設(shè)計步驟

1. 選擇 R₁ 的值，使 V_SHUNT 至少比電流檢測放大器輸入失調(diào)電壓 (V_OS) 大 100 倍。請注意，如果使 R₆ 非常大，則會提高 OC 檢測精度，但會降低電源余量和功率耗散。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{SHUNT}}=\left({\mathrm{I}}_{\mathrm{OC}}\times {\mathrm{R}}_1\right)\ge 100\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{OS}}$
   $\mathrm{Set} {\mathrm{R}}_1\ge \frac{100\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{OS}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{OC}}}=50\mathrm{m\Omega } \mathrm{for} {\mathrm{I}}_{\mathrm{OC}}=200\mathrm{mA} \& {\mathrm{V}}_{\mathrm{OS}}=100\mu V$
2. 根據(jù)比較器的開關(guān)閾值確定 INA 所需的增益 (A_V) 選項。當(dāng)負載電流 (I_L) 達到過流閾值 (I_OC) 時，INA 輸出必須超過比較器的開關(guān)閾值 (V_TH)。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}=\left({\mathrm{I}}_{\mathrm{OC}}\times {\mathrm{R}}_1\right)\times {\mathrm{A}}_{\mathrm{V}}=0.2\mathrm{V}$
   $\mathrm{Set} {\mathrm{A}}_{\mathrm{V}}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{OC}}\times {\mathrm{R}}_1}=\frac{0.2}{0.2\times 0.05}=20\mathrm{V}/\mathrm{V} \mathrm{for} {\mathrm{R}}_1=50\mathrm{m\Omega }$
3. 由于許多 INA 和比較器具有 5V 的工作電壓范圍，因此需要從系統(tǒng)電源 V_S 中獲得 5V 的電源電壓。此外，5V 電源需要浮動到 V_S 以下，以便比較器輸出能夠在出現(xiàn)過流情況時將 P 溝道 MOSFET 的源極-柵極電壓驅(qū)動至 0V，在負載電流小于 I_OC 時將其驅(qū)動至 5V。該電路所用的方法是使用帶有 10kΩ 偏置電阻器 (R₂) 的 5V 齊納二極管。只要保持適當(dāng)?shù)钠秒娏魍ㄟ^器件，也可以使用并聯(lián)穩(wěn)壓器等其他選項。
4. 在 INA 輸出和比較器輸入之間添加一個低通濾波器來衰減任何高頻電流尖峰。與錯誤地斷開系統(tǒng)與電源電壓的連接相比，延遲觸發(fā)過流鎖存更為重要。低通濾波器由 R₅ 和 C₁ 導(dǎo)出。由于比較器的開關(guān)閾值為 0.2V，因此延遲小于 1 個時間常數(shù) (R₅×C₁=5ms)。
5. 在比較器輸出和 P 溝道 MOSFET 的柵極之間插入一個限流電阻器 R₄。當(dāng)比較器輸出需要為 MOSFET 柵源電容充電時，將 R₄ 設(shè)置為 10kΩ 可降低電源上的電流尖峰，以此作為延長充電時間的折衷方案。插入 R₄ 的目的還在于保護比較器輸出不受電源線上可能出現(xiàn)的任何電源瞬態(tài)的影響。
6. 比較器的輸出直接連接到 INA 的 REF 引腳，以便對 INA 的輸出電壓進行偏移。當(dāng) I_L < I_OC 時，比較器輸出為低電平（等于 V_S-5V）且不會向 INA 添加失調(diào)電壓。但是當(dāng) I_L > I_OC 時，比較器輸出變?yōu)楦唠娖剑ǖ扔?V_S）并向 INA 添加 5V 失調(diào)電壓。此失調(diào)電壓會導(dǎo)致 INA 輸出在等于 V_S 的電平處飽和。由于 V_S 的 INA 輸出電平高于比較器的 V_TH，因此比較器輸出將保持高電平。這種情況稱為鎖存 輸出狀態(tài)，因為電路將保持該狀態(tài)，直到電路循環(huán)供電。
   
7. 在 INA 基準引腳 (REF) 和 GND (V_S-5V) 之間添加 R₃，以確保在 5V 電源斜升至比較器最低工作電壓時有正確的接地路徑。
8. 如果不采用鎖存特性，可以將比較器輸出與電流檢測放大器基準引腳斷開，并可用短路代替 R₃。在該配置中，電路將用作 200mA 限流器。

設(shè)計仿真

瞬態(tài)仿真結(jié)果