專利名稱：輸入保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)要求2008年4月25日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/048，036的權(quán)益。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種適于在電感耦合電路或基本上任何其它類型的電路中使用的輸 入保護(hù)電路。電感耦合有許多優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，電感耦合為簡(jiǎn)單而高效的互用提供了額外的 機(jī)會(huì)，其中裝置能夠互換使用。然而，“使其獨(dú)立(cut the cord)”并能夠互用的電路設(shè)計(jì) 有可能使得電路對(duì)第三方系統(tǒng)很敏感。也就是說，由第三方系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)可能令人忽略 地激勵(lì)遠(yuǎn)程裝置中的次級(jí)線圈并提供不適當(dāng)?shù)哪芰?。在一些情況下，來自這些第三方源的 電力可能是破壞性的。隨著無線電力變得越來越普遍，第三方磁場(chǎng)的量和種類也變得越來 越多。在有線應(yīng)用中，大家熟知多種保護(hù)電路。例如，熔絲、斷路器、溫度傳感器和限流器 是廣泛使用的用于控制某些危險(xiǎn)的保護(hù)機(jī)構(gòu)。這些部件中的一些，與許多其它保護(hù)電路類 似，依賴適當(dāng)?shù)碾娫磥砉ぷ鳌？赡芘紶栠m當(dāng)?shù)碾娫词遣豢捎玫模热珉姼旭詈檄h(huán)境中的情 況。一些保護(hù)電路不依賴適當(dāng)?shù)碾娫炊ぷ?。例如，瞬變電壓抑制?“TVS”)是一種 這樣的保護(hù)電路。TVS被設(shè)計(jì)為對(duì)突然或瞬間的過電壓狀態(tài)(比如由閃電或馬達(dá)電弧所引 起的)做出反應(yīng)。TVS通過在電壓超過雪崩擊穿電勢(shì)時(shí)分流過載電流而工作。TVS是一種鉗 位裝置(clamping device)，其基本上抑制高于其擊穿電壓的所有過電壓(overvoltage)。 類似于大多數(shù)鉗位裝置，它在該過電壓消失時(shí)自動(dòng)復(fù)位，但是內(nèi)部吸收了很多的瞬變能量。 通常使用散熱器(heatsink)來散發(fā)該瞬變能量。然而，如果過電壓狀態(tài)持續(xù)太長(zhǎng)時(shí)間，那 么該TVS可能崩潰，這會(huì)導(dǎo)致該電路被損害或損毀。相應(yīng)地，需要提供一種保護(hù)電路，該保護(hù)電路免于被持續(xù)的過電壓狀態(tài)(及其它 情況)的損害一即使在沒有用于該保護(hù)電路的適當(dāng)電源可用的時(shí)候。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種保護(hù)電路，其包括熱耦合于熱熔斷路器的電壓鉗(voltage clamp) 0該電壓鉗提供針對(duì)過電壓狀態(tài)的某種保護(hù)。如果過電壓狀態(tài)持續(xù)太長(zhǎng)時(shí)間的話， 該電壓鉗散發(fā)足夠的熱量來激活該熱熔斷路器，從而產(chǎn)生開路，保護(hù)該電路的剩余部分。在一個(gè)實(shí)施方式中，該保護(hù)電路是電感式加電的次級(jí)電路的子電路。在此實(shí)施方 式中，第三方磁場(chǎng)可能在該次級(jí)電路的次級(jí)線圈中感應(yīng)出不想要的電壓。該電壓鉗將該電 壓鉗位到期望的電平。能量以熱的形式被散發(fā)到該熱熔斷路器，而不是將該電壓鉗中的能 量散發(fā)到散熱器中?？蛇x地，熱粘合劑可用于幫助將熱從該電壓鉗傳遞到該熱熔斷路器。該 電壓鉗保持激活的時(shí)間越長(zhǎng)，越多的熱被散發(fā)到該熱熔斷路器。一旦該熱熔斷路器中達(dá)到 了閾值溫度，則產(chǎn)生開路。
該保護(hù)電路的這個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)沒有足夠的電力激活替代的保護(hù)元 件(比如電熔絲)時(shí)有產(chǎn)生開路的能力。在一些情況下，比如電感式加電的遠(yuǎn)程裝置，有過 電壓狀態(tài)但又有很低的可用電流量。因?yàn)樵撾妷恒Q不需要電力源或來自微處理器的輸入， 所以該電壓鉗能夠維持其功能。然而，典型的電壓鉗不能無限地持續(xù)暴露于過電壓狀態(tài)。最 終，由該電壓鉗產(chǎn)生的熱可能導(dǎo)致該電壓鉗失靈。在當(dāng)前實(shí)施方式中，在失靈發(fā)生前，產(chǎn)生 足夠的熱以激活熱熔斷路器并產(chǎn)生保護(hù)該電路的剩余部分的開路。這允許在即使還沒有足 夠的電流激活替代的保護(hù)元件的情況下保護(hù)免受過電壓狀態(tài)。