功率计 V1 到 V2：先把电流回路和采样回路分开

功率计最容易被低估的地方，是它看起来像一块“带屏幕的电流表”：接上电源，OLED 能亮，CAN 能发帧，MCU 也能读到数值，似乎就完成了。

但真正决定数据是否可信的，往往是分流电阻旁边那几毫米铜皮。负载电流怎么走、INA226 的采样线从哪里引出、XT30 连接器如何落地、GND 是否有足够的回流截面，都会直接影响压降、发热和测量误差。这篇文章按压缩包里的原理图和两版 PCB 记录，整理这块功率计值得复用的设计经验。

先纠正一个器件名：早期记录中出现过 INA266，但原理图和实际方案对应的是 INA226。后续 BOM、固件和文章统一使用 INA226，避免采购和软件配置对不上号。

1. 这块板到底要完成什么

当前方案由五部分组成：

模块	器件或方案	主要职责
主控	STM32F103C8T6	读取传感器、显示数据、处理按键和 CAN
电流/电压检测	INA226 + 分流电阻	测量母线电压与分流电阻两端压差
输入降压	TPS560430	将约 22–36 V 母线转换为低压电源
逻辑供电	3.3 V 线性稳压	为 MCU、INA226、OLED 和 CAN 收发器供电
人机与通信	0.96 英寸 OLED、按键、TJA1044	本地查看状态并接入 CAN 总线

功率路径与信号路径从 PCB 规划阶段就要分开：

输入 XT30 → 分流电阻 → 输出 XT30
                 └→ Kelvin 采样线 → INA226

输入母线 → TPS560430 → 3.3 V 逻辑电源 → MCU / OLED / CAN

原理图中，主电流回路和采样/控制回路已经分成不同功能区域。后续布局的重点不是把元件“塞进板子”，而是让这两条路径互不干扰。

2. V1 的问题不在功能，而在电流怎么走

V1 已经具备 STM32、OLED、按键、CAN 和电压/电流采样等功能，但 PCB 仍然有几个会影响可靠性的结构性问题：

• VOUT 和 GND 承担的是大电流，不能只依赖细线或零散过孔；
• 分流电阻两端的采样点没有充分体现“负载电流”和“测量电流”的边界；
• 输入、输出连接器的方向没有完全服从整机线束和插拔动作；
• 四层板并不等于自动拥有低阻抗电源回路，内层 GND 仍然需要连续、低阻、可散热；
• 大电流铜皮如果从 MCU、OLED 或 CAN 区域穿过，既影响热分布，也增加模拟采样被干扰的机会。

这类问题很难在“能不能点亮”的测试中暴露出来。它们通常会在额定电流、连续工作、连接器发热或换一根线束之后才出现，所以要在 PCB 评审阶段就把电流路径画出来。

3. V2 的核心：把负载电流和采样电流彻底分开

3.1 分流电阻要成为电流路径中的明确边界

负载电流的路径应当是：

输入端 → 分流电阻 → 输出端

INA226 的两根采样线则从分流电阻焊盘的内侧、对称位置单独引出，形成：

分流电阻 S+ / S− → 短、对称、独立的采样线 → INA226

采样线不承担负载电流，也不要从大电流铜皮中间随便找两个点接出。否则大电流产生的铜皮压降会被当成分流电阻压降，结果会随连接器、走线和温升变化。

如果使用 5 mΩ 分流器，在 20 A 时理论耗散为：

P = I² × R = 20² × 0.005 ≈ 2 W

这个数字决定了封装、铜皮面积、过孔数量和散热方式。低阻值并不意味着可以忽略发热，反而更需要确认分流器焊盘和铜皮的温升。

3.2 Kelvin 采样的布局检查点

我会在 V2 评审时重点检查四件事：

1. 两根采样线是否从分流电阻焊盘的正确位置引出，而不是接在连接器或大铜皮的远端；
2. S+ 与 S− 是否尽量短、对称，并远离降压开关节点和 CAN 边沿；
3. 采样线是否有清晰的网络名和测试点，方便万用表、示波器和返修；
4. INA226 的地参考是否稳定，数字地回流是否会经过分流采样区域。

4. 大电流铜皮同时要顾压降、发热和可制造性

输入、输出、VOUT 和 GND 应优先采用宽铜皮或平面连接，并用过孔阵列把顶层、内层和底层并联起来。开窗或加大焊盘可以改善局部载流和焊接，但不能替代合理的铜厚、线宽与热路径。

建议给每个大电流连接器附近预留：

• 电压测试点，分别测输入端、分流器两端和输出端；
• 温度观测位置，至少覆盖分流电阻、连接器和降压区域；
• 机械固定或应力释放空间，避免插拔力直接落在焊盘上；
• 与 MCU、OLED、CAN 区域之间的隔离带，避免大电流铜皮穿过敏感区域。

V2 的价值不只是“看起来更整齐”，而是把电流路径、散热路径和测量路径变成可检查、可复现的结构。

5. 降压、CAN 和保护电路也要按真实工况验证

输入与降压

TPS560430 的开关节点、功率电感、输入电容和输出电容应尽量靠近，回路面积要小。开关节点铜皮不宜铺得过大，也不要从 OLED、INA226 或 CAN 走线下方穿过。3.3 V 稳压器的输入、输出电容应靠近器件，并结合实际负载检查温升和纹波。

输入侧建议至少考虑：

• 反接保护；
• 适合母线环境的 TVS；
• 输入保险或可复位保护；
• 降压前后的示波器测试点；
• 连接器和高压区域的最大允许电压标识。

CAN 接口

TJA1044 侧建议预留可配置的 120 Ω 终端电阻，而不是固定焊死。CANH/CANL 走线尽量成对、等长，并远离降压开关节点和大电流换层区域。若总线较长或环境噪声较大，再根据实测波形决定是否增加 ESD 或共模器件，不要只凭器件清单堆叠保护。

6. 固件和标定必须把“原始量”留下来

硬件能读出一个电流值，不代表这就是可信数据。固件至少应保留以下信息或调试入口：

• 母线电压原始值；
• 分流电阻压差原始值；
• 换算后的电流和功率；
• 电流零点、增益校准参数及版本号；
• 过流、欠压和 INA226 通信错误状态；
• CAN 报文 ID、字节序、缩放系数和发送周期。

标定时使用经过校准的电源、电子负载和万用表，至少做三组点：零电流、低电流和接近满量程的电流。每组同时记录板上温度和分流器温升，因为铜皮和分流器的温度变化可能让零点和增益发生漂移。

7. 这块板的验收顺序

阶段	测试内容	通过标准
上电前	连续性、短路、反接检查	输入、输出、3.3 V、CAN 之间无异常短路
低压上电	限流电源供电	3.3 V/5 V 稳定，MCU 可下载，INA226 可通信
空载	OLED、按键、CAN	无随机复位、无明显开关噪声
小电流	与参考表和电子负载对比	电压、电流误差在目标范围内
大电流	分阶段提升电流	连接器、分流器、铜皮和降压区不过热
总线	多节点、长线和插拔	无持续错误帧，终端配置正确

最后的验收重点不应只是“OLED 有数、CAN 有帧”，而是 0 A、低电流和额定大电流三个点都能与参考仪表对上，并且连续工作后零点不会明显漂移。只有把这些数据留下来，下一块板才有真正可复用的设计依据。