗 | 消费电子，紧凑型驱动器 |