在電源、電機驅(qū)動器或其他功率電路中,可以在高壓側(cè)(電源端),也可以在低壓側(cè)(地端)檢測負載電流,比較而言,在低壓側(cè)進行要比在高壓側(cè)容易很多,但也不可避免舍棄了高壓側(cè)檢測的優(yōu)點。有些故障有可能不會被低壓側(cè)檢測器檢測到,從而使負載處于危險且無監(jiān)視的狀態(tài)下。
另一方面,高壓側(cè)檢測器直接與電源相連,能夠檢測到任何下游的故障并觸發(fā)適當(dāng)?shù)募m正措施。以前,構(gòu)成這種檢測器需要一個精密運算放大器、高電壓的電源(以適應(yīng)運放有限的共模范圍)和大量的精密電阻?,F(xiàn)在,只需使用MAX4172這種單片IC,就可在高達32V的共模電壓下檢測高壓側(cè)電流。微型μMAX封裝的MAX4172提供一路以地為參照的電流源,輸出電流與需檢測的高壓側(cè)電流成比例。這個輸出電流在數(shù)值上等于外部檢測電阻兩端的電壓除以100,可讓其流過一個負載電阻,非常簡單地得到電壓輸出。
圖:用MAX4172構(gòu)建電路斷路器
使用MAX4172與幾個廉價的外部元件相配合可以構(gòu)成一個低成本的電路斷路器。負載電流由RSENSE檢測,受Q1控制。該設(shè)計可接受10V至32V的輸入電壓,并且經(jīng)過簡單調(diào)整后在6.5V的電壓也可工作。
剛開始加入VIN和VCC時斷路器處于觸發(fā)態(tài),按下S1可復(fù)位斷路器并接通電源與負載,同時也激活了Q1、Q3和Q4b。Q3為IC1供電,Q4b建立過流門限。
VTHRESH = Vcc - Vbe(Q4b) (1)
由于VCC(典型值為2.7V至5.5V)等于5.0V,Q4b的發(fā)射極電壓Vbe(Q4b)約為0.7V,則VTHRESH典型值為4.3V。正常負載電流門限為1A。RSENSE、RTHRESH、ROUT的大小由系統(tǒng)精度、功耗確定,首先選擇RSENSE=50mΩ,RTHRESH=10.0kΩ。
ROUT = Vcc/ILOAD×RSENSE×Gm (2)
式中觸發(fā)電流ILOAD=1A,RSENSE=50mΩ,IC1的跨導(dǎo)Gm等于0.010A/V,這樣,ROUT=10.0kΩ。施加電源于Q3和Q4b使Q4b導(dǎo)通,后者建立起VTHRESH,Q3激活后為IC1供電。流過RSENSE的負載電流以一個很小的比例鏡像到IC1的輸出,并流過ROUT后提供為一個輸出電壓VOUT。當(dāng)VOUT增大到VTHRESH+Vbe(Q4a)以上時Q4b關(guān)斷,同時也關(guān)斷了Q3,造成V+端(IC1引腳8)的電壓下降。當(dāng)V+達到典型值2.67V時,PG輸出高電平,進而關(guān)斷Q1,使斷路器進入觸發(fā)態(tài)。Q2引入的反饋能夠保證在觸發(fā)點干凈地關(guān)斷。觸發(fā)狀態(tài)的消耗電流極小,等于VCC負載電流,典型為0.5mA。
按下S1可復(fù)位斷路器,若要自動復(fù)位,可將S1換為一只晶體管或開漏輸出的比較器,圖中所示設(shè)計適用于對觸發(fā)電流絕對精度沒有嚴格要求的低成本應(yīng)用。該設(shè)計的精度取決于VCC、Vbe和流過R4的誤差電流,在觸發(fā)電流為1.0A時的精度大約為±15%。
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