设计目标

设计说明

这是一种快速响应单向电流检测解决方案，通常称为过流保护 (OCP)，可提供 < 2μs 的响应时间、t_resp、过流警报信号以关闭超过阈值电流的系统。在该特定设置中，正常工作负载为 80mA 至 900mA，过流阈值定义为 1A (I_{OC_TH})。电流分流监控器由 5V 电源轨供电。OCP 可以应用于高侧和低侧拓扑。此电路中呈现的解决方案属于高侧实现。此电路非常适用于只能扬声器和扩展坞。

设计说明

1. 使用去耦电容器 C1 和 C2 以确保器件电源稳定。将去耦电容器尽可能靠近器件电源引脚放置。
2. 如果需要具有较高跳闸点的较大动态电流测量范围，可以在 INA185 OUT 引脚和接地之间连接一个分压器，并将分压器输出连接到 TLV4021R1 输入。

设计步骤

1. 确定在与比较器的传播延迟配合使用时，为了实现足够快的响应所需的压摆率 SR。在此示例中，由于 TLV4021 器件具有快速传播延迟 (t_P = 450ns) 和快速下降时间 (t_f = 4ns)，因此选择该器件作为外部比较器。当负载从 0A 升至 1A (ΔV_out = V_trip – 0V) 时，会发生最坏的情况。为了降低激进的压摆率，可以从分子中的 Vtrip 中减去器件失调电压（V_OS x 增益）。
   
2. 选择压摆率大于或等于 0.78V/μs 的电流分流监控器。INA185 器件的典型压摆率为 2V/μs，可满足要求。
3. 为了获得测得的最低电流电平和过流电平之间的最大余量，请从所选电流分流监控器中选择最小增益型号。在这种情况下，使用配有 1.2V 比较器基准的 20V/V 电流分流监控器就足够了。
4. 在给定 20V/V 增益的情况下计算 R_shunt 值。使用最接近的标准值分流器，最好低于计算出的分流器，以避免过早地限制输出。
   
   
5. 检查最小电流测量值是否明显高于电流分流监控器输入偏移电压。建议的最大失调电压误差 error_VOS 为 10%。
   
6. 检查 I_{Load Max} 是否低于迟滞阈值 I_{Release_TH}，从而确保在系统采取纠正措施以使负载回到低于正常工作范围的上限之后，清除警报信号。在这种情况下，900mA 正常工作区域最大值与比较器施加的迟滞电平之间存在 83mA 的裕度。
   

设计仿真

直流仿真结果

直流传输特性曲线确认 OCP 触发来自 1A 负载。

瞬态仿真结果

以下结果证实了与 TLV4021 器件配对的 INA185器件可在 2µs 内触发超出过流阈值的警报。在这种情况下，几乎可以实现 1µs 的典型值。请谨记，这些仿真中使用的模型都是围绕典型器件特性进行设计的。实际性能可能会因正常设备的变化而有所不同。

设计参考资料

有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路手册。

过流保护电路的主要文件

此设计的源文件：

高侧 OCP Tina 模型

低侧 OCP Tina 模型

电流检测放大器入门视频系列

电流检测放大器入门

设计特色电流检测放大器

设计备选电流检测监控器