任何工业或汽车监控/控制系统都需要但经常被忽视的元件是电流传感电路，它可以在整个负载范围内保持精度。许多应用使用只能提供中等精度和动态范围的电路。在许多情况下，当前的传感解决方案是可悲的不足，具有较差的分辨率和显着的功耗在传感电阻。LTC6102解决了这两个问题，同时通过一组全面的电流检测功能提高了性能。

为什么要使用高侧感?

在许多应用中，意义上的意义被广泛使用。在这些系统中测量电流的最简单方法是低侧传感，这涉及到在负载和系统接地之间添加一个小的传感电阻(图1)。几乎任何放大器都可以用来放大传感电压，并且不需要电平转换。

低侧传感虽然简单，但有几个固有的问题。首先，检测电阻影响负载上的返回电压，其中返回电压现在是系统接地电位和通过检测电阻的电压的总和。负载现在通过检测电压浮在系统地面之上，这是非常重要的——传统的一定精度的低侧电流检测电路需要100mV左右及以上的电压。

当然，随着负载电流的变化，感应电压也会发生相应的反应，从而影响负载所看到的地电位。动地基准根本不是基准，从而导致负载误差和显著噪声。瞬态负载电流会给负载带来巨大的地噪声，降低了监测系统的性能，并将这些噪声直接注入到负载中。

其次，由于屏蔽，负载和地之间可能存在耦合。这种耦合可以改变感测电阻的有效电阻，特别是在频率上，从而降低系统性能。

最后，安全可能会受到损害。在检测电阻失效或断开的情况下，负载的接地节点被通电到全电源电压。这是一个安全隐患，因为通常与地相连的节点现在处于危险电位。发生这样的故障可能不明显，因此可以假定负载的接地端保持在安全电压。连接到负载接地侧的低压电路也可能被损坏，因此需要额外的维修工作和费用。

高侧传感消除了这些问题，允许系统负载被安全可靠地引用到地面。负载的高侧可以相对于地进行测量，而不会产生感测电阻噪声。感觉阻力可以更仔细地控制。最重要的是，检测电阻的故障断开负载与电源的连接，而不是接地，因此安全得到了保证

那么，为什么高位感应没有被更频繁地使用呢?问题是这些优点被缺乏简洁性冲淡了。首先，具有高电压瞬态的高电源电压需要强大的监测电路。其次，感测电压必须准确地转换到地。ltc6102轻松解决了这两个问题，同时增加了额外的功能，以最大限度地提高精度和灵活性。

解决动态范围问题

测量高负载电流并不是一项伟大的技术壮举，但准确监测同一线路上的高电流和低电流，或解决大负载电流的微小变化，需要具有宽动态范围的监测电路。例如，一个系统通常运行1A，但具有高达100a的动态负载，需要至少40dB的动态范围才能进行精确测量。如果必须以1%的精度测量典型负载电流，则需要80db的动态范围。在从1mA到100A的负载电流范围内计算电池总电量的电池系统将需要100dB或更多!

对于许多电流监测电路，动态范围受电流检测放大器的最大输入电压限制在高端，对于集成的高侧电流检测放大器，通常规定在100mV到500mv之间。在低端，输入失调电压限制了分辨率，对于许多可用的集成电路，v (OS)可以为1mV，导致动态范围为40dB-50dB，这对于许多系统来说是不够的。在温度过高的情况下，分辨率会进一步降低，因为输入偏差很大。

LTC6102通过提供10 μ V的最大失调电压和小于50nv /°C的漂移来解决这个问题。该器件的最大输入电压为2V，动态范围为106dB，最小分辨率为10µV。简单来说，这允许系统在不改变增益过量程的情况下测量从1ma到200A的电流。使用LTC6102的电流检测电路可以很容易地设计为提供高精度，同时适应暂时的电流浪涌或下降。这允许更准确的充电结束计算和提高整体可靠性。

不需要动态范围?交易动态范围减少功率损失

如果您不需要测量大范围的电流，LTC6102的内置动态范围允许使用非常低值的电阻。降低感测电阻的值直接转化为提高功耗。

例如，对于必须测量1A到100a电流的系统，只需要40dB的动态范围。然而，如果使用输入偏置1mV的检测放大器，则最大检测电压必须不小于100mV。在100A时，这在感测电阻中耗散10W。对于这种高耗散的精确电阻，可能需要一个大而昂贵的自定义电阻，以及一个散热器。该系统还必须设计为提供额外的10w，加上它必须有效地散发产生的热量。

然而，如果将LTC6102用于该电流测量，则最大感测电压可以降低到1mV而不会降低性能。事实上，与其他解决方案相比，LTC6102的低漂移可以提供更高的温度精度。同时，耗散降低到100mw，感测电阻的功耗降低99%，大大简化或消除了热设计要求。

图2显示了1A、10A和100a负载的动态范围功耗。每条线代表固定电流。通过调整感测电阻R(sense)的值来优化动态范围和功耗。感测电阻极值如图所示。使用可用的感测电阻值很容易调整电路性能。动态范围是通过感测电阻的最大电压与LTC6102的输入偏置之间的比率，而功耗是在所列电流下感测电阻中的功耗。

