1 引言

高侧电流检测用于各种应用，例如电池充电器或过流保护。图 1-1 显示了一个典型的高侧电流检测原理图。分流电阻器 R_shunt 放置在总线电压和系统负载之间。这会根据负载电流产生差分电压，然后将其放大以产生单端输出电压。

高侧电流检测的优势

与低侧电流检测相比，高侧电流检测具有若干优势。第一个优势是，高侧电流检测不会产生接地干扰。当系统中的其他电路需要与负载连接时，接地干扰就会产生问题。将分流电阻器放置在负载上方（与高侧电流检测中一样）可消除接地干扰，因为分流电阻器不再直接连接到地面。图 1-2 展示了低侧电流检测和高侧电流检测之间的接地电位差。请注意，在低侧电流检测中，系统负载和 MCU 的接地之间存在电位差 V_ground，而在高侧电流检测中，接地电位相等。

图 1-2 低侧（左）和高侧（右）电流检测的接地干扰

高侧电流检测的第二个优势是，它可以检测到负载对地短路的情况。图 1-3 展示了低侧和高侧电流检测的负载对地短路情况。图中的红线表示负载对地短路的电流路径。请注意，在高侧电流检测中，分流电阻器保留在电路中，并且能够检测对地短路情况所产生的电流浪涌，而在低侧电流检测中，分流电阻器从电路中移除。

图 1-3 低侧（左）和高侧（右）电流检测的负载对地短路情况

高侧电流检测的运算放大器要求

在设计高侧电流检测电路时，必须考虑运算放大器的共模电压。共模电压由总线电压和电阻器 R1 和 R2 形成的电阻分压器设置（如图 1-1 所示），并使用Equation1 下面公式进行计算。

在高增益应用（如 100V/V）中，运算放大器的共模电压必须扩展到放大器的正电源。这是因为电阻器 R1 远大于 R2，使得共模电压大约等于总线电压。

在低增益配置（如 10V/V）中，放大器的共模电压范围要求可能不需要扩展到正电源。在较低增益配置中，电阻器 R1 和 R2 对总线电压进行分压，从而减少输入共模电压一直扩展到正电源的需要。但是，使用较低的信号增益可能需要较大的分流电阻器来增加测量的差分电压，这会增加分流电阻器的功耗。

为确保准确性，R1 和 R4 以及 R2 到 R3 必须紧密匹配，这一点很重要。任何不匹配都可能导致增益和 CMRR 误差。建议通过对外部电路使用精度为 0.1% 的匹配电阻器来尽量减小这些误差。

在确定解决方案的精度时，还必须考虑输入失调电压。输入失调电压是运算放大器固有的，会改变预期的输出电压，如Equation2 中所示。

如果失调电压与分流电阻器两端的电压 (V_shunt) 接近相同的值，则此误差可能很大。建议使用固有失调电压较低的运算放大器，以尽可能地减少系统误差。

表 1-1 显示了器件建议，其中包括高侧电流检测的主要规格。