电源电路中常采用过流保护来限制电源的输出电流。术语“@过流”是指负载上的电流超过电源限制。这是一种非常危险的情况，很可能会造成电源的损坏。因此，工程师经常使用过流保护电路来断开负载与电源的连接，从而保护两者。

使用运算放大器创建过流保护

#过流保护电路#的类型有很多种，电路的复杂程度取决于过流时保护电路的反应速度。这里我们介绍一下使用运放的过流保护电路。 

该设计增加了可调节的过流阈值，以及故障时的自动重启功能。因为这是一个基于运放的过流保护电路，所以我们增加了一个运放作为驱动器，这里使用的是常见的LM358。下图为LM358的引脚图。

从上图可以看出，该IC中有两个运放通道。然而，我们只需要使用其中之一。运放需要通过MOSFET关闭（断开）输出负载。这里我们使用N沟道MOSFET IRF540N。如果负载电流大于500mA，建议使用合适的MOSFET散热器。以下是IRF540N的引脚图。

为了给#运算放大器#和电路供电，还使用了LM7809线性稳压器。这是一款具有宽输入电压范围的 9V 和 1A 线性稳压器。引脚图如下。

所需组件

• 至少12V电源
• LM358
• IRF540N
• 100uf/25V电容
• 散热器
• 50kΩ电位器
• 精度为 1% 的 1kΩ 和 100kΩ 电阻器
• 1MΩ电阻
• 1Ω分流电阻，额定功率2W

过流保护电路

过流保护电路的设计思路如下。运算放大器检测电路是否过流，并根据结果驱动MOSFET来连接/断开负载与电源。电路图如下。

从上面的电路图可以看出，MOSFET IRF540N在正常和过流情况下控制负载的接通和关断。但在断开负载之前，检测负载电流很重要。 1Ω、2W的分流电阻R1用于检测电流。测量电流的方法称为分流电阻电流检测。

当MOSFET导通时，负载电流从MOSFET的漏极流向源极，最后通过分流电阻流向GND。根据负载电流，分流电阻会产生电压降，因此我们可以使用欧姆定律来计算。假设负载电流为 1A，则分流电阻两端的压降为 1V。因为V=I x R，所以在使用运放时，我们可以通过将该电压与预设电压进行比较来检测过流并改变MOSFET的状态以切断负载。

运算放大器通常用于数学运算，例如加法、减法和乘法。然而，在该电路中，LM358被配置为比较器。从图中可以看出，比较器比较的是两个值的大小。第一个值是分流电阻之间压降的大小，第二个值是可调电阻或电位器RV1产生的预设电压（参考电压）。 RV1的功能是分压器。分流电阻之间的压降被引导到比较器的反向引脚，参考电压连接到比较器的同向引脚。

因此，如果感应电压小于参考电压，比较器将在输出端产生正电压（接近比较器的VCC），否则，将产生负电压（接地，因此这里为0V）。所以，该电压足以控制MOSFET的开关。

处理瞬态响应/稳定性问题

然而，当大负载与电源断开时，瞬时变化会在比较器上产生线性区间，从而导致比较器无法正常切换负载的周期，运放变得不稳定。例如，假设使用电位器设置 1A 作为关断 MOSFET 的阈值。此时比较器检测到分流电阻之间的压降为1.01V，比较器将断开负载。瞬态响应增加了参考电压，迫使比较器在线性范围内工作。

解决这个问题的最好方法是在比较器上使用稳定的电源，这样瞬态变化就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迟滞。在该电路中，我们使用线性稳压器LM7809和100kΩ的迟滞电阻R4。 LM7809位比较器提供合理的电压，使得电源线上的瞬态变化不会影响比较器。 100uF的电容C1用于对输出电压进行滤波。

迟滞电阻 R4 将一小部分输入引至运算放大器的输出，从而在低阈值 (0.99V) 和高阈值 (1.01V) 之间产生电压差。这样，比较器在达到阈值后不会立即改变状态。不仅如此，要使状态从高到低，检测电压应低于低阈值（例如0.97V而不是0.99V），而从低到高，检测电压应高于高阈值。阈值（例如 1.03 而不是 1.01）。这将提高比较器的稳定性并减少误报。 R2和R3用于控制MOSFET栅极，R3是MOSFET栅极下拉电阻。

设计建议

(1)输出端的RC缓冲电路可有效改善EMI性能。

(2)在特殊情况下，可以使用更大的散热器和特定的MOSFET。

(3) 完美的PCB板可以提高电路的稳定性。

(4) 分流电阻的额定功率需要根据幂律和负载电流进行调整。

(5) 对于小型封装，可采用mΩ级低阻值电阻，但压降会有所降低。为了补偿电压降，可以添加具有合适增益的放大器。

(6) 如果要提高电流检测精度，建议使用独立的电流检测放大器。