[發(fā)明專利]一種結(jié)構(gòu)最簡的GPTC過電流保護(hù)電路

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010288163.6
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN102412549A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付云鵬;劉蓓珍;胡方
• 申請（專利權(quán)）人: 付云鵬;劉蓓珍;胡方
• 主分類號: H02H3/08
• 分類號: H02H3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及具有對溫度敏感的敏感元件和傳感器。?

當(dāng)前，PPTC過電流保護(hù)電路已得到了廣泛的應(yīng)用。由于PPTC是一種功能材料，其本身不是電子元件，用“非電子”元件來保護(hù)“電子電路”，必然存在系統(tǒng)特性不兼容問題，不但不能得到理想的保護(hù)效果，甚至還存在著安全隱患。?

近年來，隨著微電腦、家用電器、移動(dòng)通信裝置向小型化、微型化發(fā)展，其內(nèi)部因熱積累帶來的安全隱患越來越嚴(yán)重，市場急需一種微型、高效、安全的新型過電流保護(hù)裝置，用以取代傳統(tǒng)的PPTC，滿足市場急需。?

用特性優(yōu)異的“微電子”元件取代“非電子”元件，來保護(hù)電子電路，系統(tǒng)特性兼容，可克服傳統(tǒng)PPTC器件的種種弊端。?

本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的GPTC過電流保護(hù)器件。該GPTC保護(hù)器件用當(dāng)代微電子技術(shù)改造PPTC的傳統(tǒng)工藝，其工作原理、器件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，與傳統(tǒng)的PPTC截然不同，在國內(nèi)外是一項(xiàng)重要的技術(shù)創(chuàng)新。?

發(fā)明內(nèi)容：

本實(shí)用新型發(fā)明的原理是基于過電流引起的溫升，并利用該溫升直接阻斷工作電流，保護(hù)用戶負(fù)載。?

用半導(dǎo)體集成電路(IC)實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)的方法和電路很多。本實(shí)用新型發(fā)明的重點(diǎn)在于采用了最簡的電路結(jié)構(gòu)和最簡的工藝制成。?

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：?

1.電路結(jié)構(gòu)最簡。?

GPTC的電路僅含三個(gè)元件，在所有能實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)的電路中是最簡?的。電路最簡可帶來一系列優(yōu)點(diǎn)，例如集成度高、體積小、開發(fā)成本低等等，特別適合在微小空間內(nèi)安裝使用。?

2.導(dǎo)通電阻小。?

在常態(tài)工作時(shí)，GPTC的導(dǎo)通電阻很小，僅0.05Ω左右。GPTC自身的功率損耗極小，工作電源的電能利用率高。?

3.溫度靈敏度高，動(dòng)態(tài)相應(yīng)快。?

過電流發(fā)生時(shí)，GPTC的溫度靈敏度很高，接近∞。轉(zhuǎn)換時(shí)間極短，為μS級。可確保GPTC能及時(shí)、高效地實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)。?

4.保護(hù)溫度可調(diào)。?

保護(hù)溫度是過電流保護(hù)的重要技術(shù)指標(biāo)。保護(hù)溫度可調(diào)，而且在不同的保護(hù)溫度下，都具有很高的溫度靈敏度。可設(shè)定“超前”保護(hù)，用以消除PPTC雖然能阻斷過電流，但不能阻斷溫升而存在的安全隱患。?

5.工藝制成簡單，開發(fā)周期短，生產(chǎn)成本低。適合半導(dǎo)體集成工藝生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)。?

附圖說明：

圖1.是GPTC過電流保護(hù)電路的電路圖。?

具體實(shí)施方式：

圖1.中，E為直流電源端，GND為“地”端。該GPTC過電流保護(hù)電路，僅由限流電阻R、PN結(jié)組合D_E和N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)晶體管(N-MOS)T三者組成，三者與用戶負(fù)載R_L構(gòu)成過電流保護(hù)系統(tǒng)。?

限流電阻R與PN結(jié)組合D_E相串聯(lián)，構(gòu)成溫度采樣支路。限流電阻R限定溫度采樣支路的工作電流I_D，并設(shè)定保護(hù)溫度。?

PN結(jié)組合D_E作為測溫組件，其壓降V_D與過電流引起的溫升成正比，并具有NTC特性，用以提供過電流保護(hù)的控制信號，控制N-MOS的工作狀態(tài)，導(dǎo)通或截止。?

用戶負(fù)載R_L作為被保護(hù)對象，它與N-MOS相串聯(lián)，構(gòu)成負(fù)載控制支路，為用戶負(fù)載R_L提供額定的功率輸出兩者流過同一工作電流I_L(或I_T)，統(tǒng)一受控于溫度采樣信號。?

正常工作時(shí)，V_D壓降較大，N-MOS處于導(dǎo)通狀態(tài)，其導(dǎo)通電阻很小(約0.05Ω)，用戶負(fù)載R_L流過額定的工作電流I_L。?

當(dāng)過電流發(fā)生時(shí)，因系統(tǒng)溫升增加，V_D壓降隨之減小，當(dāng)V_D減小到某一閾值時(shí)，N-MOS迅速截止，其截止電阻很大(約≥1MΩ)，工作電流I_T被阻斷，實(shí)現(xiàn)對用戶負(fù)載R_L過電流的定溫保護(hù)。?

電流I為GPTC電路的總電流。靜態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，使工作電流I_D很小，其功耗不占主要份額，電路的總電流I近似等于用戶負(fù)載R_L的工作電流I_L。?

GPTC的功率P＝EI≈EI_L。?

GPTC過電流保護(hù)電路可按輸出功率不同，即供電電壓E和工作電流I_L的不同，形成不同的產(chǎn)品系列。?