專利名稱：一種開關型晶體管的過載保護電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種晶體管的過載保護，特別是一種晶體管作為開關管使用時的過載 保護電路。
背景技術：
三極管和場效應管都是晶體管元件(由于三極管和場效應管均由NPN和PNP兩種， 工作電流方向正好相反，為敘述方便，按電流流入、流出方向，將NPN型三極管的集 電極、PNP型三極管的發射極、NPN型場效應管的漏極及PNP場效應管的源極統稱為 "輸入極"；將NPN型三極管的發射極、PNP型三極管的集電極、NPN場效應管的源 極及PNP場效應管的漏極統稱為"輸出極"；將三極管的基極與場效應管的柵極統稱 為"控制極")，電路中通常將它們用來作為開關器件，其缺點在于一旦過載極易造成 損壞。為了解決這個問題，人們設計出了各種各樣的晶體管保護電路，在外電路發生 過載或短路時可以實現晶體管的截止，防止晶體管燒壞。
如圖4所述，即為現有技術中常見的一種晶體管過載保護電路，被保護的開關型晶 體管為場效應管Q1，該保護電路在正常工作狀態下，場效應管Q1、場效應管Q2導通， 負載RL正常工作，而當負載RL短路或過載時，場效應管Q2自鎖使得場效應管Q1截止 而獲得保護。但是，上述電路在開關管回路中串接了兩個晶體管，整個控制回路會額 外增加壓降和功率損耗，使得開關型晶體管的開關特性變差，這個矛盾在低電壓大電 流的工作狀態下尤其突出。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀而提供一種既可有效保護晶 體管又不增加壓降和功率損耗的開關晶體管過載保護電路。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為該開關型晶體管的過載保護電 路，被保護晶體管的"輸入極"與"輸出極"串接在負載回路上，其特征在于該被
保護晶體管的過載保護電路為一包括有第一輸入端(To)、第二輸入端(Fo)和輸出端(Ko) 的門電路，其中，所述過載保護電路的第一輸入端(To)接收外接開關信號電路的輸出 電平信號，所述過載保護電路的第二輸入端(Fo)連接被保護晶體管的"輸入極"，所 述過載保護電路的輸出端(Ko)連接被保護晶體管的"控制極"，并且，所述的過載保
護電路的輸入端與輸出端之間具有如下的邏輯關系當所述過載保護電路的第一輸入端(To)、第—輸入端(Fo)同時為低電平"0"時， 所述過載保護電路的輸出端(KO)也為低電平"0";
當所述過載保護電路的第一輸入端(To)為低電平"0"，且第二輸入端(Fo)為高電 平"1"時，所述過載保護電路的輸出端(Ko)為低電平"0";
當所述過載保護電路的第一輸入端(To)為高電平"1"，且第二輸入端(Fo)為低電 平"0"時，所述過載保護電路的輸出端(Ko)為高電平"1";
當所述過載保護電路的第一輸入端(To)、第二輸入端(Fo)同時為高電平"1"時， 所述過載保護電路的輸出端(Ko)為低電平"0"。
作為優選，可以在電路中采用由運放和三極管相配合的信號控制電路，將直接來 自開關信號電路的輸出信號通過運放轉換為可控制三極管工作的信號電平，進而通過 三極管控制場效應管的導通和截止。
所述的保護電路包括有第一運放(IC1)、第一三極管(BG1)和第二三極管(BG2)，其 中，所述開關信號電路的電平信號輸出端(out)作為整個保護電路的輸入端(Fo)—路經第 二電阻(R2)接場效應管(Q)的柵極，另一路經第一電阻(R1)接第一三極管(BG1)的基極， 第一三極管(BG)的發射極接地，第一三極管(BG1)的集電極經第三電阻(R3)分為兩路， 一路接第一運放(IC1)的負輸入端(A)，另一路經第四電阻(R4)接電源(U)正極，第一運 放(IC1)的正輸入端(B)—路經第六電阻(R6)和場效應管(Q)的漏極相連，該第六電阻(R6) 和場效應管(Q)漏極的交結點即為整個保護電路的反饋端(Fo)，第一運放(IC1)的正輸入 端(B)的另一路經第五電阻(R5)接地，負載(RL)的一端接電源(U)正極，另一端接場效應 管(Q)的漏極，場效應管(Q)的源極接地，第一運放(IC1)的輸出端經第七電阻(R7)接第 二三極管(BG2)的基極，第二三極管(BG2)的發射極接地，第二三極管(BG2)的集電極作 為整個保護電路的輸出端(Ko)連接場效應管(Q)的柵極；在所述的第一三極管(BG1)的 基極和發射極之間還連接有第一電容(C1)，在輸入高電平時，可以保證場效應管(Q)先 導通；
