專利名稱：電源的dv/dt檢測過電流保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電氣系統(tǒng)(如電源)的過電流保護電路，更具體地，涉及一種用于離線式高效線性電源的過電流保護電路。
背景技術(shù)：
上述美國專利申請10/458,608描述了一種高效的離線式線性電源。當電燈的調(diào)光電路未汲取電流的時段內(nèi)，這種電源為電子電路提供電流。更具體地，在調(diào)光電路的三端雙向可控硅開關(guān)關(guān)斷的時段內(nèi)，這種電源為向電子電路供電而汲取電流。
參閱圖2，該圖示出了交流波形(虛線)和電源所汲取電流的波形(實線)。當調(diào)光電路關(guān)閉時，三端雙向可控硅開關(guān)在整個半個周期內(nèi)處于關(guān)斷狀態(tài)。在這種情況下，上述專利申請中的電源在1、3時段內(nèi)為存儲電容器供電，隨后該電容器由線性穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓。該電源在2時段內(nèi)不汲取電流。由于電源為存儲電容器提供充電電流的1、3時段形似“貓耳”，所以有時稱該電源為“貓耳”電源。當將調(diào)光電路設(shè)置為全光強或處于0％～100％之間的某個中間水平時，三端雙向可控硅開關(guān)在每半個周期中的一部分時間內(nèi)處于關(guān)斷狀態(tài)，而在半周期的另一部分時間內(nèi)處于導通狀態(tài)。此時，電源僅在1時段內(nèi)為存儲電容器供電，且在2、3時段內(nèi)不汲取電流。在上述兩種情況下，電源在三端雙向可控硅開關(guān)關(guān)斷時汲取電流，此時在三端雙向可控硅開關(guān)兩端存在電壓，以便對存儲電容器進行充電。由于調(diào)光電路不會總處于關(guān)閉狀態(tài)，因而在所有情況下，電源最好僅在1時段內(nèi)汲取電流。
參閱圖1，該圖示出了一種電源，這種電源與上述同時待審的美國專利申請中公開的高效離線式線性電源相似。由輸入端I處的交流電源提供功率，該功率由二極管D1整流，以在總線V+上提供半波整流電壓電平?；蛘撸梢詫碜匀蚴诫娐返娜ㄕ麟妷禾峁┙o總線V+。功率開關(guān)晶體管Q1與總線串聯(lián)。晶體管Q1的源極與未經(jīng)穩(wěn)壓的總線電容器C4相連。穩(wěn)壓器U1提供經(jīng)過穩(wěn)壓的輸出電壓VO。
該電源包括柵極電壓源，該電壓源包括電阻器R1、二極管D2、電容器C1和齊納二極管Z1。它的工作方式和上述同時待審的專利申請所述電源的工作方式本質(zhì)上一致，以通過電阻器R3、二極管D3和電阻器R5為晶體管Q1提供柵極電壓硬導通。由該電路提供給晶體管Q1的柵極的電壓讓晶體管Q1實現(xiàn)了硬導通，這樣，便減少了晶體管Q1導通時的功率損耗。
當晶體管Q1基極處的電壓電平(由電阻器R1和R2組成的分壓器來確定)達到導通晶體管Q2的閾值時，晶體管Q2關(guān)斷晶體管Q1。當總線V+上的總線電壓超過預定值時，通常當相關(guān)調(diào)光電路的三端雙向可控硅開關(guān)導通且總線V+的波形位于圖2中的區(qū)域2內(nèi)時，會發(fā)生這種情況。當電容器C4的電壓值超過由Z2設(shè)置的預定值時，晶體管Q2也會被導通。當晶體管Q2導通時，去除了晶體管Q1的柵極驅(qū)動，且Q1被關(guān)斷。當晶體管Q2關(guān)斷時(如在區(qū)域3中時)，晶體管Q1將重新導通。
圖1所示電路包括過電流保護電路100。該電路包括晶體管Q3和與晶體管Q1串聯(lián)的低阻值的電阻器R6。電阻器R6通過滿載電流，因此對約3安培的電流電平而言，將導致約0.9瓦的功率損耗。過電流保護電路100的運行使得若通過晶體管Q1的電流電平超過預定值，則晶體管Q3被導通，由此將關(guān)閉晶體管Q1的柵極驅(qū)動，以防止損壞Q1。
圖1的電源電路的過電流保護電路100在串聯(lián)電阻器R6中浪費了功率，并部分地造成了未經(jīng)穩(wěn)壓的總線上的不必要電壓降。
