專利名稱：保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于保護(hù)負(fù)載的保護(hù)電路。這種負(fù)載可以包括諸如放置在印刷電路板(以下縮寫為PCB)上的電路的電子電路，或者包括DC/DC轉(zhuǎn)換器，或者更一般地包括DC供電設(shè)備。
背景技術(shù)：
保護(hù)電路被廣泛用于整個(gè)電子行業(yè)，并例如在歐洲專利EP0848472中描述。這種保護(hù)電路主要用于保護(hù)負(fù)載的電路在熱插期間免遭突破電流。同樣地，當(dāng)將電源端子從負(fù)載上分開時(shí)，例如在將主板從供電連接器上抽出期間，保護(hù)電路需保護(hù)負(fù)載免遭可能的損害。
通常，熔絲還與保護(hù)電路的輸入電源端子串聯(lián)連接。這種熔絲的功能在于額外保護(hù)保護(hù)電路以及電源免遭例如由于負(fù)載本身的可能短路而引起的過(guò)電流。此外，保護(hù)電路本身通常包括電流限制電路，用于如果負(fù)載引起過(guò)電流或者甚至是由于由負(fù)載造成的短路引起過(guò)電流，則限制經(jīng)過(guò)該保護(hù)電路的電流。而這提供了附加程度的保護(hù)。這種電流限制電路可以感應(yīng)流經(jīng)保護(hù)電路的電流，并在該電流超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)提供限制。
然而在實(shí)踐中，在該預(yù)定閾值和通過(guò)根據(jù)負(fù)載消耗的額定電流選擇其標(biāo)稱值而選擇熔絲之間找到很好的平衡變得非常困難，其中基于該預(yù)定閾值檢測(cè)電流限制電路變成有源的，并開始有效地限制經(jīng)過(guò)保護(hù)電路的電流。對(duì)于該選擇要考慮不同的因素1.熔絲額定值應(yīng)高于主板在正常運(yùn)行期間所消耗的最大電流。
2.突破電流限制的閾值應(yīng)在插入主板期間盡可能的低。
3.電流限制電路的閾值應(yīng)高于熔絲額定值，以確保如果在負(fù)載的輸入側(cè)發(fā)生短路則燒斷熔絲，但是當(dāng)在諸如DC/DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載的輸入端的槽路電容器在熱插期間被充電時(shí)，熔絲的“I-t”曲線不應(yīng)交叉。如果電流限制電路的設(shè)置值不超過(guò)熔絲額定值的3到4倍，則如果轉(zhuǎn)換器短路或者有其他非常低的阻抗路徑時(shí)，則需要花很長(zhǎng)時(shí)間燒斷熔絲，導(dǎo)致電流調(diào)節(jié)組件的熱過(guò)載。電流調(diào)節(jié)組件的典型故障模式是短路，導(dǎo)致電池的暫時(shí)短路(直到燒斷熔絲)，如果是單個(gè)故障，則其可能影響系統(tǒng)運(yùn)行。
4.電源電壓的大范圍(38...72V，當(dāng)兼容ETSI&ANSI市場(chǎng)時(shí))導(dǎo)致在熱插期間要處理較大的充電范圍。
由于上述問(wèn)題的綜合，在負(fù)載上導(dǎo)致經(jīng)過(guò)保護(hù)電路的電流超過(guò)閾值電流相對(duì)小的值的過(guò)載狀態(tài)不會(huì)使熔絲在安全時(shí)間期限內(nèi)燒斷，然而，這可能產(chǎn)生安全危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種上述已知類型的保護(hù)電路，但是其可以解決上述提到的安全問(wèn)題，并進(jìn)而確保使用同一供電軌的其它負(fù)載正常運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明，該目的根據(jù)下述保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)一種保護(hù)電路，用于保護(hù)負(fù)載免遭過(guò)電流，所述保護(hù)電路包括-第一和第二輸入端子，其連接到電源的第一和第二電源端子；-第一和第二輸出端子，其連接到所述負(fù)載的各個(gè)端子；-第一有源設(shè)備，其具有控制電極和連接在所述第一輸入端子和所述第一輸出端子之間的導(dǎo)電受控路徑；-充電電路，用于在將所述電源連接到所述輸入端子時(shí)接通所述有源設(shè)備；-電流限制電路，用于將經(jīng)過(guò)所述有源設(shè)備的所述導(dǎo)電路徑的電流限制在電流限制值上；-熔絲，經(jīng)由所述第一輸入端子與所述有源設(shè)備的所述導(dǎo)電受控路徑串聯(lián)地連接；
