專利名稱：帶短路負(fù)載保護(hù)的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)傳播用的帶短路負(fù)載保護(hù)的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)。
日本專利出版物平11-163706揭示了一種光學(xué)傳播中所用的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)。這種開關(guān)包括一個(gè)光電元件，它根據(jù)自光源吸收的光給出一個(gè)工作電壓，還包括一個(gè)輸出晶體管，它受所述工作電壓的觸發(fā)，變成導(dǎo)通，用以使負(fù)載與電源相連。為防止該輸出晶體管因負(fù)載意外短路而過載，該開關(guān)包括一個(gè)過載傳感器，用以檢測過載情況，還包括一個(gè)分路晶體管，它響應(yīng)所述過載情況而變?yōu)閷?dǎo)通，使來自光電元件的電流離開所述輸出晶體管，使其關(guān)斷，以中斷過載電流。另外，該開關(guān)包括一閂鎖電路，它響應(yīng)所述過載情況，給出及保持一個(gè)送到所述輸出晶體管控制極的中斷信號，以保持切斷輸出晶體管，繼續(xù)中斷過載電流。在這種現(xiàn)有技術(shù)中，所述分路晶體管被包含于所述閂鎖電路中，以便還響應(yīng)閂鎖動(dòng)作。因此，分路晶體管必須滿足兩個(gè)不同的要求，其一是截?cái)嗨鲚敵鼍w管，再一則是保持加給與所述閂鎖電路中的一個(gè)電阻相連之輸出晶體管控制極的中斷信號。采用這種將分路晶體管限制于閂鎖電路中，對于使用改變產(chǎn)生電流之電容的光電元件而言，要想把兩個(gè)要求結(jié)合起來多少有些困難。例如，當(dāng)采用具有較大產(chǎn)生電流之電容的光電元件，用以將一相應(yīng)的高壓加給所述輸出晶體管的控制極，使其快速接通時(shí)，為了閂鎖動(dòng)作而使分路晶體管導(dǎo)通可能尚不足以使加給輸出晶體管控制極的電壓降至其閾值電壓以下，甚至在使分路晶體管導(dǎo)通，從光電元件取出電流時(shí)，也不能截?cái)嘣撦敵鼍w管。因此，這種現(xiàn)有的開關(guān)對電路的設(shè)計(jì)提出限制，而且就與光電元件的產(chǎn)生電流的電容無關(guān)地實(shí)現(xiàn)中斷過載而言也是不能令人滿意的。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)提供一種改進(jìn)的具有短路保護(hù)的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)，它能切實(shí)地中斷負(fù)載的過載。本發(fā)明的半導(dǎo)體開關(guān)包括一個(gè)輸出開關(guān)晶體管，它接在一對輸出端子之間，所述輸出端子適于連接包含負(fù)載和給負(fù)載供能之電源的負(fù)載電路。所述輸出開關(guān)晶體管有一個(gè)具有閾值電壓的控制極，在此電壓下，該輸出開關(guān)晶體管導(dǎo)通，使負(fù)載與電源連接。本開關(guān)包括一個(gè)光電元件，用于當(dāng)從光源吸收光時(shí)產(chǎn)生電能。所述電能提供一個(gè)隨自光電元件流出之電流的增大而減小的工作電壓。一個(gè)過載傳感器與所述負(fù)載電路連接，當(dāng)負(fù)載電路遇到從電源流過負(fù)載的過載電流時(shí)，給出一個(gè)過載信號。一個(gè)分路晶體管與接在所述光電元件兩端之限流電阻元件串聯(lián)連接，以確定來自光電元件之電流流過該限流電阻元件離開所述輸出開關(guān)晶體管的分流路徑。本開關(guān)還包括一個(gè)閂鎖電路，它與所述過載傳感器及分路晶體管連接。所述閂鎖電路由所述光電元件供能，而且一旦收到過載信號就給出中斷信號，并在去掉所述過載信號之后保持該中斷信號。所述中斷信號造成所述分路晶體管成為導(dǎo)通的，使來自光電元件的電流流過所述分流路徑，同時(shí)使加給輸出開關(guān)晶體管的控制極的工作電壓降至閾值電壓以下，以斷開所述輸出開關(guān)晶體管，用以解除負(fù)載與電源的連接。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于所述分路晶體管和限流電阻元件與所述閂鎖電路分開形成，并且所述限流電阻元件被接在輸出開關(guān)晶體管的控制極與所述光電元件的正極之間，以限制來自光電元件的電流，當(dāng)所述分路晶體管被導(dǎo)通時(shí)，使其限制在有如把加給輸出開關(guān)晶體管控制極之工作電壓降低到閾值電壓以下那樣低的程度，同時(shí)允許光電元件給出為保持中斷信號而提供給所述閂鎖電路的電壓。于是，限流電阻元件與分路晶體管的串聯(lián)組合能夠保證提供供給所述閂鎖電路的電壓，與此同時(shí)，還能限制加給所述輸出開關(guān)晶體管之控制極的工作電壓，以便一方面保持閂鎖電路的中斷信號，另一方面還響應(yīng)中斷信號無誤地?cái)嚅_所述輸出開關(guān)晶體管，能夠有效地和可靠地中斷過載。再有，由于限流電阻元件是與閂鎖電路分開形成的，因此只需通過選擇所述限流電阻元件的阻抗，就能夠毫不費(fèi)力地確保上述過載中斷，而與光電元件的變化的產(chǎn)生電路的電容無關(guān)。由此，可使所述輸出晶體管對于負(fù)載電路的過載受到完全的保護(hù)。
按照本發(fā)明的一種方案，通過插入負(fù)載電路中的電流反應(yīng)電阻得到過載傳感器，并安排一個(gè)晶體管開關(guān)接收電流反應(yīng)電阻兩端所產(chǎn)生的電壓，以便當(dāng)電壓超過預(yù)定值時(shí)給閂鎖電路提供過載信號。
按照本發(fā)明的另一種方案，通過與輸出端子間的旁路輸出晶體管開關(guān)串聯(lián)并與所述輸出晶體管開關(guān)并聯(lián)的電流反應(yīng)電阻得到過載傳感器，并安排一個(gè)晶體管開關(guān)接收電流反應(yīng)電阻兩端所產(chǎn)生的電壓，以便當(dāng)電壓超過預(yù)定值時(shí)給閂鎖電路提供過載信號。
為驅(qū)動(dòng)由DC電源供能的負(fù)載，最好由單獨(dú)一個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)確定所述輸出開關(guān)晶體管，將所述MOSFET的柵極-源極連接在所述光電元件的兩端，而將它的漏極-源極連接在輸出端子之間。
為驅(qū)動(dòng)由AC電源供能的負(fù)載，所述開關(guān)最好包括一對輸出開關(guān)晶體管，其中每一個(gè)均為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)形式。將兩個(gè)輸出開關(guān)晶體管串聯(lián)連接于輸出端子之間，其中使每個(gè)MOSFET的源極互相連接，并以每個(gè)MOSFET的柵極公共相連，以接收來自光電元件的工作電壓。
最好由具有設(shè)定輸入端、重置輸入端和輸出端的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器得到所述閂鎖電路。所述設(shè)定輸入端被連接成接收過載信號；所述重置輸入端被連接成接收來自光電源極的工作電壓；而將輸出端連接成接通或者斷開所述分路晶體管。
