保护电路对于任何电子设计成功都是至关重要的。在之前的保护电路教程中，我们设计了许多基本的保护电路，可以将它们适配到您的电路中，即过压保护，短路保护，反极性保护等。在本文的电路列表中，我们添加了将学习如何使用Op-Amp设计和构建用于过流保护的简单电路。
电源电路中经常使用过电流保护来限制PSU的输出电流。术语“过电流”是指负载汲取的电流大于电源设备指定功能的情况。这可能是危险的情况，因为过电流情况可能会损坏电源。因此，工程师通常会在这种故障情况下使用过电流保护电路来切断电源的负载，从而保护负载和电源。
使用运算放大器的过电流保护
过电流保护电路的类型很多。电路的复杂程度取决于在过电流情况下保护电路应反应的速度。在该项目中，我们将使用非常常用的运算放大器构建一个简单的过流保护电路，该运算放大器很容易适应您的设计。
我们将要设计的电路将具有可调节的过电流阈值，并且还将具有故障自动重启功能。由于这是一个基于运算放大器的过电流保护电路，因此它将具有一个运算放大器作为驱动单元。对于该项目，使用通用运算放大器LM358。下图显示了LM358的引脚图。
如上图所示，在单个IC封装内，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，使用N沟道MOSFET IRF540N。如果负载电流大于500mA，建议使用适当的MOSFET散热器。但是，对于该项目，使用的MOSFET不带散热器。下图是IRF540N引脚排列图的表示。
为了给运算放大器和电路供电，使用了LM7809线性稳压器。这是一款具有宽输入额定电压的9V 1A线性稳压器。下图中可以看到引脚排列
所需材料：
下面列出了过电流保护 电路所需的组件列表。
- 面包板
- 需要电源12V（最小值）或根据电压。
- LM358
- 100uF 25V
- IRF540N
- 散热器（根据应用要求）
- 50k修剪锅。
- 1k电阻，公差为1％
- 1兆欧电阻
- 100k电阻，公差为1％。
- 1ohms电阻器，2W（最大2W的1.25A负载电流）
- 面包板电线
过电流保护电路
可以通过使用运算放大器来检测过电流来设计一个简单的过电流保护电路，然后根据结果，我们可以驱动Mosfet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下将负载控制为ON或OFF 。但是在关闭负载之前，必须检测负载电流。这是通过使用分流电阻器R1完成的，分流电阻器R1是额定值为2瓦的1欧姆分流电阻器。这种测量电流的方法称为分流电阻器电流感测，您还可以检查其他电流感测方法，这些方法也可以用于检测过电流。
在MOSFET处于导通状态期间，负载电流流经MOSFET的漏极至源极，最后通过分流电阻流至GND。根据负载电流，分流电阻器会产生一个压降，可以使用欧姆定律计算该压降。因此，假设对于1A的电流（负载电流），当V = I x R（V = 1A x 1 Ohm）时，分流电阻两端的压降为1V。因此，如果使用运算放大器将该压降电压与预定电压进行比较，我们可以检测到过电流并更改MOSFET的状态以切断负载。
运算放大器通常用于执行数学运算，如加，减，乘等。因此，在此电路中，运算放大器LM358被配置为比较器。根据原理图，比较器比较两个值。第一个是并联电阻两端的压降，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用作分压器。分流电阻上的压降由比较器的反相端感测，并将其与连接在运算放大器同相端的参考电压进行比较。
因此，如果检测到的电压小于参考电压，则比较器将在输出两端产生一个正电压，该电压接近比较器的VCC。但是，如果感测到的电压大于参考电压，则比较器将在输出两端产生负电源电压（负电源跨接GND，因此为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连接时，瞬态变化将在比较器两端形成一个线性区域，这将形成一个环路，在该环路中，比较器无法正确地将负载切换为ON或OFF，运算放大器将变得不稳定。例如，假设使用电位计将1A设置为触发MOSFET进入截止状态。因此，可变电阻器设置为1V输出。在某种情况下，当比较器检测到分流电阻两端的压降为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 当突然从电源单元上断开高负载时会发生这种情况，这种瞬变会增加参考电压，从而在比较器两端产生不良结果，并迫使其在线性区域内工作。
解决此问题的最佳方法是在比较器两端使用稳定的电源，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其他方法迟滞。在此电路中，这是通过线性稳压器LM7809并使用一个100k的迟滞电阻R4来完成的。LM7809在比较器两端提供适当的电压，因此电源线上的瞬态变化不会影响比较器。在C1中，使用100uF电容器对输出电压进行滤波。
磁滞电阻器R4在运算放大器的输出两端馈入一小部分输入，这会在比较器更改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。如果达到阈值点，比较器不会立即更改状态，而是将状态从高电平更改为低电平，而不是立即更改状态，因此检测到的电压电平必须低于低阈值（例如0.97V而不是0.99V）或将状态从低变为高，检测到的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。除此电阻器外，R2和R3用于控制栅极。R3是MOSFET的栅极下拉电阻。
过电流保护电路测试
该电路在面包板上构建，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，观察到输出已成功地断开，可变电阻设置的不同值使其断开。此页面底部的视频完整演示了实际的过流保护测试。
过电流保护设计技巧
- 输出两端的RC缓冲电路可以改善EMI。
- 较大的散热器和特定的MOSFET可用于所需的应用。
- 构造良好的PCB将提高电路的稳定性。
- 根据负载电流，需要根据功率定律（P = I 2 R）调整并联电阻的功率。
- 毫安额定值的极低值电阻器可用于小型封装，但压降较小。为了补偿电压降，可以使用具有适当增益的附加放大器。
- 建议使用专用的电流检测放大器来解决与电流检测有关的准确问题。
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