簡單的、輸出鎖定的過流故障檢測器,具有快速的響應時間
責任編輯:chineselng    瀏覽:4722次    時間: 2008-04-06 15:04:52      

摘要:概述   圖1所示為完整的輸出鎖定過流故障檢測器電路。上電后,比較器輸出COUT的電壓接近0V。由Q2和Q3組成的同相緩沖器確保Q1 (具有非常低的導通阻抗、低門限電壓的p溝道功率MOSFET)的柵極完全導通。通過高邊檢流放大器測量流入負載中的電流,將檢流電阻RSENSE兩端..

分享到:
概述

  圖1所示為完整的輸出鎖定過流故障檢測器電路。上電后,比較器輸出COUT的電壓接近0V。由Q2和Q3組成的同相緩沖器確保Q1 (具有非常低的導通阻抗、低門限電壓的p溝道功率MOSFET)的柵極完全導通。通過高邊檢流放大器測量流入負載中的電流,將檢流電阻RSENSE兩端的小電壓信號按比例放大、轉換為以地為參考的電壓,從OUT 引腳輸出。該輸出電壓與負載電流成正比,最后經過分壓后送入帶鎖存的同相比較器的輸入端。

  當負載電流超出R1和R2設置的門限電壓時,比較器翻轉,輸出電壓被R3拉高。由于柵-源電壓跌落至柵極門限以下,p溝道MOSFET關斷。同相緩沖器Q2-Q3確保Q1柵極具有足夠的充電電流和放電電流,實現快速切換。

由集成的檢流放大器、鎖存比較器以及基準構成的快速響應、低壓過流保護電路

  圖1. 由集成的檢流放大器、鎖存比較器以及基準構成的快速響應、低壓過流保護電路

  元件選擇

  控制器

  MAX4373是一款采用+3.3V供電,具有快速響應特性的電流鎖定限流檢測器。MAX4373內部集成了實現這一功能的所有需要的模塊:包括高共模電壓差分電壓檢測器、基準源以及帶低電平有效復位輸出的鎖存比較器。VCC上電后,典型啟動延遲為500µs,比較器傳輸延遲典型值為4µs。

  檢流電阻

  合理選擇的檢流電阻以保證獲得最佳的增益精度(典型值為1%至1.5%),增益范圍為+20V/V和+50V/V (MAX4373的T和F版本)時,額定電流下的壓差應在75mV至100mV范圍內。按照下列公式計算檢流電阻值以及該電阻消耗的功率:
公式
公式

  輸出動態范圍也是一個重要的考慮因素。應將標稱輸出電壓(相對于工作/檢測電流)設為電源電壓的一半。需要注意的是:VOUT的最大值應比電源電壓VCC低250mV。因此,VCC = +3.3V時,VOUT的標稱值應約為1.4V。在本文給出的實例中,對于增益為+20V/V的MAX4373 (T版本),理想的檢測電壓為70mV。

  檢流電流為15A時,若RSENSE = 4.6m,VSENSE為70mV,可選擇的最接近的標準電阻為4.7m。Tyco-Meggitt RL73H的容差為±1% (尾綴F)。

  電流門限

  完成檢流放大器的設置后,接下來應設置比較器,以產生適當的切換輸出電壓用于斷開串聯功率開關。通過電阻分壓器將電流放大器輸出端連接至比較器的正向輸入端。比較器的正向輸入應超過內部設置的標稱門限值600mV (580mV至618mV),才能斷開功率開關。根據下列電壓門限公式計算R1和R2的阻值:
公式

  在檢流放大器的標稱輸出電壓條件下,流經R1和R2電流應大于150nA,小于500µA。在600mV (最大值)的飽和電壓下,比較器輸出可吸入1mA的電流。柵極上拉電阻R3可由下列公式計算: 
公式

  功率開關

  選擇外部p溝道MOSFET時的關鍵參數是峰值電流、導通電阻以及柵極電壓,其次是其封裝。選擇合適的導通電阻,使其在額定電流下的壓降與電流檢測電壓相近。這樣可使檢測電阻和MOSFET上產生的功耗相近。

  Si7485DP MOSFET (來自Siliconix)在VGS = -2.5V時的最大導通電阻為9m。這個20V的p溝道器件能夠工作在較低的輸入電壓下。最差情況下靜態功耗可按照下列公式計算:
公式

  在15A負載電流和9m導通電阻條件下,Si7485DP可工作在環境溫度的40°C至50°C以上,因此可根據具體應用考慮增加散熱片。

  在本例中,功率開關具有大約60nC的柵極電荷。如果需要快速響應,則超出了R3和低功耗比較器輸出所能提供的驅動能力。這種情況下必須增加柵極驅動緩沖器。如上所述,由Q2和Q3組成的互補型射極跟隨驅動器可以為Q1柵極提供優異的雙極性電流增益。應選擇在500mA到1A集電極電流下, 具有良好直流β值的晶體管,可選用SOT223封裝的Zetex FZT688B (npn)和FZT788B (pnp)。柵極響應時間的計算公式如下:
公式

  工作狀態

  固有誤差

  實際檢測到的電流與以下元件的固有誤差有關:

  檢測電阻 ±1% (TL3A)

  檢測電壓限制 ±0.1

  增益容限 ±5.5% (最大值,包括增益和失調誤差)

  比較器電阻容限  ±1% (R1 & R2)

  比較器門限容限 ±3.3%

  如果忽略檢測電壓的誤差,總的電流檢測誤差接近±10.8%,可采用下列公式計算具體的誤差范圍:
公式

  如果R1和R2采用±0.1%容差的電阻,可稍稍降低總體誤差(約±1%),但由此所增加的成本對于終端應用來說是無法接受的。

關斷瞬態過程

  對于故障和隨后的電流中斷做出快速響應是對電路的關鍵要求。然而,電源引線分布電感的儲存能量將會產生有害的電壓尖峰,當然,其中一些能量會被負載電源的分布電容所吸收,但是,為了保護MAX4373不被28V或更高的瞬態電壓損害,最好提供一個快速響應的過壓箝位二極管。

  測試結果

  用電流探針監測輸入端(圖1中的VIN)的負載電流。逐漸增大負載電流,直到達到門限并觸發電路,響應時間約為2µs (圖2)。

圖1電路的測試結果

  圖2. 圖1電路的測試結果,響應時間約為2µs.

】【打印繁體】【投稿】 【收藏】 【推薦】 【舉報】 【評論】 【關閉】【返回頂部
广西快3综合走势图经彩网