這里，所述的第一運放(IC1)的正輸入端(B)電位通過第五電阻(R5)和第六電阻(R6) 的分壓比確定，而第一運放(IC1)的負輸入端(A)電位通過第四電阻(R4)和第三電阻(R3) 的分壓比確定；在正常工作狀態下，第二三極管(BG2)是截止的，第一運放(IC1)的負 輸入端(A)電位始終高于第一運放(IC1)的正輸入端(B)電位，只有在負載(RL)短路或過 載時，第一運放(IC1)的正輸入端(B)電位才會高于第一運放(IC1)的負輸入端(A)電位而 發生翻轉，第二二極管(BG2)導通，即對場效應管(Q)起到截止保護作用。
作為另一優選，所述的保護電路也可以通過若干個串接三極管實現，具體地，包 括有第三三極管(BG3)、第四三極管(BG4)和第五三極管(BG5)，其中，所述開關信號電 路的輸出端(out)作為整個保護電路的輸入端(To)—路經第九電阻(R9)連接第三三極管( BG3)的基極，另一路經第十電阻(R10)連接場效應管(Q)的柵極，該第三三極管(BG3)的集電極和所述電源(U)的正極相連，第三三極管(BG3)的發射極連接第四三極管(BG4)的 集電極，該第四三極管(BG4)的發射極一路經第十二電阻(R12)連接所述電源(U)的負 極，另一路連接第五三極管(BG5)的基極，所述第四三極管(BG4)的基極經第十一電阻 和場效應管(Q)的漏極相連，該第十一電阻(R11)和場效應管(Q)漏極的交結點即為整個 保護電路的反饋端(Fo)，第五三極管(BG5)的發射極和電源(U)的負極相連，該第五三極 管(BG5)的集電極作為整個保護電路的輸出端(Ko)連接場效應管(Q)的柵極；還包括有 一由第二電容(C2)和第八電阻(R8)組成的延時回路，并且，所述的第二電容(C2)和第八 電阻(R8)分別并接在所述第三三極管(BG3)的基極和所述電源(U)負極之間，在輸入高 電平時，可以保證場效應管(Q)優先導通；
于是，場效應管(Q)在開關信號電路輸出低電平時截止，在開關信號電路輸出高電 平且電路處于正常工作狀態時導通，并且，第五三極管(BG5)均是截止的；只有當負載 短路或過載時，第三三極管(BG3)、第四三極管(BG4)同時導通，此時，第五三極管( BG5)才會導通，此時，場效應管(Q)截止并獲得保護。
三極管在飽和導通狀態下，同樣可以作為開關管使用，于是，所述的場效應管(Q) 可以由三極管替代，相應地，所述場效應管的柵極、源極和漏極分別由所述三極管的 基極、發射極和集電極替代。
與現有技術相比，本發明的優點在于本發明設計的開關管保護電路為一門電 路，輸入端和輸出端之間具有一定的邏輯關系，由第二輸入端來檢測電路是否過載或 短路，并控制保護電路的輸出端，即在負載正常工作時，能夠保證場效應管的導通， 以保證電路的正常接通狀態，而在外接負載短路時，場效應管能夠自動截止，從而實 現過載保護；而且，整個電路只采用一個場效應管來實現開關功能和截止保護功能， 功率消耗更低，也降低了成本。
圖l為本發明實施例的電路原理框圖。 圖2為本發明實施例一的電路結構圖； 圖3為本發明實施例二的電路結構圖； 圖4為現有技術中晶體管保護電路的電路結構圖。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
如圖1所示，為本發明的開關型晶體管的過載保護電路原理圖，該過載保護電路連 接在直流電源U的正負極之間， 一開關信號電路l用于產生高電平或低電平的觸發信 號，具有一電平信號輸出端out，且該開關信號電路1的正負輸入端分別和所述電源U的正負極相連；在過載保護電路的開關回路中串接有工作負載RL;其中，被保護晶體管 為一NPN型場效應管，過載保護電路為包括有第一輸入端To、第二輸入端Fo和輸出端 Ko的門電路，過載保護電路的第一輸入端To接收外接開關信號電路2的輸出端out電平 信號，過載保護電路的第二輸入端Fo連接場效應管Q的漏極，過載保護電路的輸出端 Ko連接場效應管的柵極。
