INA219、INA226、INA228 到 INA3221 怎麼選?8 款直流電壓電流監測模組選型指南

窗邊無人的電子研究工作桌,桌上有筆記本與封閉設備盒

INA219、INA226、INA228 到 INA3221 怎麼選?8 款直流電壓電流監測模組選型指南

想知道一顆電池在放電,還是正在充電?馬達啟動時,控制板的電壓有沒有一起下滑?一個機器人裡有三路供電,哪一路最耗電?這些問題看似都在找「電流感測器」,買的卻不一定是同一塊板。

台灣智能感測科技目前有八款以 INA 系列晶片為核心的現貨模組:同樣叫 INA219,就有不同分流配置的兩個商品;INA3221 則用一顆晶片依序監測三路。先看要監測幾路、電壓會到多高,以及負載會吃多少電流,就能把八款縮到值得細看的幾款。本文聚焦選板,庫存仍以商品頁當下顯示為準。[1][2][8]

趕時間?先用三個問題縮小範圍

直流電流監測模組的三步選型:路數、受測電壓、電流與板級規格
先確定要觀察幾路、最高可能出現多少伏特,再看板上的分流電阻與負載電流。

先看要監測幾路。 三路低壓直流負載想各自記錄,先看 INA3221 三通道模組;一顆晶片會依序輪流量測三路,不是三路同步取樣。若要比較馬達啟動等短暫瞬變的精確時序,還得評估取樣時間與同步方案。三路共用晶片的接地基準,隔離電源的接法需另查。[8][15]

再看受測直流可能到幾伏。 INA219、INA3221 以晶片 26 V 匯流排量測範圍為界。[9][15]

INA231 是 28 V,INA226 是 36 V;這兩顆晶片給 24 V 系統留的名目空間不同。[10][11]

INA228/237/238 屬 85 V 等級。[12][13][14] 這些是受測直流匯流排的晶片規格,不是模組 VCC、控制器 SDA/SCL 或端子對地任意耐壓。24 V 系統有啟動或切換瞬變時,先查實際峰值與保護設計,不要只因標稱「24 V」就貼著 26 V 上限選。

最後看電流實際會走過哪裡。 INA 晶片讀的是分流電阻上的壓降;模組能量到多少安培,還要看這塊板裝的阻值、電阻功率、端子、銅箔與散熱。照片上的 R100 或 R015 只說明照片裡的配置;若要讓負載長時間經過板子,請再核對到貨批次的連續載流資料。[2][3][6]

八個商品,先看選型差異

下表的「電壓上限」指 INA 晶片可量測的直流匯流排上限;「板上電流」僅列商家/原廠明示的量測範圍,或明確標為「照片線索」。不是任意接線下的連續額定。

手機閱讀可左右滑動比較表。

商品(SKU)路數與晶片電壓上限板上分流/電流資訊適合先看它的理由
Gravity INA219 數位功率計(VMD-005358)1 路;26 VDFRobot SEN0291:10 mΩ、2 W;原廠標 ±8 A 量測範圍,電流需手動校正電池充放電或較大電流的低壓負載,想用附 Gravity 介面的完整模組;8 A 不等於未經熱驗證的連續許可。[1][16]
一般 INA219 模組(VMD-008975)1 路;26 V商品文案 0.1 Ω、±3.2 A;照片見 R100。±3.2 A 為量測滿量程的對應值,非板級持續載流保證想看單一路 5/12 V 裝置的電流方向、電壓與功率;勿把上一列的 8 A 搬過來。[2][9]
INA231 模組(VMD-013721)1 路;28 V商品照片見 R100;電阻、端子與整板連續電流額定未明有警示訊號需求、或在設計上要評估晶片的 1.8 V I²C 相容性;這塊板的上拉電壓仍待確認。[5][11]
INA226 模組(VMD-013407)1 路;36 V商品照片見 R100;未證實整板「20 A」或連續電流額定單路 24 V 系統需要比 26 V 晶片更大的匯流排量測範圍,也想讀功率與警示訊號。[3][10]
INA3221 三通道(VMD-015454)3 路;每路 26 V商品照片三路各見 R100;實際批次的分流規格與每路連續電流額定待確認用一顆晶片輪流觀察三路低壓供電;非同步取樣,每路需各自校對分流器。[8][15]
INA237 模組(VMD-015918)1 路;85 V/16-bit賣場標 15 mΩ,照片見 R015;約 10 A/2.75 A 為其標示的兩檔量測說法,持續載流未證高於 36 V 的直流系統,先建立電壓、電流、功率監測;看重基本 85 V 等級功能。[6][13]
INA238 模組(VMD-015925)1 路;85 V/16-bit同樣標 15 mΩ、兩檔約 10 A/2.75 A;持續載流未證用途近 INA237,但 TI 晶片失調與增益誤差規格較佳;不是整板精度保證。[7][13][14]
INA228 模組(VMD-015370)1 路;85 V/20-bit商品未公告板級連續電流額定;別把其他 15 mΩ 板的數字借過來除即時功率外,若專案需要晶片內能量、電荷累積與較細的 ADC 規格,可優先研究這款。[4][12]

