專利名稱：限流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的限流電路。
這樣的電路已公開描述在DE-3535864A1中。在該文獻(xiàn)所述電路的縱向分支中，配置有場效應(yīng)晶體管的漏極-源極通道，與場效應(yīng)晶體管的漏極-源極通道相串連的一個(gè)測量電阻形成電流傳感器。這個(gè)測量電阻上的壓降對一個(gè)雙極晶體管起控制作用。場效應(yīng)晶體管的柵極經(jīng)過一個(gè)電阻接到控制場效應(yīng)晶體管導(dǎo)通的一個(gè)接通電位上，還通過該雙極晶體管的發(fā)射-收集極通道接到使場效應(yīng)晶體管截止的截止電位上。當(dāng)接通電網(wǎng)電壓時(shí)，充電電流流經(jīng)場效應(yīng)晶體管；向一電容器充電，從而將電流限制在預(yù)定值的范圍內(nèi)。
與處于輸入或輸出端上的電容器并聯(lián)的電路組件在帶電壓時(shí)或接通電壓時(shí)，向電容器提供大充電電流。尤其當(dāng)電路組件包括作為電流源的存儲電容器時(shí)，配置有帶電的母線的印刷電路板工作中只具有很小的阻抗。這種存儲電容器可以尤其接在電源設(shè)備的輸入端處，也可接在電源設(shè)備的輸出端上，它們相互并聯(lián)連接，以滿足負(fù)載的多余饋給。
人們利用由場效應(yīng)晶體管和測流電阻構(gòu)成的限流電路限制了在接通或施加工作電壓及還處于工作時(shí)的此充電電流。這種限制具有幾微秒的典型的響應(yīng)時(shí)間。如果這些組件在工作中被拉撥，由于插接的抖動(dòng)會(huì)產(chǎn)生短暫的補(bǔ)充充電電流脈沖，得到多個(gè)穩(wěn)定的臨界值。這種現(xiàn)象會(huì)對由相鄰組件形成的通信設(shè)備產(chǎn)生干擾。
本發(fā)明考慮到上述問題，采用限制電流的增長速度來取代對電流本身的限定，這樣不會(huì)再出現(xiàn)上述缺陷。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種權(quán)利要求1前序部分所述類型的電路，不僅對電流本身，而且對電流的上升速度加以限定。
按照本發(fā)明此電路如權(quán)利要求1特征部分所述方式構(gòu)成。
通過這種措施，優(yōu)點(diǎn)在于，實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)無延遲的限流作用，對電路上任一組件或與存儲電容器接通時(shí)出現(xiàn)的短暫的過流能夠?qū)崿F(xiàn)有效的保護(hù)。本發(fā)明另一優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)尤其由于插接抖動(dòng)引起較短的連續(xù)的變換過程時(shí)，或出現(xiàn)過壓脈沖時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生短暫的有害的過流現(xiàn)象。此外，限制電流的上升速度降低了對于電焊連接或空間緊密鄰接的電路的干擾影響。因此本發(fā)明的電路特別適合應(yīng)用于通信傳輸用設(shè)備，這些設(shè)備對于防止干擾具有很高要求。
對于印刷電路板上的組件進(jìn)行替換時(shí)，電路不會(huì)由于大充電電流而損壞，因?yàn)樵诓褰佣秳?dòng)期間，不論是插入還是拔出時(shí)，本發(fā)明的電路能夠有效地對短時(shí)過流予以限制。
而且，本發(fā)明的電路能夠防止插接引起過流的可能的不利影響。這種對充電電流的限定保證了當(dāng)運(yùn)行中出現(xiàn)過壓時(shí)限制存儲電容器上產(chǎn)生壓升。并且也可有效阻止在接通、插拔或工作中電壓不穩(wěn)時(shí)保護(hù)設(shè)備的觸發(fā)。
