设计目标

设计说明

这是一种单向电流检测解决方案，通常称为过流保护 (OCP)，可提供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 5A 至 10A，过流阈值定义为 11A (I_{OC_TH})。电流分流监控器和比较器由 5V 单电源轨供电。OCP 可以应用于高侧和低侧拓扑。此电路中采用的是一个高侧实施解决方案，其中 R_L 代表 4Ω 的纯阻性系统负载。此电路可用于遥测、健康监控和系统诊断等各种电源应用。除了此功能之外，此电路还实现了 INA901-SP， 它是一种具有耐辐射加固保障 (RHA)， 50krad （Si)能力且剂量率低的器件，且在125°C 下单粒子锁定 (SEL) 抗扰度可达 75MeV-cm²/mg。比较器功能由 LM193QML-SP 实现，但如需额外的比较器，这里也可以使用 LM139AQML-SP。

设计注意事项

1. 对于没有迟滞的精确比较器应用，保持电源稳定，并将噪声和干扰降至最低非常重要。为此，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各自器件的电源引脚放置。如果使用，也应将去耦电容器放在负电源上。
2. 如果需要更大的动态电流测量范围和更高的跳闸点，可以将 INA901-SP OUT 引脚到接地之间的分压器与进入LM193QML-SP 输入的分压器输出相结合。确保 INA901-SP 的设计范围保持在 LM193QML-SP 的输入共模规格范围内。
3. 如果电路中需要额外的接地短路保护功能，与输入引脚串联的保险丝可以提供此功能，但电阻器不可用于此目的。在 INA901-SP 的输入引脚上添加电阻器将从根本上改变放大器的增益。然而，内部电阻器的容差会波动高达 30%（这些电阻器会互相匹配，而不是绝对值），因此这种增益变化会因器件而异，不能算是可靠的设计。

设计步骤

1. 满量程范围：确认需要监测的条件的负载范围。应根据输入检测电压允许的最大电流范围（包括过流值）来选择R_SHUNT。另外还要考虑测量下端的偏移电压，以及在 LM193QML-SP 的输入引脚上维持有效的共模电压。采用 INA901-SP 进行设计时，为了实现最佳性能，应确保所选分流器的 I_MIN 条件产生 >20mV 的检测电压，以符合《INA901-SP 耐辐射、–15V 至 65V 共模电压、单向电流分流监控器》数据表 中 V_SENSE 和共模电压作用下的精度范围 部分要求。
2. 增益选项：对于 INA901-SP，只有20V/V 选项可用，因此对于此设计，此条件是固定的。
3. 选择分流电阻器：在给定的设计条件下，使用以下公式来选择合适的分流电阻器。请注意，电源电压要降低 200mV，以确保器件满足摆幅至轨限制。数值来自于之前定义的使用案例：
   

   该设计中选选用分流电阻值10mΩ。请注意，虽然较大的分流电阻器可以提高满量程范围的利用率，但是分流电阻器上的热约束也会随着电阻增大而按比例增加。选择较大的值也会增加过流跳闸点的电压，这可能会对满足 LM193QML-SP 的共模要求造成挑战。

4. 设置过流点：根据 INA901-SP， R_SHUNT 的值现已确定，因此INA901-SP 在过流点处的输出为：
   

   过流条件由 R2 和 R3 之间的分压器针对前面提到的点来设置。选择 R3 的值并计算所需的电阻器 R2。这里 R3 选择为 10kΩ：

   

   请注意，LM193QML-SP 要求在5V电源运行时至少有一个输入为0V 至 3V 之间，以便满足输入共模要求。该 节点保持在恒定 2.2V，满足所有比较值的此项要求。

   通常，计算得出的电阻器值并不是直接与可选的电阻器相对应。在这里，12.73kΩ 并不是标准值，因此选择了最接近的标准值 12kΩ。结合前面的公式可以找到基于电阻器值的实际过流点。

   
5. 偏移误差检查：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。建议的最大偏移误差 eVOS 为 10%。要达到更严格的误差目标，可以减小 eVOS 的值：
   

   该值意味着，当所选分流电阻器的测量电流为 3.5A 时，偏移电压将会对测量产生10% 的误差。

设计仿真

瞬态仿真结果

高侧 OCP 仿真结果

当电流跃迁高于过渡触发点时，首个仿真检查电路的斜升响应。

INA901-SP 过流斜升响应

INA901-SP 过流斜升响应（放大版）

接着，检查电路的延迟响应，阶跃响应在4.0ms表明电路对事件的响应大约晚2.5µs，因此满足延迟响应：

INA901-SP 过流保护阶跃响应

设计参考资料

请观看“TI 精密实验室”的电流检测放大器 系列视频。

对于不太严苛的辐射环境，TI 还提供了 INA240-SEP，该器件在 125°C 时的单粒子闩锁 (SEL) 抗扰度可达 43MeV-cm²/mg。该器件在高达 30krad(Si) 的条件下无 ELDRS，并且每个晶圆批次的电离总剂量 RLAT (TID) 高达 20krad(Si)：