兩個「INA219」並不是便宜版與升級版的簡單排序。Gravity 這款有原廠對 10 mΩ 分流器、校正與量測範圍的具體說明;一般模組的文案和照片則是 0.1 Ω 的配置。即使晶片相同,分流器不同,電流量程、壓降和發熱都會跟著改變。照商品頁挑確切 SKU,比只記得「買 INA219」可靠得多。[1][2][16]

選在你的場景裡,差異才看得出來

想記錄電池充放電:先抓電流方向,也要看工作電壓

無人的工作桌上擺著筆記本與兩個封閉設備盒
電池充放電先看電流方向與大小,再挑合適的分流器。

例如要追蹤 12 V 電池對一個電子負載的供電變化,先估出正常、啟動與異常時的電流,再選分流器;沒有這個數字,直接問「哪個 INA 最準」很難得到好答案。電流會雙向流動的電池專案,可考慮 Gravity INA219 作為入門實驗板;原廠說它能從讀值正負觀察充放電,並明列手動校正條件。如果電流較小,另一款 0.1 Ω 的 INA219 是不同配置的候選,但負載通過分流器時的壓降與熱仍要計入。[1][2][16]

需要跨時段累計用了多少電,別只挑「可讀瞬時瓦數」就以為能直接得到可靠的電池容量。INA228 晶片有能量/電荷累積功能;其他模組通常得由主控裝置持續取樣、保存時間戳、處理斷電與資料缺口,才有討論累計值的基礎。INA228 的功能也不會自動把未校正的電流資料變成電池剩餘電量估算。[4][12]

24 V 設備、啟動負載與警示:在 26 V 邊界外多看一眼

有些人為 24 V 裝置選 INA219,因為「24 小於 26」;到了馬達啟動或電源切換,這個判斷未必留夠餘裕。若要單路觀察,INA226 的晶片匯流排規格到 36 V,INA231 到 28 V,兩者都有警示功能,值得依系統可能的峰值、電流、邏輯準位與實際板子配置再篩選。[3][10][11]

特別留意 INA226 這筆商品:部分泛用說明出現「20 A」,但目前照片的分流器標 R100,賣場沒有提供能支持整板 20 A 連續載流的分流與散熱資料。採購前先確認分流器、端子和散熱規格。警示腳會通知主控超限;若要自動斷電,還須另設保護電路。[3][10]

INA231 的 TI 晶片有 1.8 V I²C 相容特性;這不表示本站這塊模組的 SDA/SCL 上拉已經適合 1.8 V 主控。若你的 MCU 是 1.8 V,請先核對實物上拉接到哪個電壓,再決定是否加入電平轉換。[5][11]

Gravity INA219 原廠商品頁與 Wiki 對 I²C 邏輯電平的標示也不同,接 5 V 主控前宜先核實模組上拉與實際接法;不同板子的 I²C 電平不能只看晶片資料表就推定。[16][17]

三路供電的機器人或測試台:選通道,不要選三倍位址

無人的機器人研究桌上有輪式機器人及多個封閉子系統盒
觀察機器人各子系統用電,可以先把監測需求按供電路徑分開。

如果你要記錄主控制器、通訊板和一個直流負載各自的用電,INA3221 的三路分流與匯流排量測很對題。主控只要和一顆晶片通訊,就能依序取得各路讀值,整理不同子系統的耗電變化;它並非三路同步取樣,也不能拿來當成三個隔離量測器。若要使用警示功能,還得確認到貨板子是否引出對應腳位。[8][15]

商品照片裡三顆分流器可見 R100。如果打算讓馬達電流直接通過板上分流器,先問到貨板的電阻瓦數、端子與銅箔能否承受啟動電流。若三路都只是低功耗電子板,讓同一個主控週期性記錄各路讀值,就容易看出哪個子系統耗電較多;比較快速啟動尖峰則要看取樣設定是否跟得上。[8][15]

48 V 太陽能與較高直流母線:85 V 家族怎麼分

山區建築旁的小型太陽能板與關閉的電箱,現場沒有工作人員
太陽能系統選板時,除了量測範圍,也要考慮模組放置與防護。

當受測母線可能超出 36 V,INA237、INA238、INA228 三款都進入 85 V 晶片等級。想先掌握電流、電壓與瞬時功率,237 是一個基準;若系統有小電流變化而對晶片失調與增益規格更敏感,238 的 TI 晶片數據比 237 好:前者最大失調 ±5 µV、最大增益誤差 ±0.1%,後者分別是 ±50 µV、±0.3%。這是裸晶片在資料表條件下的比較,整板仍受分流器與校正影響。[12][13][14]