所述分路晶體管最好是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，它的漏極-源極與限流電阻元件串聯(lián)，它接在光電元件兩端。按照這種連接，通過第一電阻元件和第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)結(jié)合在一起，以及第二電阻元件和第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)結(jié)合在一起得到所述雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其中所述第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的漏極-源極與第一電阻元件串聯(lián)，接在光電元件兩端，第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的漏極-源極與第二電阻元件串聯(lián)，接在光電元件兩端。第一MOSFET的柵極連到第二電阻元件與第二MOSFET漏極之間的點(diǎn)。第二MOSFET的柵極連到第一電阻元件與第一MOSFET漏極之間的點(diǎn)。還將第二電阻元件和第二MOSFET漏極之間的點(diǎn)連到所述分路晶體管(MOSFET)的柵極，以便對該分路晶體管柵極提供中斷信號。第二MOSFET的柵極通過第一電阻元件接收來自光電元件的工作電壓，以便成為導(dǎo)通的，從而降低通過第二電阻元件加到第一MOSFET柵極和分路晶體管(MOSFET)柵極的工作電壓，使第一MOSFET和分路晶體管(MOSFET)不導(dǎo)通，從而給所述輸出開關(guān)晶體管的控制極加以工作電壓，使之接通。第二MOSFET的柵極還接收過載信號，使第二MOSFET不導(dǎo)通，從而提高加給第一MOSFET和分路晶體管(MOSFET)柵極的電壓，以使第一MOSFET和分路晶體管(MOSFET)導(dǎo)通，這保持第二MOSFET不導(dǎo)通，以持續(xù)導(dǎo)通分路晶體管(MOSFET)，用以在去掉來自光電元件的工作電壓之前保持輸出開關(guān)晶體管的中斷。
對于上述電路結(jié)構(gòu)，限流電阻元件、第一電阻元件和第二電阻元件中的每一個(gè)最好都是穿通空間電荷電阻器。所述穿通空間電荷電阻器包括導(dǎo)電類型為n型和p型中的一種的半導(dǎo)體基片、散布在所述基片表面內(nèi)并與基片導(dǎo)電類型相反的阱、一對按互相隔開的關(guān)系分散于所述阱表面內(nèi)的區(qū)域。所述一對區(qū)域與所述基片導(dǎo)電類型相同。所述區(qū)域上各自形成電極，以便把工作電壓加于所述區(qū)域之間，部分地通過所述阱。在這種情況下，所述區(qū)域合在一起，其間形成一個(gè)耗盡層，能夠響應(yīng)微小的電流，從而確定限流電阻元件、第一電阻元件和第二電阻元件中的每一個(gè)的電阻。由于可將穿通空間電荷電阻器實(shí)現(xiàn)為微型結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出高電阻，即使每個(gè)電阻元件都需要明顯的高電阻，而采用較小的產(chǎn)生電流之電容的光電元件時(shí)，也可將整個(gè)開關(guān)制成小型的。
另外，可用二極管分別得到所述限流電阻元件、第一電阻元件和第二電阻元件。
最好由具有確定控制極之柵極的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)得到所述輸出開關(guān)晶體管。使齊納二極管接在輸出開關(guān)晶體管的柵極-源極兩端，與按以下方式與光電元件并聯(lián)連接，也即使得齊納二極管的陰極連接到輸出開關(guān)晶體管的柵極。選擇齊納二極管的擊穿電壓高于光電元件的開路電壓。于是，即使由于負(fù)載短路而將過高的電壓加于輸出開關(guān)晶體管上，齊納二極管也能將輸出開關(guān)晶體管的柵極電壓箝位于擊穿電壓，以保護(hù)輸出晶體管免至破壞電壓。
可將一二極管連接于限流電阻元件兩端，以該二極管的陽極連接于所述輸出開關(guān)晶體管的柵極。于是，當(dāng)使光電元件斷開而停止提供工作電壓時(shí)，所述二極管在限流電阻元件兩端建立旁路，以放出輸出開關(guān)晶體管柵極上積累的電荷，從而加速放電，快速切斷所述輸出開關(guān)晶體管。
按照這種連接，為了避免當(dāng)負(fù)載電路受到高壓噪聲，如雷電沖擊波時(shí)所述開關(guān)的短路中斷故障，可將一電阻與二極管串聯(lián)連接于所述限流電阻元件兩端。當(dāng)發(fā)生高壓噪聲同時(shí)所述輸出開關(guān)晶體管保持接通時(shí)，沖擊電流將從所述輸出開關(guān)晶體管(MOSFET)的漏極流到柵極，通過漏極-柵極路徑中的寄生電容進(jìn)入光電元件，從而瞬間失去光電元件的工作電壓。如果發(fā)生這種情況，閂鎖短路將會(huì)重新切斷所述分路晶體管，不能中斷負(fù)載電路中的過載，沒能保護(hù)負(fù)載電路，以及輸出開關(guān)晶體管。然而，上述旁路中所包括的電阻能夠很好地限定所述沖擊電流，以避免負(fù)載電路的無意的重置，確保中斷過載抵抗高壓噪聲的安全保護(hù)。
代替在限流電阻元件兩端連接的二極管，可以將放電金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)用于同樣的響應(yīng)光電元件不起作用而快速切斷輸出開關(guān)晶體管的目的。放電MOSFET的源極連在限流電阻元件與光電元件的正極之間，漏極和柵極共同連接到輸出開關(guān)晶體管的柵極，以便當(dāng)光電元件不起作用時(shí)，通過該MOSFET放出輸出開關(guān)晶體管柵極上積累的電荷。
最好由第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)得到形成過載傳感器的晶體管；當(dāng)?shù)谌齅OSFET被接通時(shí)，對閂鎖電路提供過載信號。按照這種連接，可用一附加的光電元件提供偏離電壓，當(dāng)吸收光時(shí)，它增加一個(gè)出現(xiàn)在電流反應(yīng)電阻兩端的被檢測的電壓?？蓪⑦@個(gè)附加的光電元件連接電路中的第三MOSFET，以便在測得的電壓與超過預(yù)定值的偏離電壓相加時(shí)，接通該第三MOSFET。從而，即使所述電流反應(yīng)電阻兩端的檢測電壓較低，也能成功地啟動(dòng)第三MOSFET，用以提高第三MOSFET或過載傳感器對過載情況的靈敏度。因此，第三MOSFET能夠很好地響應(yīng)低值過載，用以成功地保護(hù)輸出開關(guān)晶體管。