US-4438473介紹了一種電路，它提供一個(gè)用電器，并且在斷路時(shí)中斷充電電流。在該電路的縱向分支上接有在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行中受控導(dǎo)通的雙極晶體管，短路時(shí)，該晶體管借助于一個(gè)電流傳感器截止。這個(gè)電流傳感器由一個(gè)電阻，和與之相串連的扼流圈組成。起中斷作用的所述晶體管由一個(gè)觸發(fā)電路控制并以二進(jìn)制方式工作。這個(gè)觸發(fā)電路的輸出信號延遲地傳送到起中斷作用的處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管，使中斷操作能夠與一個(gè)容性負(fù)載相關(guān)聯(lián)?？刹捎靡话愕陌雽?dǎo)體開關(guān)元件作為前述的過壓保護(hù)器件。
本發(fā)明的有利的技術(shù)方案體現(xiàn)在權(quán)利要求2-10的附加技術(shù)特征中。
下面根據(jù)附圖中所描述的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。附圖為

圖1具有一個(gè)n溝道場效應(yīng)晶體管和一個(gè)npn-晶體管的限流電路電路圖，圖2圖1所示電路的電流和電壓隨時(shí)間變化的曲線圖，圖3帶有場效應(yīng)晶體管附加控制功能的限流電路電路圖，及圖4具有一個(gè)P溝道場效應(yīng)晶體管和一個(gè)pnp晶體管的限流電路電路圖。
在圖1所示的電路帶有一個(gè)限流裝置，它連接在電源2和存儲電容器19之間，同時(shí)起限制導(dǎo)通電流作用和過壓保護(hù)作用。
這個(gè)限流電路通過一個(gè)圖中未示出的多頭插接連接器的插接接點(diǎn)3和4與電源2連接，而且通過插接接點(diǎn)17和18與一個(gè)用電器連接，這個(gè)用電器是由存儲電容器19和負(fù)載電阻20構(gòu)成的并聯(lián)電路。
存儲電容器19的一端經(jīng)過插接接點(diǎn)17，3與電源2的正極相連接，該電容器的另一端經(jīng)過插接接點(diǎn)18，場效應(yīng)晶體管12的漏極-源極通道，與其串連的電流傳感器8和插接接點(diǎn)4與電源2的負(fù)極相連接。
電流傳感器8包括測流電阻10和與之串連的扼流圈9。一個(gè)二極管11與電流傳感器8相并聯(lián)，該二極管呈反向(相對于充電電流)連接，起到扼流圈9的續(xù)流二極管作用。
場效應(yīng)晶體管12的柵極作為執(zhí)行環(huán)節(jié)，一方面與雙極晶體管5的集電極連接，另一方面經(jīng)一電阻16接到電路的縱向分支，此分支把用電器19，20和電源2的正極相連接。齊納二極管7與場效應(yīng)晶體管12的柵極-源極通道并聯(lián)連接，這個(gè)齊納二極管7的作用是限制使場效應(yīng)晶體管12導(dǎo)通的電壓為其齊納電壓值。
雙極晶體管5的發(fā)射極通過插接接點(diǎn)4與電源2的負(fù)極相連接，它的集電極與場效應(yīng)晶體管12的柵極相連，它的基極經(jīng)過電阻6接至電流傳感器8和場效應(yīng)晶體管12源極的節(jié)點(diǎn)上。
經(jīng)過本電路的限流作用，使來自電網(wǎng)的短暫的過高壓只導(dǎo)致用電器20上的極小的電壓壓升。這個(gè)壓差存在于場效應(yīng)晶體管12上，是可以測知的。過壓之后，電路再次恢復(fù)完全由場效應(yīng)晶體管12控制的正常狀態(tài)。
限流的電流I1從電源2的正極流出，經(jīng)過閉合的開關(guān)1、并聯(lián)的電容器19和電阻20，場效應(yīng)晶體管12的漏-源極通道和電流傳感器8回到電源2的負(fù)極。
電流I1的上升速度依靠扼流圈9測定，并依靠場效應(yīng)晶體管12限制。扼流圈9必須的電感值在于，按照限制的電壓主和測量電壓的比例關(guān)系，扼流圈本身必須限制電流上升，最大布置應(yīng)低于必須的值。
在連接插接接點(diǎn)3，4和17，18的情況下，通過開關(guān)1的閉合或在開關(guān)1已閉合的情況下插入接頭，電容器19與電源電壓Ue相連接時(shí)，充電電流然后會(huì)一直存在。
