以MOSFET实现的极性保护装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种极性保护电路，它用于电源装置中，其中电源（１０１，１０７）经电源电压线连接至负载（１１６，１１７）。该极性保护电路还包括第一保护性半导体开关和第二半导体开关。第一保护性半导体开关是金属氧化物半导体场效应晶体管（１１０），其控制电压是从所述电源电压线经某一连接件而获得。第二半导体开关是晶体管（１１３），它也是从所述电源电压线经某一连接件获得其控制电压。如果电源电压具有错误的极性，第一保护性半导体开关（１１０）被保持在非导通状态。如果例如在电源电压线中在正常操作期间出现短路，这势必改变电流方向，然后晶体管（１１３）使第一保护性半导体开关（１１０）的栅极电荷快速放电，在错误方向中的电流流动被阻止。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为极性保护装置，尤其是涉及一种晶体管控制电路，它能够以尽可能简单和有利的方式实现。电子电路通常要避免错误的极性。极性保护装置的任务是能够使电流只在一个特定的方向流动。可以导致相反方向的电流的原因例如是安装阶段以错误的方式连接的电池或电线。而极性保护装置则阻止电池的短路和元件的损坏。在电池供电线的瞬间短路期间，极性保护装置确保设备操作的安全。如果在电池和负载之间的供电线中出现瞬间短路和低压，与负载并联的电容器将维持加在负载上的电压，工作的极性保护装置阻止反向电流使这些电容器经供电线放电。特别是在远程通信设备中需要极性保护装置，因为在远程通信设备中，即使是瞬间的突变也可以引起操作中的扰动干扰。在极性保护装置中最普通和常用的是二极管。另外众所周知的是采用这样的电子元件作为极性保护装置，它可以被接通和断开。例如晶体管就是这样的元件。在公开号为DE4031288C1的专利公开文献中，一个二极管位于场效应晶体管(FET)的栅极和相对的供电线之间，因此，如果出现错误极性的供电电压，场效应晶体管(FET)的栅极电容可以通过该二极管被放电。因此该公开的文献采用场效应晶体管(FET)作为保护元件，并采用二极管作为其控制电路。也可以在极性保护装置中直接采用二极管。然而，二极管的功率损耗相当大，尤其是在电流较高时。晶体管的有利的特点是其操作可以由一个电信号控制。如果没有栅极电压，则晶体管处于无源、不导通的状态。足够高的正向栅极电压使晶体管进入导通状态，其中尤其是FET的沟道电阻只引起低功耗。在极性保护中，当极性正确时，控制电路使晶体管切换到导通状态，如果极性错误则切换到非导通状态。公开号为US5764465的专利公开文献提出一种电路，其中极性保护装置采用p沟道MOSFET。MOSFET的主要部件可称为漏极、源极和栅极。结合附图说明图1讨论所提出的电路。MOSFET 13连接晶体管12和15。晶体管12的发射极连接供电电压的正端11，其集电极经电阻器17连接供电电压的负端16(接地)。然后这些供电电压11、16连接需要极性保护的装置的电压源。晶体管12的基极连接其集电极。MOSFET 13的漏极(D)连接电源的正端11，并从电源的负端16经电阻器18提供到栅极(G)的电压。MOSFET 13的源极(S)连接电路的输出端22，该输出端经电阻器20接地16。电容器21与电阻器20并联。电阻器19连接晶体管12和15的基极。晶体管15的集电极连接MOSFET 13的栅极(G)。晶体管15的发射极连接MOSFET 13的源极(S)。齐纳二极管14连接在MOSFET 13的源极(S)和晶体管15的集电极之间。在该图中，晶体管12和15构成比较电路。它们被包括在MOSFET的控制电路中，由于它们的作用，通过MOSFET 13的电流在电流方向改变时被阻止。如果MOSFET 13的漏源电压(DS)改变及变负，则晶体管15被触发。这又将使MOSFET13截止。因此在电容器21中基本上维持充电。已知的以MOSFET实现的极性保护装置的问题是控制电路复杂、结构成本高、和/或运行速度慢。例如远程通信设备通常在电池线中采用大电容，如果系统没有有效的极性保护，电池线和电源单元之间的短路将使电容放电。在极性保护装置中的晶体管的控制电路必须能够使晶体管以足够快的方式进入非导通状态，使得电容器没有时间通过短路放电，但维持提供给该设备的电压。本专利技术的目的是借助于MOSFET实现极性保护装置。本专利技术的另一目的是简化MOSFET的控制电路的设计，并确保控制电路的足够快的操作。实现本专利技术的目的，使得MOSFET的栅极电压在出现错误极性时，借助于另一个半导体开关被迅速放电。本专利技术的特征在于独立权利要求中的特征部分中所述内容。本专利技术的其它有利的实施例被提出在从属权利要求中。根据本专利技术，极性保护装置利用具有低沟道电阻的n沟道MOSFET，这就确保晶体管中的功耗最小，例如基本上小于二极管中的功耗。连接负电池线的n沟道MOSFET被控制，使得控制电压被从正电源电压线经一电阻提供至其栅极(G)。