專利名稱：提供瞬變保護(hù)的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于向直流應(yīng)用供應(yīng)電力的電路。本發(fā)明特別涉及一種 如上所述的電路，其在交流發(fā)電機(jī)充電電路偶然連接到帶有反極性的電路電 池的情況下能夠?qū)﹄娐返慕M件提供保護(hù)。
背景技術(shù)：
例如，如果電池偶然從交流發(fā)電機(jī)充電電路斷開，諸如位于車輛中的設(shè) 備的電池驅(qū)動電子設(shè)備，例如移動電子設(shè)備，會經(jīng)受高能量的電壓瞬變。這種電壓瞬變有時(shí)稱作"卸載(load-dump)瞬變",并且其可能引起設(shè)備的嚴(yán)重 損壞。因此期望防止設(shè)備免遭這種瞬變的損害。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)使用了三種不同的方法以便防止電子設(shè)備免遭卸載卸 瞬變的損害。1. 在電路單元的輸入端安置雙向二極管。2. 在電池的正軌跡(positive rail)中安置MOSFET。3. 在電池的正軌跡中安置繼電器。盡管提供了所期望的保護(hù)，但是所有這些解決辦法導(dǎo)致了在電子電路中 使用相對笨重的組件，這些組件會額外地導(dǎo)致顯著的功率損耗的。因此，結(jié) 果是笨重而消耗能量的電路。這是非常不利的。此外，期望維持在交流發(fā)電機(jī)充電電路偶然連接到帶有反極性的DC電 源情況下防止電子應(yīng)用遭受損壞的可能性。在這種情況下電路應(yīng)該被切斷， 乂人而防止電流在電^各中運(yùn)行。這可以使用場效應(yīng)晶體管(FET)來完成。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供一種電路， 且其比相似的現(xiàn)有技術(shù)電路更緊湊。本發(fā)明的另一個目的是提供一種電路, 且其比相似的現(xiàn)有技術(shù)電路消耗更少能量。其提供針對卸載瞬變的保護(hù)，并 其提供針對卸載瞬變的保護(hù)，并
本發(fā)明的再一個目的是提供一種電路，其提供針對卸載瞬變的保護(hù)，同 時(shí)維持針對連接到電路的DC電源的交流發(fā)電機(jī)充電電路的偶然反極性的保 護(hù)的可能性。根據(jù)本發(fā)明，通過提供一種用于向DC應(yīng)用供應(yīng)電力的電路實(shí)現(xiàn)上述和 其他目的，該電路包括-直流(DC )電源，包括一組端子，該DC電源還可連接到交流發(fā)電機(jī)充 電電路，-場效應(yīng)晶體管(FET)，包括漏4及端、源極端和柵極端，該FET以FET 的漏極端連接到DC電源的負(fù)極端的這種方式連接到DC電源的端子，以及-電容器，跨接在FET的柵極端和源極端之間，該電容器與FET的柵極 端電容結(jié)合定義了電容C。交流發(fā)電機(jī)充電電路適應(yīng)于給DC電源充電。它可以是或可以包括馬達(dá)。 在電路用于位于例如汽車、卡車、輪船、飛機(jī)等的車輛或船舶中的移動應(yīng)用 供應(yīng)電力的情況下，交流發(fā)電機(jī)電路可以是或可以包括用于驅(qū)動車輛或船舶 的馬達(dá)。FET以FET的漏極端連接到DC電源的負(fù)極端的這種方式連接到DC電 源的端子。從而，F(xiàn)ET適于在交流發(fā)電機(jī)充電電路偶然連接到帶有反極性的 DC電源情況下防止電路和由電路裝置所供應(yīng)電力的DC應(yīng)用受到損壞和其他 不利影響。這以下列方式得到。在交流發(fā)電機(jī)充電電路偶然連接到帶有反極性的DC電源時(shí)，在FET的 柵極端和源極端之間的電壓降將減小到閾值以下，這將引起FET的開關(guān)打開 (open)。從而電路被切斷，并且電流不能流入到電路中。因此，電路組件和 由電路裝置所供應(yīng)的應(yīng)用得到保護(hù)。在交流發(fā)電機(jī)充電電路偶然從DC電源斷開的情況下，會導(dǎo)致卸載瞬變 的發(fā)生，也會發(fā)生上述情況，即，F(xiàn)ET的開關(guān)將打開以便防止電流流到電路 中。然而，卸載瞬變的電壓通常高到足以通過安裝在FET中的整流二極管， 從而促使FET雪崩(avalanche),并且這可能導(dǎo)致對FET以及電路的其它組 件和/或由電路裝置所供應(yīng)的DC器具的嚴(yán)重?fù)p壞。根據(jù)本發(fā)明，通過將電容器跨接在FET的柵極端和源極端之間，上述問 題得到解決。當(dāng)反極性或卸載瞬變發(fā)生時(shí)，該電容器將被充電，并隨后逐漸 放電。因此，在FET的柵極端和源極端之間的電壓降不會立即減小，而是逐 漸減小。