盡管本實(shí)現(xiàn)特別適于保護(hù)電 感式加電的遠(yuǎn)程裝置，它也適于基本上在任何電路中使用。該電壓鉗位保護(hù)電路的其它優(yōu) 點(diǎn)包括1)相對(duì)低的阻抗；以及2)微處理器控制是不必要的。在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的保護(hù)電路與其他保護(hù)線路結(jié)合使用以提供更廣的 保護(hù)范圍。在一個(gè)實(shí)施方式中，保護(hù)線路的結(jié)合定義了該電路的操作窗口，不同的保護(hù)線路 在不同的故障條件觸發(fā)，既有想得到的又有想不到的。例如，一些保護(hù)線路可以被設(shè)計(jì)為保 護(hù)該負(fù)載，而其它保護(hù)線路可以被設(shè)計(jì)為在整體上保護(hù)該次級(jí)電路。一些保護(hù)線路可以被 設(shè)計(jì)為針對(duì)過電壓狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)而其它線路可以被設(shè)計(jì)為針對(duì)過電流狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)。進(jìn)一 步地，一些保護(hù)線路可以被設(shè)計(jì)為針對(duì)瞬變或持續(xù)故障狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)。在一個(gè)實(shí)施方式中， 提供三種不同層次的保護(hù)1)電熔絲通常針對(duì)大的瞬變?yōu)樵撾娐诽峁┰鰪?qiáng)的保護(hù)；2)由微 處理器控制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管響應(yīng)于一個(gè)或更多感測(cè)的性質(zhì)(包括頻率、溫度、輸入電壓或 輸入電流)而提供負(fù)載保護(hù)；以及3)包括熱熔斷路器的電壓鉗保護(hù)電路針對(duì)瞬變和持續(xù)的 過電壓狀態(tài)兩者提供增加的總體電路保護(hù)，即使在低電流的情況下。參考當(dāng)前實(shí)施方式和附圖的描述，可以更全面地理解和領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的這些以及其 它目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和特征。


圖1是包括電壓鉗保護(hù)電路的電感耦合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的電路圖。圖2是包括電壓鉗保護(hù)電路的次級(jí)電路的一個(gè)實(shí)施方式的功能性框圖。圖3是圖2的次級(jí)電路的一個(gè)實(shí)施方式的電路圖。圖4是包括電壓鉗保護(hù)電路的次級(jí)電路的另一個(gè)實(shí)施方式的功能性框圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考圖1，顯示了依照本發(fā)明的實(shí)施方式，具有電壓鉗保護(hù)電路38的電感耦 合系統(tǒng)的圖示。所描繪的電感耦合系統(tǒng)包括電感式電力供應(yīng)10和遠(yuǎn)程裝置20。電感式電 力供應(yīng)10包括電力供應(yīng)電路12、電容器14和初級(jí)線圈16。遠(yuǎn)程裝置20包括次級(jí)線圈22、 熱熔斷路器24、電壓鉗沈、可選的熱粘合劑25、可選的整流電路32和負(fù)載34。電壓鉗保護(hù) 電路38通常包括至少兩個(gè)元件電壓鉗沈和熱熔斷路器24。在圖示實(shí)施方式中，電壓鉗沈 和熱熔斷路器M通過可選的熱粘合劑25彼此熱耦合。熱熔斷路器M電氣連接于次級(jí)線 圈22和該電路的剩余部分之間。電壓鉗沈響應(yīng)于過電壓狀態(tài)鉗位輸入電壓。如果該過電 壓狀態(tài)持續(xù)太長(zhǎng)時(shí)間，該電壓鉗散發(fā)足夠多的熱量以激活熱熔斷路器M并產(chǎn)生保護(hù)該電 路的剩余部分的開路，在當(dāng)前實(shí)施方式中，該剩余部分包括全橋接整流電路32和負(fù)載34。由于電感耦合系統(tǒng)所面臨的一些挑戰(zhàn)和限制，所以電壓鉗保護(hù)電路38特別適于用于電感耦合系統(tǒng)中。盡管電壓鉗保護(hù)電路38大多是結(jié)合電感耦合系統(tǒng)描述的，然而電壓 鉗保護(hù)電路38適于對(duì)基本上任何的電氣電路提供某種保護(hù)。盡管圖1中所描繪的實(shí)施方式是結(jié)合諧振原線圈(primary)描述的，然而本發(fā)明 適于與非諧振原線圈一起使用。進(jìn)一步，在圖1描述的實(shí)施方式中，電壓鉗保護(hù)電路38是 唯一的保護(hù)機(jī)構(gòu)。在其它實(shí)施方式中，比如在圖2-4中所示的那些實(shí)施方式中，電壓鉗保護(hù) 電路38可以是許多不同的保護(hù)電路之一，這些不同的保護(hù)電路可以結(jié)合使用以保護(hù)電路 免于各種想得到和想不到的故障情況。