本文介绍一种输出电流可限制的负载开关设计。输出电流的限制值可设定，着发生超过设定的限制值时有两种不同的情况；输出电流略小于限制的电流；输出无电流，并锁存（需要关断电源后，消除过流故障，重新启动）。这种负载开关也称为有过流保护的负载开关。
要限制负载开关输出电流的值，则需在电路中设置电流检测电路，这里先介绍一种电流检测器件，这就是PT7M6101。
PT7M6101简介
PT7M6101是一种超低压电压检测器，这里用来作电流检测用。这里采用的是若输入电压超过内部阈值电压时，输出为高电平的，并且采用封装为SOT23-5的，其型号的后缀为CHTA（其中CH表示：超过阈值输出高电平；TA表示：SOT23-5封装）。
1.PT7M6101CHTA的工作原理
该器件的工作原理如上图所示。它由电压比较器、基准电压源(lOOmV)及两个反相器组成。被检测的电压从IN端输入，若输入的检测电压小于100mV时，比较器输出低电平，经两级反相器后}有驱动器作用），OUT端输出低电平；若输入电压高于lOOmV时，比较器输出高电平，经两级反相器后，OUT端输出高电平。
该器件的输入及输出特性如上图所示。被检测的电压从小于l00mV逐渐上升到lOOmV时，输出电压Vour为低电平（小于0.2VCC）；一旦超过lOOmV(阈值电压)时，输出VOUT跃变为高电平(大干0.8Vcc)；当被检测电压从大于100mV降到lOOmV时，由于比较器有lOmV的滞后电压，VOUT输出仍为高电平，一直到VIN降到90mV时，VOUT才输出低电平。这样的设计可防止输入被检测的电压中有纹波电压时，会在lOOmV附近产生输出振荡。
2、应用电路
应用电路如上图所示。负载RL由VDD供电，其负载电流为IL。在负载电阻RL下面接一个电流检测电阻Rs，当IL流过Rs时产生一个电压降VRS，这个VRS输入电压检测器。若VDD～RL正常，IL也正常，VRS＜100mV，VOUT输出为低电平。着VDD电压增加（电源的调整管短路）或RL内部有局部短路使IL增大而超过设定的限制电流，则在Rs上的电压大于lOOmV，使VOUT输出变成高电平。就利用这低电平跃变为高电平控制输出电流。
从上图可以看出：通过Rs检测电流，则电压检测器实质上成为了电流检测器。
引脚排列及主要参数
PT7M6101CHTA的引脚排列如下图所示。
其主要参数为：IN端输入电压范围为0.9～5.5V；静态电流不超过25μA，100mV的阈值电压精度为±3%；OUT端输出低电平时小于0.2Vcc；输出高电平时大予0.8Vcc，工作温度范围-40℃～-85℃。
过流有输出的负载开关采用PT7M6101有过流有输出的负载开关结构框图如下图所示。图中IC为PT7M61010由于它的工作电压要求低于5.5V，所以在VIN电压高于5.5V时要在IC供电电路中加一个稳压二极发VZ，使IC的电源电压在4～5V左右。VT1、VT2用作两个开关，要使P-MOSFET导通，在ON端加逻辑高电平，使VT1导通；在未过流时，IC输出逻辑低电平，要使VT2导通，则需加一反相器，其输出的高电平使VT2导通。
在发生过流时（过流的阈值电流由用户设定），IC输出高电平，经反相后，后相器输出低电平，VT2截止。一旦VT2截止，P-MOSFET马上关断，VOUT=OV，Vs端电压为零，IC输出低电平，经反相器后输出高电平，又使VT2导通，这样就产生振荡，如下图所示。使输出电流的平均值低于阈值电流。
按照这一设计思路。设计的电路如下图所示。
上图是为输入电压VIN=9V设计的。在IC的电源电路中串接了两个白光LED作降压（实测LED的VF为2.6V），则供IC的电压为3.8V（由于IC耗电极小，实际IC的VCC＞4V）。
反相器由VT3组成。在输出端增加了一个输出电容COUT，它的目的是超滤波作用，过流后，使输出电压平稳，如下图所示。过流时，输出电压有一定的纹波电压。纹波电压大小与输出电容大小及限制电流值有关。由于产生了过流状态是由于故障造成的，是非正常工作状态，所以有一些纹波电压也不碍事。即在一旦发生超过设定的阈值电流，则Vour仍有输出，其输出电流略小于设定的阈值电流，并且有一些纹波电压。
阈值电流的设定
阈值电流的大小取决于电流检测电阻Rs的大小，其Rs=100(mV)/IUM(A)。
式中IUM为限制的阈值电流。ILIM的单位取A，则Rs的单位为mΩ。
例如，ILIM设定为4A(正常工作电流为2.5-3A)，则Rs=100mN4A=25mΩ，其功耗
可取24mQ或27mΩ的。
专用的电流检测电阻的温度系数较小，精度约±1%，这是为满足电流精度制造的，有引线的及贴片式的结构可供选择。不能采用碳膜电阻，它的温度系数大，并且精度差。PT7M6101的降压供电负载开关的输入电压一般为5～18V，若VIN＞9V，供给PT7M6101的电压要采用串接一稳压二极管来降压，如下表所示。
电容器C1的作用
电容器Cl是滤去Vs上高频噪声电压，以免去噪声电压时电流检测产生的干扰。C1一般取100～200pF，采用多层陶瓷电容（贴层式）。它具有良好的性能及极小的封装尺寸。
过流信号的输出电路
在发生过流状态后，电路上可增加一个反相器组成过流信号输出电路，如图9所示。输出的方波信号可与5V供电的微处理器I/O口接口，告知μP有过流情况发生，微处理器可输出告警信号（声和光）或切断该负载开关。
过流无输出的负载开关
一种过流后无输出的负载开关的电路如图10所示。图10与图7主要区别是在出现过流时PT7M6101输出的高电平驱动VT2，使继电器J吸合（常闭触头J-l断开、常开触头闭合），这使得P-MOSFET的栅极不再接地，-VGS=O，P-MOSFET截止，负载开关关断：与此同时常开触头的闭合使继电器自保（继电器保持吸合状态）。虽然说P-MOSFET的断开，使Vs=OV，IC输出为低电平，VT2截止。但由于有COUT及C2的储能功能，使继电器在触头转换的时间内VT2仍保持导通，J自保。这样就实现了一但出现过流，输出电压为零，并一直保持为零的状态（输出锁存）。等过流故障排除后，要重新启动（使继电器释放后）才能重新工作。
下图中关键器件是继电器：要求触头转换的时间吸合时间要短。可选择超小型小功率直流电磁继电器。电容COUT及C2是在P-MOSFET截止后，使VT2维持导通到继电器触头转换、自保后才截止。由于不同型号继电器的触头转换时间不同，所以COUT及C2的容量要试后才能确定。
本文关键字：开关 其他电源技术，电源动力技术 - 其他电源技术
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