使用运算放大器的过电流保护
保护电路对于任何电子设计的成功都至关重要。在我们之前的保护电路教程中，我们有…
保护电路对于任何电子设计的成功都至关重要。在我们之前保护电路教程我们设计了许多基本的保护电路，可以适应您的电路，即，过电压保护,短路保护,极性反接保护，等等。在本文中，我们将学习如何设计和构建一个简单的使用运算放大器的过电流保护电路.
过电流保护通常用于电源电路中，以限制PSU的输出电流。术语“过电流”是指负载消耗的电流大于电源设备规定容量时的情况。这可能是一种危险的情况，因为过电流情况可能会损坏电源。因此，工程师通常使用过电流保护电路以便在这种故障情况下切断负载与电源的连接，从而保护负载和电源。
使用运算放大器的过电流保护
过电流保护电路有多种类型；电路的复杂性取决于保护电路在过电流情况下的反应速度。在这个项目中，我们将使用运算放大器构建一个简单的过电流保护电路，运算放大器是非常常用的，可以很容易地适应您的设计。
我们即将设计的电路将有一个可调过电流阈值还将有一个故障时自动重新启动特色由于这是一个基于运算放大器的过电流保护电路，它将有一个运算放大器作为驱动单元。对于本项目，一个通用运算放大器LM358型使用。在下图中，显示了LM358的引脚图。
如上图所示，在单个IC封装中，我们将有两个运算放大器通道。但是，此项目仅使用一个通道。运算放大器将使用MOSFET切换（断开）输出负载。对于此项目N沟道MOSFET IRF540N使用。如果负载电流大于500mA，建议使用合适的MOSFET散热器。然而，对于这个项目，MOSFET是在没有散热器的情况下使用的。下图是IRF540N引脚图.
为了给运算放大器和电路供电LM7809线性电压调节器使用。这是一款9V 1A线性电压调节器，具有宽输入额定电压。引脚可以在下图中看到
所需材料：
所需组件列表过电流保护 环行如下所示。
- 面包板
- 电源12V（最低）或根据需要的电压。
- LM358型
- 100uF 25伏
- 国际货币基金组织540n
- 散热器（根据应用要求）
- 50k微调壶。
- 1k电阻器，公差为1%
- 1Meg电阻器
- 100k电阻器，公差为1%。
- 1欧姆电阻器，2W（最大负载电流为1.25A的2W）
- 面包板用电线
过电流保护电路
一个简单的过电流保护电路可以通过使用运算放大器来感测过电流来设计，并且基于该结果，我们可以驱动Mosfet来断开/连接负载与电源。相同的电路图很简单，可以在下图中看到
过电流保护电路工作
从电路图中可以看出，MOSFET IRF540N用于在正常和过载条件但是在关闭负载之前，检测负载电流是至关重要的。这是通过使用分流电阻器R1，是一个额定功率为2瓦的1欧姆分流电阻器。这种测量电流的方法被称为分流电阻器电流传感，您也可以查看其他电流传感方法其也可以用于检测过电流。
在MOSFET的导通状态期间，负载电流通过MOSFET的漏极流到源极，最后通过分流电阻器流到GND。根据负载电流的不同，分流电阻器会产生电压降，可以使用欧姆定律因此，让我们假设，对于1A的电流（负载电流），分流电阻器两端的电压降为1V，V=I x R（V=1A x 1欧姆）。因此，如果使用运算放大器将这个下降电压与预定义的电压进行比较，我们可以检测过电流并且改变MOSFET的状态以切断负载。
运算放大器通常用于执行加法、减法、乘法等数学运算。因此，在该电路中，运算放大器LM358被配置为比较器根据示意图，比较器比较两个值。第一个是分流电阻器两端的压降，另一个是使用可变电阻器或电位计RV1的预定义电压（参考电压）。RV1作为分压器通过比较器的反相端子感测分流电阻器两端的压降，并将其与连接在运算放大器的非反相端子中的电压基准进行比较。
因此，如果感测到的电压小于参考电压，比较器将在输出端产生接近比较器VCC的正电压。但是，如果感测到的电压大于参考电压，比较器将在输出两端产生负电源电压（负电源连接在GND两端，因此在这种情况下为0V）。该电压足以接通或断开MOSFET。
处理瞬态响应/稳定性问题
但是，当高负载将与电源断开时，瞬态变化将在比较器上产生一个线性区域，这将产生一个比较器无法正确打开或关闭负载的回路运算放大器将变得不稳定例如，假设1A是使用电位计设置的，用于将MOSFET触发到OFF状态。因此，可变电阻器被设置为1V输出。在这种情况下，当比较器检测到分流电阻器两端的电压降为1.01V（此电压取决于运算放大器或比较器的精度和其他因素）时，比较器将断开负载。瞬态变化当高负载突然从电源单元断开时发生，并且这种瞬态增加了参考电压，这导致比较器两端的不良结果并迫使其在线性区域中操作。
克服这个问题的最佳方法是在比较器两端使用稳定的功率，其中瞬态变化不会影响比较器的输入电压和参考电压。不仅如此，还需要在比较器中添加额外的方法滞后。在该电路中，这是通过线性调节器LM7809和使用磁滞电阻器R4，100k电阻。LM7809在比较器两端提供适当的电压，使得电源线两端的瞬态变化不会影响比较器。C1，100uF电容器用于对输出电压进行滤波。
磁滞电阻器R4将输入的一小部分馈送到运算放大器的输出端，这在比较器改变其输出状态的低阈值（0.99V）和高阈值（1.01V）之间产生电压间隙。如果满足阈值点，比较器不会立即改变状态，相反，为了将状态从高变为低，感测的电压电平需要低于低阈值（例如0.97V而不是0.99V），或者为了将状态由低变为高，感应电压需要高于高阈值（1.03而不是1.01）。这将提高比较器的稳定性并减少误跳闸。除了该电阻器之外，R2和R3用于控制栅极。R3是MOSFET的栅极下拉电阻器。
过电流保护电路测试
电路在试验板中构建，并使用台式电源和可变直流负载进行测试。
对电路进行了测试，并观察到输出在可变电阻器设置的不同值下成功断开。本页底部提供的视频显示了过电流保护试验在行动中。
过电流保护设计技巧
- 钢筋混凝土缓冲电路跨输出可以改善EMI。
- 更大的散热器和特定的MOSFET可以用于所需的应用。
- 构造良好的PCB将提高电路的稳定性。
- 分流电阻器的瓦数需要根据功率定律进行调整（P=I2.R） 取决于负载电流。
- 以毫欧姆为单位的极低值电阻器可用于小型封装，但电压降较小。为了补偿电压降，可以使用具有适当增益的附加放大器。
- 建议使用专用电流感测放大器来解决精确的电流感测相关问题。
希望你理解本教程，并喜欢从中学习一些有用的东西。如果你有任何问题，请在评论区留下，或使用论坛回答其他技术问题。