按照本發(fā)明的又一方案，所述開關(guān)還包括第二分路晶體管，由連接在所述分路晶體管兩端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)形成。第二分路晶體管的漏極接到所述輸出開關(guān)晶體管的控制極與限流電阻元件之間的點(diǎn)上，它的源極與所述分路晶體管的源極相連。第二分路晶體管的柵極被連接成直接接收電流反應(yīng)電阻兩端產(chǎn)生的電壓，以響應(yīng)超過預(yù)定值的電流反應(yīng)電阻的電壓，使第二分路晶體管變?yōu)閷?dǎo)通，令電流從光電元件流過限流電阻元件，并通過第二分路晶體管，離開所述輸出開關(guān)晶體管，先于所述閂鎖電路，響應(yīng)提供接通分路晶體管的中斷信號。采用這種安排，可使輸出開關(guān)晶體管被切斷，迅速響應(yīng)過載情況而中斷所述過載，而沒有用來啟動(dòng)閂鎖電路的等待；并可由其后被啟動(dòng)的閂鎖電路保持切斷。于是，即使面對瞬間的過載電流，也能夠容易地給所述輸出開關(guān)晶體管以更為可靠的保護(hù)。
本開關(guān)可以包括一個(gè)偏置裝置，用于在閂鎖電路響應(yīng)過載信號給出中斷信號時(shí)，從光電元件給分路晶體管的柵極提供偏置電流。采用給分路晶體管附加偏流或偏壓，可使分路晶體管迅速地接通，通過輸出開關(guān)晶體管快速中斷過載，從而有效地保護(hù)輸出開關(guān)晶體管以及相關(guān)元件。
再有，本開關(guān)還可包括一個(gè)阻斷電路，用于阻斷在閂鎖電路響應(yīng)過載信號給出中斷信號時(shí)從光電元件流到輸出開關(guān)晶體管柵極的電流，從而加快過載的中斷，立即保護(hù)輸出開關(guān)晶體管抵抗過載。
另外，過載傳感器可以包括一個(gè)低通濾波器，它拒絕或消除電流反應(yīng)電阻兩端出現(xiàn)的高頻電壓，使得只在電流反應(yīng)電阻兩端電壓超過預(yù)定值并維持超過一定的時(shí)間的情況下，過載傳感器才對閂鎖電路提供過載信號。于是，使閂鎖電路避免響應(yīng)只是瞬間(如較小的噪聲)在負(fù)載電路中出現(xiàn)的非臨界過載而給出中斷信號，以及對于輸出開關(guān)晶體管的保護(hù)為不需要的沖擊電流。
此外，本開關(guān)可包括一個(gè)延時(shí)器，它延遲從過載傳感器對閂鎖電路提供過載信號，用以縮短光電元件產(chǎn)生電能的時(shí)間，從而消除在啟動(dòng)光電元件之后電流反應(yīng)電阻兩端立刻出現(xiàn)的瞬變電壓。隨著包含延時(shí)器的同時(shí)，可使輸出開關(guān)晶體管避免響應(yīng)在啟動(dòng)光電元件之后立刻出現(xiàn)的非臨界過載，用以確?？煽康拈_關(guān)工作。
從以下參照附圖對實(shí)施例的詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的這些以及其它目的和特點(diǎn)變得愈為清晰，其中

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例具有短路負(fù)載保護(hù)之光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)的電路圖；圖2是說明上述開關(guān)中所用穿通空間電荷電阻器的斷面圖；圖3是說明上述開關(guān)中所用擴(kuò)散電阻器的斷面圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)；圖5是第一實(shí)施例的第一種改型的電路圖；圖6是第一實(shí)施例的第二種改型的電路圖；圖7是本發(fā)明第三實(shí)施例光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)的電路圖；圖8是本發(fā)明第四實(shí)施例光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)的電路圖；圖9是本發(fā)明第五實(shí)施例光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)的電路圖；圖10是本發(fā)明第六實(shí)施例光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)的電路圖；圖11是說明第六實(shí)施例的第一種改型的電路圖；圖12是說明第六實(shí)施例的第二種改型的電路圖；圖13是本發(fā)明第七實(shí)施例光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)的電路圖；圖14是說明第七實(shí)施例一種改型的電路圖；圖15是本發(fā)明第八實(shí)施例光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)的電路圖；圖16是說明第八實(shí)施例一種改型的電路圖；圖17是本發(fā)明第九實(shí)施例光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)的電路圖；圖18是說明第九實(shí)施例一種改型的電路圖；圖19是說明第一實(shí)施例第三種改型的電路圖；第一實(shí)施例(圖1)參照圖1，表示本發(fā)明第一實(shí)施例光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)。本開關(guān)被用于與發(fā)光二極管1結(jié)合，構(gòu)成光繼電器，用于使負(fù)載2與電源3連接和斷開連接。本開關(guān)包括光電二極管陣列形式的光電元件10，當(dāng)從發(fā)光二極管1吸收光時(shí)產(chǎn)生電能。此電能給出一個(gè)工作電壓，該電壓隨著光電二極管陣列10的電流的增加而降低。加給所述工作電壓，以啟動(dòng)呈n溝道增強(qiáng)型金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)形式的輸出開關(guān)晶體管20，它的柵極-源極被接在光電二極管陣列10的兩端。輸出MOSFET20的漏極和源極分別連到輸出端子21，所述端子適于用于與負(fù)載1和電源3組成的負(fù)載電路連接。輸出MOSFET20的柵極被連接成接收來自光電二極管陣列10的工作電壓，使輸出MOSFET20響應(yīng)光電二極管陣列10變?yōu)閷?dǎo)通，使負(fù)載2與電源3連接。為保護(hù)本開關(guān)，特別是輸出MOSFET20不受可能流過負(fù)載之過載的損害，所述過載緣于負(fù)載的偶然短路；本開關(guān)包括負(fù)載傳感器30、閂鎖電路40和分路晶體管50，它們聯(lián)合在一起，保持輸出MOSFET20被斷開，用以一旦出現(xiàn)過載情況而中斷過載。
過載傳感器30由電流反應(yīng)電阻31和MOSFET32組成，所述電流反應(yīng)電阻31接在輸出MOSFET20的源極與輸出端21之間，所述MOSFET32的柵極連接成接收檢測電阻31兩端的電壓，以便在檢測電壓超過表現(xiàn)過載的預(yù)定值時(shí)它變?yōu)閷?dǎo)通。MOSFET32的漏極通過第一電阻41連到光電二極管陣列10的正極，其源極連到光電二極管陣列10的負(fù)極。
