簡單的鎖存過流故障檢測器具有快速響應(yīng)時間

這里介紹的電路是一種簡單、快速響應(yīng)的過流檢測器，旨在保護(hù)低壓應(yīng)用。專用熱插拔控制器由欠壓引發(fā)較長的啟動延遲，與專用熱插拔控制器不同，該電路在輸入電源升至150.2V以上后僅提供7μs的保護(hù)。此外，外部p溝道開關(guān)上的有限柵極電壓可在上電期間提供浪涌電流限制措施。

概述

圖1顯示了鎖存過流故障檢測器的完整電路。通電后，比較器輸出C外接近零伏。由Q2和Q3形成的同相緩沖器可確保Q1（一種非常低導(dǎo)通電阻、低閾值、p溝道功率MOSFET）的柵極得到充分增強(qiáng)。進(jìn)入負(fù)載產(chǎn)生的電流由高邊電流檢測放大器測量，該放大器轉(zhuǎn)換檢流電阻R兩端的小電壓意義在 OUT 引腳上轉(zhuǎn)換為以地為基準(zhǔn)的輸出電壓。該電壓與負(fù)載電流成比例，在鎖存、同相比較器的輸入端進(jìn)一步縮放。

當(dāng)負(fù)載電流超過R1和R2結(jié)處的閾值電壓時，比較器改變狀態(tài)，導(dǎo)致輸出電壓被R3拉高。當(dāng)柵極-源極電壓降至柵極門限以下時，p溝道MOSFET關(guān)斷。同相緩沖器 Q2-Q3 可確保充放電電流充入和流出 Q1 柵極，從而實現(xiàn)快速開關(guān)。

圖1.集成電流檢測放大器、鎖存比較器和基準(zhǔn)構(gòu)成快速響應(yīng)、低電壓、過流保護(hù)電路。

組件選擇

控制器

MAX4373是用于快速響應(yīng)、鎖存、限流檢測器電路的控制器，工作在+3.3V電源。MAX4373集成了產(chǎn)生這種電路所需的所有元件：高共模差分電壓檢測器、基準(zhǔn)和帶低電平有效復(fù)位的鎖存比較器。從施加V開始，啟動延遲通常為500μs抄送，通過比較器的傳播延遲典型值為4μs。

檢流電阻器

選擇檢測電阻值以確保最佳增益精度（典型值為1%至1.5%）時，額定電流下的壓降應(yīng)在75mV至100mV范圍內(nèi)，增益范圍為+20V/V和+50V/V（MAX4373的T和F版本）。以下公式計算檢測電阻值及其兩端的功率：

輸出的動態(tài)范圍也是一個重要的考慮因素。將標(biāo)稱輸出電壓（對應(yīng)于工作/檢測電流）居中為電源電壓的一半。請注意，最大 V外比 V 時的電源電壓低 250mV抄送.因此，對于 V抄送= +3.3V，標(biāo)稱V外應(yīng)約為 1.4V。本例中，增益為+4373V/V （T型）的MAX20適用于70mV檢測電壓。

對于本應(yīng)用中15A的檢測電流，R意義= 4.6mΩ，產(chǎn)生一個 70mV V意義，選擇最接近的值 4.7mΩ。泰科-美捷特RL73H的容差為±1%（F后綴）。

閾值電流

設(shè)置電流檢測放大器后，應(yīng)設(shè)置比較器以提供適合禁用串聯(lián)電源開關(guān)的開關(guān)輸出電壓。電阻分壓器將電流放大器輸出連接到比較器正輸入。對于開關(guān)，比較器的正輸入必須超過內(nèi)部設(shè)定的600mV標(biāo)稱門限（580mV至618mV）。要計算R1和R2的值，請使用以下電壓閾值公式：

在檢流放大器的標(biāo)稱輸出電壓經(jīng)R1和R2的電流應(yīng)大于150nA，小于500μA。比較器輸出吸收 1mA 電流，飽和電壓為 600mV （最大值）。柵極上拉電阻R3由下式計算：

電源開關(guān)

外部p溝道MOSFET的關(guān)鍵選擇規(guī)格是峰值電流、導(dǎo)通電阻和柵極電壓，緊隨其后的是封裝。應(yīng)選擇導(dǎo)通電阻，使額定電流下的壓降與電流檢測電壓大致相同。該值在檢測電阻和MOSFET中產(chǎn)生相似的耗散水平。

Si7485DP MOSFET（來自硅氧烷）在 V 時的最大導(dǎo)通電阻為 9mΩ一般事務(wù)人員= -2.5V。選擇這款 20V p 溝道器件是因為其在低輸入電壓下工作。最差情況下的穩(wěn)態(tài)耗散由下式計算：

在 15A 負(fù)載電流和 9mΩ 導(dǎo)通電阻下，Si7485DP 的工作溫度比環(huán)境溫度高 40°C 至 50°C，因此根據(jù)最終應(yīng)用需要額外的散熱。

在本例中，電源開關(guān)的柵極電荷規(guī)格約為60nC。如果需要快速響應(yīng)，該值超出了R3和低功耗比較器輸出的驅(qū)動能力。因此，柵極驅(qū)動緩沖器是強(qiáng)制性的。如上所述，Q2和Q3構(gòu)成互補(bǔ)的發(fā)射極-跟隨器驅(qū)動器，為Q1柵極提供顯著的雙極性電流增益。晶體管在 500mA 至 1A 的中等集電極電流下具有良好的直流 β。合適的選擇是Zetex FZT688B（npn）和FZT788B（pnp），采用SOT223外形封裝。要計算門響應(yīng)時間，請使用以下公式：

操作

公差累積

實際感測的電流值取決于由于以下原因而建立的容差：

忽略檢測電壓容差，總電流檢測容差接近±10.8%。詳細(xì)限值可以使用以下公式計算：

R0和R1使用容差±1.2%的電阻可以在一定程度上降低誤差限值（約±1%），但最終應(yīng)用可能不支持額外的成本。

轉(zhuǎn)0f瞬態(tài)

對故障的快速響應(yīng)和隨后的電流中斷是關(guān)鍵要求。然而，電源線分布式電感中剩余的能量會產(chǎn)生破壞性的電壓尖峰。部分能量被負(fù)載電源中的分布電容吸收，但可能需要快速響應(yīng)的過壓箝位來保護(hù)MAX4373免受28V或更高瞬變的影響。

結(jié)果

電流探頭監(jiān)視輸入端子的負(fù)載電流（Vin在圖 1 中）。負(fù)載電流增加，直到達(dá)到閾值并觸發(fā)電路。響應(yīng)時間約為 2μs（圖 2）。

圖2.圖1電路的測試結(jié)果顯示，響應(yīng)時間約為2μs。

審核編輯：郭婷