本發明只采用一個場效應管Q既能實現該場效應管的開關管功能，又在外電路過 載時實現截止保護，過載保護電路的輸入與輸出之間具有如下的邏輯關系
當所述過載保護電路的第一輸入端、第二輸入端同時為低電平"0"時，所述過載 保護電路的輸出端也為低電平"0";
當所述過載保護電路的第一輸入端為低電平"0"，且第二輸入端為高電平"1" 時，所述過載保護電路的輸出端為低電平"0";
當所述過載保護電路的第一輸入端為高電平"1"，且第二輸入端為低電平"0" 時，所述過載保護電路的輸出端為高電平"1";
當所述過載保護電路的第一輸入端、第二輸入端同時為高電平"1"時，所述過載 保護電路的輸出端為低電平"0"。
具體地，過載保護電路的邏輯功能如下
當保護電路的第一輸入端輸入為低電平時，該保護電路的輸出端Ko輸出低電平， 此時，保護電路第二輸入端Fo為高電平，并保持保護電路的輸出端Ko為低電平，場效 應管Q截止，負載RL無電流；
當保護電路的第一輸入端輸入為高電平時，該保護電路的輸出端Ko輸出高電平， 此時，保護電路第二輸入端Fo為低電平，并保持保護電路的輸出端Ko為高電平，場效 應管Q導通，負載RL流過額定電流；
當保護電路的第一輸入端輸入為高電平，且在負載RL短路或過載時，此時，保護 電路第二輸入端Fo為高電平，并控制保護電路的輸出端Ko由高電平變為低電平，場效 應管截止并處于保護狀態。
上述的過載保護電路具體可采用如下的兩個電路結構來實現。 實施例一，如圖2所示
所述的保護電路包括有第一運放IC1、第一三極管BG1和第二三極管BG2，其中， 開關信號電路l的電平信號輸出端out作為整個保護電路的輸入端Fo—路經第二電阻R2 接場效應管Q的柵極，另一路經第一電阻R1接第一三極管BG1的基極，第一三極管BG 的發射極接地，第一三極管BG的集電極經第三電阻R3分為兩路， 一路接第一運放IC1 的負輸入端A，另一路經第四電阻R4接電源U正極，第一運放IC1的正輸入端B—路經第六電阻R6和場效應管Q的漏極相連，該第六電阻R6和場效應管Q漏極的交結點即為 整個保護電路的反饋端Fo，第一運放IC1的正輸入端B的另一路經第五電阻R5接地，負 載RL的一端接電源U正極，另一端接場效應管Q的漏極，場效應管Q的源極接地，第一 運放IC1的輸出端經第七電阻R7接第二三極管BG2的基極，第二三極管BG2的發射極接 地，第二三極管BG2的集電極作為整個保護電路的輸出端Ko連接場效應管Q的柵極； 并且，第一三極管BG1的基極和發射極之間還連接有第一電容C1。
實施例一的電路工作原理為
① 、當開關信號電路l輸出低電平，場效應管Q截止，第一三極管BG1截止，因為 第五電阻R5、第六電阻R6的阻值遠遠大于負載RL的阻值，因此，流過負載RL的電流 很小，場效應管Q的漏極電位接近電源U電壓，設定第五電阻R5、第六電阻R6的分壓 比，以及第三電阻R3、第四電阻R4的分壓比，使得第一運放IC1的負輸入端B電位高于 正輸入端A電位；此時，第一運放IC1反偏并輸出低電平，第二三極管BG2也處于截止 狀態，這時，因為場效應管Q是處于截止狀態的，即使負載RL短路，對場效應管Q也 無影響。
② 、當開關信號電路l輸出高電平，場效應管Q優先導通，該場效應管Q的漏極電 位降低并接近為零，于是，第一運放IC1的正輸入端B的電位也接近為零，而第一三極 管BG1也導通，第一運放IC1的負輸入端A因為第三電阻R3上存在壓降而仍然高于第一 運放IC1的正輸入端B電位，第一運放IC1輸出低電平，第二三極管BG2截止；此時，電 源U給負載RL供電，負載RL流過額定電流而正常工作。