本發(fā)明適于在任何電感耦合系統(tǒng)中與基本上任何的遠(yuǎn)程裝置一起使用。相應(yīng)地， 不會(huì)對(duì)電感式電力供應(yīng)10和遠(yuǎn)程裝置20進(jìn)行詳細(xì)描述。需要說的只是，電感式電力供應(yīng) 10包括電力供應(yīng)電路12和初級(jí)線圈16而遠(yuǎn)程裝置20包括次級(jí)線圈22和次級(jí)負(fù)載34，該 次級(jí)負(fù)載34可以是電池或基本上任何其它的負(fù)載。電力供應(yīng)電路12產(chǎn)生和向初級(jí)線圈16 施加交變電流。由于電力供應(yīng)電路12施加交變電流，初級(jí)線圈16產(chǎn)生電磁場(chǎng)。電力供應(yīng) 電路12可以是基本上能夠向初級(jí)線圈16提供交變電流的任何線路。例如，該電力供應(yīng)電 路12可以是在2004年11月30日公告的、Kuennen等人的、名稱為“hductively Coupled Ballast Circuit"的美國(guó)專利6，825，620中披露的電感式電力供應(yīng)系統(tǒng)的諧振搜尋電路； 在 2007 年 5 月 1 日公告的、Baarman 的、名稱為“Adaptive Inductive Power Supply”的美 國(guó)專利7，212，414中披露的自適應(yīng)電感式電力供應(yīng)；與2003年10月20日提交的、Baarman
"Adaptive Inductive Power Supply with Communication” 白勺禾Ij _it 10/689，148通信的電感式電力供應(yīng)；2007年9月14日提交的、Baarman的名稱為“System and Method for Charging a Battery”的美國(guó)專利申請(qǐng)11/855，710中的用于鋰電池的無 線充電的電感式電力供應(yīng)；2007年12月27日提交的Baarman等人的、名稱為“hductive Power Supply with Device Identification” 的美國(guó)專利申請(qǐng) 11/965，085 的具有裝置識(shí) 別的電感式電力供應(yīng)；或者2008年1月7日提交的Baarman的、名稱為“Inductive Power Supply with Duty Cycle Control”的美國(guó)專利申請(qǐng)61/019，411的具有占空因數(shù)控制的電 感式電力供應(yīng)一所有的專利文獻(xiàn)都通過參考將其內(nèi)容全部并入本文。圖示實(shí)施方式的初級(jí)線圈16是圓形電線線圈，適于產(chǎn)生電磁場(chǎng)。在一些應(yīng)用中， 初級(jí)線圈16可以是絞合線的線圈。該線圈的性質(zhì)可以在各應(yīng)用間不同。例如，該線圈的圈 數(shù)、尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)可以變化。進(jìn)一步，電線的性質(zhì)(比如電線的長(zhǎng)度、直徑和類型)可以 不同。盡管是結(jié)合電線線圈描述的，然而可替代地初級(jí)線圈16可以基本上是能夠產(chǎn)生合適 的電磁場(chǎng)的任何結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方式中，初級(jí)線圈16(或次級(jí)線圈22)可以由印刷電路 板線圈取代，比如包含序列號(hào)為60/975，953，名稱為“printed circuit board coil”、由 Baarman等人在2007年9月觀日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)的有創(chuàng)造性的原則的印刷電路板線 圈，其內(nèi)容全部通過參考并入本文。 如同上面提到的，遠(yuǎn)程裝置20通常包括次級(jí)線圈22、電壓鉗保護(hù)電路38、可選的 整流電路32和負(fù)載34。在附圖中象征性地描繪了遠(yuǎn)程裝置20，然而它可以基本上是工作 于或以其他方式響應(yīng)電磁場(chǎng)的任何的裝置或元件。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，遠(yuǎn)程裝置20 可以是具有負(fù)載34的有源裝置，其依靠從電感式電力供應(yīng)10以電感方式接收的電力而工 作，比如蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理、數(shù)字媒體播放器或可以使用電感式電力對(duì)內(nèi)部電池充電 的其它電子裝置。在圖1中描繪的實(shí)施方式中，可選的整流電路32對(duì)提供到負(fù)載的電力整流。在替代實(shí)施方式中，可以替換或刪除整流電路32。