因而，希望提供一種過電流保護電路，該電路在降低功率損耗時仍能充分保護功率開關(guān)晶體管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供改進的過電流保護電路，與上述過電流保護電路相比，該電路的功率損耗較小。
本發(fā)明的上述和其他目的是通過功率開關(guān)晶體管的過電流保護電路來實現(xiàn)的，其中，功率開關(guān)晶體管具有控制電極和兩個主電極。該電路包括包含保護開關(guān)的電路，該電路用于檢測功率開關(guān)晶體管的主電極之一處的電壓隨時間的變化速率，并在此變化速率超出預定值的情況下，用于控制保護開關(guān)來將控制信號送至功率開關(guān)晶體管的控制電極，以關(guān)斷功率開關(guān)晶體管。
從以下詳細說明中，可以更清楚地看出本發(fā)明的其他目標、特征和優(yōu)點。


圖1示出了現(xiàn)有的包括過電流保護電路的高效離線式線性電源電路；圖2示出了用于解釋圖1中電路的工作情況的波形；圖3示出了包括本發(fā)明的過電流保護電路的電源。
具體實施例方式
參閱圖3，其中根據(jù)本發(fā)明提供了新型過電流保護電路300。該過電流保護電路包括晶體管Q4，電容器C8和電阻器R8。該電路按以下方式工作在正常工作時，與晶體管Q1的源極處的最大正常工作dV/dt(由電容器C4的紋波電壓的上升時間決定)對應(yīng)，晶體管Q4的基極和發(fā)射極之間的電壓VBE小于0.3伏。這不足以導通晶體管Q4。將該電路設(shè)計成以下形式當dV/dt大約是正常情況的兩倍時，晶體管Q4的VBE約為0.6伏，這將足以導通晶體管Q4，由此去除了晶體管Q1的柵極驅(qū)動，并將功率晶體管Q1關(guān)斷。因此，當dV/dt超出預定值時，與過電流對應(yīng)，晶體管Q4的基極驅(qū)動足以將它導通。
如果晶體管Q1中的電流超過預定限值，則電容器C4的紋波電壓的dV/dt或變化速率使得經(jīng)過電容器C8的脈沖(因上述dv/dt而產(chǎn)生)在電阻器R8兩端引起約0.6伏的電壓降，由此導通晶體管Q4。在正常的工作條件下，電容器C4上出現(xiàn)的dV/dt將僅在電阻器R8的兩端造成約0.3伏的電壓降，這不足以導通晶體管Q4。
不論在總線V+上提供半波還是全波整流電壓，在每個周期中均需要使電容器C8的電壓歸零。本示范電路使用半波整流器，因此必須在AC周期的每個全波結(jié)束時使C8的電壓歸零。一般情況下，電阻器R8應(yīng)足以將電容器C8放電，以使它在下一個AC周期內(nèi)為通過下一個脈沖做好準備。如果電阻器R8不足以將電容器放電，可以在晶體管Q4的基極和地之間設(shè)置二極管，并將該二極管的陽極接地，以便在下一個周期之前將電容器放電。
與圖1所示的過電流保護電路相比，本發(fā)明的dV/dt檢測過電流保護電路具有諸多優(yōu)點。更具體的，因為不存在串聯(lián)電阻器(如圖1所示的電阻器R6)上的功率損耗，因而減少了功率消耗。例如，當電流電平為3安培時，電阻器R6上的功率損耗約為0.9瓦。
而且，由于不存在串聯(lián)電阻元件，因而不存在串聯(lián)元件的電壓降，這使得在電容器C4兩端形成了更高的電壓，從而節(jié)約了電能。此時，電源充電的速率更快，峰值電流也得到了減小，而這導致晶體管Q1兩端的電壓降更小，從而降低了晶體管Q1的功率損耗。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，晶體管Q4可以由場效應(yīng)晶體管代替。
在上述電路中，電容器C8約為0.01微法，電阻R8約為3.3千歐姆。
盡管圖中示出本發(fā)明的過電流保護電路與保護電源的功率開關(guān)晶體管有關(guān)，但是，也可以將本發(fā)明用于各種旨在保護功率開關(guān)晶體管或其他電氣設(shè)備免受過電流損壞的電路。例如，如果在照明負載處存在短路，則可用本發(fā)明的過電流保護電路來保護調(diào)光電路的三端雙向可控硅開關(guān)。
