应用笔记 4415

利用高边电流放大器构建28V断路器


摘要 : 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。
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。
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。