圖示實(shí)施方式的次級(jí)線圈22是圓形電線線圈，適于在存在變化的電磁場(chǎng)的時(shí)候 產(chǎn)生電。在一些應(yīng)用中，次級(jí)線圈22可以是絞合線的線圈。與初級(jí)線圈16 —樣，次級(jí)線圈 22的性質(zhì)在不同應(yīng)用間也可不同。例如，次級(jí)線圈22的圈數(shù)、尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)可能變化。 進(jìn)一步，電線的性質(zhì)(比如電線的長(zhǎng)度、直徑和類型)可以不同。盡管是結(jié)合電線的線圈描 述的，然而可替代地次級(jí)線圈22可以基本上是能夠響應(yīng)于電磁場(chǎng)而產(chǎn)生足夠的電力的任 何結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在更詳細(xì)地描述電壓鉗位保護(hù)電路38。如同上面提到的，電壓鉗位保護(hù)電路38 包括兩個(gè)主要元件電壓鉗沈和熱熔斷路器M。電壓鉗位保護(hù)電路38的元件可以是不用 定制的元件或者是被特別設(shè)計(jì)的具有針對(duì)特定應(yīng)用的特別的一組性質(zhì)的元件?？蛇x地，熱 粘合劑25可被用來將電壓鉗沈和熱熔斷路器M熱耦合。替代地，電壓鉗沈和熱熔斷路 器M可以彼此臨近放置以便于充分的熱傳遞。在一些實(shí)施方式中，熱粘合劑25的使用可 減少電壓鉗26為了關(guān)斷(trip)熱熔斷路器M所必須產(chǎn)生的熱的量。電壓鉗位保護(hù)電路 38的電阻相對(duì)較低。例如，在圖1中描繪的實(shí)施方式中，電壓鉗位保護(hù)電路38具有約10毫 歐的電阻。進(jìn)一步，電壓鉗位保護(hù)電路38的操作不需要微處理器控制。電壓鉗沈?qū)㈦妷恒Q位到期望的電平并以熱的形式散發(fā)能量。通常，電壓鉗電路包 括用于阻止另一電路超過特定預(yù)定電壓電平的電氣線路。在當(dāng)前實(shí)施方式中，電壓鉗沈能 夠散發(fā)足夠的熱量以關(guān)斷熱熔斷路器而不損害該電壓鉗。通常，電壓鉗這樣工作通過感測(cè) 被監(jiān)控電路的電壓并且如果該電壓有超出限度的威脅時(shí)，施加電負(fù)載，該電負(fù)載以可調(diào)節(jié) 方式從輸出中吸收(draw)電流以避免電壓超出預(yù)定的電壓電平。嚴(yán)格的鉗位(a strict clamp)對(duì)電壓鉗位保護(hù)電路38的操作不是決定性的。也就是說，在許多實(shí)施方式中，該鉗 位的精度不是該保護(hù)電路的操作的限制因素。例如，設(shè)計(jì)正確的話，電壓鉗可在高于或低于 它的額定值(rating)上操作，其具有很高的容差而不影響電壓鉗保護(hù)電路38的操作。進(jìn)一 步，在一些實(shí)施方式中，該鉗位電路可包括過渡時(shí)期，其中該鉗位電壓變化或暫時(shí)背離它的 設(shè)計(jì)性質(zhì)而不會(huì)實(shí)質(zhì)上影響到電壓鉗位保護(hù)電路38的性能。例如，一旦該鉗位電路激活， 該電壓鉗的簡(jiǎn)短的過渡時(shí)期是可接受的并且實(shí)質(zhì)上不影響該保護(hù)電路的性能，但是是在它 鉗位之前?；旧先魏蔚碾妷恒Q沈都適于在電壓鉗保護(hù)電路38中使用。電壓鉗的具體類型 及其具體特征可在不同應(yīng)用間不同。在圖1描繪的實(shí)施方式中，電壓鉗26是單個(gè)瞬變電壓 抑制(“TVS”)二極管。TVS 二極管是一種用于保護(hù)電路免于電壓尖脈沖損害的電氣元件。 該TVS 二極管通過在感應(yīng)電壓超過雪崩擊穿電勢(shì)時(shí)分流過載電流而工作。它是一種鉗位裝 置，其抑制超過擊穿電壓的過電壓。與大多數(shù)鉗位裝置類似，當(dāng)過電壓消失時(shí)它自動(dòng)復(fù)位， 但是內(nèi)部地吸收一些瞬變能量。通常，不用定制的TVS 二極管被熱耦合于散熱器以散發(fā)吸收的瞬變能量。在圖1 描繪的實(shí)施方式中，熱熔斷路器M熱耦合于該TVS 二極管而不是散熱器。在替代實(shí)施方式 中，該TVS 二極管可以熱耦合于散熱器和熱熔斷路器M兩者。在其它替代實(shí)施方式中，該 電壓鉗位保護(hù)電路被制造為單個(gè)元件，其中在制造過程中將該TVS 二極管熱耦合于熱熔斷 路器。在又一個(gè)實(shí)施方式中，該散熱器可以從不用定制的電壓鉗中移除并使用熱粘合劑熱 耦合于熱熔斷路器。在一些應(yīng)用中，熱耦合是不必要的，該電壓鉗和熱熔斷路器的物理鄰近足以可靠地將足夠的熱量從該電壓鉗傳遞到該熱熔斷路器。圖1中描繪的該電壓鉗保護(hù)電路的該TVS 二極管是雙向的。該雙向TVS 二極管與 待保護(hù)的電路并聯(lián)連接，在此實(shí)施方式中整流電路32對(duì)流到負(fù)載34的電力整流。該雙向 TVS 二極管可以被實(shí)施為單個(gè)元件或兩個(gè)相對(duì)的雪崩二極管。