盡管已根據(jù)特定的實施例對本發(fā)明進行了描述，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然可以對該發(fā)明進行許多其他變更和修改，并可將其用于許多其他用途。因此，本發(fā)明不應(yīng)受限于本文的具體公開內(nèi)容，而僅應(yīng)受限于附錄的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種用于功率開關(guān)晶體管的過電流保護電路，其中，所述功率開關(guān)晶體管具有一個控制電極和兩個主電極，所述電路包括包含保護開關(guān)的電路，該電路用于檢測所述功率開關(guān)晶體管的所述主電極之一處的電壓隨時間的變化速率，并在所述變化速率超出預定值時，控制所述保護開關(guān)來將控制信號送至所述功率開關(guān)晶體管的控制電極，以關(guān)斷所述功率開關(guān)晶體管。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述檢測電路包括與所述功率開關(guān)晶體管的主電極連接的電容器和被連接而從所述電容器接收脈沖的電阻器，如果所述電阻器兩端的電壓超過所述預定值，則在所述電阻器兩端形成電壓，以接通所述保護開關(guān)。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述保護開關(guān)包括晶體管。
4.如權(quán)利要求3所述的電路，其中，所述保護開關(guān)包括雙極結(jié)晶體管。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其中，所述電阻器連接所述保護晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)的兩端。
6.如權(quán)利要求4所述的電路，還包括與所述保護晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)的兩端連接的二極管，以將所述電容器放電。
7.如權(quán)利要求3所述的電路，其中，所述保護開關(guān)包括場效應(yīng)晶體管(FET)。
8.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述功率開關(guān)晶體管包括場效應(yīng)晶體管(FET)。
9.一種用于功率開關(guān)晶體管的過電流保護電路，其中，所述功率開關(guān)晶體管具有一個控制電極和兩個主電極，所述電路包括包含保護晶體管的電路，該電路包括R-C電路，該R-C電路用于檢測所述功率開關(guān)晶體管的所述主電極之一處的電壓隨時間的變化速率；并在所述變化速率超出預定值時控制所述保護晶體管，以將控制信號送至所述功率開關(guān)晶體管的控制電極來關(guān)斷所述功率開關(guān)晶體管。
10.如權(quán)利要求9所述的電路，其中，所述R-C電路包括與所述功率開關(guān)晶體管的主電極連接的電容器和被連接而從所述電容器接收脈沖的電阻器，如果所述電阻器兩端的電壓超過所述預定值，則在所述電阻器兩端形成電壓，以導通所述保護晶體管。
11.如權(quán)利要求10所述電路，其中，所述保護晶體管包括雙極結(jié)晶體管。
12.如權(quán)利要求11所述的電路，其中，所述電阻器連接所述保護晶體管的基極-發(fā)射極的兩端。
13.如權(quán)利要求10的所述電路，其中，所述保護晶體管包括場效應(yīng)晶體管(FET)。
14.如權(quán)利要求9所述的電路，其中，所述功率開關(guān)晶體管包括場效應(yīng)晶體管(FET)。
全文摘要
一種用于功率開關(guān)晶體管的過電流保護電路，其中，上述功率開關(guān)晶體管具有控制電極和兩個主電極，且上述電路包括一種包括保護開關(guān)的電路，該電路用于檢測所述功率開關(guān)晶體管的所述主電極之一處的電壓隨時間的變化速率，并在該變化速率超出預定值時，控制上述保護開關(guān)來將控制信號送至上述功率開關(guān)晶體管的控制電極，以便關(guān)斷上述功率開關(guān)晶體管。
文檔編號H02M7/217GK1930779SQ200580007738
公開日2007年3月14日 申請日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者R·L·布拉克 申請人:盧特龍電子有限公司