简单的锁存过流故障检测器具有快速响应时间

这里介绍的电路是一种简单、快速响应的过流检测器，旨在保护低压应用。专用热插拔控制器由欠压引发较长的启动延迟，与专用热插拔控制器不同，该电路在输入电源升至150.2V以上后仅提供7μs的保护。此外，外部p沟道开关上的有限栅极电压可在上电期间提供浪涌电流限制措施。

概述

图1显示了锁存过流故障检测器的完整电路。通电后，比较器输出C外接近零伏。由Q2和Q3形成的同相缓冲器可确保Q1（一种非常低导通电阻、低阈值、p沟道功率MOSFET）的栅极得到充分增强。进入负载产生的电流由高边电流检测放大器测量，该放大器转换检流电阻R两端的小电压意义在 OUT 引脚上转换为以地为基准的输出电压。该电压与负载电流成比例，在锁存、同相比较器的输入端进一步缩放。

当负载电流超过R1和R2结处的阈值电压时，比较器改变状态，导致输出电压被R3拉高。当栅极-源极电压降至栅极门限以下时，p沟道MOSFET关断。同相缓冲器 Q2-Q3 可确保充放电电流充入和流出 Q1 栅极，从而实现快速开关。

图1.集成电流检测放大器、锁存比较器和基准构成快速响应、低电压、过流保护电路。

组件选择

控制器

MAX4373是用于快速响应、锁存、限流检测器电路的控制器，工作在+3.3V电源。MAX4373集成了产生这种电路所需的所有元件：高共模差分电压检测器、基准和带低电平有效复位的锁存比较器。从施加V开始，启动延迟通常为500μs抄送，通过比较器的传播延迟典型值为4μs。

检流电阻器

选择检测电阻值以确保最佳增益精度（典型值为1%至1.5%）时，额定电流下的压降应在75mV至100mV范围内，增益范围为+20V/V和+50V/V（MAX4373的T和F版本）。以下公式计算检测电阻值及其两端的功率：

输出的动态范围也是一个重要的考虑因素。将标称输出电压（对应于工作/检测电流）居中为电源电压的一半。请注意，最大 V外比 V 时的电源电压低 250mV抄送.因此，对于 V抄送= +3.3V，标称V外应约为 1.4V。本例中，增益为+4373V/V （T型）的MAX20适用于70mV检测电压。

对于本应用中15A的检测电流，R意义= 4.6mΩ，产生一个 70mV V意义，选择最接近的值 4.7mΩ。泰科-美捷特RL73H的容差为±1%（F后缀）。

阈值电流

设置电流检测放大器后，应设置比较器以提供适合禁用串联电源开关的开关输出电压。电阻分压器将电流放大器输出连接到比较器正输入。对于开关，比较器的正输入必须超过内部设定的600mV标称门限（580mV至618mV）。要计算R1和R2的值，请使用以下电压阈值公式：

在检流放大器的标称输出电压经R1和R2的电流应大于150nA，小于500μA。比较器输出吸收 1mA 电流，饱和电压为 600mV （最大值）。栅极上拉电阻R3由下式计算：

电源开关

外部p沟道MOSFET的关键选择规格是峰值电流、导通电阻和栅极电压，紧随其后的是封装。应选择导通电阻，使额定电流下的压降与电流检测电压大致相同。该值在检测电阻和MOSFET中产生相似的耗散水平。

Si7485DP MOSFET（来自硅氧烷）在 V 时的最大导通电阻为 9mΩ一般事务人员= -2.5V。选择这款 20V p 沟道器件是因为其在低输入电压下工作。最差情况下的稳态耗散由下式计算：

在 15A 负载电流和 9mΩ 导通电阻下，Si7485DP 的工作温度比环境温度高 40°C 至 50°C，因此根据最终应用需要额外的散热。

在本例中，电源开关的栅极电荷规格约为60nC。如果需要快速响应，该值超出了R3和低功耗比较器输出的驱动能力。因此，栅极驱动缓冲器是强制性的。如上所述，Q2和Q3构成互补的发射极-跟随器驱动器，为Q1栅极提供显著的双极性电流增益。晶体管在 500mA 至 1A 的中等集电极电流下具有良好的直流 β。合适的选择是Zetex FZT688B（npn）和FZT788B（pnp），采用SOT223外形封装。要计算门响应时间，请使用以下公式：

操作

公差累积

实际感测的电流值取决于由于以下原因而建立的容差：

 

检测电阻	±1% （TL3A）
检测电压限值	±0.1
增益容差	±5.5%（最大值，包括增益和失调误差）
比较器电阻容差	±1% （R1 & R2）
比较器阈值容差	±3.3%

 

忽略检测电压容差，总电流检测容差接近±10.8%。详细限值可以使用以下公式计算：

R0和R1使用容差±1.2%的电阻可以在一定程度上降低误差限值（约±1%），但最终应用可能不支持额外的成本。

转0f瞬态

对故障的快速响应和随后的电流中断是关键要求。然而，电源线分布式电感中剩余的能量会产生破坏性的电压尖峰。部分能量被负载电源中的分布电容吸收，但可能需要快速响应的过压箝位来保护MAX4373免受28V或更高瞬变的影响。

结果

电流探头监视输入端子的负载电流（Vin在图 1 中）。负载电流增加，直到达到阈值并触发电路。响应时间约为 2μs（图 2）。

图2.图1电路的测试结果显示，响应时间约为2μs。

审核编辑：郭婷