雪崩二極管是一種被設(shè)計(jì)為 在指定反向偏壓下經(jīng)歷雪崩擊穿的二極管。在一些應(yīng)用中，齊納二極管可以取代雪崩二極管。雙向TVS 二極管僅僅是可與本發(fā)明一起使用的電壓鉗的一個(gè)示例。在替代實(shí)施方 式中，其它電壓鉗是合適的，比如，例如金屬氧化物變阻器(“M0V”)。變阻器是一種具有明 顯的非歐姆電流-電壓特性的電子元件。變阻器通常通過以下方式保護(hù)電路免于過度的瞬 變電壓的損害通過將它們并入電路中，從而當(dāng)被觸發(fā)時(shí)，它們將由高壓產(chǎn)生的電流分流到 遠(yuǎn)離靈敏元件。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過變阻器散發(fā)足夠的熱量從而在該變阻器失效之前 激活熱熔斷路器。熱熔斷路器在被加熱到特定溫度時(shí)中斷電流。熱熔斷路器通常在產(chǎn)生熱的電氣裝 置(比如干發(fā)器和咖啡機(jī))中能夠找到。主要有兩種類型的熱熔斷路器熱熔絲和熱控開 關(guān)。熱熔絲是一種使用一次性的可熔熔絲的斷路器。熱控開關(guān)，有時(shí)被稱為熱復(fù)位器，是一 種通常在高溫下打開而當(dāng)溫度下降時(shí)重新關(guān)閉的裝置。熱熔斷路器的特征通常在于關(guān)斷點(diǎn)溫度。在圖1中描繪的實(shí)施方式中，熱熔斷路 器對(duì)被實(shí)現(xiàn)為具有關(guān)斷點(diǎn)為102攝氏度的一次性熱熔絲。在一個(gè)實(shí)施方式中，一旦該電壓 鉗達(dá)到約113攝氏度，足夠的熱被傳遞到該熱熔斷路器以達(dá)到該關(guān)斷點(diǎn)。觸發(fā)該熱熔斷路 器所必需的電壓鉗溫度可能取決于多種因素，包括該電壓鉗和熱熔斷路器之間的熱耦合的 表面積，如果有的話，該電壓鉗和該熱熔斷路器的臨近度、該熱熔斷路器的關(guān)斷點(diǎn)、該電壓 鉗的溫度、電壓鉗散發(fā)熱的時(shí)間的長(zhǎng)度以及許多其他各種因素。一旦該熱熔絲已經(jīng)被關(guān)斷， 它可以被新的非關(guān)斷的熔絲替代，使得該電壓鉗保護(hù)電路再次工作。在一個(gè)實(shí)施方式中，該 電壓鉗保護(hù)電路被制造為單個(gè)可替換元件。在替代實(shí)施方式中，該熱熔斷路器自動(dòng)復(fù)位。在自動(dòng)復(fù)位的實(shí)施方式中，實(shí)現(xiàn)熱控 開關(guān)而不是一次性的熱熔絲。在一個(gè)實(shí)施方式中，該熱控開關(guān)包括電氣耦合于熱電偶的場(chǎng) 效應(yīng)晶體管。熱電偶是用于測(cè)量溫度的傳感器。兩個(gè)不同的金屬在一端被連接在一起并且 當(dāng)這兩種金屬的接頭被加熱或冷卻時(shí)，產(chǎn)生可以關(guān)聯(lián)回到該溫度的電壓?；旧?，這允許熱 勢(shì)差到電勢(shì)差的轉(zhuǎn)化。該電勢(shì)差可用于控制開關(guān)。在一個(gè)實(shí)施方式中，熱電偶被熱耦合于該電壓鉗。如果該電壓鉗加熱該熱電偶超 過了閾值溫度，那么該熱電偶產(chǎn)生和向該場(chǎng)效應(yīng)晶體管發(fā)送控制信號(hào)以打開(open)該電 路，這解除了故障條件從而導(dǎo)致該電壓鉗冷卻。一旦該電壓鉗冷卻到閾值溫度以下，該熱電 偶產(chǎn)生并向該場(chǎng)效應(yīng)晶體管發(fā)送控制信號(hào)以關(guān)閉該電路。上面描述的電壓鉗保護(hù)電路可以與各種其他保護(hù)線路結(jié)合使用以提供對(duì)許多故 障情況的寬范圍的電路保護(hù)，包括想得到的和想不到的。在圖2和3描繪的實(shí)施方式中，提供了三個(gè)明顯不同層次的電路保護(hù)1)電熔絲； 2)響應(yīng)于一個(gè)或更多感測(cè)特性由微處理器控制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管；以及幻電壓鉗保護(hù)電路。 在替代實(shí)施方式中，可以提供附加的或更少的保護(hù)電路機(jī)構(gòu)。圖2的功能框圖和圖3的示意圖中描繪了次級(jí)電路的一個(gè)實(shí)施方式。該次級(jí)電路包括次級(jí)線圈42、電熔絲40、電壓鉗保護(hù)電路44、電力供應(yīng)整流二極管50、負(fù)載整流二極管 52、電力供應(yīng)56、溫度傳感器60、輸入電壓傳感器62、線圈頻率傳感器84、負(fù)載電壓傳感器 64、柵壓升壓器(gate voltage boost) 68、FET控制70、負(fù)載82、負(fù)載斷開FET 72、電流傳 感器74和微處理器80。在替代實(shí)施方式中可包括額外的或更少的元件。例如，替代實(shí)施方 式可包括用于與電感式原線圈或其它遠(yuǎn)程裝置通信的通信線路。圖2和3中描繪的次級(jí)線圈42是中心抽頭結(jié)構(gòu)的。中心抽頭結(jié)構(gòu)指的是其中建 立到沿著電感器的繞匝的一個(gè)點(diǎn)的連接。