精度级别翻译

与许多特定应用的电流传感放大器不同，LTC6102的架构类似于标准运算放大器。该设计包括高阻抗输入和外部反馈以及低输入偏置。这使得theLTC6102可用于各种电压放大电路以及电流传感应用。由于其固有的电平平移能力，LTC6102可以放大各种各样的信号，同时拒绝常见的调制分量。

图3显示了一个放大电压信号的电平平移电路。LTC6102将输入电压镜像到R(IN)上，然后转换为R(OUT)。重要的是要注意，在这个电路中，tc6102的供电引脚连接到输入信号的负端。两个输入引脚都在供电引脚的几微伏内，因此输入电压可能超过LTC6102的满量程输入范围而不会在输出中引入误差。只要通过R(IN)的电流(定义为V(IN)/R(IN))不超过tc6102的最大输出电流，该电路就可以工作。如果R(IN) = 10k欧姆，则输入电压可高达10V。增益仍然由R(OUT)/R(IN)设置，因此可以选择增益或衰减以允许输入信号转换为有用的输出信号。

简单灵活的设计

LTC6102的高精度和宽动态范围只是冰山一角。功能的集合，使部分易于使用，坚固和灵活的许多应用程序。

供应范围广

LTC6102的工作电压从4V到60V，并能承受70v电源。LTC6102HV的工作电压最高可达100V，最高可达105V。此外，只需几个外部元件就可以将工作电压增加到几百伏或更高，而不会损失精度(图4)。

高阻抗输入

与输入偏置电流为几微安的电流转向型传感器不同，ltc6102具有100pA输入偏置，允许测量非常小的电流。

简单，灵活的增益控制

LTC6102的增益可以通过两个外部电阻来设置。增益误差仅受这些外部元件的限制，而不是指定不良的内部电阻或饱和电压。外部输入电阻允许广泛选择增益，以及控制输入和输出阻抗。例如，选择一个小的输入电阻可以在相对较小的输出阻抗下获得较大的增益，从而降低噪声，并且在没有额外缓冲的情况下更容易驱动adc。

排水明沟输出

开式泄放输出提供了额外的灵活性和性能。由于没有内部下拉装置，最小输出电压不受饱和电压的限制，因此输出可以一直驱动到地。输出也可以指地面上的电压，只需将输出电阻连接到该电压。传感电路可以在远离ADC的物理位置，而不会由于长输出线的电阻而失去精度。输出也可以级联编码，以获得额外的电平移位能力。

高速

LTC6102可以支持高达200kHz的信号，允许监测快速变化的负载电流。高速还允许LTC6102在负载瞬态后快速稳定，提供不间断的精度。

快速响应时间

保护电路通常必须在微秒内作出反应，以避免在故障情况下系统或负载损坏。LTC6102可以在1µs内响应输入瞬态信号。然后，输出信号可用于在系统损坏发生之前关闭MOSFET通断装置或打开负载保护电路。

开尔文输入

PC板上的铜迹线加到R(IN)，产生漂移0.4%/°C的增益误差。通过连接-INS非常接近R(IN)，这种影响被最小化，所以非常小(1欧姆或更少)的输入电阻可能会使用。小的输入电阻允许在相对小的输出阻抗下获得大的增益。减少寄生串联电阻的影响也有助于保持大的动态范围，即使有相对较大的输入电阻。

所有这些和小尺寸

今天的应用不仅需要精度;他们还需要尽可能小的包装。为了满足这一需求，LTC6102采用3mm × 3mm DD封装，它只需要一块SOT-23。如果空间不是那么宝贵，或者需要引线封装，LTC6102也可以采用8引线MSOP封装。

应用程序

图5描述了一个简单的电流感应电路。R(SENSE)将负载电流转换为检测电压。tc6102应用249.5的增益，并将信号的电平从正电源转移到地。可以通过设置较大的最大感测电压(V(sense))来选择感测电阻值以使动态范围最大化，或者通过选择较小的值来限制功耗。高增益是由两个开尔文输入，它允许使用一个小的输入电阻与小增益误差，和非常低的输入偏置，在输出产生小于2.5mV的误差。小的输入电阻允许R(OUT)设置为4.99k，这是小到足以与高分辨率转换器输入兼容。添加LTC2433-1是转换结果的一种简单方法。

对于受到电干扰的系统，或对于远程传感器，可以在R(OUT)上放置电容来过滤输出，减少噪声和高频干扰(图6)。这在不影响直流结果的情况下为输出增加了简单的极。在遥感中，LTC6102应放置在传感器位置，其输出可以长距离运行到转换器。由于输出的是电流，而不是电压，因此导线中没有损耗。输出电阻和电容应放置在导线的处理器端，以降低噪声并保证精度。

结论

许多当前的传感应用可以受益于高边传感方法。高侧电流传感电路必须能够在由供电范围决定的高压下工作，即使在故障条件下，并且通常必须将信号电平移至地或另一个参考电平。他们必须完成这些任务，同时保持信号的精度和准确性。LTC6102零漂移电流传感放大器提供最高精度的直流规格。宽供电范围，低输入偏置和漂移，精确的增益，快速的响应和简单的可配置性使theLTC6102和LTC6102HV成为许多电流传感应用的理想选择。