其中，所述電流限制電路還包括調(diào)節(jié)裝置，用于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)所述有源設(shè)備的所述電流限制值，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)所述熔絲的燒斷時(shí)間。
這樣，電流限制電路包括用于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)通過(guò)第一有源設(shè)備的電流限制值的裝置，其中所述電流限制值表示通過(guò)保護(hù)電路的電流限制值。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)該電流限制值，即通過(guò)逐漸地改變?cè)撝?，到達(dá)熔絲的I-t特性上的臨界值的時(shí)間減小，導(dǎo)致更快燒斷熔絲。
更具體地，電流限制的初始值被設(shè)置在預(yù)定水平，通常對(duì)應(yīng)于在正常運(yùn)行期間引起的最壞情況最大電流。這允許處理由電源電壓中的瞬變引起的電流尖峰。接著，電流限制逐漸從該點(diǎn)開始增加。這允許處理由于負(fù)載引起的故障造成的更持久的過(guò)電流情況。通過(guò)逐漸增加該電流限制，暫時(shí)更大的電流將流經(jīng)保護(hù)電路，并進(jìn)而也經(jīng)過(guò)熔絲，以致在熔絲的I-t特性上的另一個(gè)點(diǎn)將被選擇，其出現(xiàn)在更高的電流處。然而，由于該電流位于I-t特性中需要較少燒斷時(shí)間的點(diǎn)，因此熔絲將在較短時(shí)間內(nèi)燒斷。雖然損耗的峰值功率不低于沒(méi)有該調(diào)節(jié)裝置時(shí)的功率，但是在保護(hù)電路中損耗的總功率大大減少。因此建立特別程度的安全。
本發(fā)明的其它特征在從屬權(quán)利要求中陳述。
應(yīng)當(dāng)注意，在權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)“連接”不應(yīng)被解釋為局限于僅僅直接連接。因此，表述“連接到設(shè)備B的設(shè)備A”的范圍不應(yīng)局限于設(shè)備A的輸出直接連接到設(shè)備B的輸入的設(shè)備或系統(tǒng)。它意味著在設(shè)備A的輸出和設(shè)備B的輸入之間存在路徑，它可以是包括其它設(shè)備或者裝置的路徑。
應(yīng)當(dāng)注意，在權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)“包括”不應(yīng)被解釋為局限于其后所列的裝置。因此，表述“包括裝置A和B的設(shè)備”的范圍不應(yīng)局限于僅僅包括部件A和B的設(shè)備。它意味著對(duì)于本發(fā)明，設(shè)備的最相關(guān)部件是A和B。


通過(guò)結(jié)合附圖參考下面的實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的上述和其它目的、特征將變得更加明顯，并且本發(fā)明本身將得到最好的理解，其中圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的保護(hù)電路以及熔絲的I-t特性和在過(guò)電流運(yùn)行狀態(tài)期間到達(dá)的點(diǎn)的示意圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)電路以及熔絲的I-t特性和在過(guò)電流運(yùn)行狀態(tài)期間到達(dá)的點(diǎn)的示意圖；圖3示出現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的保護(hù)電路在短路發(fā)生在負(fù)載上的情況下經(jīng)過(guò)T2的作為時(shí)間的函數(shù)的電流的值。