用于半导体开关的过电流保护电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于半导体开关的过电流保护电路，其包括检测模块和保护电路模块。检测模块检测电路中流过半导体开关的电流并将其转变成第一信号，保护电路模块从检测模块接收第一信号。保护电路模块在从检测模块接收到的第一信号高于高门限阈值时能够快速地控制断开半导体开关，而在从检测模块接收到的第一信号低于低门限阈值时能够延迟地控制接通半导体开关，低门限阈值小于高门限阈值。过电流保护电路能够减少半导体开关的发热，避免半导体开关在持续短路状况下频繁地断开以及接通大的短路电流而遭损毁。接通大的短路电流而遭损毁。接通大的短路电流而遭损毁。

【技术实现步骤摘要】
用于半导体开关的过电流保护电路


[0001]本技术涉及一种用于半导体开关的过电流保护电路，尤其涉及应用在车辆电源系统中的用于半导体开关的过电流保护电路。

技术介绍

[0002]在正常工作的电路中，电流由电源的正极流经负载内部的电路，然后经过控制盒中的导通的半导体开关元器件流回到电源的负极，由此形成回路并且负载得电。而在例如负载内部发生短路的情况下，短路引起的过大电流会直接流经半导体开关元器件。如果半导体开关元器件没有过电流保护功能，则会烧毁半导体开关元器件，引起控制盒的电气损坏。
[0003]即使在半导体开关元器件具有过电流保护功能的情况下，如果短路持续较长时间，在没有短路后延时接通功能的情况下，则会发生“短路
‑ꢀ
半导体开关元器件关断
‑
电流降为0
‑
短路保护解除
‑
打开半导体开关元器件
‑
短路
‑
半导体开关元器件关断
‑
电流降为0
‑
短路保护解除
‑
打开半导体开关元器件
‑
短路”的循环。由于半导体开关元器件频繁地接通以及切断短路大电流，半导体开关元器件本身会由于开关损耗而积累大量的热量，导致电路热损毁。
[0004]另外，现有技术中的用于半导体开关的过电流保护电路通常仅设有一个阈值，在这种情况下，信号的波动将引起电路中的比较器的输出电压有小的脉冲，该小的脉冲是不期望的，因为这被看做是干扰信号。但是在只有一个阈值的情况下该干扰信号是不可避免的。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是，提供一种用于半导体开关的过电流保护电路，该过电流保护电路能够在电路中发生短路的情况下在可控制的时间内断开和接通半导体开关，由此减少半导体开关的发热，避免了半导体开关在持续短路状况下频繁地断开以及接通大的短路电流而遭损毁。
[0006]上述目的通过一种用于半导体开关的过电流保护电路实现，所述过电流保护电路包括：
[0007]检测模块，所述检测模块检测电路中流过半导体开关的电流并将其转变成第一信号；和
[0008]保护电路模块，所述保护电路模块从所述检测模块接收第一信号，
[0009]所述保护电路模块在从所述检测模块接收到的第一信号高于高门限阈值时能够在可控制的时间内控制断开对半导体开关；
[0010]所述保护电路模块在从所述检测模块接收到的第一信号低于低门限阈值时能够延迟地控制接通半导体开关，其中，所述低门限阈值小于所述高门限阈值。
[0011]该过电流保护电路能够在电路中发生短路的情况下延时地接通半导体开关，由此
实现对半导体开关的保护，防止其在持续短路的情况下频繁断开和接通带来的不利影响。通过设置双阈值，即高门限阈值和低门限阈值，能够避免电路中的干扰信号，使得输出电压稳定。
[0012]根据优选的设计方案，所述检测模块包括检测电阻和放大滤波电路，所述检测电阻检测在电路中流过半导体开关的电流，所述放大滤波电路放大检测电阻两端的电压并将其作为第一信号发送给所述保护电路模块。通过设置放大滤波电路可为后置电路提供一个大的信号，由此采用电阻值非常小的检测电阻就足够，电路中无需设置多个电阻，由此节省了结构空间并降低了功耗。
[0013]根据优选的设计方案，所述保护电路模块包括延时电路单元和双阈值比较器单元，所述延时电路单元使接收到的第一信号在可控制的时间内到达双阈值比较器单元，所述双阈值比较器单元提供高门限阈值和低门限阈值并将接收到的第一信号分别与高门限阈值和低门限阈值相比较，基于比较结果控制半导体开关的接通和断开。
[0014]根据优选的设计方案，所述延时电路单元包括电容器和第一电阻。所述电容器和第一电阻并联。通过不同的充电放电回路，能够简单地实现上述延时控制的功能。
[0015]根据优选的设计方案，所述双阈值比较器单元包括比较器和第二电阻，所述第二电阻的一端与所述比较器的输出端连接并且所述第二电阻的另一端与所述比较器的同相输入端连接。通过将第二电阻连接在比较器的同相输入端和输出端之间实现高门限阈值或低门限阈值。
