專利名稱：保護(hù)dc電源的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于和負(fù)載連接的DC(直流)電壓源的過(guò)電流保護(hù)器。
背景技術(shù)：
過(guò)電流保護(hù)器本身是周知的。
一種已知的過(guò)電流保護(hù)器由一個(gè)第一晶體管和一個(gè)第二晶體管組成，其中第一晶體管在DC電壓源的二個(gè)輸出端之間和一個(gè)負(fù)載以及一個(gè)電流傳感電阻器串聯(lián)連接，第二晶體管與一個(gè)限流電阻器串聯(lián)地和第一晶體管并聯(lián)地連接。
檢測(cè)出的負(fù)載電流和一基準(zhǔn)電平比較。若負(fù)載電流超過(guò)該基準(zhǔn)電平，斷開(kāi)第一晶體管。然后至負(fù)載的電流通過(guò)第二晶體管和限流電阻器。
在斷開(kāi)第一晶體管的同時(shí)，觸發(fā)一個(gè)定時(shí)器。
當(dāng)該定時(shí)器停止時(shí)，斷開(kāi)第二晶體管的同時(shí)保持第一晶體管斷開(kāi)。
從而，該負(fù)載和該DC電壓源斷開(kāi)。
為了重新連接該負(fù)載和該DC電壓源，設(shè)置用來(lái)接通這二個(gè)晶體管的裝置。
迄今已知的過(guò)電流保護(hù)器的一個(gè)缺點(diǎn)是它們不能區(qū)分瞬時(shí)過(guò)電流和非瞬時(shí)過(guò)電流。
瞬時(shí)過(guò)電流指的是在上升時(shí)間期間上升到超過(guò)一允許的負(fù)載電流范圍的某值之上、并接著在下降時(shí)間期間內(nèi)衰減到該允許的負(fù)載電流范圍內(nèi)的某值上的電流。
通常瞬時(shí)過(guò)電流出現(xiàn)在把負(fù)載連接到DC電壓源從而對(duì)負(fù)載中存在的輸入電容充電之時(shí)作為起動(dòng)電流。
非瞬時(shí)過(guò)電流指的是在上升時(shí)間期間上升到超過(guò)允許的負(fù)載電流范圍的某值之上并且不衰減地保持在超出允許的負(fù)載電流范圍之上的電流。
由例如因負(fù)載端子間的意外短路或者由負(fù)載中出現(xiàn)故障造成的過(guò)載條件引起典型的非瞬時(shí)過(guò)電流。
已知的過(guò)電流保護(hù)器不能區(qū)分瞬時(shí)過(guò)電流和非瞬時(shí)過(guò)電流的后果是，過(guò)電流保護(hù)器會(huì)在明顯功耗下接通和斷開(kāi)，這會(huì)造成過(guò)流保護(hù)器升溫。通常，應(yīng)付該問(wèn)題的辦法是，設(shè)計(jì)該定時(shí)器的工作時(shí)間足夠短以在最壞情況下得到可接受的裕量，從而使溫度保持為低于制造商在該電路技術(shù)條件中規(guī)定的允許值。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)目的是產(chǎn)生一種能夠區(qū)分瞬時(shí)過(guò)電流和非瞬時(shí)過(guò)電流的過(guò)電流保護(hù)器，以便與非瞬時(shí)過(guò)電流不同地處理瞬時(shí)過(guò)電流。
依據(jù)本發(fā)明這是通過(guò)響應(yīng)瞬時(shí)過(guò)電流禁止斷開(kāi)負(fù)載達(dá)到的。
從而，當(dāng)出現(xiàn)瞬時(shí)過(guò)電流時(shí)不必中斷負(fù)載的運(yùn)行。
若檢測(cè)出非瞬時(shí)過(guò)電流，本過(guò)電流保護(hù)器會(huì)把過(guò)電流限制在一個(gè)預(yù)定值上，斷開(kāi)負(fù)載電流并且從而在預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)將負(fù)載從DC電壓源上斷開(kāi)，以保護(hù)該DC電壓源。為了使該過(guò)電流保護(hù)器中的傳導(dǎo)損耗最小，把該預(yù)定時(shí)間間隔選擇成足夠短以防止各晶體管以及限流電阻器過(guò)熱。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明下面參照附圖更詳細(xì)的說(shuō)明本發(fā)明。附圖中

