利用高边电流放大器构建28V断路器

利用高边电流放大器构建28V断路器

利用MAX4373高边电流检测放大器进行设计，电路可工作在高达28V的电压范围。只需一个通用的NPN晶体管。

该“设计思路”发表在2006年6月1日的Power Electronics Technology杂志。

MAX4373是一款带有比较器和基准的高边检流放大器，比较器的闭锁输出(COUT1)使得该款器件能够构成电路断路器(请参考器件数据资料的图2)。但是，数据资料给出的电路只适合+2.7V至+5.5V的供电电压范围。通过增加一个通用的NPN晶体管，即可将电压范围扩展到28V，如图1所示。


图1. 该电路断路器中，NPN晶体管Q1扩展了比较器输出COUT1的摆幅。

正常工作情况下，漏极开路比较器输出为低电平，允许430µA的标称电流从晶体管的发射极，通过R2流入COUT1。相同(近似相同)电流流过集电极和R1，产生略高于-6.4V的VGS电压，驱动p沟道MOSFET。

在该设计中，断路器的电流门限为900mA。由于MAX4373FESA从检流电阻到输出能够提供50V/V的增益，所以选择了这款器件。当900mA电流流过100mΩ的检流电阻R6时，产生90mV压降，该压降乘以50倍增益，在OUT端得到4.5V电压。比较器CIN1输入门限为600mV，选择6.5:1电阻分压网络即可得到我们要求的设定值。R4选择68kΩ，R5为10kΩ，即可得到936mA的实际负载电流门限，该门限值足够接近我们的目标值。

当负载电流超过该门限时，比较器输出被锁存到高阻态。晶体管进入截止区，MOSFET随之关断。故障解除后，可以通过复位按键将电路恢复到正常工作模式。

该电路适用于高电压(本例采用+28V)应用，电压至少为VCC电压的两倍。另外，VCC限制在+5.5V最大值，在比较器输出的限制范围内。电阻R1、R2取值的不同会引入一定增益，能够提供更高的MOSFET驱动电压，从而降低MOSFET导通电阻的损耗。

该电路对过流故障的响应时间大约为100µs (图2)，对于高出门限10%的过流情况，其响应特性保持稳定(与机械式热断路器不同)。


图2. 从负载电流波形可以看出，电流达到900mA标称门限的110%时触发图1所示断路器，响应时间约为100µs。