本文将介绍一个应用于低电压电路保护，具备快速反应能力的简易过电流侦测电路。和因电压过低造成较长启动延迟的专用热切换（hot-swap）式控制器不同的是，这个电路可以在输入电压超过2.7V的150μs后立即提供保护，同时也可以透过外部P信道切换开关的闸极电压限制在电源启动时带来冲入电流限制功能。

(图一)显示了这个闩锁式过电流错误侦测电路的完整电路图，在加上电源后，比较器输出COUT接近0V，由Q2与Q3所形成的非反向缓冲器可以确保超低导通电阻、低临界电压P信道功率MOSFET Q1的闸极完全强化，流入负载的电流则透过高电压端的电流感测放大器加以测量，将电流感测电阻RSENSE上的小幅度电压值转换成OUT接脚上经调整的对地参考电压输出，这个正比于负载电流的电压更进一步经过闩锁式非反向比较器的输入端调整控制。

当负载电流超过R1与R2接点的临界电压时，比较器会改变状态，造成输出电压经过R3拉升到高电压，当闸源极电压下滑到低于闸极临界点时，P信道MOSFET将会关闭，而非反向缓冲器Q2～Q3则可以确保Q1闸极足够的充放电电流，带来快速的切换反应。

《图一 整合电流感测放大器、闩锁式比较器以及参考电路形成一个快速反应低电压过电流保护电路。》

组件的选择

控制器

MAX4373是能够以3.3V电源运作，应用在快速响应电流闩锁式限流侦测电路的控制器。MAX4373整合了形成这类电路的所有组件，包括高共模差动电压侦测器、参考电路以及可以低电压信号重置的闩锁式比较器，启动延迟大约为加上VCC电源后的500μs，比较器本身的传递延迟则为4μs。

电流感测电阻

在选择能够确保取得最佳增益精确度（通常在1％～1.5％)的感测电阻值时，对20与50倍增益范围（MAX4373的T与F版本）内的额定电流压降应该位在75mV到100mV间。

《公式一》

《公式二》

另一方面，输出的动态范围也是相当重要的考虑，应该将相对于动作/侦测电流的标准输出电压安排在电源电压的50％处，请注意VOUT的最大值为低于VCC电源电压250mV，因此对VCC＝＋3.3V的情况，VOUT的标准值应该接近1.4V，在这个例子中，具备20倍增益的MAX4373（T版本）适合搭配70mV的感测电压。

而对于这个应用所使用的15A感测电流，RSENSE＝4.6m可以产生约70mV的VSENSE感测电压，选择最接近的4.7mΩ电阻值，Tyco-Meggitt的RL73H F型的误差容忍度约为±1％。

临界电流

在设定完电流侦测放大器后，应该安排比较器来提供适合用于关闭串行功率切换开关的切换输出电压。可利用一个电阻式分压电路将电流感测放大器的输出连接到比较器的正输入端，如果要进行切换，比较器的正输入端电压必须要高于内部设定的600mV标准临界电压值（580mV到618mV）。

《公式三》

在电流感测放大器的标准输出电压下，流经R1与R2的电流必须大于150nA并小于500μA，比较器输出可以吸入1mA电流，饱和电压最高为600mV，闸极提升电阻R3可以由以下的方程序算出：

《公式四》

功率切换开关

外接P信道MOSFET的选择以尖峰电流、导通电阻以与门极电压做为主要评选规格，接着是组件的包装，导通电阻在选择上必须让额定电流下的压降接近电流感测电压，这个值可以在感测电阻与MOSFET上产生差不多的功率耗损。

由Siliconix所提供的Si7485DP MOSFET在VGS＝－2.5V时拥有最高9mΩ的导通电阻，这个20V的P信道组件因为可以在低输入电压运作而受到采用，最糟情况下的持续功率耗损为：

《公式五》

在15A负载电流与9mΩ导通电阻的情况下，Si7485DP以高于环境40℃到50℃的温度运作，因此会依最后应用的需要加入散热机制。

在这个例子中，功率切换开关的闸极电荷规格大约为60nC，如果需要快速的反应，这个值就超过R3以及低耗电比较器输出的推动能力，因此需要一个闸极驱动缓冲电路，如以上所描述，Q2和Q3形成了一个提供Q1闸级足够双极电流增益的互补式射极跟随驱动电路，晶体管在选择上以在500mA到1A的中等闸极电流下具备良好直流表现为基准，较合适的选择包括Zetex的FZT688B（npn型）与FZT788B（pnp型），两款组件都采用SOT223包装。

《公式六》

运作

容忍误差

所感测的真正电流值会受到下列组件的误差值影响：

忽略感测电压容忍误差，整体电流感测容忍误差接近±10.8％，详细限制可以透过下列方程序算出：

《公式七》

虽然在R1与R2上采用±0.1％容忍误差值的电阻可以降低部分的误差限制（约±1％），但所增加的额外成本可能不会被终端应用所接受。

关闭动作的瞬时响应

快速对错误响应进行反应并立即切断电流的动作是一个关键的要求，不过电源接脚分布电感中尚存的能量还是可能会产生造成破坏性的高电压突波，虽然部分能量可以藉由负载电源的分布电容加以吸收，但还是可能需要一个快速反应的过电压截波电路来保护MAX4373不受28V或更高瞬时电压的破坏。

《图二 图一中电路的测试结果显示反应时间约为2μs。》

P-Si的直线偏亮度异方特性

图一中电路的测试结果显示反应时间约为2μs。

在输入端，也就是图一中的VIN加入电流探棒来监测负载电流，负载电流会持续升高直到达到临界点并触发电路，反应时间大约为2μs，如(图二)。