因而，在電壓降達(dá)到閾值之前將有時(shí)間延遲，從而在FET的開關(guān)打開之前將有時(shí)間延遲。由于瞬變通常是短持續(xù)時(shí)間，該時(shí)間延遲將足夠長以允許卸載瞬變經(jīng)由關(guān)閉的(closed)開關(guān)通過FET,因此防止FET被推入雪 崩狀態(tài)。另一方面，由于該開關(guān)將在時(shí)間延遲后打開，如上所述，其仍然能 夠保證在交流發(fā)電機(jī)充電電路偶然連接到具有反極性的DC電源的情況下， 電路的組件和/或DC應(yīng)用得到保護(hù)。因而，根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)提供了一種電路，其能夠防止電路的組件和由 電路裝置所供應(yīng)電力的應(yīng)用遭受由反極性和卸載瞬變所導(dǎo)致的損壞和其他不 利影響。而且，也通過比以前用于此目的所使用的組件小得多的電容器裝置 來實(shí)現(xiàn)這種保護(hù)，并且因?yàn)樵陔娙萜髦斜仍谝郧八褂玫慕M件中消耗更少的 能量，所以功率損失顯著降低。因此，得到了節(jié)約能量的較小的電路。優(yōu)選的是，F(xiàn)ET可以是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)?？蛇x擇 的是，可以使用IGBT。該電路還可以包括連接在DC電源的正極和FET的柵極之間的二極管。 由于當(dāng)二極管被正確連接時(shí)，其能夠防止電容器立即放電，因此該二極管可 以用于控制由電容器的出現(xiàn)所引起的時(shí)間延遲的長度?？蛇x擇的是，或者另外，該電路還可以包括具有電阻R的、連接在DC 電源的正極和FET的柵極之間的電阻器。在這種情況下，電容C和電阻R定 義了時(shí)間常數(shù)t-R' C,該時(shí)間常數(shù)定義了在FET的開關(guān)打開之前經(jīng)過的時(shí) 間延遲。應(yīng)該以能獲得期望的時(shí)間延遲的這種方式選擇電容C和電阻R。最 好時(shí)間延遲應(yīng)該足夠長以允許所預(yù)期的持續(xù)時(shí)間的瞬變通過，并且應(yīng)該足夠 短以防止由于偶然的反極性對組件的損壞。值得注意的是，電容C是電容器的電容和FET的柵極端的內(nèi)部電容的組 合電容。因而，C是電容器的有效電容，即，通過電路"可見"的電容。可以以t =R C在諸如2ms到17ms之間、5ms到15ms之間、大約10ms 的在時(shí)間間隔lms到20ms內(nèi)的這種方式選4奪電容C和電阻R?？蛇x擇的是， 可以以能得到適合于特定環(huán)境中的長度的時(shí)間延遲的這種方式選擇電容C和 電阻R。優(yōu)選的是，DC電源可以是電池。這通常是如果由電路的裝置所供應(yīng)的應(yīng) 用如上所述安裝在車輛或船舶中的情況。該電路適應(yīng)于向諸如無電刷的DC馬達(dá)的DC馬達(dá)供應(yīng)電力。


參考以下附圖將給出本發(fā)明的詳細(xì)描述，其中圖1是圖示卸載瞬變期間的電流的現(xiàn)有技術(shù)電路的示圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電路的示圖，以及圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例由于在電路中電容器的出現(xiàn)發(fā)生的時(shí)間 延遲的曲線圖。
具體實(shí)施方式
圖1是包括連接到交流發(fā)電機(jī)充電電路2的DC電源1的現(xiàn)有技術(shù)電路 的示圖。該電路連接到反相器3,該反相器依次連接到馬達(dá)4的三個馬達(dá)線 圈。該反相器包括用于控制馬達(dá)線圈的換向(commutation )的開關(guān)器件Tl-T6。 保護(hù)MOSFETT7的漏極端連接到DC電源1的負(fù)極端。保護(hù)MOSFETT7的 柵極端和源極端都連接到DC電源的正極。穩(wěn)壓(zener) 二極管5連接在保 護(hù)MOSFET T7的柵極端和源極端之間。萬一發(fā)生如上所述的反極性，穩(wěn)壓 二極管5控制MOSFET T7的內(nèi)部開關(guān)6的打開。在交流發(fā)電機(jī)充電電路2偶然從DC電源1斷開的情況下，如上所述的 卸載瞬變將發(fā)生。這將引起保護(hù)MOSFET T7的內(nèi)部開關(guān)6打開。然而，卸 載瞬變的電壓通常足夠大以擊穿保護(hù)MOSFETT7的內(nèi)部二極管7,從而推進(jìn) 保護(hù)MOSFET雪崩。結(jié)果，電流將經(jīng)由由箭頭方向所指示的通路流經(jīng)電路， 對電路的組件，尤其對保護(hù)MOSFETT7會有損壞的巨大風(fēng)險(xiǎn)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電路的示圖。