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简略的、输出确定的过流毛病检测器,具有快速的呼应时刻

概述图1所示为完整的输出锁定过流故障检测器电路。上电后,比较器输出COUT的电压接近0V。由Q2和Q3组成的同相缓冲器确保Q1 (具有非常低的导通阻抗、低门限电压的p沟道功率MOSFET)的栅极完全导

概述

图1所示为完好的输出确定过流毛病检测器电路。上电后,比较器输出COUT的电压挨近0V。由Q2和Q3组成的同相缓冲器确保Q1 (具有十分低的导通阻抗、低门限电压的p沟道功率MOSFET)的栅极彻底导通。经过高边检放逐大器丈量流入负载中的电流,将检流电阻RSENSE两头的小电压信号按份额扩大、转换为以地为参阅的电压,从OUT 引脚输出。该输出电压与负载电流成正比,最终经过火压后送入带锁存的同相比较器的输入端。

当负载电流超出R1和R2设置的门限电压时,比较器翻转,输出电压被R3拉高。因为栅-源电压下跌至栅极门限以下,p沟道MOSFET关断。同相缓冲器Q2-Q3确保Q1栅极具有满足的充电电流和放电电流,完结快速切换。

图1. 由集成的检放逐大器、锁存比较器以及基准构成的快速呼应、低压过流维护电路

元件挑选

控制器

MAX4373是一款选用+3.3V供电,具有快速呼应特性的电流确定限流检测器。MAX4373内部集成了完结这一功用的一切需求的模块:包含高共模电压差分电压检测器、基准源以及带低电平有用复位输出的锁存比较器。VCC上电后,典型发动推迟为500µs,比较器传输推迟典型值为4µs。

检流电阻

合理挑选的检流电阻以确保取得最佳的增益精度(典型值为1%至1.5%),增益规模为+20V/V和+50V/V (MAX4373的T和F版别)时,额定电流下的压差应在75mV至100mV规模内。依照下列公式核算检流电阻值以及该电阻耗费的功率:

输出动态规模也是一个重要的考虑要素。应将标称输出电压(相关于作业/检测电流)设为电源电压的一半。需求留意的是:VOUT的最大值应比电源电压VCC低250mV。因而,VCC = +3.3V时,VOUT的标称值应约为1.4V。在本文给出的实例中,关于增益为+20V/V的MAX4373 (T版别),抱负的检测电压为70mV。

检流电流为15A时,若RSENSE = 4.6m,VSENSE为70mV,可挑选的最挨近的规范电阻为4.7m。Tyco-Meggitt RL73H的容差为±1% (尾缀F)。

电流门限

完结检放逐大器的设置后,接下来应设置比较器,以发生恰当的切换输出电压用于断开串联功率开关。经过电阻分压器将电放逐大器输出端衔接至比较器的正向输入端。比较器的正向输入应超越内部设置的标称门限值600mV (580mV至618mV),才干断开功率开关。依据下列电压门限公式核算R1和R2的阻值:

在检放逐大器的标称输出电压条件下,流经R1和R2电流应大于150nA,小于500µA。在600mV (最大值)的饱满电压下,比较器输出可吸入1mA的电流。栅极上拉电阻R3可由下列公式核算:

功率开关

挑选外部p沟道MOSFET时的要害参数是峰值电流、导通电阻以及栅极电压,其次是其封装。挑选适宜的导通电阻,使其在额定电流下的压降与电流检测电压附近。这样可使检测电阻和MOSFET上发生的功耗附近。

Si7485DP MOSFET (来自Siliconix)在VGS = -2.5V时的最大导通电阻为9m。这个20V的p沟道器材可以作业在较低的输入电压下。最差情况下静态功耗可依照下列公式核算:

在15A负载电流和9m导通电阻条件下,Si7485DP可作业在环境温度的40°C至50°C以上,因而可依据详细使用考虑添加散热片。

在本例中,功率开关具有大约60nC的栅极电荷。假如需求快速呼应,则超出了R3和低功耗比较器输出所能供给的驱动才能。这种情况下有必要添加栅极驱动缓冲器。如上所述,由Q2和Q3组成的互补型射极跟从驱动器可认为Q1栅极供给优异的双极性电流增益。应挑选在500mA到1A集电极电流下, 具有杰出直流β值的晶体管,可选用SOT223封装的Zetex FZT688B (npn)和FZT788B (pnp)。栅极呼应时刻的核算公式如下:

作业状况

固有差错

实践检测到的电流与以下元件的固有差错有关:

检测电阻 ±1% (TL3A)

检测电压约束 ±0.1

增益容限 ±5.5% (最大值,包含增益和失调差错)

比较器电阻容限 ±1% (R1 R2)

比较器门限容限 ±3.3%

假如疏忽检测电压的差错,总的电流检测差错挨近±10.8%,可选用下列公式核算详细的差错规模:

假如R1和R2选用±0.1%容差的电阻,可稍稍下降整体差错(约±1%),但由此所添加的本钱关于终端使用来说是无法承受的。

关断瞬态进程

关于毛病和随后的电流中止做出快速呼应是对电路的要害要求。可是,电源引线散布电感的贮存能量将会发生有害的电压尖峰,当然,其间一些能量会被负载电源的散布%&&&&&%所吸收,可是,为了维护MAX4373不被28V或更高的瞬态电压危害,最好供给一个快速呼应的过压箝位二极管。

测验成果

用电流探针监测输入端(图1中的VIN)的负载电流。逐步增大负载电流,直到到达门限并触发电路,呼应时刻约为2µs (图2)。

图2. 图1电路的测验成果,呼应时刻约为2µs.

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