1 引言

高側(cè)電流檢測用于各種應(yīng)用，例如電池充電器或過流保護(hù)。圖 1-1 顯示了一個典型的高側(cè)電流檢測原理圖。分流電阻器 R_shunt 放置在總線電壓和系統(tǒng)負(fù)載之間。這會根據(jù)負(fù)載電流產(chǎn)生差分電壓，然后將其放大以產(chǎn)生單端輸出電壓。

高側(cè)電流檢測的優(yōu)勢

與低側(cè)電流檢測相比，高側(cè)電流檢測具有若干優(yōu)勢。第一個優(yōu)勢是，高側(cè)電流檢測不會產(chǎn)生接地干擾。當(dāng)系統(tǒng)中的其他電路需要與負(fù)載連接時(shí)，接地干擾就會產(chǎn)生問題。將分流電阻器放置在負(fù)載上方（與高側(cè)電流檢測中一樣）可消除接地干擾，因?yàn)榉至麟娮杵鞑辉僦苯舆B接到地面。圖 1-2 展示了低側(cè)電流檢測和高側(cè)電流檢測之間的接地電位差。請注意，在低側(cè)電流檢測中，系統(tǒng)負(fù)載和 MCU 的接地之間存在電位差 V_ground，而在高側(cè)電流檢測中，接地電位相等。

高側(cè)電流檢測的第二個優(yōu)勢是，它可以檢測到負(fù)載對地短路的情況。圖 1-3 展示了低側(cè)和高側(cè)電流檢測的負(fù)載對地短路情況。圖中的紅線表示負(fù)載對地短路的電流路徑。請注意，在高側(cè)電流檢測中，分流電阻器保留在電路中，并且能夠檢測對地短路情況所產(chǎn)生的電流浪涌，而在低側(cè)電流檢測中，分流電阻器從電路中移除。

高側(cè)電流檢測的運(yùn)算放大器要求

在設(shè)計(jì)高側(cè)電流檢測電路時(shí)，必須考慮運(yùn)算放大器的共模電壓。共模電壓由總線電壓和電阻器 R1 和 R2 形成的電阻分壓器設(shè)置（如圖 1-1 所示），并使用Equation1 下面公式進(jìn)行計(jì)算。

在高增益應(yīng)用（如 100V/V）中，運(yùn)算放大器的共模電壓必須擴(kuò)展到放大器的正電源。這是因?yàn)殡娮杵?R1 遠(yuǎn)大于 R2，使得共模電壓大約等于總線電壓。

在低增益配置（如 10V/V）中，放大器的共模電壓范圍要求可能不需要擴(kuò)展到正電源。在較低增益配置中，電阻器 R1 和 R2 對總線電壓進(jìn)行分壓，從而減少輸入共模電壓一直擴(kuò)展到正電源的需要。但是，使用較低的信號增益可能需要較大的分流電阻器來增加測量的差分電壓，這會增加分流電阻器的功耗。

為確保準(zhǔn)確性，R1 和 R4 以及 R2 到 R3 必須緊密匹配，這一點(diǎn)很重要。任何不匹配都可能導(dǎo)致增益和 CMRR 誤差。建議通過對外部電路使用精度為 0.1% 的匹配電阻器來盡量減小這些誤差。

在確定解決方案的精度時(shí)，還必須考慮輸入失調(diào)電壓。輸入失調(diào)電壓是運(yùn)算放大器固有的，會改變預(yù)期的輸出電壓，如Equation2 中所示。

如果失調(diào)電壓與分流電阻器兩端的電壓 (V_shunt) 接近相同的值，則此誤差可能很大。建議使用固有失調(diào)電壓較低的運(yùn)算放大器，以盡可能地減少系統(tǒng)誤差。

表 1-1 顯示了器件建議，其中包括高側(cè)電流檢測的主要規(guī)格。