通過場效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)限流，這個(gè)晶體管是一個(gè)自截止式n溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOS-FET)，在電路中與容性用電器19，20相串連。場效應(yīng)晶體管12帶有寄生電容。柵-源極電容器13位于柵極和源極之間，柵-漏極電容14位于柵極和漏極之間，源-漏極電容15位于場效應(yīng)晶體管12的源極和漏極之間。
電壓U1通過高阻值的電阻16作用到場效應(yīng)晶體管12上。齊納二極管7限制其控制電壓，起到保護(hù)場效應(yīng)晶體管12的作用。
電阻10和扼流圈9的繞組電阻構(gòu)成電流傳感器8的歐姆分量。在某些情況下，可以只靠扼流圈9的繞組電阻構(gòu)成上述歐姆分量，將額外的電阻10短接即可。
如果由于充電電流增加和由充電電流本身在扼流圈9和電阻10上產(chǎn)生的電壓超過了晶體管5的基極導(dǎo)通電壓，晶體管5導(dǎo)通，場效應(yīng)晶體管12截止。以此方式，不僅可以限制充電電流I1的升高，而且限制了充電電流I1本身。
圖2表示圖1的電路電壓為U1時(shí)和觸頭彈跳時(shí)充電電流的曲線，此時(shí)考慮了場效應(yīng)晶體管12的寄生電容13，14和15。
在接通時(shí)間點(diǎn)t1，電壓U1從零跳躍升到Ue。由于在此時(shí)間點(diǎn)上，電容器19和場效應(yīng)晶體管12的寄生電容13-15的放電，于是使扼流圈9和晶體管5的集電極及發(fā)射極間的電壓也躍升到輸入電壓值Ue。晶體管5的基極電流流過電阻6，使晶體管5導(dǎo)通，這個(gè)電流給寄生電容13和14充電，流過齊納二極管7的電流為寄生電容15充電。
電阻6是這樣取值的，一方面有助于提供足夠的向寄生電容13-15快速充電的基極電流，另一方面又要保證不使晶體管5過載。
扼流圈9的電感值的大小應(yīng)這樣選擇，使寄生電容13-15的充電電流的主要部分不流過扼流圈9，而是流過晶體管5。由此晶體管5可以通過柵極可靠地將場效應(yīng)晶體管12截止。在圖2中，這個(gè)充電電流在時(shí)間點(diǎn)t1時(shí)具有一個(gè)峰值。
寄生電容13-15的充電電流衰減之后，晶體管5截止。然后場效應(yīng)晶體管12通過電阻16再次接通，于是在時(shí)間點(diǎn)t2處，作為用電器電容的電容器19的充電電流開始流過該電容。通過扼流圈9的電感和晶體管5的基極導(dǎo)通電壓的共同作用，限制了電流I1的上升速度。從時(shí)間點(diǎn)t3開始，電阻10上的壓降達(dá)到晶體管5的基極導(dǎo)通電壓，所以電流I1不再繼續(xù)上升。在時(shí)間點(diǎn)t4上，電容器19快速充電，充電電流I1開始下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)時(shí)間點(diǎn)t5時(shí)，電容器19完全充電，這時(shí)流動(dòng)的電流只由容性用電器19，20的電阻20吸收。
在時(shí)間點(diǎn)t6上，電壓U1出現(xiàn)短暫的中斷，這可通過彈跳插接觸頭3和/或4實(shí)現(xiàn)。在中斷期間，電容器19通過電阻20部分地放電。在時(shí)間點(diǎn)t7上電壓U1又恢復(fù)。從時(shí)間點(diǎn)7開始的電流曲線與自時(shí)間點(diǎn)t1開始的曲線相同，電容器19到時(shí)間點(diǎn)t7的充電狀態(tài)決定了充電周期的長短。當(dāng)場效應(yīng)晶體管12的寄生電容13-15還未完全放電時(shí)，電流限制采用無延遲的和不會(huì)超過常規(guī)限定值的峰值。
圖3是一個(gè)與圖1電路類似的限流電路。所不同的是，在晶體管5的集電極和電阻16之間的節(jié)點(diǎn)和場效應(yīng)晶體管12的柵極之間連接一個(gè)電阻23。二極管24則與電阻23并聯(lián)。二極管24相對于由電阻16提供的控制場效應(yīng)晶體管12導(dǎo)通的電壓反向連接。齊納二極管7連接在晶體管5的集電極和場效應(yīng)晶體管12的源極之間，與由電阻23和晶體管12的柵-源極通道構(gòu)成的串連電路相并聯(lián)連接。
