在電子電路設(shè)計(jì)中，保護(hù)電路是確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分。過(guò)流保護(hù)作為其中關(guān)鍵的一環(huán)，在電源電路中起著限制輸出電流、防止設(shè)備損壞的重要作用?！斑^(guò)流” 指的是負(fù)載吸收的電流超過(guò)電源單元規(guī)定能力的情況，這可能會(huì)對(duì)電源造成損壞，因此工程師通常會(huì)采用過(guò)流保護(hù)電路在故障發(fā)生時(shí)切斷負(fù)載與電源的連接，從而保護(hù)負(fù)載和電源。本文將詳細(xì)介紹一種基于通用運(yùn)算放大器 LM358 構(gòu)建的簡(jiǎn)單過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)。

1. 運(yùn)算放大器 LM358

本設(shè)計(jì)的過(guò)流保護(hù)電路具有可調(diào)節(jié)的過(guò)流閾值和故障自動(dòng)重啟功能。選擇通用運(yùn)算放大器 LM358 作為驅(qū)動(dòng)單元，其在單個(gè) IC 封裝內(nèi)包含兩個(gè)運(yùn)算放大器通道，但本設(shè)計(jì)僅使用其中一個(gè)通道。運(yùn)算放大器將通過(guò) N 溝道 MOSFET IRF540N 來(lái)切換（斷開(kāi)）輸出負(fù)載。當(dāng)負(fù)載電流大于 500mA 時(shí)，建議使用合適的 MOSFET 散熱器，但本設(shè)計(jì)中未使用散熱器。同時(shí)，為了給運(yùn)算放大器和電路供電，采用了具有寬輸入電壓額定值的 9V 1A 線性穩(wěn)壓器 LM7809。

2. 設(shè)計(jì)所需材料

過(guò)流保護(hù)電路所需的組件包括面包板、12V（）電源或根據(jù)電壓要求的電源、LM358、100uF 25V 電容、IRF540N、散熱器（根據(jù)應(yīng)用要求）、50k 修剪鍋、具有 1% 容差的 1k 電阻器、1Meg 電阻、具有 1% 容差的 100k 電阻器、1ohms 電阻（2W， 1.25A 負(fù)載電流）以及面包板用電線。

3. 過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)

通過(guò)使用運(yùn)算放大器感測(cè)過(guò)電流，并根據(jù)結(jié)果驅(qū)動(dòng) Mosfet 斷開(kāi) / 連接負(fù)載與電源，可設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的過(guò)流保護(hù)電路。MOSFET IRF540N 用于在正常和過(guò)載條件下控制負(fù)載的開(kāi)啟或關(guān)閉。檢測(cè)負(fù)載電流通過(guò)分流電阻器 R1 完成，它是一個(gè) 1 歐姆、額定功率為 2 瓦的分流電阻器，這種測(cè)量電流的方法稱為分流電阻電流檢測(cè)。

在 MOSFET 導(dǎo)通狀態(tài)下，負(fù)載電流流經(jīng) MOSFET 的漏極至源極，通過(guò)分流電阻流至 GND。根據(jù)負(fù)載電流，分流電阻會(huì)產(chǎn)生電壓降，可使用歐姆定律計(jì)算。將此壓降與使用運(yùn)算放大器的預(yù)定義電壓進(jìn)行比較，即可檢測(cè)過(guò)流并改變 MOSFET 的狀態(tài)以切斷負(fù)載。

運(yùn)算放大器 LM358 在該電路中被配置為比較器，比較分流電阻器兩端的壓降與使用可變電阻器或電位計(jì) RV1 的預(yù)定義電壓（參考電壓）。如果檢測(cè)到的電壓小于參考電壓，比較器將在輸出端產(chǎn)生接近比較器 VCC 的正電壓；如果感測(cè)電壓大于參考電壓，比較器將在輸出兩端產(chǎn)生負(fù)電源電壓（在本電路中為 0V），該電壓足以打開(kāi)或關(guān)閉 MOSFET。

4. 處理瞬態(tài)響應(yīng) / 穩(wěn)定性問(wèn)題

當(dāng)高負(fù)載與電源斷開(kāi)時(shí)，瞬態(tài)變化會(huì)在比較器上形成線性區(qū)域，導(dǎo)致比較器無(wú)法正確打開(kāi)或關(guān)閉負(fù)載，運(yùn)算放大器變得不穩(wěn)定。為克服此問(wèn)題，采用了在比較器兩端使用穩(wěn)定電源和添加滯后的方法。通過(guò)線性穩(wěn)壓器 LM7809 為比較器提供適當(dāng)電壓，使電源線上的瞬態(tài)變化不影響比較器；同時(shí)使用遲滯電阻器 R4（一個(gè) 100k 電阻器）在低閾值和高閾值之間產(chǎn)生電壓間隙，增加比較器的穩(wěn)定性并減少誤跳閘。

5. 過(guò)流保護(hù)電路測(cè)試

該電路構(gòu)建在面包板上，并使用臺(tái)式電源和可變直流負(fù)載進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，輸出在可變電阻器設(shè)置的不同值下成功斷開(kāi)。

6. 過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)技巧

• 輸出端的 RC 緩沖電路可以改善 EMI。
• 可根據(jù)所需應(yīng)用選擇更大的散熱器和特定的 MOSFET。
• 結(jié)構(gòu)良好的 PCB 將提高電路的穩(wěn)定性。
• 需要根據(jù)負(fù)載電流根據(jù)冪律 (P = I2R) 調(diào)整分流電阻器瓦數(shù)。
• 毫歐額定值的極低值電阻器可用于小型封裝，但壓降會(huì)更小，可使用具有適當(dāng)增益的附加放大器進(jìn)行補(bǔ)償。
• 建議使用專用電流檢測(cè)放大器來(lái)解決準(zhǔn)確的電流檢測(cè)相關(guān)問(wèn)題。