閂鎖電路40成雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器形式，包括串聯(lián)連接的第一電阻41和第一MOSFET42，它們接在光電二極管陣列10的兩端，還包括串聯(lián)連接的第二電阻43和第二MOSFET44，它們接在光電二極管陣列10的兩端。第一MOSFET42的柵極連接到第二電阻43和第二MOSFET44的漏極之間的接點(diǎn)，而第二MOSFET44的柵極連接到第一電阻41和第一MOSFET42的漏極之間的接點(diǎn)。分路晶體管50也是一個(gè)MOSFET，它的漏極-源極與限流電阻51串聯(lián)連接，接在光電二極管陣列10的兩端，并且它接在輸出MOSFET20的柵極-源極的兩端。分路晶體管50的柵極連接到第二電阻43與第二MOSFET44的漏極之間的接點(diǎn)。將閂鎖電路40構(gòu)造成使得在光電二極管陣列10啟動(dòng)時(shí)，第二MOSFET44首先被導(dǎo)通，從而降低加于第一MOSFET42的柵極和分路晶體管50的電壓，以保持該二者不導(dǎo)通。當(dāng)MOSFET32響應(yīng)過載情況而變?yōu)閷?dǎo)通時(shí)，第二MOSFET44變?yōu)椴粚?dǎo)通，從而使第一MOSFET42和分路MOSFET50導(dǎo)通，于是從光電二極管陣列10引出電流，通過分路MOSFET50，離開輸出MOSFET20，并因此而使輸出MOSFET20斷開，以中斷負(fù)載電路的過載。這種情況一直被保持到光電二極管陣列10不起作用。在這種意義上，閂鎖電路40，也即雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的設(shè)定輸入端被限定于第一電阻41與第一MOSFET42之間的接點(diǎn)處，以便在發(fā)生過載情況時(shí)接收因MOSFET32的導(dǎo)通所引出的過載信號。雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的重置輸入端被限定于第一電阻41與光電二極管陣列10的正極之間的接點(diǎn)處，以便接收來自光電二極管陣列10的工作電壓，而雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出端被限定于第二電阻43與第二MOSFET44之間的接點(diǎn)處，以便一旦MOSFET32將過載信號加給所述設(shè)定輸入端時(shí)，對分路MOSFET50的柵極給出一個(gè)中斷信號。于是，使所述中斷信號一直保持到因光電二極管陣列10的不起作用而使本開關(guān)被重置。
限流電阻51被插在輸出MOSFET20的柵極與光電二極管陣列10的正極之間，在這樣的位置，用以限制在閂鎖電路40工作給出中斷信號的情況下從光電二極管陣列10流過分路MOSFET的分路電流，從而從陣列10給出足夠的電壓，加給閂鎖電路40，借此使閂鎖電路40保持由陣列10供能，以繼續(xù)提供中斷信號。
二極管52連在電阻51的兩端，以其陽極連接于輸出MOSFET20的柵極，在該電阻兩端建立一個(gè)旁路，用以在陣列10不起作用時(shí)，排放輸出MOSFET20的柵極積累的電荷，從而加速放電，迅速斷開所述輸出MOSFET。齊納二極管53連在輸出MOSFET20的柵極-源極兩端，以齊納二極管53的陰極連接于輸出MOSFET20的柵極。齊納二極管53還連在光電二極管陣列10兩端，其擊穿電壓高于陣列10的開路電壓。當(dāng)由于負(fù)載的短路而把過高的電壓加于輸出MOSFET20時(shí)，齊納二極管53將輸出MOSFET20的柵極電壓箝位在所述擊穿電壓，以保護(hù)它免受破壞性電壓。
以下參照圖2，它表示圖1電路中的電阻41、43和51所用的穿通空間電荷電阻器元件。穿通空間電荷電阻器形成于n型或p型半導(dǎo)體基板60中。與基板導(dǎo)電類型相反的阱61分散于基板60的表面，一對與基板導(dǎo)電類型相同的區(qū)域62以互相隔開的關(guān)系分散于阱61的表面。分別形成于區(qū)域62上的是電極63，它們把工作電壓加在兩個(gè)區(qū)域之間而部分地通過所述的阱。隨著加給工作電壓，所述區(qū)域62結(jié)合在一起，其間形成耗盡層64，導(dǎo)致引出微小電流，從而確定電阻的阻值較高。可將如此構(gòu)成的穿通空間電荷電阻器作成微型結(jié)構(gòu)，同時(shí)表現(xiàn)出較高的電阻。因此，當(dāng)采用小產(chǎn)生電流電容的光電二極管陣列10，對每個(gè)電阻41、43和51需要明顯高的電阻時(shí)，可將整個(gè)開關(guān)制成小型的。
圖3表示一種可被用為另一種供選擇的擴(kuò)散電阻器，可用為電阻41、43和51的另一種供選擇的電阻元件。所述擴(kuò)散電阻器包括n型或p型的半導(dǎo)體基板65、導(dǎo)電類型相反的阱66和分散于阱66表面內(nèi)、導(dǎo)電類型與基板相同的區(qū)域67。由于阱66接地，區(qū)域67用為高電阻元件。于是，可以微型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高電阻，使開關(guān)小型化。第二實(shí)施例(圖4)參照圖4，它表示本發(fā)明第二實(shí)施例的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)。這個(gè)實(shí)施例的開關(guān)被設(shè)計(jì)用于由AC電源3A給負(fù)載2供能的負(fù)載電路，而且除了采用附加輸出MOSFET22，以及過載傳感器30A中的附加電流反應(yīng)電阻33和附加傳感器MOSFET34以外，與第一實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“A”的類似參考數(shù)碼表示。附加輸出MOSFET22與輸出MOSFET20A串聯(lián)連接在輸出端子21A之間，以MOSFET20A和22的源極互相連接，并以MOSFET20A和22的柵極共連，接收光電二極管陣列10A的工作電壓。附加電阻33與端子31A串聯(lián)連接在輸出端子21A之間，對附加傳感器MOSFET34的柵極提供結(jié)果電壓。附加傳感器MOSFET34的漏極-源極與MOSFET32A的漏極-源極并聯(lián)連接，使得當(dāng)電阻31A和33任何一個(gè)或者二者遇到過載情況時(shí)，過載傳感器30A產(chǎn)生過載信號，降低加給閂鎖電路40A的第二MOSFET44A的電壓，從而接通分路MOSFET50A，以中斷負(fù)載電路中的過載。
圖5表示是第一實(shí)施例的第一種改型，除了在限流電阻51B兩端附加與二極管52B串聯(lián)的電阻54之外，它與第一實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“B”的類似參考數(shù)碼表示。電阻54包含在電路中，以避免當(dāng)負(fù)載短路受到高壓噪聲，如如雷電沖擊波情況下所述開關(guān)的短路中斷故障。當(dāng)負(fù)載短路中出現(xiàn)高壓噪聲同時(shí)輸出MOSFET20B被導(dǎo)通時(shí)，沖擊電流將通過輸出MOSFET20B的漏極-柵極間的寄生電容從輸出MOSFET20B的漏極流到柵極，流入光電二極管陣列10B，從而瞬間失去陣列10B的工作電壓，從而重置閂鎖電路40B。如果發(fā)生這種情況，分路MOSFET50B將被斷開，即使在由于高壓所引起的過載情況下，也不能中斷負(fù)載電路中的過載，從而閂鎖電路40B不能保護(hù)負(fù)載電路以及輸出MOSFET20B。為了避免閂鎖電路40B的無意重置，包括電阻54，以限制沖擊電流，確保安全地保護(hù)抵抗所因加給負(fù)載電路的瞬間高壓所引起的過載情況。