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明有利于電子系統(tǒng)，例如電信系統(tǒng)，其中常常需要調(diào)換插件或者印刷電路板，以下縮寫為PCB，而剩余的電路插件處于運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)將插件插入底板或主板或者從底板或主板中拔出時(shí)，在插件的電源線以及底板的主板電源中會(huì)流過(guò)幾安培的電流。如果不采取預(yù)防措施，則該主板電源以及插件上的電子電路會(huì)被損壞。參考圖1和圖2，插件上的電子電路用L表示，對(duì)該負(fù)載的主供電線用1和2表示。為了保護(hù)負(fù)載在熱插狀態(tài)期間免遭過(guò)電流，提供了保護(hù)電路，其主要功能模塊包括第一有源設(shè)備T2，其具有控制電極和導(dǎo)電受控路徑，該路徑連接在保護(hù)電路的第一輸入端子IN1和第一輸出端子OUT1之間。T2可以由功率MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或者二極晶體管組成，但是也可以設(shè)想其它技術(shù)中的其它實(shí)施例。
負(fù)載被連接在保護(hù)電路P的兩個(gè)輸出端子OUT1和OUT2之間。保護(hù)電路的另一個(gè)輸入端子IN2連接到第二輸出端子OUT2。
該第一有源設(shè)備T2的控制電極由充電電路控制，在圖1和圖2所述的實(shí)施例中，其包括電流源I、電容C1和與該電容并聯(lián)的電阻R4。該充電電路的功能是如果T2由MOS晶體管組成，則通過(guò)提供其柵極-源極端電壓激活T2，以致該有源設(shè)備T2接通并進(jìn)而導(dǎo)電，從而逐漸將來(lái)自連接到輸入端子IN1和IN2的電源的電流傳送到負(fù)載L。當(dāng)從電源拔出保護(hù)電路時(shí)，電阻R4用作將電容C1放電，并因此也將T2的柵極-源極電容放電，以諸如斷開T2。
保護(hù)電路還包括熔絲F1，其主要功能是保護(hù)電路，更具體地說(shuō)保護(hù)其中的有源設(shè)備T2，以及保護(hù)電源本身免遭負(fù)載中短路的影響。該熔絲可以是標(biāo)準(zhǔn)的熱熔熔絲、磁性熔絲，諸如PTC電阻的自修復(fù)熔絲等等。
每個(gè)熔絲的特性由其I-t特性描述，諸如圖1和圖2所示。該I-t特性描述當(dāng)特定電流流經(jīng)該熔絲時(shí)，燒斷熔絲所需要的時(shí)間。對(duì)于低電流，該時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)；對(duì)于高電流，該時(shí)間相對(duì)短。燒斷熔絲的電流也表示為臨界電流Icrit。
除了該熔絲之外，保護(hù)電路P還包括電流限制電路，其主要功能在于限制經(jīng)過(guò)有源設(shè)備T2的導(dǎo)電路徑的電流。該電流限制電路保證浪涌電流要求類似于前面所述的ETSI標(biāo)準(zhǔn)中描述的一個(gè)。
該電流限制電路包括感應(yīng)電阻R2，用于不斷感應(yīng)經(jīng)過(guò)該有源設(shè)備的電流，因此它與該有源設(shè)備的導(dǎo)電路徑串聯(lián)地設(shè)置。當(dāng)該電流超過(guò)臨界水平時(shí)，電流限制電路開始通過(guò)啟動(dòng)第二有源設(shè)備T1來(lái)降低電流，現(xiàn)在該第二有源設(shè)備T1傳導(dǎo)來(lái)自電流源I的電流。這導(dǎo)致禁止對(duì)電容C1進(jìn)一步充電，并因此禁止對(duì)T2的柵極-源極充電，從而限制經(jīng)過(guò)T2的電流。T1導(dǎo)電的臨界閾值電流由它自己的導(dǎo)電閾值確定。如果T1由二極晶體管組成，則該閾值由基極-發(fā)射極電壓0.7V確定。這意味著在T1被接通之前，經(jīng)過(guò)R2的電流乘以R2的積必須超過(guò)0.7V。
在大多數(shù)實(shí)施例中，諸如圖1所述的實(shí)施例，另一個(gè)基極保護(hù)電阻R1與T1的控制端子串聯(lián)地設(shè)置。然而，這個(gè)電阻R1是可選的。
