设计步骤

1. 选择 R₁ 的值，使 V_SHUNT 至少比电流检测放大器输入失调电压 (V_OS) 大 100 倍。请注意，如果使 R₆ 非常大，则会提高 OC 检测精度，但会降低电源余量和功率耗散。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{SHUNT}}=\left({\mathrm{I}}_{\mathrm{OC}}\times {\mathrm{R}}_1\right)\ge 100\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{OS}}$
   $\mathrm{Set} {\mathrm{R}}_1\ge \frac{100\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{OS}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{OC}}}=50\mathrm{m\Omega } \mathrm{for} {\mathrm{I}}_{\mathrm{OC}}=200\mathrm{mA} \& {\mathrm{V}}_{\mathrm{OS}}=100\mu V$
2. 根据比较器的开关阈值确定 INA 所需的增益 (A_V) 选项。当负载电流 (I_L) 达到过流阈值 (I_OC) 时，INA 输出必须超过比较器的开关阈值 (V_TH)。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}=\left({\mathrm{I}}_{\mathrm{OC}}\times {\mathrm{R}}_1\right)\times {\mathrm{A}}_{\mathrm{V}}=0.2\mathrm{V}$
   $\mathrm{Set} {\mathrm{A}}_{\mathrm{V}}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}}{{\mathrm{I}}_{\mathrm{OC}}\times {\mathrm{R}}_1}=\frac{0.2}{0.2\times 0.05}=20\mathrm{V}/\mathrm{V} \mathrm{for} {\mathrm{R}}_1=50\mathrm{m\Omega }$
3. 由于许多 INA 和比较器具有 5V 的工作电压范围，因此需要从系统电源 V_S 中获得 5V 的电源电压。此外，5V 电源需要浮动到 V_S 以下，以便比较器输出能够在出现过流情况时将 P 沟道 MOSFET 的源极-栅极电压驱动至 0V，在负载电流小于 I_OC 时将其驱动至 5V。该电路所用的方法是使用带有 10kΩ 偏置电阻器 (R₂) 的 5V 齐纳二极管。只要保持适当的偏置电流通过器件，也可以使用并联稳压器等其他选项。
4. 在 INA 输出和比较器输入之间添加一个低通滤波器来衰减任何高频电流尖峰。与错误地断开系统与电源电压的连接相比，延迟触发过流锁存更为重要。低通滤波器由 R₅ 和 C₁ 导出。由于比较器的开关阈值为 0.2V，因此延迟小于 1 个时间常数 (R₅×C₁=5ms)。
5. 在比较器输出和 P 沟道 MOSFET 的栅极之间插入一个限流电阻器 R₄。当比较器输出需要为 MOSFET 栅源电容充电时，将 R₄ 设置为 10kΩ 可降低电源上的电流尖峰，以此作为延长充电时间的折衷方案。插入 R₄ 的目的还在于保护比较器输出不受电源线上可能出现的任何电源瞬态的影响。
6. 比较器的输出直接连接到 INA 的 REF 引脚，以便对 INA 的输出电压进行偏移。当 I_L < I_OC 时，比较器输出为低电平（等于 V_S-5V）且不会向 INA 添加失调电压。但是当 I_L > I_OC 时，比较器输出变为高电平（等于 V_S）并向 INA 添加 5V 失调电压。此失调电压会导致 INA 输出在等于 V_S 的电平处饱和。由于 V_S 的 INA 输出电平高于比较器的 V_TH，因此比较器输出将保持高电平。这种情况称为锁存 输出状态，因为电路将保持该状态，直到电路循环供电。
   
7. 在 INA 基准引脚 (REF) 和 GND (V_S-5V) 之间添加 R₃，以确保在 5V 电源斜升至比较器最低工作电压时有正确的接地路径。
8. 如果不采用锁存特性，可以将比较器输出与电流检测放大器基准引脚断开，并可用短路代替 R₃。在该配置中，电路将用作 200mA 限流器。

设计仿真

瞬态仿真结果