應(yīng)予說明的是，按照這種連接，本改型以及后面將要描述的其它改型和各實(shí)施例的特點(diǎn)可被同樣地加給圖4的第二實(shí)施例。
圖6表示第一實(shí)施例的第二種改型，除了為響應(yīng)光電二極管陣列10C的不起作用而快速斷開輸出MOSFET之目的采用放電MOSFET55代替連在限流電阻兩端的二極管52之外，它與第一實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“C”的類似參考數(shù)碼表示。放電MOSFET55的源極連在限流電阻51C與光電二極管陣列10C的正極之間的接點(diǎn)，其漏極和柵極共同連到輸出MOSFET20C的柵極，用以在光電二極管陣列10C不起作用時(shí)，通過MOSFET55排放輸出MOSFET20C的柵極積累的電荷，能夠立即響應(yīng)陣列10C的不起作用而斷開MOSFET20C。第三實(shí)施例(圖7)參照圖7，它表示本發(fā)明第三實(shí)施例的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)，除在過載傳感器30D中包含旁路MOSFET35之外，它與第一實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“D”的類似參考數(shù)碼表示。旁路MOSFET35的源極-漏極與電流反應(yīng)電阻31D串聯(lián)，連接于輸出MOSFET20D的漏極-源極兩端，其柵極與輸出MOSFET20D的柵極相連，共同接收來自光電二極管陣列10D的工作電壓。旁路MOSFET35和電阻31D在輸出MOSFET20D兩端形成高電阻路徑，以便只使一小部分流過電阻31D，用于檢測過載，而使大部分負(fù)載電流流過輸出MOSFET20D。當(dāng)過載傳感器30D檢測到過載時(shí)，閂鎖電路40D響應(yīng)于保持分路MOSFET50D不導(dǎo)通，從而斷開MOSFET20D和35，中斷負(fù)載電路。第四實(shí)施例(圖8)參照圖8，它表示本發(fā)明第四實(shí)施例的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)，除了包含附加的光電二極管11，以提供偏離電壓，用以提高對過載的靈敏度之外，它與第一實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“E”的類似參考數(shù)碼表示。光電二極管11的陰極連到MOSFET32E的源極，它的陽極通過電流反應(yīng)電阻31E連到MOSFET32E的柵極，使光電二極管11所給的偏離電壓與電阻31E兩端的電壓相加，并加給MOSFET32E的柵極。于是，電流反應(yīng)電阻31E兩端較低的檢測電壓可成功地啟動(dòng)MOSFET32E，用以提高過載傳感器30E對過載情況的靈敏度。因此，MOSFET32E能夠很好地響應(yīng)低值過載，從而有效地保護(hù)輸出MOSFET20E。第五實(shí)施例(圖9)參照圖9，它表示本發(fā)明第五實(shí)施例的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)，除了使用第二分路MOSFET56之外，它與第一實(shí)施例相同；所述第二分路MOSFET56的漏極-源極連接于分路MOSFET50F的漏極-源極的兩端。類似的元件用帶后綴“F”的類似參考數(shù)碼表示。第二分路MOSFET56的柵極-源極連在電流反應(yīng)電阻31F兩端，由電阻31F兩端表現(xiàn)的電壓啟動(dòng)。于是，響應(yīng)電阻31F超過預(yù)定值的電壓，第二分路MOSFET56變?yōu)閷?dǎo)通，使來自光電二極管陣列10F的電流先于閂鎖電路40F響應(yīng)提供接通分路MOSFET50F的中斷信號，而流過限流電阻51F，離開輸出MOSFET20F。因此，可使輸出MOSFET20F被斷開，以便立即響應(yīng)過載情況，中斷過載，而不等待閂鎖電路40F的啟動(dòng)，而且因隨后啟動(dòng)閂鎖電路40F，還能保持?jǐn)嚅_。第六實(shí)施例(圖10)參照圖10，它表示本發(fā)明第六實(shí)施例的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)，除了過載傳感器30G包含一個(gè)低通濾波器之外，它與第一實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“G”的類似參考數(shù)碼表示。由一積分電路得到所述低通濾波器，所述積分電路由被插入于電流反應(yīng)電阻31G與MOSFET32G的柵極之間的電阻36，以及MOSFET32G的柵極-源極電容組成。所述積分電路，即所述低通濾波器的作用在于消除出現(xiàn)在電流反應(yīng)電阻31G兩端的高頻電壓，使過載傳感器只在電阻31G給出超過預(yù)定值并持續(xù)一定時(shí)間的電壓情況下對閂鎖電路40G提供過載信號。因此，避免閂鎖電路40G響應(yīng)只是瞬間在負(fù)載電路中出現(xiàn)的非臨界過載(如較小的噪聲)，以及不需要輸出開關(guān)晶體管保護(hù)的沖擊電流，而給出中斷信號。
圖11表示第六實(shí)施例的第一種改型，除了過載傳感器30H中附加了電容器37之外，它與第六實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“H”的類似參考數(shù)碼表示。電容器37與電阻36H串聯(lián)連接于電流反應(yīng)電阻31H兩端，并與電阻36H合在一起形成類似的低通濾波器，其功能與第六實(shí)施例所述的目的相同。
圖12表示第六實(shí)施例的第二種改型，除了它的低通濾波器由串聯(lián)于MOSFET32J的漏極-源極兩端的電阻38和電容器39得到之外，它與第六實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“J”的類似參考數(shù)碼表示。電阻38和電容器39合在一起形成一個(gè)積分電路，它消除MOSFET32J的漏極-源極兩端出現(xiàn)的高頻電壓，只在電阻31J給出超過預(yù)定值的電壓并出現(xiàn)一定時(shí)間的情況下才提供過載信號。也就是使MOSFET44J不導(dǎo)通，以便確保只響應(yīng)上述情況而對分路MOSFET50J中斷信號，在相反情況下保持導(dǎo)通，以避免負(fù)載電路響應(yīng)只是瞬間出現(xiàn)在負(fù)載電路中的非臨界過載而無意的中斷。第七實(shí)施例(圖13)參照圖13，它表示本發(fā)明第七實(shí)施例的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)，除了過載傳感器30K包含一個(gè)延時(shí)器之外，它與第一實(shí)施例相同；所述延時(shí)器由電阻71、電容器72和MOSFET73組成。類似的元件用帶后綴“K”的類似參考數(shù)碼表示。電阻71與電容器72串聯(lián)連接在光電二極管陣列10K兩端。MOSFET73的漏極-源極與MOSFET32K的漏極-源極串聯(lián)連接在MOSFET42K漏極-源極兩端，其柵極連接在電阻71和電容器72之間的點(diǎn)。因此，使MOSFET73導(dǎo)通，使得MOSFET32K能夠只在自光電二極管陣列10K啟動(dòng)的很短時(shí)間之后便對閂鎖電路40K提供過載信號。換句話說，延時(shí)器的作用在于，當(dāng)光電二極管10K產(chǎn)生電能時(shí)，使得從過載傳感器30K對閂鎖電路40K給出過載信號延遲很短的時(shí)間，從而在光電二極管陣列10K啟動(dòng)之后立刻消除電流反應(yīng)電阻31K兩端出現(xiàn)的瞬間電壓。