電阻23在某些場效應(yīng)晶體管類型的情況下可以與較長的柵極引線連接，其作用是抑制振蕩。二極管24阻止場效應(yīng)二極管72在接通時(shí)間點(diǎn)上受漏-源極寄生電容15的控制。
另一個(gè)與圖1的電路的區(qū)別之處在于開關(guān)22。開關(guān)22允許變換在電阻16上的接通電位。在圖示的開關(guān)位置的連接情況下，輸入電壓U1可作用到電阻16上。在另一開關(guān)位置，使輔助電壓UH作用到電阻16上。
在開關(guān)22和電阻23之間連接有電阻16。電阻16和23的節(jié)點(diǎn)與晶體管5的集電極連接，并且通過齊納二極管7連接到場效應(yīng)晶體管12的源極上。齊納二極管7相對于從開關(guān)22經(jīng)電阻16作用到其陰極的電壓反向連接，因此限制這個(gè)電壓為齊納電壓值。
電阻16可通過開關(guān)22處于輔助電壓UH，于是場效應(yīng)晶體管12的控制電壓取決于這個(gè)輔助電壓UH。即場效應(yīng)晶體管12的操作與電源電壓U1無關(guān)。這樣可以使場效應(yīng)晶體管12作為執(zhí)行元件起到輔助功能，如過壓中斷或?qū)τ诓煌秒娖鞔_定導(dǎo)通順序。
作為對圖1的電路的另一補(bǔ)充方案是，電阻25與場效應(yīng)晶體管12的漏-源極通道并聯(lián)連接，而且與由電流傳感器8和晶體管12的漏-源極通道形成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接一個(gè)齊納二極管26，這個(gè)齊納二極管26相對于電流I1反向連接。電阻25用作卸載電阻，減小場效應(yīng)晶體管12的脈動(dòng)載荷，或者當(dāng)電阻16上施加了輔助電壓UH時(shí)，而且場效應(yīng)晶體管12為斷開狀態(tài)時(shí)，電阻25能例如作為輔助電源向用電器提供很小的電流，或者在場效應(yīng)晶體管12導(dǎo)通之前使電容器19已逐漸充電。
齊納二極管26的作用是防止場效應(yīng)晶體管12中出現(xiàn)過壓和反向電流。如果場效應(yīng)晶體管12本身帶有一個(gè)確定的雪崩特性，則齊納二極管不是必須的。
如果在圖2所示的時(shí)間點(diǎn)t1給寄生電容13-15充電出現(xiàn)峰值電流之后還應(yīng)繼續(xù)阻尼，應(yīng)特別增加一個(gè)扼流圈21，其具有相對較小的電感值。
圖1的場效應(yīng)晶體管12是一個(gè)n溝道MOS-FET晶體管，晶體管5是一個(gè)雙極npn晶體管。圖4與圖1中的限流電路相比，場效應(yīng)晶體管12是用P溝道MOS-FET代替n溝道MOS-FET，而晶體管5是用pnp晶體管代替npn晶體管。而且由場效應(yīng)晶體管12的漏-源極通道和電流傳感器8形成的串聯(lián)電路，接到電源的正極上來代替接到電源的負(fù)極上。
權(quán)利要求
1.限流電路，配置在一個(gè)電源(2)和一個(gè)存儲電容器(19)之間，在一個(gè)縱向分支上包含一個(gè)場效應(yīng)晶體管(12，120)的源極-漏極通道和一個(gè)與這個(gè)源-漏極通常串連的電流傳感器(8，80)，場效應(yīng)晶體管(12，120)的柵極通過一個(gè)電阻(16，160)連接到控制場效應(yīng)晶體管(12，120)導(dǎo)通的接通電位上，和通過晶體管(5，50)的發(fā)射-集電極通道連接到控制場效應(yīng)晶體管(12，120)處于截止?fàn)顟B(tài)的截止電位上，晶體管(5，50)的發(fā)射極與測量裝置(8，80)的一端連接，晶體管(5，50)的基極經(jīng)由電阻(6，60)與電流傳感器(8，80)的另一端連接，當(dāng)電流傳感器(8，80)上的壓降低于某一預(yù)定的閾電壓時(shí)，晶體管(5，50)的發(fā)射-集電極通道變?yōu)楦咦柚?