③ 、在開關信號電路l輸出高電平且負載正常工作狀態下，如果負載RL短路或過 載，場效應管Q的漏極電位升高，于是，第一運放IC1的正輸入端B電位也升高，當第 一運放IC1的正輸入端B電位高于負輸入端A電位時，第一運放IC1即輸出高電平；這 時，第二三極管BG2導通，場效應管Q的柵極電位被拉低并接近零電位，場效應管Q截 止得以保護。
實施例一中的第一電容C1能夠起到延遲第一三極管BG1的導通時間，在輸入高電 平時，能夠確保讓場效應管Q優先導通，從而保證了電路工作的穩定性，避免因為第 一三極管BG1先導通而引起場效應管Q自鎖。
實施例二，如圖3所示
所述的保護電路包括有第三三極管BG3、第四三極管BG4和第五三極管BG5，其 中，開關信號電路的輸出端out作為整個保護電路的輸入端To—路經第九電P且R9連接第 三三極管BG3的基極，另一路經第十電阻R10連接場效應管Q的柵極，該第三三極管 BG3的集電極和電源U的正極相連，第三三極管BG3的發射極連接第四三極管BG4的集電極，該第四三極管BG4的發射極一路經第十二電阻R12連接電源U的負極，另一路連 接第五三極管BG5的基極，第四三極管BG4的基極經第十一電阻和場效應管Q的漏極相 連，該第十一電阻Rll和場效應管Q漏極的交結點即為整個保護電路的反饋端Fo，第五 三極管BG5的發射極和電源U的負極相連，該第五三極管BG5的集電極作為整個保護電 路的輸出端Ko連接場效應管Q的柵極；還包括有一由第二電容C2和第八電阻R8組成的延時放電回路，并且，第二電容C2 和第八電阻R8分別并接在第三三極管BG3的基極和電源U負極之間。實施例二的電路工作原理為① 、當開關信號電路l輸出低電平，場效應管Q截止，第三三極管BG1截止，因為 第五三極管BG5必須在第三三極管BG3和第四三極管BG4都導通的情況下才能導通，于 是，第五三極管BG5截止，此時，因為場效應管Q為截止狀態，電流不通過場效應管 Q，不管負載RL是否短路或過載，都對場效應管Q無影響。② 、當開關信號電路l輸出高電平，場效應管Q優先導通，第三三極管BG3也導 通，此時，場效應管Q的漏極因為導通而電位接近零，第四三極管BG4的基極電位也接 近為零，第四三極管BG4截止，因為第五三極管BG5必須在第三三極管BG3和第四三極 管BG4都導通的情況下才能導通，由于第四三極管BG4截止，第五三極管BG5也截止； 因此，場效應管Q保持導通狀態不變，負載RL流過額定電流而正常工作。③ 、在開關信號電路l輸出高電平且負載正常工作狀態下，此時，若負載RL短路 或過載，場效應管Q的漏極電位升高，于是，第四三極管BG4的基極電位升高而正向偏 置導通，此時，第三三極管BG3也導通，第三三極管BG3和第四三極管BG4處于同時導 通狀態，因此，第五三極管BG5導通，場效應管Q的柵極電位被拉低并接近為零，場效 應管Q截止而獲得過載保護。在第三三極管BG3的基極和電源U負極之間還分別并接由第二電容C2和第八電阻 R8組成的延時電路，這樣，在輸入高電平時，第三三極管BG3因為第二電容C2的延時 作用，導通時間要比場效應管Q慢，否則， 一旦第三三極管BG3先導通，第四三極管 BG4和第五三極管BG5也隨之導通，場效應管Q就被截止，而場效應管Q的優先導通保 證了第四三極管BG4的可靠截止，從而避免對場效應管Q的自鎖。
權利要求
1、一種開關型晶體管的過載保護電路，被保護晶體管的“輸入極”與“輸出極”串接在負載回路上，其特征在于該被保護晶體管的過載保護電路為一包括有第一輸入端(To)、第二輸入端(Fo)和輸出端(Ko)的門電路，其中，所述過載保護電路的第一輸入端(To)接收外接開關信號電路(2)的輸出端(out)電平信號，所述過載保護電路的第二輸入端(Fo)連接被保護晶體管的“輸入極”，所述過載保護電路的輸出端(Ko)連接被保護晶體管的“控制極”，并且，所述的過載保護電路的輸入端與輸出端之間具有如下的邏輯關系當所述過載保護電路的第一輸入端(To)、第二輸入端(Fo)同時為低電平“0”時，所述過載保護電路的輸出端(Ko)也為低電平“0”；當所述過載保護電路的第一輸入端(To)為低電平“0”，且第二輸入端(Fo)為高電平“1”時，所述過載保護電路的輸出端(Ko)為低電平“0”；當所述過載保護電路的第一輸入端(To)為高電平“1”，且第二輸入端(Fo)為低電平“0”時，所述過載保護電路的輸出端(Ko)為高電平“1”；當所述過載保護電路的第一輸入端(To)、第二輸入端(Fo)同時為高電平“1”時，所述過載保護電路的輸出端(Ko)為低電平“0”。
