在电子电路设计中，保护电路是确保系统稳定运行的重要组成部分。过流保护作为其中关键的一环，在电源电路中起着限制输出电流、防止设备损坏的重要作用。“过流” 指的是负载吸收的电流超过电源单元规定能力的情况，这可能会对电源造成损坏，因此工程师通常会采用过流保护电路在故障发生时切断负载与电源的连接，从而保护负载和电源。本文将详细介绍一种基于通用 LM358 构建的简单过流保护电路设计。

1. 运算 LM358

本设计的过流保护电路具有可调节的过流阈值和故障自动重启功能。选择通用运算放大器 LM358 作为驱动单元，其在单个 IC 封装内包含两个运算放大器通道，但本设计仅使用其中一个通道。运算放大器将通过 N 沟道 MOSFET IRF540N 来切换（断开）输出负载。当负载电流大于 500mA 时，建议使用合适的 MOSFET 散热器，但本设计中未使用散热器。同时，为了给运算放大器和电路供电，采用了具有宽输入电压额定值的 9V 1A 线性稳压器 LM7809。

2. 设计所需材料

过流保护电路所需的组件包括面包板、12V（）电源或根据电压要求的电源、LM358、100uF 25V 电容、IRF540N、散热器（根据应用要求）、50k 修剪锅、具有 1% 容差的 1k 、1Meg 电阻、具有 1% 容差的 100k 电阻器、1ohms 电阻（2W， 1.25A 负载电流）以及面包板用电线。

3. 过流保护电路设计

通过使用运算放大器感测过电流，并根据结果驱动 Mosfet 断开 / 连接负载与电源，可设计出简单的过流保护电路。MOSFET IRF540N 用于在正常和过载条件下控制负载的开启或关闭。检测负载电流通过分流电阻器 R1 完成，它是一个 1 欧姆、额定功率为 2 瓦的分流电阻器，这种测量电流的方法称为分流电阻电流检测。

在 MOSFET 导通状态下，负载电流流经 MOSFET 的漏极至源极，通过分流电阻流至 GND。根据负载电流，分流电阻会产生电压降，可使用欧姆定律计算。将此压降与使用运算放大器的预定义电压进行比较，即可检测过流并改变 MOSFET 的状态以切断负载。

运算放大器 LM358 在该电路中被配置为比较器，比较分流电阻器两端的压降与使用可变电阻器或电位计 RV1 的预定义电压（参考电压）。如果检测到的电压小于参考电压，比较器将在输出端产生接近比较器 VCC 的正电压；如果感测电压大于参考电压，比较器将在输出两端产生负电源电压（在本电路中为 0V），该电压足以打开或关闭 MOSFET。

4. 处理瞬态响应 / 稳定性问题

当高负载与电源断开时，瞬态变化会在比较器上形成线性区域，导致比较器无法正确打开或关闭负载，运算放大器变得不稳定。为克服此问题，采用了在比较器两端使用稳定电源和添加滞后的方法。通过线性稳压器 LM7809 为比较器提供适当电压，使上的瞬态变化不影响比较器；同时使用迟滞电阻器 R4（一个 100k 电阻器）在低阈值和高阈值之间产生电压间隙，增加比较器的稳定性并减少误跳闸。

5. 过流保护电路测试

该电路构建在面包板上，并使用台式电源和可变直流负载进行测试。测试结果表明，输出在可变电阻器设置的不同值下成功断开。

6. 过流保护设计技巧

• 输出端的 RC 缓冲电路可以改善 EMI。
• 可根据所需应用选择更大的散热器和特定的 MOSFET。
• 结构良好的 PCB 将提高电路的稳定性。
• 需要根据负载电流根据幂律 (P = I2R) 调整分流电阻器瓦数。
• 毫欧额定值的极低值电阻器可用于小型封装，但压降会更小，可使用具有适当增益的附加放大器进行补偿。
• 建议使用专用电流检测放大器来解决准确的电流检测相关问题。