圖1示出一種依據(jù)本發(fā)明處理瞬時(shí)過(guò)電流的過(guò)電流保護(hù)器的一實(shí)施例；圖2示意如何通過(guò)圖1的過(guò)電流保護(hù)器處理瞬時(shí)過(guò)電流。
發(fā)明的具體實(shí)施例在圖1中依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中用于針對(duì)瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)DC電壓源1的的過(guò)電流保護(hù)器與一負(fù)載2串聯(lián)地連接到DC電壓源1的二個(gè)輸出端(+)和(-)。
為了針對(duì)非瞬時(shí)電流保護(hù)DC電壓源1，以其本身為已知的方式，過(guò)電流保護(hù)器包括一個(gè)以場(chǎng)效應(yīng)晶體管為形式的開(kāi)關(guān)SW1，該開(kāi)關(guān)SW1與限流電阻器R1以及負(fù)載電流傳感部件3串聯(lián)地連接在負(fù)載2的一端和DC電壓源1的(-)端之間。
電流傳感部件3生成一個(gè)和所檢測(cè)的負(fù)載電流成正比的輸出電壓，并且其可以例如由電阻器、霍爾發(fā)生器等構(gòu)成。
另外，按其本身已知的方式，一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管形式的開(kāi)關(guān)SW2與場(chǎng)效應(yīng)晶體管SW1及限流電阻器R1并聯(lián)地相連接。
場(chǎng)效應(yīng)晶體管SW1的柵極通過(guò)電阻器R2與電源電壓+Vc相連接，還與晶體管TR1的集電極相連接。晶體管TR1的發(fā)射極與場(chǎng)效應(yīng)晶體管SW1的源極相連接，并且晶體管TR1的基極通過(guò)電阻器R3和定時(shí)器4的輸出端相連接。
依據(jù)本發(fā)明，場(chǎng)效應(yīng)晶體管SW2的柵極與一個(gè)電壓放大器5的輸出以及晶體管TR2的集電極相連接。晶體管TR2的發(fā)射極和場(chǎng)效應(yīng)晶體管SW2的源極相連接，而晶體管TR2的基極通過(guò)電阻器R4與定時(shí)器4的輸出相連接。
電流傳感部件3的輸出和電壓放大器5的(-)輸入端以及一個(gè)比較器6的(+)輸入端相連接。
比較器6的(-)輸入端與基準(zhǔn)電壓源7相連接?；鶞?zhǔn)電壓源7提供和額定負(fù)載電流值INOM成正比的基準(zhǔn)電壓。大于INOM的負(fù)載電流為要檢測(cè)的過(guò)電流。
比較器6的輸出端和圖中用“與門(mén)”電路示出的定時(shí)器禁止電路8的一個(gè)輸入端相連接?！芭c門(mén)”電路8的輸出和定時(shí)器4的輸入端連接。
依據(jù)本發(fā)明，設(shè)置一個(gè)瞬態(tài)檢測(cè)器9用以檢測(cè)為瞬時(shí)過(guò)電流的過(guò)電流。
在圖1的實(shí)施例中，瞬態(tài)檢測(cè)器9的輸入端和電流傳感部件3的輸出相連接，而它的輸出端則和“與門(mén)”電路8的一個(gè)反相輸入端相連接。
但是應(yīng)理解，并不是必須使瞬態(tài)檢測(cè)器9的輸入端和電流傳感部件3的輸出端相連接。為了檢測(cè)瞬時(shí)過(guò)電流，也可以等效地將瞬態(tài)檢測(cè)器9的輸入端例如連接到負(fù)載2和限流電阻器R1之間的交點(diǎn)以檢測(cè)該電阻器二端的電壓。