在當(dāng)前實(shí)施方式中，該中心抽頭被連接到地。替 代實(shí)施方式可能不使用中心抽頭結(jié)構(gòu)。電熔絲40保護(hù)該電路免于大的電涌。在一些實(shí)施方式中，該電熔絲可針對(duì)過電流 情況提供增強(qiáng)的保護(hù)。然而，在一些情況下，可能有過電壓情況但是電流不足以燒斷電熔絲 40。在這些情況下，該電壓鉗保護(hù)電路44可提供增強(qiáng)的電路保護(hù)。圖2和3的電壓鉗保護(hù)電路44是結(jié)合圖1的電壓鉗保護(hù)電路38描述的。或許從 圖3中看得最清楚，在中心抽頭結(jié)構(gòu)中，該電壓鉗保護(hù)電路可包括多個(gè)熱熔斷路器102、104 和電壓鉗106、108。這四個(gè)裝置可以被熱連接為一個(gè)保護(hù)裝置。電壓鉗保護(hù)電路44的特定 性質(zhì)可以在不同應(yīng)用間不同。在一個(gè)實(shí)施方式中，電壓鉗106、108是雙向TVS 二極管，具有 有一個(gè)電壓鉗的類似構(gòu)造的非中心抽頭式設(shè)計(jì)的大約一半的額定(rated)鉗位電壓。在一個(gè)替代實(shí)施方式中，電壓鉗保護(hù)電路44可包括電阻加熱選項(xiàng)。在此實(shí)施方式 中，除了該電壓鉗之外，電阻器還被熱耦合于該熱熔斷路器。如果該微處理器檢測(cè)到問題， 該電阻器可以被連接到該線圈以便該電阻器變熱并關(guān)斷該熱熔斷路器。整流二極管50將來自次級(jí)線圈42的電力整流以用于電力供應(yīng)56和輸入電壓傳 感器62。負(fù)載整流二極管52整流用于該柵壓升壓器68、負(fù)載82和負(fù)載電壓傳感器64的 電力?？梢詫?shí)現(xiàn)不用定制的二極管或特別設(shè)計(jì)的二極管。圖2和3中描繪的實(shí)施方式的電力供應(yīng)56是能夠接收相對(duì)大的電壓并產(chǎn)生適當(dāng) 的電力源以對(duì)微處理器80和溫度傳感器60加電的電力供應(yīng)。替代實(shí)施方式不需要包括這 種電力供應(yīng)?；旧峡梢詫?shí)現(xiàn)能夠?yàn)樵撐⑻幚砥魈峁┓€(wěn)定的電力源的任何電力供應(yīng)。溫度傳感器60、輸入電壓傳感器62、線圈頻率傳感器84、電流傳感器74和負(fù)載電 壓傳感器64都感測(cè)有關(guān)該次級(jí)電路的性質(zhì)并將測(cè)量值提供到該微處理器。本發(fā)明適于與 這些傳感器的基本上任何的實(shí)現(xiàn)一起使用。相應(yīng)地，不會(huì)詳細(xì)地描述這些傳感器。溫度傳感器60提供溫度讀數(shù)，該溫度讀數(shù)可用于遠(yuǎn)程裝置功能、保護(hù)電路功能或 兩者。只要電力供應(yīng)56是工作的并且對(duì)溫度傳感器60和微處理器80提供足夠的電力，該 溫度傳感器可以被用作斷開負(fù)載82的條件。在一個(gè)實(shí)施方式中，在微處理器80中設(shè)定簡(jiǎn) 單的閾值溫度，且如果感測(cè)到的溫度超過該閾值的話，那么發(fā)送控制信號(hào)以斷開該負(fù)載82。 在其它實(shí)施方式中，可以實(shí)現(xiàn)不同的方案以確定基于什么條件來斷開負(fù)載82。例如，一系列 高于閾值溫度的讀數(shù)可以觸發(fā)該負(fù)載被斷開。輸入電壓傳感器62提供電壓讀數(shù)，在當(dāng)前實(shí)施方式中，該讀數(shù)主要被用來保護(hù)該 電路。如果檢測(cè)到過電壓狀態(tài)，則微處理器80可發(fā)送信號(hào)以斷開負(fù)載82。在當(dāng)前實(shí)施方式 中，這保護(hù)了該負(fù)載免受過電壓狀態(tài)的損害，但是對(duì)于保護(hù)該次級(jí)電路的剩余部分免受該 過電壓狀態(tài)的損害不能起任何作用。該負(fù)載的過電壓狀態(tài)可以或可以不被認(rèn)為是該電路的 剩余部分的過電壓狀態(tài)。前面討論的電壓鉗保護(hù)電路44 一般更適于處理影響次級(jí)電路的過電壓狀態(tài)。線圈頻率傳感器84提供頻率讀數(shù)，該頻率讀數(shù)可具有許多不同應(yīng)用，包括例如電 池充電算法和保護(hù)相關(guān)應(yīng)用。與電壓傳感器62—樣，從當(dāng)前實(shí)施方式的線圈頻率傳感器84 確定的任何故障狀態(tài)觸發(fā)負(fù)載斷開，但不必然保護(hù)該次級(jí)電路中的其它線路。電流傳感器74向微處理器80提供當(dāng)前讀數(shù)。在當(dāng)前實(shí)施方式中，這些讀數(shù)既可 用于保護(hù)功能又可用于充電功能，還有其它事情。與其它傳感器一樣，超過閾值可以觸發(fā)控 制信號(hào)以斷開該負(fù)載。因?yàn)殡娏鱾鞲衅?4與負(fù)載82串聯(lián)，它放置在該負(fù)載之前(在圖4 的實(shí)施方式中)或之后(在圖2和3的實(shí)施方式中)是沒有關(guān)系的。