若除了瞬時功率,還希望由晶片累計能量與電荷,INA228 的 20-bit ADC 及累積功能值得評估。20-bit 不等於「整板比 16-bit 精準固定幾倍」;要看雜訊、失調、分流器、實際工作電流與校正。這筆 INA228 商品也沒有公布整板連續電流額定,不能拿 237/238 的商家兩檔宣稱來補空白。[4][12]

237/238 商品頁寫 15 mΩ,現有照片也可見 R015,並宣稱約 10 A/2.75 A 兩種量測檔位。[6][7] 不過「量得到」和「能長時間安全流過板子」是兩個問題。以 15 mΩ 算,單是 10 A 經過電阻就會產生 1.5 W 熱;是否能連續這樣使用,得看該批分流器額定、端子、PCB 散熱與箱內環境。

INA237/238 商品頁標示的是「相容板型」;接頭、照片相似,不等於 Adafruit 原裝。Adafruit 另有 6340/6349 原版商品頁,若採購需要特定品牌或批次,應再核對供應來源。[18][19]

高側/低側接法的 VBUS 跳線也不能在 228、237、238 間照抄;查這一批實物的跳線、資料與導通狀態再接線。[20][21]

幾個很容易買錯、卻能提早避免的誤會

感測晶片、模組與整套系統是不同的性能與安全邊界
資料表可回答晶片能做什麼;負載是否能安全穿過模組,還要看板級與整機設計。

「26/36/85 V」不是模組 VCC。 這些數字說的是晶片的受測直流匯流排範圍;INA 晶片及 I²C 通常另由低壓邏輯電源供電。把被測直流直接接到 SDA、SCL 或 VCC 是錯的。更別把直流分流監測板當成可直接接台灣市電的交流電表。[9][10][12]

解析度不是精度。 237 與 238 都是 16-bit,238 的晶片失調/增益數據較佳;228 有 20-bit,卻仍要面對板上電阻誤差、熱、雜訊和校正。237/238 賣場寫的「每 LSB 多少 mA」會受電流暫存器校正尺度設定影響,不能單獨當成最小可測電流或整板精度。對微安級或法定計量需求,先整理誤差預算與校正方法,不要單憑位元數選購。[12][13][14]

分流器要算熱,也會影響被測電路。 以 0.1 Ω 為例,1 A 經過時會在分流器上造成 0.1 V 壓降、0.1 W 耗散;電流變大,耗散按電流平方增加。這是示範算式 V = I × R、P = I² × R,不是對 R100 商品的連續額定。若你的電路特別怕壓降,選板時就得把負載與分流器一起看。[2][9][10]

超限時想收到通知? 可以看有警示功能的款式,但先確認模組有沒有引出警示腳;它仍須由主控讀取與處理。若設備分布在不同控制盤,或需要自動斷電,這類近距離 I²C 監測板之外,還要規劃通訊、隔離與保護電路。[10][11][12]

採購前的最後一輪確認

把電路畫成簡單的一張圖:正常和最高直流電壓、正常與啟動電流、要同時觀察幾路、主控 I²C 電平、是否要記錄或警示。到這一步,多數人已能把八款縮成一兩款。還有一項不能省:向商品頁或出貨批次確認分流阻值與功率、端子與板級連續載流,依實際接線測一次方向與校正。Gravity INA219 的原廠文件與本站照片更具體;一般通用板則別把別人的原理圖或品牌直接認成自己的貨。[1][2][16]

手邊若已有系統電壓、最大電流和要看的路數,就從表中挑出候選 SKU,再核對到貨板子的分流器與接線資料。打算長期記錄用電,還要安排主控取樣與資料保存;需要故障斷電,則須另設保護電路。

參考資料

  1. Gravity INA219 I2C 數位功率計 26 V 8 A
  2. INA219 雙向電流/電源監控感測器模組 電壓 0-26V 最大電流 ±3.2A
  3. INA226 電壓電流功率監測模組 I2C介面 警報功能 檢測0-36V
  4. 高精度功率監測模組 INA228 – I²C 85 V/20-bit/高/低側測量(支援 Arduino/ESP32)
  5. INA231 電流/電壓/電源監測模組 具警示功能並採用 wcsp 的 28V、16 位元、i2c 輸出
  6. INA237 85V 10A 16-bit DC 電流 / 電壓 / 功率監測模組(I²C / JST SH 4-pin)
  7. INA238 85V 10A 16-bit DC 電流 / 電壓 / 功率監測模組(I²C / JST SH 4-pin)
  8. 電流感測器 INA3221 – 三通道 I²C 高側電流/電壓監測模組
  9. TI INA219 晶片資料
  10. TI INA226 晶片資料
  11. TI INA231 晶片資料
  12. TI ina228 晶片資料
  13. TI ina237 晶片資料
  14. TI ina238 晶片資料
  15. TI ina3221 晶片資料
  16. DFRobot Gravity INA219 原廠說明
  17. DFRobot Gravity INA219 原廠說明
  18. Adafruit 6340 原版模組
  19. Adafruit 6349 原版模組
  20. Adafruit INA228 接線與模組說明
  21. Adafruit INA237/238 接線與模組說明

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