2、 根據權利要求l所述的開關型晶體管的過載保護電路，其特征在于所述的過 載保護電路具體為包括有第一運放(IC1)、第一三極管(BG1)和第二三極管(BG2)，其 中，外接開關信號電路的電平信號輸出端(out)作為整個保護電路的第一輸入端(To) — 路經第二電阻(R2)接NPN型場效應管(Q)的柵極，另一路經第一電阻(R1)接第一三極管 (BG1)的基極，第一三極管(BG)的發射極接地，第一三極管(BG1)的集電極經第三電阻 (R3)分為兩路， 一路接第一運放(IC1)的負輸入端(A)，另一路經第四電阻(R4)接電源(U) 正極，第一運放(IC1)的正輸入端(B)—路經第六電阻(R6)和場效應管(Q)的漏極相連，該 場效應管(Q)漏極即為整個保護電路的第二輸入端(Fo)，第一運放(IC1)的正輸入端(B)的 另一路經第五電阻(R5)接地，負載(RL)的一端接電源(U)正極，另一端接場效應管(Q)的 漏極，場效應管(Q)的源極接地，第一運放(IC1)的輸出端經第七電阻(R7)接第二三極管 (BG2)的基極，第二三極管(BG2)的發射極接地，第二三極管(BG2)的集電極作為整個保 護電路的輸出端(Ko)連接場效應管(Q)的柵極；在所述的第一三極管(BG1)的基極和發 射極之間還連接有第一電容(C1)。
3、 根據權利要求l所述的開關型晶體管的過載保護電路，其特征在于所述的過 載保護電路具體為包括有第三三極管(BG3)、第四三極管(BG4)和第五三極管(BG5)，其中，外接開關信號電路的輸出端(out)作為整個保護電路的第一輸入端(To)—路 經第九電阻(R9)連接第三三極管(BG3)的基極，另一路經第十電阻(R10)連接NPN型場效應管(Q)的柵極，該第三三極管(BG3)的集電極和電源(U)的正極相連，第三三極管( BG3)的發射極連接第四三極管(BG4)的集電極，該第四三極管(BG4)的發射極一路經第 十二電阻(R12)連接電源(U)的負極，另一路連接第五三極管(BG5)的基極，所述第四三 極管(BG4)的基極經第十一電阻和場效應管(Q)的漏極相連，該場效應管(Q)漏極即為整 個保護電路的第二輸入端(Fo)，第五三極管(BG5)的發射極和電源(U)的負極相連，該第 五三極管(BG5)的集電極作為整個保護電路的輸出端(Ko)連接場效應管(Q)的柵極；還 包括有一由第二電容(C2)和第八電阻(R8)組成的延時回路，并且，所述的第二電容(C2) 和第八電阻(R8)分別并接在所述第三三極管(BG3)的基極和電源(U)負極之間。
4、根據權利要求2或3所述的開關型晶體管的過載保護電路，其特征在于所述的 場效應管(Q)為三極管，相應地，所述場效應管(Q)的柵極、源極和漏極分別由所述三 極管的基極、發射極和集電極替代。
全文摘要
一種開關型晶體管的過載保護電路，被保護晶體管“輸入極”與“輸出極”串接在負載回路上，其特征在于過載保護電路為包括有第一輸入端、第二輸入端和輸出端的門電路，第一輸入端接電平信號，第二輸入端連接“輸入極”，輸出端連接“控制極”，當第一輸入端、第二輸入端為低電平“0”，輸出端為低電平“0”；當第一輸入端為低電平“0”且第二輸入端為高電平“1”，輸出端為低電平“0”；當第一輸入端為高電平“1”且第二輸入端為低電平“0”，輸出端為高電平“1”；當第一輸入端、第二輸入端為高電平“1”，輸出端為低電平“0”。本發明的開關管保護電路為一門電路，電路中減少了場效應管，功率消耗更低。
文檔編號H03K17/082GK101409545SQ200810162438
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月13日 優先權日2008年11月13日
發明者何岳明 申請人:何岳明