當(dāng)前實(shí)施方式的負(fù)載電壓傳感器64向微處理器80提供信息用于電池充電算法。柵壓升壓器68確保FET控制電路70有足夠的電力。在具有可以接收較高電壓的 電力供應(yīng)的實(shí)施方式中，此線路確保該FET保持工作。在具有其它電力供應(yīng)的替代實(shí)施方 式中，柵壓升壓器68和FET控制電路70可以是不必要的并且可以去掉。例如，在圖4中描 繪的實(shí)施方式中，微處理器80直接與負(fù)載斷開FET 72連接并且這個(gè)線路被去掉。圖2-4中描繪的實(shí)施方式的負(fù)載斷開FET 72允許該微處理器在檢測(cè)到故障狀態(tài) 時(shí)斷開該負(fù)載。如同上面討論的，故障狀態(tài)可包括但不限于電壓故障狀態(tài)、電流故障狀態(tài)、 溫度故障狀態(tài)或頻率故障狀態(tài)。負(fù)載斷開FET 72用于保護(hù)該負(fù)載，但是不滿足該電路的所 有保護(hù)需要。在操作中，電熔絲40為整個(gè)電路提供相對(duì)較快的保護(hù)免于大的瞬變的損害。負(fù)載 斷開FET 72結(jié)合各種傳感器和微處理器80為負(fù)載82提供各種保護(hù)。而且，最終電壓鉗保 護(hù)電路44為整個(gè)電路提供過電壓保護(hù)，即便在沒有足夠的電流來燒斷電熔絲40的時(shí)候。這 種過電壓狀態(tài)已經(jīng)相對(duì)不夠常見，但是隨著電感耦合系統(tǒng)越來越流行可能顯著增加。上面的描述是對(duì)本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施方式的描述?？梢赃M(jìn)行各種變更和改變而不違 背本發(fā)明的精神和更寬的方面。任何以單數(shù)形式提及的元件，例如，使用冠詞“一個(gè)(a)”、 “一個(gè)(an)”、“該(the)”或“所述(said) ”不應(yīng)被解釋為將該元件限制為單數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種保護(hù)電路，包含熱熔斷路器，其中響應(yīng)于被加熱到閾值溫度，所述熱熔斷路器在所述保護(hù)電路中產(chǎn)生 開路；電耦合及熱耦合于所述熱熔斷路器的電壓鉗，其中所述電壓鉗適于響應(yīng)于過電壓狀態(tài) 而將輸入電壓鉗位到期望的電平并將能量以熱的形式散發(fā)到所述熱熔斷路器。
2.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其中響應(yīng)于所述過電壓狀態(tài)持續(xù)，所述電壓鉗散發(fā) 足夠的熱量以達(dá)到所述閾值溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其中響應(yīng)于所述過電壓狀態(tài)持續(xù)，所述電壓鉗在所 述電壓鉗失靈之前散發(fā)足夠的熱量以達(dá)到所述閾值溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其中在沒有足夠的電力來激活電熔絲時(shí)所述熱熔斷 路器產(chǎn)生開路。
5.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其中所述熱熔斷路器和所述電壓鉗在沒有來自微處 理器的輸入的情況下工作。
6.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其中所述熱熔斷路器和所述電壓鉗在沒有電力源的 情況下工作。
7.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其中所述電壓鉗是瞬變電壓抑制器。
8.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，進(jìn)一步包含熱粘合劑，其中所述熱粘合劑幫助將熱 從所述電壓鉗傳遞到所述熱熔斷路器。
9.一種電感式加電的次級(jí)電路，包含用于接收處于輸入電壓的電感電力的次級(jí)線圈；與所述次級(jí)線圈電氣通信的次級(jí)負(fù)載；以及電氣連接在所述次級(jí)線圈和所述次級(jí)負(fù)載之間的保護(hù)電路，所述保護(hù)電路包括熱熔斷路器，其中響應(yīng)于被加熱到閾值溫度，所述熱熔斷路器將所述次級(jí)負(fù)載從所述 次級(jí)線圈電氣斷開；電耦合及熱耦合于所述熱熔斷路器的電壓鉗，其中所述電壓鉗適于響應(yīng)于過電壓狀態(tài) 而將所述輸入電壓鉗位到期望的電平并將能量以熱的形式散發(fā)到所述熱熔斷路器。
10.如權(quán)利要求9所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中響應(yīng)于所述過電壓狀態(tài)持續(xù)，所 述電壓鉗散發(fā)足夠的熱量以達(dá)到所述閾值溫度。