圖14表示第七實(shí)施例的一種改型，除了MOSFET 73L的柵極通過限流電阻51L連到光電二極管陣列10L的正極之外，它與第七實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“L”的類似參考數(shù)碼表示。MOSFET73L具有固有的柵極-源極電容，它與電阻51L合在一起形成一個(gè)類似的延時(shí)器，其功能與第七實(shí)施例所述有相同的目的。因此，可避免輸出MOSFET20L在光電二極管陣列10L啟動(dòng)之后立刻響應(yīng)非臨界的過載出現(xiàn)，以確保可靠的開關(guān)動(dòng)作。第八實(shí)施例(圖15)
參照圖15，它表示本發(fā)明第八實(shí)施例的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)，除了包含一個(gè)用于偏置電路80之外，它與第一實(shí)施例相同；所述偏置電路用于從光電二極管陣列10M加給偏流，以快速中斷過載。類似的元件用帶后綴“M”的類似參考數(shù)碼表示。偏置電路80有一個(gè)MOSFET81，它的漏極連到限流動(dòng)作51M與光電二極管陣列10M的正極之間的點(diǎn)，它的源極連到分路MOSFET50M的柵極。MOSFET81的柵極連接在閂鎖電路40M的輸出端，也即動(dòng)作43M與MOSFET44M之間的接點(diǎn)，使得在閂鎖電路40M響應(yīng)過載情況給出中斷信號時(shí)，MOSFET81變?yōu)閷?dǎo)通，把來自光電二極管陣列10M的電流送至分路MOSFET50M的柵極，從而加速M(fèi)OSFET50M的導(dǎo)通，并因此響應(yīng)所述過載情況造成過載的快速中斷，用以有效地保護(hù)輸出MOSFET20M以及相關(guān)的元件。
圖16表示第八實(shí)施例的一種改型，除了偏置電路80N包括一個(gè)代替MOSFET81的雙極晶體管82之外，它與第八實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“N”的類似參考數(shù)碼表示。晶體管82的集電極連到電阻51N與光電二極管陣列10N的正極之間的點(diǎn)，它的發(fā)射極連到分路MOSFET50N的柵極，用以把來自陣列10N的電流提供給MOSFET50N的柵極。晶體管82的基極連到閂鎖電路的輸出端，以便使得晶體管82響應(yīng)負(fù)載電路中的過載情況而導(dǎo)通，從而為了與第八實(shí)施例同樣的目的而加速啟動(dòng)分路MOSFET50N。第九實(shí)施例(圖17)參照圖17，它表示本發(fā)明第九實(shí)施例的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)，除了預(yù)備阻斷電路90之外，它與第一實(shí)施例相同；所述阻斷電路用于阻斷在閂鎖電路40N響應(yīng)過載信號給出中斷信號時(shí)從光電元件10P流到輸出MOSFET20P柵極的電流。類似的元件用帶后綴“P”的類似參考數(shù)碼表示。阻斷電路90包括一個(gè)雙極晶體管91，它的集電極-發(fā)射極插在限流電阻51P與光電二極管陣列10P之間，還包括一個(gè)MOSFET92，它的源極通過電阻93連到晶體管91的基極。MOSFET92的柵極連到閂鎖電路40P的設(shè)定輸出端，即電阻41P與MOSFET42P之間的接點(diǎn)，使得當(dāng)光電二極管陣列10P啟動(dòng)時(shí)，MOSFET92與MOSFET44P一起導(dǎo)通，還使得響應(yīng)過載情況而與MOSFET44P一起不導(dǎo)通。這就是說，當(dāng)啟動(dòng)光電二極管陣列10P以接通輸出MOSFET20P時(shí)，MOSFET92響應(yīng)導(dǎo)通，并引起晶體管91導(dǎo)通，以保持輸出MOSFET20P導(dǎo)通。當(dāng)遇到過載情況時(shí)，MOSFET92成為不接通，以便斷開晶體管91，從而阻斷從所述光電二極管陣列流入輸出MOSFET20P柵極的電流。于是，來自光電二極管陣列10P的電流被充分地用于啟動(dòng)分路MOSFET50P。這就是說，造成電流主要經(jīng)過電阻43P流到分路MOSFET50P的柵極，同時(shí)同樣快速地啟動(dòng)，以便立即保護(hù)輸出MOSFET20P免于過載情況。
圖18表示第九實(shí)施例的一種改型，除了阻斷電路90Q采用MOSFET94代替所述雙極晶體管91之外，它與第九實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“Q”的類似參考數(shù)碼表示。MOSFET94的源極-漏極插在限流電阻51Q與光電二極管陣列10Q之間，它的柵極連到MOSFET92Q的源極。電阻95連在MOSFET94的源極-漏極兩端。MOSFET92Q的柵極連到閂鎖電流40Q的輸出端，使得在光電二極管陣列10Q被啟動(dòng)，以接通輸出MOSFET20Q的情況下，它與分路MOSFET50Q一起保持?jǐn)嚅_。在這種情況下，MOSFET94保持接通，以將來自光電二極管陣列10Q的電流送到輸出MOSFET20Q的柵極。當(dāng)檢測到過載情況時(shí)，閂鎖電路40Q引起MOSFET92Q和分路MOSFET50Q同時(shí)接通，這順次又使MOSFET94不導(dǎo)通，從而阻斷從光電二極管陣列10Q朝向輸出MOSFET20Q的電流。于是，使來自光電二極管陣列10Q的電流被禁止流入輸出MOSFET20Q，并充分地被用于啟動(dòng)分路MOSFET50Q，以快速中斷流過輸出MOSFET20Q的過載電流。
圖19表示第一實(shí)施例的又一種改型，除了分別使用二極管組51R、41R和43R作為本開關(guān)的電路的電阻性元件之外，它與第一實(shí)施例相同。類似的元件用帶后綴“R”的類似參考數(shù)碼表示。按照對于電阻性元件所需的特定阻值選擇每組二極管的數(shù)目。
權(quán)利要求