電壓放大器5的(+)輸入端與基準(zhǔn)電壓源10相連接。例如可以通過(guò)一個(gè)分壓器實(shí)現(xiàn)的基準(zhǔn)電壓源10來(lái)提供能呈現(xiàn)二個(gè)不同的值IOFF和ION的基準(zhǔn)信號(hào)。值IOFF代表依其要斷開(kāi)晶體管SW2的負(fù)載電流值，而值ION代表依其要重新接通晶體管SW2的負(fù)載電流值，如下文將參照?qǐng)D2更詳細(xì)說(shuō)明那樣。
概括地，依據(jù)本發(fā)明的瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)器通過(guò)瞬態(tài)檢測(cè)器9檢測(cè)為瞬時(shí)過(guò)電流的過(guò)電流。
通常，當(dāng)不存在過(guò)電流時(shí)，晶體管SW1和SW2完全導(dǎo)通，并且通過(guò)電流傳感部件3的負(fù)載電流低于INOM。
瞬時(shí)過(guò)電流具有一個(gè)上升時(shí)間，該上升時(shí)間是定時(shí)器4期滿并斷開(kāi)晶體管SW2以及晶體管SW1所需時(shí)間的幾分之一。
參照?qǐng)D2，圖中假定在時(shí)刻t1出現(xiàn)瞬時(shí)過(guò)電流。
當(dāng)如圖2中所示該電流上升超過(guò)IOFF時(shí)，來(lái)自電壓放大器5的輸出信號(hào)變?yōu)榈碗娖?。從而，晶體管SW2立即切斷。
如圖2中所示該電流峰值限制在值IMAX處。由于晶體管SW1仍舊完全導(dǎo)通，電流值IMAX是由限流電阻器R1的電阻值決定的。當(dāng)在IMAX處達(dá)到峰值后，瞬時(shí)電流開(kāi)始衰減，如圖2中所示。
通過(guò)瞬時(shí)檢測(cè)器9檢測(cè)該衰減。
如果該衰減足夠快，即使比較器6的輸出信號(hào)為高電平(負(fù)載電流＞INOM)并且瞬時(shí)檢測(cè)器9的輸出信號(hào)也為高電平，定時(shí)器4也不觸發(fā)。但是，由于后者輸出信號(hào)在“與門(mén)”電路8的反相輸入端反相，“與門(mén)”電路8的輸出信號(hào)保持低電平。
當(dāng)瞬時(shí)負(fù)載電流已衰減到值ION時(shí)，例如在時(shí)刻t2，通過(guò)電壓放大器5、晶體管SW2、電流傳感部件3以及基準(zhǔn)電壓源10(其取值ION)形成一個(gè)負(fù)反饋回路。電壓放大器5的輸出電壓開(kāi)始上升，并且晶體管SW2開(kāi)始傳導(dǎo)增大的電流ISW2，如圖2中所示。
同時(shí)，通過(guò)晶體管SW1的電流開(kāi)始對(duì)應(yīng)地下降，如圖2中用ISW1所示。
這樣，晶體管SW2逐漸“接過(guò)”來(lái)自晶體管SW1和限流電阻R1的負(fù)載電流。換言之，晶體管SW2按和負(fù)載2兩端的電壓增加(例如由于對(duì)負(fù)載2輸入電容的充電造成的)相同的變化率逐漸傳導(dǎo)更多的電流。
當(dāng)負(fù)載2的輸入電容完全充電時(shí)，瞬時(shí)電流不再存在并且然后只由負(fù)載2限制該電流。在正常情況下，該電流則為一個(gè)低于額定值INOM的值。
在由瞬態(tài)檢測(cè)器9檢測(cè)的一個(gè)瞬態(tài)預(yù)定斜角時(shí)，瞬態(tài)檢測(cè)器9的輸出變?yōu)榈碗娖?。因?yàn)楸容^器6的輸出仍為高電平，“與門(mén)”電路的輸出變?yōu)楦唠娖接|發(fā)或啟動(dòng)定時(shí)器4。
定時(shí)器4以其不會(huì)在負(fù)載2的輸入電容已完全充電之前就停止的方式加以設(shè)定。
晶體管SW2中電壓和電流二者的受控狀態(tài)使得有可能為使晶體管SW2中的功率損耗最小設(shè)計(jì)本過(guò)電流保護(hù)器。由于晶體管SW1完全導(dǎo)通，晶體管SW1中的功耗也總是低的。從而，晶體管SW1上的電壓降非常低。
權(quán)利要求