根據(jù)本發(fā)明的電流限制電路還包括調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)電流限制電路的電流限制，并因此調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)有源設(shè)備T2的電流限制。與圖3a所描述的該限制電流保持在不變的預(yù)定初始限制值的傳統(tǒng)情況相比，從圖3B可以看出，電流限制值最初設(shè)置在預(yù)定閾值It，然后隨著時(shí)間逐漸增加。通過(guò)逐漸增加Ilimit，該調(diào)節(jié)裝置還進(jìn)一步調(diào)節(jié)燒斷熔絲的時(shí)間。在圖2所述的實(shí)施例中，該調(diào)節(jié)裝置由R-C電路組成，其包括與電阻R1串聯(lián)的電容C3。另外，額外的電阻R3可以與C3并聯(lián)以確保在C3在被電流浪涌狀態(tài)部分地加載之后更快地放電。然而，在最簡(jiǎn)單的形式下，調(diào)節(jié)裝置可以只包括單獨(dú)在T1的基極路徑中的電容C3，而無(wú)需R1和R3。
通過(guò)比較圖1和圖2描述的熔絲的I-t特性以及在圖3a和3b中描述的經(jīng)過(guò)T2本身的電流的I-t特性來(lái)理解其功能。圖1示出如果電流限制電路沒(méi)有調(diào)節(jié)裝置時(shí)熔絲的運(yùn)行，圖2示出如果提供調(diào)節(jié)裝置時(shí)熔絲的運(yùn)行。在圖1中，電流限制是固定的值，其對(duì)應(yīng)于也在圖3a中描述的預(yù)定電流閾值It?，F(xiàn)有技術(shù)的電流限制電路立刻對(duì)到達(dá)該固定閾值起作用，以致經(jīng)過(guò)T2并進(jìn)而經(jīng)過(guò)F1的電流被限制在該特定閾值上，在圖1中所述的例子中是1.7A。在該電流下，在熔絲開始燒斷之前需要大約90秒。然而，如從圖3a中可以看出，在這90秒期間，由于熱過(guò)載T2已經(jīng)出現(xiàn)損壞。
為了防止這個(gè)損壞，在圖2的電流限制電路中提供調(diào)節(jié)電路動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)電流限制值，如可以從圖3b中看出的。圖3b示出經(jīng)過(guò)T2的電流最初限制在閾值It上，但是從該點(diǎn)開始，隨著時(shí)間推移，該限制電流Ilimit本身開始增加。在圖2和圖3b中，這種增加被描述為Ilimit隨著時(shí)間線性增加，表明經(jīng)過(guò)T2的電流增加。通過(guò)暫時(shí)允許更大的電流流經(jīng)T2，到達(dá)在熔絲F1的I-t特性上的點(diǎn)，其處于較高的電流但更短的時(shí)間。這意味著F1將在更短的時(shí)間內(nèi)燒斷，而總平均功率低于現(xiàn)有技術(shù)的電路，使T2可以幸免于暫時(shí)的電流增加。
當(dāng)然，也可以是除了這些在圖2中描述的其它實(shí)施例。
盡管在上面已經(jīng)結(jié)合特定裝置描述了本發(fā)明的基本原理，但是應(yīng)該很清楚地知道，該說(shuō)明僅僅是示例性的，并不應(yīng)作為本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明的范圍在所附的權(quán)利要求中定義。
權(quán)利要求
1.一種保護(hù)電路(P)，用于保護(hù)負(fù)載(L)免遭過(guò)電流，所述保護(hù)電路包括-第一和第二輸入端子(IN1，IN2)，其連接到電源的第一和第二電源端子；-第一和第二輸出端子(OUT1，OUT2)，其連接到所述負(fù)載(L)的各個(gè)端子；-第一有源設(shè)備(T2)，其具有控制電極和連接在所述第一輸入端子(IN1)和所述第一輸出端子(OUT1)之間的導(dǎo)電受控路徑；-充電電路(I，C1，R4)，用于在將所述電源連接到所述輸入端子(IN1，IN2)時(shí)接通所述有源設(shè)備；-電流限制電路(R2，T1)，用于將經(jīng)過(guò)所述有源設(shè)備(T2)的所述導(dǎo)電路徑的電流限制在電流限制值(Ilimit)上；-熔絲(F1)，經(jīng)由所述第一輸入端子與所述有源設(shè)備(T2)的所述導(dǎo)電受控路徑串聯(lián)地連接；其中，所述電流限制電路(R2，T1)還包括調(diào)節(jié)裝置(R1，C3，R3)，用于