3、过流检测电路设计：采样电阻选型、电流检测放大器、比较器电路设计
过流检测电路，说白了就是给电源系统装一个「疼痛神经」。电流一旦超标，它得立刻喊停。我见过太多板子烧了才想起来加保护，那代价可不小。
这一节我们拆成三个部分来讲：采样电阻怎么选、电流检测放大器怎么用、比较器电路怎么搭。三者串起来，就是一条完整的过流检测链路。
3.1 采样电阻选型——别小看这颗小电阻
采样电阻是过流检测的「第一道关口」。电流流过它，产生一个微小压降，后面所有电路都靠这个压降吃饭。选不好，后面再好的放大器也白搭。
阻值怎么定？
阻值太小，压降信号被噪声淹没；阻值太大，自身功耗和压降影响系统效率。我一般遵循一个原则：满量程时采样电阻上的压降控制在 50mV ~ 100mV。举个例子，最大负载电流 10A，选 5mΩ 电阻，满量程压降就是 50mV。这个量级，大多数电流检测放大器都能处理得不错。
功率额定值——这个坑我踩过
我曾经在一个 48V/20A 的电源项目里，选了 3mΩ/1W 的采样电阻。算下来满功率时电阻自身功耗才 1.2W，心想 1W 的电阻超一点没事。结果连续跑老化测试，电阻直接开路了——温度太高，焊点都熔了。
从那以后，我给自己定了个规矩：采样电阻的额定功率至少是实际功耗的 1.5 倍，最好 2 倍。上面那个例子，实际功耗 1.2W，我会选 2W 或 3W 的电阻。
| 参数 | 推荐范围 | 我的经验值 |
|---|---|---|
| 阻值 | 0.5mΩ ~ 50mΩ | 5mΩ（10A 级） |
| 额定功率 | ≥ 1.5× 实际功耗 | 2× 更安全 |
| 温漂（TCR） | ≤ 50 ppm/°C | 25 ppm/°C 以下 |
| 封装 | 2512 / 4527 | 优先 4527（散热好） |
温漂——看不见的误差源
采样电阻的温漂（TCR）直接影响保护精度。普通厚膜电阻 TCR 能做到 ±100 ppm/°C，但温度从 25°C 升到 125°C，阻值可能漂了 1%。对于 50mV 的满量程信号，这就是 0.5mV 的误差——比较器阈值稍微设得紧一点，就可能误触发。
我个人的建议：过流保护精度要求 ±5% 以内的，选 TCR ≤ 25 ppm/°C 的金属合金电阻。贵是贵一点，但省心。
3.2 电流检测放大器——把微小信号放大到可用级别
采样电阻上的压降只有几十毫伏，MCU 的 ADC 或者比较器直接读这个信号，精度很差。所以需要一级放大器，把这个信号放大到 1V ~ 3V 的量级。
选型三要素：增益、共模电压范围、带宽
- 增益： 我常用 50 倍或 100 倍。50mV 放大 50 倍 = 2.5V，刚好在 3.3V ADC 的满量程附近。增益太高容易饱和，太低浪费分辨率。
- 共模电压范围： 这是最容易忽略的。如果你的采样电阻在高端（比如 48V 母线正端），放大器的共模输入范围必须覆盖 48V。很多通用运放共模只能到 VCC-1.5V，根本不能用。这时候得选专门的高边电流检测放大器，比如 INA240、MAX4372 这类。
- 带宽： 过流保护不需要太高的带宽，但也不能太慢。我一般选 100kHz ~ 1MHz 的增益带宽积。太慢的话，短路发生时放大器还没反应过来，MOSFET 已经烧了。
实际电路怎么搭？
以 INA240A1 为例，增益 20V/V。采样电阻 5mΩ，满量程 10A 时压降 50mV，输出就是 1.0V。这个电压送到比较器，跟阈值电压比较。电路非常简单：
// 伪代码：INA240 输出计算
V_sense = I_load * R_sense; // 50mV @ 10A
V_out = V_sense * Gain; // 1.0V @ Gain=20
V_th = V_out_at_overcurrent; // 比如 0.8V 对应 8A 保护点注意输出端要加一个 RC 滤波，时间常数 1μs ~ 10μs，滤掉开关噪声。我习惯用 1kΩ + 10nF，截止频率约 16kHz，够用。
3.3 比较器电路设计——阈值、迟滞与响应速度
比较器是过流保护的「判决官」。放大器送来的信号，跟预设阈值一比较，高了就拉故障信号。
阈值怎么设？
阈值电压由电阻分压器设定。假设保护电流 8A，采样电阻 5mΩ，放大器增益 20，那么比较器阈值就是：
V_th = 8A × 0.005Ω × 20 = 0.8V
用两个电阻从 3.3V 分压得到 0.8V，R1:R2 ≈ 3.125:1。我一般选 R1=10kΩ，R2=3.3kΩ，实际分压 0.82V，稍微留点余量。
迟滞——不加迟滞会怎样？
我告诉你，不加迟滞的比较器，在阈值附近会反复跳变。负载电流稍微波动一下，保护就频繁触发、恢复、再触发。MOSFET 和电感都在那里「抖」，噪声大、发热大，搞不好还会烧。
加迟滞的方法很简单：在比较器正输入端和输出端之间跨接一个正反馈电阻。阻值大小决定迟滞窗口宽度。我一般设 10mV ~ 30mV 的迟滞，够用又不影响保护精度。
响应速度——越快越好吗？
不一定。比较器的传播延迟通常在几十纳秒到几百纳秒。对于过流保护，1μs 以内的响应时间完全够用。太快反而容易受噪声干扰。我常用的 LM393 传播延迟约 1.3μs，配合 RC 滤波，整体响应在 2μs ~ 3μs，保护 MOSFET 绰绰有余。
如果你做的是 GaN 或 SiC 的高速电源，开关频率 1MHz 以上，那得选高速比较器，比如 TLV3501（4.5ns 延迟）。但普通 MOSFET 电源，LM393 或 TLV1701 就很好用。
3.4 完整电路示例——把三部分串起来
下面是一个完整的过流检测电路结构，采样电阻 + INA240 + LM393：
负载电流 → [5mΩ 采样电阻] → 差分电压 50mV
→ [INA240 (G=20)] → 输出电压 1.0V
→ [RC 滤波 1kΩ+10nF] → 滤波后信号
→ [LM393 同相端] → 与阈值 0.8V 比较
→ 输出故障信号 → PWM 关断