11.如權(quán)利要求9所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中響應(yīng)于所述過電壓狀態(tài)持續(xù)，所 述電壓鉗散發(fā)足夠的熱量以在所述電壓鉗失靈之前達(dá)到所述閾值溫度。
12.如權(quán)利要求9所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中當(dāng)沒有足夠的電力來激活電熔 絲時(shí)所述熱熔斷路器能夠?qū)⑺龃渭?jí)負(fù)載從所述次級(jí)線圈斷開。
13.如權(quán)利要求9所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中所述熱熔斷路器和所述電壓鉗 在沒有來自微處理器的輸入的情況下工作。
14.如權(quán)利要求9所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中所述熱熔斷路器和所述電壓鉗 在沒有電力源的情況下工作。
15.如權(quán)利要求9所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中所述電壓鉗是瞬變電壓抑制器。
16.如權(quán)利要求9所述的電感式加電的次級(jí)電路，進(jìn)一步包含熱粘合劑，其中所述熱粘 合劑幫助將熱從所述電壓鉗傳遞到所述熱熔斷路器。
17.—種電感式加電的次級(jí)電路，包含次級(jí)線圈；以及與所述次級(jí)線圈電氣通信的次級(jí)負(fù)載；電氣連接在所述次級(jí)線圈和所述次級(jí)負(fù)載之間的電熔絲，其中所述電熔絲響應(yīng)于大的 瞬變將所述次級(jí)負(fù)載從所述次級(jí)線圈斷開；連接在所述次級(jí)線圈和次級(jí)負(fù)載之間的微處理器控制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中所述場(chǎng)效 應(yīng)晶體管響應(yīng)于檢測(cè)到故障狀態(tài)而將所述次級(jí)負(fù)載從所述次級(jí)線圈斷開；以及電壓鉗保護(hù)電路，包括熱熔斷路器，其中響應(yīng)于被加熱到閾值溫度，所述熱熔斷路器將所述次級(jí)負(fù)載從所述 次級(jí)線圈電氣斷開；以及電耦合及熱耦合于所述熱熔斷路器的電壓鉗，其中所述電壓鉗適于響應(yīng)于過電壓狀態(tài) 而將所述輸入電壓鉗位到期望的電平并將能量以熱的形式散發(fā)到所述熱熔斷路器。
18.如權(quán)利要求17所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中響應(yīng)于所述過電壓狀態(tài)持續(xù)， 所述電壓鉗散發(fā)足夠的熱量以達(dá)到所述閾值溫度。
19.如權(quán)利要求17所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中響應(yīng)于所述過電壓狀態(tài)持續(xù)， 所述電壓鉗散發(fā)足夠的熱量以在所述電壓鉗失效之前達(dá)到所述閾值溫度。
20.如權(quán)利要求17所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中當(dāng)沒有足夠的電力來激活電熔 絲時(shí)所述熱熔斷路器能夠?qū)⑺龃渭?jí)負(fù)載從所述次級(jí)線圈斷開。
21.如權(quán)利要求17所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中所述熱熔斷路器和所述電壓鉗 在沒有來自微處理器的輸入的情況下工作。
22.如權(quán)利要求17所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中所述熱熔斷路器和所述電壓鉗 在沒有電力源的情況下工作。
23.如權(quán)利要求17所述的電感式加電的次級(jí)電路，其中所述電壓鉗是瞬變電壓抑制ο
24.如權(quán)利要求17所述的電感式加電的次級(jí)電路，進(jìn)一步包含熱粘合劑，其中所述熱 粘合劑幫助將熱從所述電壓鉗傳遞到所述熱熔斷路器。
全文摘要
一種電壓鉗保護(hù)電路，用于在沒有足夠的電流燒斷熔絲時(shí)免于受過電壓狀態(tài)的損壞。該電壓鉗保護(hù)電路包括電壓鉗和熱熔斷路器。該電壓鉗將任何過電壓鉗位到鉗位電壓。如果過電壓狀態(tài)持續(xù)太長(zhǎng)時(shí)間，該電壓鉗散發(fā)足夠的熱量以激活該熱熔斷路器，從而產(chǎn)生保護(hù)該電路的剩余部分的開路。該電壓鉗保護(hù)電路可與各種其它保護(hù)電路結(jié)合使用以提供增強(qiáng)的保護(hù)。
文檔編號(hào)H02M7/04GK102106053SQ200980124951
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者A·C·蔡克, D·R·利夫, D·W·巴曼, M·A·布拉哈, S·A·莫勒馬 申請(qǐng)人:捷通國(guó)際有限公司