1.一種用于與負(fù)載(2)相連接的DC電壓源(1)的過(guò)電流保護(hù)裝置，包括一個(gè)和一個(gè)限流電阻器(R1)相串聯(lián)地與負(fù)載(2)串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)(SW1)，一個(gè)和所述第一開(kāi)關(guān)(SW1)以及限流電阻器(R1)相并聯(lián)連接的第二開(kāi)關(guān)(SW2)，以及一個(gè)用來(lái)控制所述第一、第二開(kāi)關(guān)(SW1，SW2)的控制電路；該控制電路包括用于在不存在過(guò)電流時(shí)保持所述第一、第二開(kāi)關(guān)(SW1，SW2)接通的裝置，用于檢測(cè)一過(guò)電流的裝置，用于響應(yīng)檢測(cè)到的過(guò)電流斷開(kāi)所述第二開(kāi)關(guān)以便只經(jīng)過(guò)第一開(kāi)關(guān)(SW1)和限流電阻器(R1)向負(fù)載(2)提供電流的裝置，以及一個(gè)用于在預(yù)定時(shí)間后斷開(kāi)所述第一開(kāi)關(guān)(SW1)從而斷開(kāi)負(fù)載(2)的定時(shí)電路(B1)，該過(guò)電流保護(hù)裝置特征在于該控制電路還包括一個(gè)用于檢測(cè)瞬時(shí)過(guò)電流的瞬態(tài)檢測(cè)器(9)，用于響應(yīng)檢測(cè)到的瞬時(shí)過(guò)電流禁止切斷第一開(kāi)關(guān)(SW1)的裝置(8)，以及用于響應(yīng)通過(guò)第一開(kāi)關(guān)(SW1)以及限流電阻(R1)的瞬時(shí)電流已衰減到預(yù)定值(ION)而接通所述第二開(kāi)關(guān)(SW2)的裝置(3，5，10)，以便通過(guò)第一開(kāi)關(guān)(SW1)和限流電阻器(R1)向負(fù)載(2)提供減小的電流并且通過(guò)第二開(kāi)關(guān)(SW2)向負(fù)載(2)提供相應(yīng)加大的電流，直到成為只經(jīng)過(guò)第二開(kāi)關(guān)(SW2)向負(fù)載(2)提供電流為止。
全文摘要
對(duì)與負(fù)載(2)連接的DC電壓源提供過(guò)電流保護(hù)的裝置,包括第一開(kāi)關(guān)(SW1)和限流電阻器(R1)相串聯(lián)地和負(fù)載(2)串聯(lián)連接,第二開(kāi)關(guān)(SW2)并聯(lián)地和第一開(kāi)關(guān)(SW1)以及限流電阻器(R1)相連接。在不存在過(guò)電流下所述第一、第二開(kāi)關(guān)(SW1,SW2)是接通的。一旦出現(xiàn)過(guò)電流,斷開(kāi)所述第二開(kāi)關(guān)(SW2)。瞬態(tài)檢測(cè)器(9)連接成檢測(cè)瞬時(shí)電流。在出現(xiàn)瞬時(shí)過(guò)電流時(shí),當(dāng)該電流衰減到預(yù)定值(ION)時(shí)接通所述第二開(kāi)關(guān)(SW2),以便通過(guò)第一開(kāi)關(guān)(SW1)以及限流電阻器(R1)向負(fù)載(2)提供減小的電流并且通過(guò)第二開(kāi)關(guān)(SW2)向負(fù)載(2)提供相應(yīng)加大的電流,直到只通過(guò)第二開(kāi)關(guān)(SW2)向負(fù)載(2)提供電流為止。
文檔編號(hào)H02H3/087GK1372712SQ0081248
公開(kāi)日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2000年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月6日
發(fā)明者N·貝克曼, J·O·克拉松, K·羅勒貝里 申請(qǐng)人:埃默森能源系統(tǒng)有限公司