另外在栅极(G)与源极(S)之间连接一个快速半导体开关，因此加至这个开关的控制电压也是从正电源电压线提供的。该控制电路的操作使得如果在输入端出现短路，所述快速半导体开关将使MOSFET的栅极电压快速放电。因此电容器将几乎没有时间通过短接电路放电。在正常操作期间，该半导体开关被保持在非导通状态，在根据本专利技术的方案中功耗低。另外控制电路简单。如果电池电压被短路，可以快速控制该MOSFET进入非导通状态。当该MOSFET处于非导通状态时，电流不能在错误的方向流动，也不会损坏任何元件。以下将结合附图更详细地描述根据本专利技术的基本方案，其中图1示出用于极性保护的现有技术的结构；及图2示出根据本专利技术的优选实施例用于极性保护的结构。在图2所示的实施例中，一个采用极性保护的装置(即负载)被连接至所示保护电路的输出端，连至其正端116和负端117。从电源(例如电池)的正端101和负端107提供负载所用电压。电流从电源的正端101流到负载116。线圈102用作EMC保护装置的一部分，因此它阻碍电流中出现的变化。选择电阻103较大，使得经电阻器106至二极管105或经电阻器114至晶体管113的基极的分压电路在正常操作中几乎不消耗电流。另外该电路包含位于负载前的电容器115。当开关108接通时，来自负载117的电流流过MOSFET 110、线圈109和开关108至电源的负端107。用作极性保护的n沟道MOSFET 110被连接至电池的负端，使得其源极(S)连接至负载的负端117，漏极(D)经线圈109和开关108连接至电池的负端107，栅极(G)经电阻器104连接至负载的正端116，并经过电阻器104和线圈102连接至电池的正端101。例如通过图中所示的齐纳二极管112限制栅极电压，因此齐纳二极管也经过电阻器104连接至负载的正端116。开关108位于电池的负端107与MOSFET 110之间，利用该开关，可以实现对整个系统的开关。线圈102和109构成EMC保护装置的一部分，它们阻碍电流的变化。如果电池具有错误的极性，或者如果它在安装阶段被以错误的方向连接，从而会使得电流流入错误的方向，则MOSFET 110的栅极电压保持为负。因此，该MOSFE被保持在非导通状态，没有电流可以在错误的方向流过它。如果在正常操作期间电池馈电中例如没有短路，电容器115势必通过线圈102、109和MOSFET 110放电。如果在电池中或是在电池与电容器115之间有很快过去的短路或一些其它的干扰，则高电容的电容器115会维持加在负载上的电压。MOSFET110肯定尽快变为不导通，以便阻止用作备用电源的电容器115由于电池线中的短路或一些其它压降而放电。这是通过借助于npn晶体管113使MOSFET 110的栅极电荷放电而实现的。晶体管113的基极经电阻器114和103连接至负载的正端116，又经过线圈102连接至电池的正端。在正常操作期间，晶体管113通过连接其基极(或是只经过所述电阻器114、或是如图所示另外经过电阻器106至二极管105的阳极，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电源装置中的极性保护电路，其中电源（１０１，１０７）经电源电压线连接至负载（１１６，１１７），极性保护电路具有第一保护性半导体开关和第二半导体开关，其特征在于：　第一保护性半导体开关是一个金属氧化物半导体场效应晶体管（１１０ ），其控制电压是从所述电源电压线经某一连接件而获得，以及第二半导体开关是一个晶体管（１１３），它也是从所述电源电压线经某一连接件获得其控制电压，从而使该晶体管（１１３）被设置以从第一半导体开关（１１０）释放电荷，作为对电源电压线之间 电压的极性变化的响应。

【技术特征摘要】
FI 2001-12-17 200124831.一种用于电源装置中的极性保护电路，其中电源(101，107)经电源电压线连接至负载(116，117)，极性保护电路具有第一保护性半导体开关和第二半导体开关，其特征在于第一保护性半导体开关是一个金属氧化物半导体场效应晶体管(110)，其控制电压是从所述电源电压线经某一连接件而获得，以及第二半导体开关是一个晶体管(113)，它也是从所述电源电压线经某一连接件获得其控制电压，从而使该晶体管(113)被设置以从第一半导体开关(110)释放电荷，作为对电源电压线之间电压的极性变化的响应。2.根据权利要求1的极性保护电路，其特征在于，第二半导体开关(113)从电源电压线中的一点获得其控制电压，该点具有由于极性变化引起的电荷所指示的电位的最快变化。3.根据权利要求1的极性保护电路，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨米约基宁，
申请(专利权)人：提莱波斯公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]