INA226 高精度 I²C 电流/电压/功率监测芯片 —— 完整介绍与使用指南

制造商：Texas Instruments (TI)
器件型号：INA226
数据手册：TI 官方 SBOS547 / Rev. B

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一、芯片概述

INA226 是 TI 推出的一款带有 I²C / SMBus 兼容接口的高精度电流分流器和功率监测器。它通过测量分流电阻（Shunt Resistor）两端的微小压降来计算电流，同时直接测量总线电压（Bus Voltage），并在芯片内部通过乘法器自动计算出功率值。

简单来说：你给它一个采样电阻的值，它帮你把电流、电压、功率都算好，吐出来给你。

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二、关键特性一览

• 总线电压测量范围：0V ~ 36V（共模）
• 分流电压输入范围：±81.92 mV（差分）
• ADC 分辨率：16-bit Δ-Σ ADC（LSB = 2.5 μV / 1.25 mV）
• 供电电压 (VS)：2.7V ~ 5.5V
• 接口：I²C / SMBus 兼容（100kHz / 400kHz）
• I²C 地址：最多 16 个可编程地址（通过 A0、A1 引脚配置）
• Alert 功能：可编程过流/过压/过功率报警（开漏输出）
• 平均功能：可选 1 / 4 / 16 / … / 1024 次均值
• 封装：10-Pin VSSOP

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三、引脚定义（10-Pin VSSOP）

    ┌─────────────┐
A1 ─┤ 1        10 ├─ IN+
A0 ─┤ 2         9 ├─ IN−

ALERT ─┤ 3 8 ├─ VBUS
SDA ─┤ 4 7 ├─ GND
SCL ─┤ 5 6 ├─ VS
└─────────────┘

Pin	名称	类型	说明
1	A1	输入	I²C 地址选择位 1
2	A0	输入	I²C 地址选择位 0
3	ALERT	输出	报警输出（开漏）
4	SDA	I/O	I²C 数据线
5	SCL	输入	I²C 时钟线
6	VS	电源	芯片供电 (2.7-5.5V)
7	GND	地	电源地
8	VBUS	输入	总线电压 (0-36V)
9	IN−	输入	分流电阻负载侧
10	IN+	输入	分流电阻电源侧

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四、测量原理

4.1 核心公式

1. 分流电压：V_shunt = I_load × R_shunt
2. 电流计算：I = V_shunt / R_shunt
3. 功率计算：P = V_bus × I

4.2 校准寄存器 (Calibration Register)

为了让芯片直接输出工程单位（安培/瓦特），需要配置校准寄存器 (05h)：
Cal = 0.00512 / (R_shunt × Current_LSB)

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五、内部寄存器速查

地址	名称	读写	说明
00h	Configuration	R/W	配置模式、ADC时间、平均次数
01h	Shunt Voltage	RO	分流电压 (LSB = 2.5 μV)
02h	Bus Voltage	RO	总线电压 (LSB = 1.25 mV)
03h	Power	RO	功率值
04h	Current	RO	电流值
05h	Calibration	R/W	校准值
06h	Mask/Enable	R/W	报警使能
07h	Alert Limit	R/W	报警阈值

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六、典型应用电路

推荐高侧检测（High-Side Sensing）：
V_SUPPLY (+) ────┬────[IN+] INA226
[R_shunt]
│
Load ──────────────┴────[IN−]
VBUS ──→ V_SUPPLY(+)
VS ────→ 3.3V
GND ───→ GND
SCL ───→ MCU SCL (加上拉)
SDA ───→ MCU SDA (加上拉)

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七、分流电阻选型

公式：R_shunt ≤ 0.08192 / I_max

最大电流	推荐阻值	备注
≤ 3A	0.02 Ω (20mΩ)	常用
≤ 10A	0.005 Ω (5mΩ)	大电流
≤ 20A	0.002 Ω (2mΩ)	需考虑散热

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八、Arduino 示例代码

include <Wire.h>
define INA226_ADDR 0x40
define REG_CONFIG 0x00
define REG_SHUNT_V 0x01
define REG_BUS_V 0x02
define SHUNT_OHM 0.02
void writeReg(uint8_t reg, uint16_t val) {
Wire.beginTransmission(INA226_ADDR);
Wire.write(reg);
Wire.write(val >> 8);
Wire.write(val & 0xFF);
Wire.endTransmission();
}
uint16_t readReg(uint8_t reg) {
Wire.beginTransmission(INA226_ADDR);
Wire.write(reg);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(INA226_ADDR, 2);
return (Wire.read() << 8) | Wire.read();
}
void setup() {
Wire.begin();
Serial.begin(115200);
writeReg(REG_CONFIG, 0x4127); // 连续测量模式
}
void loop() {
int16_t rawShunt = (int16_t)readReg(REG_SHUNT_V);
float vShunt_mV = rawShunt * 2.5 / 1000.0;
float current_A = vShunt_mV / 1000.0 / SHUNT_OHM;
uint16_t rawBus = readReg(REG_BUS_V);
float vBus_V = (rawBus >> 3) * 1.25 / 1000.0;
Serial.print("Vbus="); Serial.print(vBus_V, 3);
Serial.print("V I="); Serial.print(current_A * 1000.0, 2);
Serial.println("mA");
delay(1000);
}

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九、注意事项

1. IN+ 和 IN− 必须采用开尔文连接（Kelvin Connection）。
2. 确保分流电压不超过 ±81.92mV。
3. 总线电压 VBUS 不要超过 36V。
4. 芯片供电 VS 旁务必放置 0.1μF 退耦电容。

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十、总结

INA226 是一款高精度、工业级的电流/功率监测芯片，相比 INA219 具有更高的分辨率和更多的功能，非常适合用于电池管理系统、服务器电源监控及精密能耗测试。