1．一種帶短路負(fù)載保護(hù)的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān)，所述開關(guān)包括一個(gè)輸出開關(guān)晶體管(20)，它接在一對輸出端子(21)之間，所述輸出端子適于連接包含負(fù)載(2)和給所述負(fù)載供能之電源(3)的負(fù)載電路；所述輸出開關(guān)晶體管有一個(gè)具有閾值電壓的控制極，在此電壓下，所述輸出開關(guān)晶體管導(dǎo)通，使所述負(fù)載與所述電源連接；一個(gè)光電元件(10)，用以當(dāng)從光源(1)吸收光時(shí)在所述光電元件的正負(fù)極兩端產(chǎn)生電能，所述電能提供一個(gè)隨自所述光電元件流出之電流的增大而減小的工作電壓；一個(gè)過載傳感器(30)與所述負(fù)載電路連接，當(dāng)所述負(fù)載電路遇到從所述電源流過所述負(fù)載的過載電流時(shí)，給出一個(gè)過載信號；一個(gè)分路晶體管(50)與接在所述光電元件兩端之限流電阻元件(51)串聯(lián)連接，以確定來自所述光電元件之電流流過所述限流電阻元件(51)離開所述輸出開關(guān)晶體管(20)的分流路徑；一個(gè)閂鎖電路(40)，它與所述過載傳感器及分路晶體管連接，所述閂鎖電路由所述光電元件供能，而且一旦收到所述過載信號就給出中斷信號，并在去掉所述過載信號之后保持該中斷信號；所述中斷信號造成所述分路晶體管(50)成為導(dǎo)通的，使來自所述光電元件的電流流過所述分流路徑，同時(shí)使加給所述輸出開關(guān)晶體管的控制極的工作電壓降至所述閾值電壓以下，以斷開所述輸出開關(guān)晶體管，用以解除所述負(fù)載與所述電源的連接；其特征在于所述分路晶體管(50)和所述限流電阻元件(51)與所述閂鎖電路(40)分開形成；并且所述限流電阻元件(51)被接在所述控制極與所述光電元件(10)的正極之間，以限制來自所述光電元件(10)的電流，當(dāng)所述分路晶體管被導(dǎo)通時(shí)，使其限制在有如被加給所述輸出開關(guān)晶體管(20)的控制極之工作電壓降低到所述閾值電壓以下那樣低的程度，同時(shí)允許光電元件(10)給出為保持所述中斷信號而提供給所述閂鎖電路(40)的電壓。
2．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，所述過載傳感器(30)包括插入所述阻斷電路中的電流反應(yīng)電阻(31)，和晶體管開關(guān)(32)，它被連接成接收所述電流反應(yīng)電阻兩端產(chǎn)生的電壓，以便當(dāng)所述電壓超過預(yù)定值時(shí)，給所述閂鎖電路提供所述過載信號。
3．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，所述過載傳感器(30D)包括與旁路開關(guān)晶體管(35)串聯(lián)連接的電流反應(yīng)電阻(31D)，在所述輸出端子(21D)兩端與所述輸出開關(guān)晶體管(20D)并聯(lián)；晶體管開關(guān)(32D)被連接成接收所述電流反應(yīng)電阻兩端產(chǎn)生的電壓，以便當(dāng)所述電壓超過預(yù)定值時(shí)，給所述閂鎖電路(40D)提供所述過載信號。
4．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，所述輸出開關(guān)晶體管(20，20B，20C，20D，20E，20F，20G，20H，20J，20K，20L，20M，20N，20P，20Q，20R)包含單獨(dú)一個(gè)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，它的柵極-源極連在所述光電元件兩端，它的漏極-源極接在所述輸出端子之間。
5．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，一對輸出開關(guān)晶體管(20A)每一個(gè)都由金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)形成，它們被串聯(lián)連接在所述輸出端子(21A)之間，以各MOSFET的源極互相連接，并且以各MOSFET的柵極共連，以便從所述光電元件(10A)接收所述工作電壓。
6．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，由雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器得到所述閂鎖電流(40)，它有設(shè)定輸入端、重置輸入端和輸出端，所述設(shè)定輸入端被連接成接收所述過載信號，所述重置輸入端被連接成從所述光電元件(10)接收所述工作電壓，而所述輸出端被連接成接通和斷開所述分路晶體管(50)。
7．如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，由金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)得到所述分路晶體管(20)，它的漏極-源極與所述限流電阻元件(51)串聯(lián)，它接在所述光電元件(10)兩端，其中所述雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器包括第一電阻元件(41)和第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)(42)，它的漏極-源極與所述第一電阻元件串聯(lián)，接在所述光電元件(10)兩端；第二電阻元件(43)和第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)(44)，它的漏極-源極與所述第二電阻元件串聯(lián)，接在所述光電元件兩端；所述第一MOSFET(42)的柵極連到所述第二電阻元件(43)與所述第二MOSFET(44)的漏極之間的點(diǎn)；所述第二MOSFET(44)的柵極連到所述第一電阻元件(41)與所述第一MOSFET(42)的漏極之間的點(diǎn)；所述第二電阻元件(43)和所述第二MOSFET(44)的漏極之間的點(diǎn)連到所述分路晶體管(MOSFET)(50)的柵極；所述第二MOSFET(44)的柵極通過所述第一電阻元件(41)接收來自所述光電元件(10)的工作電壓，以便在接收所述工作電壓時(shí)成為導(dǎo)通的，從而降低通過所述第二電阻元件(43)加到所述第一MOSFET(42)的柵極和所述分路晶體管(MOSFET)(50)的柵極的工作電壓，使所述第一MOSFET(42)和所述分路晶體管(MOSFET)(50)不導(dǎo)通；所述第二MOSFET(44)的柵極還接收所述過載信號，使所述第二MOSFET不導(dǎo)通，從而提高加給所述第一MOSFET(42)和所述分路晶體管(MOSFET)(50)的柵極的電壓，以使所述第一MOSFET(42)和所述分路晶體管(MOSFET)(50)導(dǎo)通，用以保持第二MOSFET不導(dǎo)通，以持續(xù)導(dǎo)通分路晶體管(MOSFET)(50)，用以在去掉來自所述光電元件(10)的工作電壓之前保持所述輸出開關(guān)晶體管(20)的中斷。
8．如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，所述限流電阻元件(51)、第一電阻元件(41)和第二電阻元件(43)中的每一個(gè)都是穿通空間電荷電阻器，所述穿通空間電荷電阻器包括導(dǎo)電類型為n型和p型中的一種的半導(dǎo)體基片(61)；散布在所述基片表面內(nèi)并與所述基片導(dǎo)電類型相反的阱；一對按互相隔開的關(guān)系分散于所述阱表面內(nèi)的區(qū)域(62)，所述一對區(qū)域與所述基片導(dǎo)電類型相同；分別形成于所述區(qū)域上的一對電極(63)，用以把所述工作電壓加于所述區(qū)域之間，部分地通過所述阱；所述區(qū)域合在一起其間形成一個(gè)耗盡層(64)，能夠響應(yīng)微小的電流，從而確定所述限流電阻元件、第一電阻元件和第二電阻元件中的每一個(gè)的電阻。