該圖與圖l的圖相似，因此 對應(yīng)的部分用相同的參考標(biāo)記提供。在圖2的圖中電容器8已經(jīng)跨接在保護(hù)MOSFET T7的柵極端和源極端 之間，即與穩(wěn)壓二極管5平行。在卸載瞬變發(fā)生的情況下，電容器8將被充 電，并隨后放電，這將延遲如上所述的保護(hù)MOSFET T7的內(nèi)部開關(guān)6的打 開。該電路還包括連接在DC電源的正極端和保護(hù)MOSFET T7的柵極端之間 的電阻器9和二極管10。通過適當(dāng)選擇電阻器9的電阻和電容器8的電容能 夠獲得如上所述的期望時(shí)間延遲。該時(shí)間延遲應(yīng)該足夠長以允許卸載瞬變在 內(nèi)部開關(guān)6打開前經(jīng)過保護(hù)MOSFETT7,并且應(yīng)該足夠短以防止由交流發(fā)電
遲的圖。優(yōu)選的是，該電路可以是圖2的電路，因此以下的參考標(biāo)記參考圖2。該圖以時(shí)間的函數(shù)的方式顯示了在保護(hù)MOSFETT7的柵極端和源極端之 間的電壓降Vgs。最初電壓降約是15V，保護(hù)MOSFETT7的內(nèi)部開關(guān)6凈皮才妾 通。卸載瞬變或反極性發(fā)生，并且如上所述，電容器充電和放電。在電容器 放電期間電壓降減少直到達(dá)到閾值Vgs(th)。在圖3的圖中這大約發(fā)生在10ms 后。在這點(diǎn)時(shí)如上所述保護(hù)MOSFETT7的內(nèi)部開關(guān)6打開。
權(quán)利要求
1.一種電路，用于向DC應(yīng)用供應(yīng)電力，所述電路包括-直流(DC)電源，包括一組端子，所述DC電源(1)還可連接到交流發(fā)電機(jī)充電電路(2)，-場效應(yīng)晶體管(FET)(T7)，包括漏極端、源極端和柵極端，所述FET(T7)以所述FET(T7)的漏極端連接到所述DC電源(1)的負(fù)極端的這種方式連接到所述DC電源(1)的端子，以及-電容器(8)，跨接在FET(T7)的柵極端和源極端之間，所述電容器(8)與所述FET(T7)的柵極端的內(nèi)部電容結(jié)合定義了電容C。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的所述電路，其中，所述FET (T7)是金屬氧化物半 導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的所述電路，還包括二極管(10)，連接在所述 DC電源(1)的正極端和所述FET (T7)的4冊極之間。
4. 根據(jù)前述任意權(quán)利要求的所述電路，還包括電阻器(9),具有電阻R, 連接在所述DC電源的正極端和所述FET ( T7 )的柵極端之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的所述電路，其中，所述電容C和所述電阻R是以 t =R C在時(shí)間間隔lms到20ms內(nèi)的這種方式來選擇的。
6. 根據(jù)任意前述的權(quán)利要求的所述電路，其中，所述DC電源(l)是 電池。
7. 根據(jù)前述任意權(quán)利要求的所述電路，其中，所述電路適于向DC馬達(dá) (4)供應(yīng)電力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的所述電路，其中，所述電路適于向無電刷的DC馬 達(dá)(4)供應(yīng)電力。
全文摘要
公開了一種用于向DC應(yīng)用供應(yīng)電源的電路。該電路包括連接到交流發(fā)電機(jī)充電電路(2)的DC電源(1)；FET(T7)；以及跨接在FET的柵極端和源極端之間的電容器(8)。FET(T7)的漏極端連接到DC電源(1)的負(fù)極端。FET(T7)針對交流發(fā)電機(jī)充電電路(2)偶然連接到具有反極性的DC電源(1)的情況當(dāng)該情況發(fā)生時(shí)通過打開FET的開關(guān)(6)保護(hù)該電路。電容器(8)保護(hù)FET(T7)以防在卸載瞬變發(fā)生時(shí)推進(jìn)FET(T7)雪崩。這是因?yàn)樵谶@種情況下電容器(8)將充電并放電，所以在開關(guān)(6)打開前引入了時(shí)間延遲。因此，通過帶有低能量消耗的小組件裝置得到針對卸載瞬變的保護(hù)。因此，該電路的尺寸減小并節(jié)約了能量。
文檔編號H02H3/18GK101150250SQ200710152809
公開日2008年3月26日 申請日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者魯恩·湯姆森 申請人:丹佛斯壓縮機(jī)有限責(zé)任公司