[0016]根据优选的设计方案，所述双阈值比较器单元至少还包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端与地连接并且另一端与比较器的同相输入端连接，所述第四电阻的一端与比较器的同相输入端连接并且另一端连接比较器电源，通过改变所述第二电阻、第三电阻或第四电阻的电阻值能调节所述高门限阈值和所述低门限阈值。由此能通过简单地设定相应电阻的电阻值实现高门限阈值和低门限阈值的调节。
[0017]根据优选的设计方案，所述延时电路单元还至少包括第五电阻，所述第五电阻连接在所述检测模块和电容器与第一电阻的并联电路之间，通过改变所述第五电阻和第一电阻的电阻值能调节接通所述半导体开关的延时时间和断开所述半导体开关的断开时间。
[0018]根据优选的设计方案，所述延时电路单元还包括第五电阻和第一二极管，所述第五电阻与第一二极管串联地设置在检测模块和并联的电容器和第一电阻之间。由此通过第一二极管确保电路中的电流经由第五电阻和第一二极管后为电容器充电，而电容器放电时，电流不能通过第一二极管回流，只能通过第一电阻放电。通过不同的充电放电回路，能够简单地实现上述延时控制的功能。
[0019]根据优选的设计方案，所述保护电路模块还包括第二二极管，所述第二二极管连接在所述半导体开关与比较器之间并且与比较器的输出端反向连接。由此当比较器的输出端输出低电平时，第二二极管导通，半导体开关断开。当比较器的输出端输出高电平时，第二二极管截止，半导体开关接通。
[0020]根据优选的设计方案，所述第五电阻的电阻值比所述第一电阻的电阻值更小、尤其小得多。由此过电流保护电路能够快速地进入保护状态、例如10
‑6秒，而解除保护状态需要秒级，例如100秒，两者时间相差近百万倍。因此在过电流保护时，能够迅速地断开半导体开关。在半导体开关断开之后以更大的延时接通半导体开关。由此避免频繁导通短路电流，
防止过大的电流造成半导体开关的损毁。
附图说明
[0021]为了更好地理解本技术的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本技术的优选实施方式，对本技术的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
[0022]图1示出了根据本技术的用于半导体开关的过电流保护电路的电路图。
[0023]图2a
‑
2c示出了根据本技术的用于半导体开关的过电流保护电路中的双阈值比较器单元的比较器的工作原理。
[0024]图3a和图3c分别示出了现有技术中的单阈值比较器单元的电路图和工作原理。
[0025]图3b和图3d分别示出了根据本技术的双阈值比较器单元的电路图和工作原理。
具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于半导体开关的过电流保护电路，所述过电流保护电路包括：检测模块，所述检测模块检测电路中流过半导体开关(Q2)的电流并将其转变成第一信号；和保护电路模块，所述保护电路模块从所述检测模块接收第一信号，其特征在于，所述保护电路模块在从所述检测模块接收到的第一信号高于高门限阈值时能够快速地控制断开所述半导体开关(Q2)；所述保护电路模块在从所述检测模块接收到的第一信号低于低门限阈值时能够延迟地控制接通所述半导体开关(Q2)，其中，所述低门限阈值小于所述高门限阈值。2.根据权利要求1所述的过电流保护电路，其特征在于，所述检测模块包括检测电阻(R10)和放大滤波电路(80)，所述检测电阻(R10)检测在电路中流过半导体开关(Q2)的电流，所述放大滤波电路(80)放大检测电阻(R10)两端的电压并将其作为第一信号发送给所述保护电路模块。3.根据权利要求1所述的过电流保护电路，其特征在于，所述保护电路模块包括延时电路单元和双阈值比较器单元，所述延时电路单元使接收到的第一信号在可控制的时间内到达双阈值比较器单元，所述双阈值比较器单元提供高门限阈值和低门限阈值并将接收到的第一信号分别与高门限阈值和低门限阈值相比较，基于比较结果控制所述半导体开关(Q2)的接通和断开。4.根据权利要求3所述的过电流保护电路，其特征在于，所述延时电路单元包括电容器(C2)和第一电阻(R11)，所述电容器(C2)和第一电阻(R11)并联。5.根据权利要求3所述的过电流保护电路，其特征在于，所述双阈值比较器单元包括比较器(U5)和第二电阻(R14)，所述第二电阻(R14)的一端与所述比较器(U5)的输出端连接并...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善理，高志胜，黄超，梁群，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：新型
国别省市：