9．如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，所述限流電阻元件(51R)、第一電阻元件(41R)和第二電阻元件(43R)分別由二極管得到。
10．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，所述輸出開關(guān)晶體管(20)由具有確定所述控制極之柵極的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)形成；使齊納二極管(53)接在所述輸出開關(guān)晶體管(20)的柵極-源極兩端，與所述光電元件(10)并聯(lián)連接；所述齊納二極管的陰極連接到輸出開關(guān)晶體管(20)的柵極；所述齊納二極管(53)的擊穿電壓高于所述光電元件(10)的開路電壓。
11．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，所述輸出開關(guān)晶體管(20)由具有確定所述控制極之柵極的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)形成；二極管(52)連在所述限流電阻元件(51)兩端，以所述二極管的陽極連接到所述輸出開關(guān)晶體管(20)的柵極。
12．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，所述輸出開關(guān)晶體管(20B)由具有確定所述控制極之柵極的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)形成；所述二極管(52B)與電阻(54)串聯(lián)連接在所述限流電阻元件(51B)兩端，以所述二極管的陽極連接到所述輸出開關(guān)晶體管的柵極。
13．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，所述輸出開關(guān)晶體管(20C)由具有確定所述控制極之柵極的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)形成；一個(gè)放電金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)(55)連接于所述限流電阻元件(51C)兩端，以所述放電MOSFET(55)的源極連接到所述限流電阻元件(51C)與所述光電元件(10C)之間的接點(diǎn)，并以所述放電MOSFET(55)的漏極和柵極共連于所述輸出開關(guān)晶體管(20C)的柵極。
14．如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，還包括一個(gè)附加的光電元件(11)，當(dāng)吸收光時(shí)，它給出偏離電壓；所述過載傳感器(30E)包括插入所述負(fù)載電流內(nèi)的電流反應(yīng)電阻(31E)，以在其間產(chǎn)生一個(gè)檢測電壓；第三金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)(32E)，當(dāng)它被導(dǎo)通時(shí)，對所述閂鎖電路(40E)提供所述過載信號；所述附加光電元件(11)與所述第三MOSFET(32E)相連，將所述偏離電壓與所述檢測電壓相加，并加給所述第三MOSFET(32E)的柵極，用以在所述檢測電壓加所述偏離電壓超過一個(gè)預(yù)定值時(shí)，接通所述第三MOSFET。
15．如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，還包括第二分路晶體管(56)，它由連接在所述分路晶體管(50F)兩端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)形成，以所述第二分路晶體管(56)的漏極接到所述輸出開關(guān)晶體管(20F)的控制極與所述限流電阻元件(51F)之間的點(diǎn)上，并以述第二分路晶體管(56)的源極與所述分路晶體管(50F)的源極相連；所述第二分路晶體管的柵極被連接成接收所述電流反應(yīng)電阻(31F)兩端產(chǎn)生的電壓，以響應(yīng)超過預(yù)定值的所述電流反應(yīng)電阻的電壓；所述第二分路晶體管(56)變?yōu)閷?dǎo)通，使電流從所述光電元件(10F)流過所述限流電阻元件(51F)，并通過所述第二分路晶體管(56)離開所述輸出開關(guān)晶體管(20F)，先于所述閂鎖電路(40F)響應(yīng)以提供接通所述分路晶體管(50F)的中斷信號。
16．如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，還包括偏置裝置(80，80N)，用于在所述閂鎖電路(40M，40N)響應(yīng)所述過載信號給出中斷信號時(shí)，從所述光電元件(10M，10N)給所述分路晶體管(50M，50N)的柵極提供偏置電流。
17．如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，還包括阻斷電路(90，90Q)，用于在所述閂鎖電路(40P，40Q)響應(yīng)所述過載信號給出中斷信號時(shí)阻斷從所述光電元件(10P，10Q)流到輸出開關(guān)晶體管(20P，20Q)柵極的電流。
18．如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，所述過載傳感器(30G，30H，30J)還包括低通濾波器，它消除所述電流反應(yīng)電阻(31G，31H，31J)兩端出現(xiàn)的高頻電壓，使得只在電流反應(yīng)電阻兩端電壓超過所述預(yù)定值并維持超過一定的時(shí)間的情況下，所述過載傳感器才對所述閂鎖電路(40G，40H，40J)提供過載信號。
19．如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體開關(guān)，其特征在于，還包括延時(shí)器(71，72，73，73L，51L)，它延遲從所述過載傳感器(30K，30L)對所述閂鎖電路(40K，40L)提供所述過載信號，用以縮短所述光電元件(10K，10L)產(chǎn)生電能的時(shí)間，從而消除在啟動(dòng)所述光電元件之后，所述電流反應(yīng)電阻(31K，31L)兩端立刻出現(xiàn)的瞬變電壓。
全文摘要
一種改進(jìn)的帶短路負(fù)載保護(hù)的光響應(yīng)半導(dǎo)體開關(guān),它能成功地中斷負(fù)載的過載。本開關(guān)包括受光電元件啟動(dòng)的輸出晶體管,它使負(fù)載與它的電源相連,還包括過載傳感器,當(dāng)負(fù)載中遇到過載情況時(shí)它提供過載信號。分路晶體管與限流電阻元件串聯(lián)連接于光電元件的兩端,以確定電流從光電元件通過限流電阻元件而離開的分流路徑。
文檔編號H03K17/082GK1292603SQ0012496
公開日2001年4月25日 申請日期2000年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月27日
發(fā)明者富井和志, 長浜英雄, 萩原洋右 申請人:松下電工株式會(huì)社