設(shè)計目標

設(shè)計說明

這是一種快速響應(yīng)單向電流檢測解決方案，通常稱為過流保護 (OCP)，可提供 < 2μs 的響應(yīng)時間、t_resp、過流警報信號以關(guān)閉超過閾值電流的系統(tǒng)。在該特定設(shè)置中，正常工作負載為 80mA 至 900mA，過流閾值定義為 1A (I_{OC_TH})。電流分流監(jiān)控器由 5V 電源軌供電。OCP 可以應(yīng)用于高側(cè)和低側(cè)拓撲。此電路中呈現(xiàn)的解決方案屬于高側(cè)實現(xiàn)。此電路非常適用于只能揚聲器和擴展塢。

設(shè)計說明

1. 使用去耦電容器 C1 和 C2 以確保器件電源穩(wěn)定。將去耦電容器盡可能靠近器件電源引腳放置。
2. 如果需要具有較高跳閘點的較大動態(tài)電流測量范圍，可以在 INA185 OUT 引腳和接地之間連接一個分壓器，并將分壓器輸出連接到 TLV4021R1 輸入。

設(shè)計步驟

1. 確定在與比較器的傳播延遲配合使用時，為了實現(xiàn)足夠快的響應(yīng)所需的壓擺率 SR。在此示例中，由于 TLV4021 器件具有快速傳播延遲 (t_P = 450ns) 和快速下降時間 (t_f = 4ns)，因此選擇該器件作為外部比較器。當(dāng)負載從 0A 升至 1A (ΔV_out = V_trip – 0V) 時，會發(fā)生最壞的情況。為了降低激進的壓擺率，可以從分子中的 Vtrip 中減去器件失調(diào)電壓（V_OS x 增益）。
   
2. 選擇壓擺率大于或等于 0.78V/μs 的電流分流監(jiān)控器。INA185 器件的典型壓擺率為 2V/μs，可滿足要求。
3. 為了獲得測得的最低電流電平和過流電平之間的最大余量，請從所選電流分流監(jiān)控器中選擇最小增益型號。在這種情況下，使用配有 1.2V 比較器基準的 20V/V 電流分流監(jiān)控器就足夠了。
4. 在給定 20V/V 增益的情況下計算 R_shunt 值。使用最接近的標準值分流器，最好低于計算出的分流器，以避免過早地限制輸出。
   
   
5. 檢查最小電流測量值是否明顯高于電流分流監(jiān)控器輸入偏移電壓。建議的最大失調(diào)電壓誤差 error_VOS 為 10%。
   
6. 檢查 I_{Load Max} 是否低于遲滯閾值 I_{Release_TH}，從而確保在系統(tǒng)采取糾正措施以使負載回到低于正常工作范圍的上限之后，清除警報信號。在這種情況下，900mA 正常工作區(qū)域最大值與比較器施加的遲滯電平之間存在 83mA 的裕度。
   

設(shè)計仿真

直流仿真結(jié)果

直流傳輸特性曲線確認 OCP 觸發(fā)來自 1A 負載。

瞬態(tài)仿真結(jié)果

以下結(jié)果證實了與 TLV4021 器件配對的 INA185器件可在 2μs 內(nèi)觸發(fā)超出過流閾值的警報。在這種情況下，幾乎可以實現(xiàn) 1μs 的典型值。請謹記，這些仿真中使用的模型都是圍繞典型器件特性進行設(shè)計的。實際性能可能會因正常設(shè)備的變化而有所不同。

設(shè)計參考資料

有關(guān) TI 綜合電路庫的信息，請參閱模擬工程師電路手冊。

過流保護電路的主要文件

此設(shè)計的源文件：

高側(cè) OCP Tina 模型

低側(cè) OCP Tina 模型

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