，?dāng)電流傳感器(8，80)上的壓降高于晶體管(5，50)的集電極的預(yù)定的閾電壓時(shí)，場效應(yīng)晶體管(12，120)提供一個(gè)起限流控制作用的電位，其特征在于，電流傳感器(8，80)包含一個(gè)扼流圈(9，90)，它的阻抗具有一電阻分量和一電感分量，并且與電流傳感器(8，80)并連連接一個(gè)相對于充電電流(I1)反向連接的二極管(11，110)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，在場效應(yīng)晶體管(12)的柵極引線上接有一個(gè)柵極前置電阻(23)，與這個(gè)電阻(23)并連連接一個(gè)二極管(24)，它相對于在柵極前置電阻(23)上下降的和控制場效應(yīng)晶體管(12)導(dǎo)通的電壓反向連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電路，其特征在于，齊納二極管(7)連接在晶體管(5，50)的集電極和場效應(yīng)晶體管(12，120)的源極之間，并且相對于控制場效應(yīng)晶體管(12，120)導(dǎo)通的電壓反向連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的電路，其特征在于，通過一個(gè)位于與電源(2)和用電器(19，20)直接連接的電位和一個(gè)輔助電壓(UH)之間的開關(guān)(22)實(shí)現(xiàn)接通電位的轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一的電路，其特征在于，一個(gè)電阻(25)與場效應(yīng)晶體管(12)的漏-源極通道并聯(lián)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的電路，其特征在于，與由電流傳感器(8，80)和場效應(yīng)晶體管(12)的漏-源極通道形成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接一個(gè)相對于充電電流(I1)反向連接的齊納二極管(26)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一的電路，其特征在于，扼流圈(9，90)的電感量是這樣選擇的，當(dāng)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，使場效應(yīng)晶體管(12，120)的寄生電容(13，14，15)的大部分充電電流從晶體管(5，50)的發(fā)射-集電極通道流過。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的電路，其特征在于，電流傳感器(8，80)的歐姆分量是這樣選擇的，它將與晶體管(5，50)的閾電壓相連接的負(fù)載電流限制在一個(gè)預(yù)定值上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一的電路，其特征在于，在晶體管(5，50)的基極引線上接有一電阻(6，60)，它的阻值應(yīng)這樣考慮，對于場效應(yīng)晶體管(12)的寄生電容(13，14，15)的充電，阻值應(yīng)足夠小，對于保護(hù)晶體管(5，50)過載，阻值應(yīng)足夠大。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一的電路，其特征在于，測量裝置(8，80)的歐姆分量是由扼流圈(9，90)的線圈電阻構(gòu)成。
全文摘要
限流電路，包括場效應(yīng)晶體管(12)的源-漏極通道，和與之串連的一個(gè)電流傳感器(8)，共同配置在電路的縱向分支上。通過在電流傳感器(8)內(nèi)的一個(gè)扼流圈(9)限制電流的上升速度，從而有效地保護(hù)了短暫的過流現(xiàn)象。作為續(xù)流二極管的二極管(11)與電流傳感器(8)并聯(lián)連接，本電路尤其適于用作通信設(shè)備的電源。
文檔編號H02H9/00GK1149936SQ95193395
公開日1997年5月14日 申請日期1995年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月1日
發(fā)明者K·弗里爾 申請人:西門子公司