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)所述有源設(shè)備(T2)的所述電流限制值(Ilimit)，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)所述熔絲(F1)的燒斷時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路(P)，其中，所述調(diào)節(jié)裝置(R1，C3，R3)還用于逐漸改變經(jīng)過(guò)所述有源設(shè)備(T2)的所述電流限制值(Ilimit)，從而減少到達(dá)所述熔絲(F1)的I-t特性上用于燒斷熔絲(F1)的臨界電流(Icrit)的時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保護(hù)電路(P)，其中，所述電流限制從預(yù)定閾值(It)電流限制值開始逐漸增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的保護(hù)電路(P)，其中，所述充電電路(I，C1，R4)包括與電容(C1)串聯(lián)的電流源(I)，所述電容連接在所述有源設(shè)備(T2)的控制端子和所述有源設(shè)備(T2)的一個(gè)導(dǎo)電路徑端子之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的保護(hù)電路(P)，其中，所述充電電路(I，C1，R4)還包括電阻(R4)，其與所述電容(C1)并聯(lián)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的保護(hù)電路(P)，其中，所述電流限制電路(T1，R2)包括串聯(lián)地連接在所述熔絲(F1)和所述有源設(shè)備(T2)的所述導(dǎo)電路徑之間的感應(yīng)設(shè)備(R2)，和第二有源設(shè)備(T1)，其用于在感應(yīng)經(jīng)過(guò)所述第一有源設(shè)備的所述電流超過(guò)所述電流限制值時(shí)控制經(jīng)過(guò)所述第一有源設(shè)備(T2)的電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的保護(hù)電路(P)，其中，所述電流限制電路中的調(diào)節(jié)裝置(R1，C3，R3)還包括在所述第二有源設(shè)備(T1)的控制路徑中的電容(C3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的保護(hù)電路(P)，其中，所述電流限制電路中的調(diào)節(jié)裝置(R1，C3，R3)還包括在所述第二有源設(shè)備(T1)的控制通路中與所述電容(C3)串聯(lián)的電阻(R1)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的保護(hù)電路(P)，其中，所述調(diào)節(jié)裝置(R1，C3，R3)還包括在所述第二有源設(shè)備(T1)的控制路徑中與所述電容(C3)并聯(lián)連接的附加電流限制電阻(R3)。
10.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的保護(hù)電路(P)，還包括在所述輸出端子(OUT1，OUT2)之間的耦合電容(C2)。
全文摘要
用于保護(hù)負(fù)載(L)免遭過(guò)電流的保護(hù)電路(P)，包括連接到電源的第一和第二電源端子的輸入端子(IN1，IN2)，連接到所述負(fù)載(L)的各個(gè)端子的輸出端子(OUT1，OUT2)，具有控制電極和連接在第一輸入端子(IN1)和第一輸出端子(OUT1)之間的導(dǎo)電受控路徑的第一有源設(shè)備(T2)，用于在將電源連接到輸入端子(IN1，IN2)時(shí)接通有源設(shè)備的充電電路(I，C1，R4)，用于將經(jīng)過(guò)有源設(shè)備(T2)的導(dǎo)電路徑的電流限制在電流限制值(I
文檔編號(hào)G05F1/10GK1794527SQ200510132819
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月22日
發(fā)明者E·J·D·范登貝格, J·W·范丁根恩 申請(qǐng)人:阿爾卡特公司