專利名稱：保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保護(hù)裝置。特別地，本發(fā)明涉及其功能為可防止不希望的瞬態(tài)流或?qū)Σ幌Ｍ邏夯螂娏鞲綦x負(fù)荷的保護(hù)裝置。
本發(fā)明的裝置可用作為熔斷器的替代物。采用熱或磁元件實現(xiàn)電流和電壓控制的熔斷器是已知的。
背景技術(shù)：
美國專利5,742,463提出各種有源電路，其功能可作為保護(hù)裝置，并作為已知的熔斷器替代物用于防止對負(fù)荷的瞬態(tài)傳送。
專利5,742,463中公開的實際的實施例采用耗盡型結(jié)場效應(yīng)晶體管(JEETS)，并在那些元件數(shù)目盡可能被減少的實施例中使用整流二極管。專利5,742,463提示，耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFETS)可用來替代結(jié)場效應(yīng)晶體管(JEET)。
專利5,742,463的實施例的操作是這樣的，一旦有串聯(lián)的導(dǎo)電通路的JFET響應(yīng)足夠量值瞬態(tài)的存在處于它們導(dǎo)電特性截止階段，那些JFET就不能返回它們原始導(dǎo)電階段，直到施加的輸入返回零或近似零為止。
這樣，專利5,742,463的實施例不適于電平發(fā)生漂移并出現(xiàn)瞬態(tài)的輸入、并在引起串聯(lián)的晶體管呈現(xiàn)它們的截止?fàn)顟B(tài)的瞬態(tài)發(fā)生之后輸入不返回零或近似零的操作。此外，專利5,742,463需要有整流二極管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種有源保護(hù)裝置，其可作為已知類型的熔斷器的替代，并至少盡可能減少某些上述缺陷。
根據(jù)本發(fā)明的一種方式，提供了可連接在輸入與負(fù)載之間或可連接在電路中的保護(hù)裝置，該裝置具有一可變電阻電路塊(circuitblock)，其可連接在輸入與負(fù)載之間或作為串聯(lián)元件可連接在電路中，該電路塊具有第一耗盡型FET，第二耗盡型FET，第二FET的柵極連接到第一FET，第一FET的柵極連接到第二FET，以及第一和第二FET之間的第三耗盡型場響應(yīng)晶體管(FET)，其導(dǎo)電通道與第一和第二FET導(dǎo)電通路串聯(lián)，并當(dāng)通過該電路塊的電流低于一閾值電平時，所述第三FET用于產(chǎn)生可忽略的電阻，并當(dāng)通過該電路塊的電流到達(dá)一閾值電平時，用于產(chǎn)生相對高的電阻。
第一和第二FET最好是高壓耗盡型MOSFET。第三FET最好是耗盡型JFET。在一實施例中，MOSFET為n-通道MOSFET而JFET為p-通道JFET。
該保護(hù)裝置最好包含一保持電路，連接在第一晶體管和第二晶體管之間，該保持電路提供一保持電壓，用于在出現(xiàn)瞬態(tài)之后復(fù)位第二晶體管，而無須輸入返回到零或近似零。該保持電路可包含一耗盡型MOSFET，其導(dǎo)電通道連接在JFET的柵極與輸入之間。
其最簡單的形式為一電阻器的電流源最好連接在JFET的柵極與輸入之間，以及在柵極與輸出之間。


現(xiàn)在將參照附圖通過例子說明本發(fā)明具體的優(yōu)選實施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的保護(hù)裝置或瞬態(tài)阻塞單元(TBU)的電路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的保護(hù)裝置的電路圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的保護(hù)裝置的電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的保護(hù)裝置的電路圖。
具體實施例方式
圖1示出適用于雙極操作的一TBU電路。耗盡型N通道MOSFET Q10與Q11與耗盡型P通道JFET Q12串聯(lián)。在輸入比輸出更加正(more positive)且其中輸入(或通過的)電流低于閾值電流時，所有三個晶體管Q10到Q12都導(dǎo)通。當(dāng)大于閾值電流的一電流通過TBU施加時，MOSFET Q10和JFET Q12對于正電流停止導(dǎo)通，且MOSFET Q11和JFET Q12對于負(fù)電流停止導(dǎo)通，因而輸入與輸出被隔離。為了電路復(fù)位，輸入必須返回零或近似零。當(dāng)管Q10到Q11為MOSFET而Q12為JFET，且最簡單形式為一電阻器的電流源用于連接Q12的柵極與Q10及Q11的漏極時，可省略美國專利5,742,463的整流二極管。這圖中，晶體管Q10，Q12和Q11形成可變電阻電路塊，且電阻器R1和R2是電流源。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的一TBU電路。圖2的TBU具有一N通道耗盡型MOSFET Q1與P通道耗盡型JFET Q2及N通道耗盡型MOSFET Q3串聯(lián)的組合。
Q1的漏極連接到TBU的輸入，且Q3的漏極連接到TBU的輸出。
又一耗盡型N通道MOSFET Q4使其漏極通過電阻器R1連接到TBU的輸入，而其源極通過電阻器R2連接到TBU的輸出。一個雪崩二極管D1延伸在Q4的漏極與源極之間。Q4的源極連接到Q2的柵極，且一雪崩二極管D2延伸在Q2的柵極與Q4的柵極之間。晶體管Q1，Q2和Q3形成一可變電阻電路塊。
圖2的電路如下操作當(dāng)沒有過電流狀態(tài)時，電路中所有FET導(dǎo)通，并在串聯(lián)的FETSQ1，Q2和Q3的每一個兩端形成小的壓降，施加到輸入的主電壓在TBU的輸出可得。這是TBU正常的非觸發(fā)狀態(tài)，并在達(dá)到閾值之前電路性能等同于圖1的電路。
在過電流的情形下，當(dāng)通過TBU的電流到達(dá)閾值電流時，如果過電流是從輸入到輸出的正電流，MOSFET Q1與JFET Q2組合停止導(dǎo)通，或如果過電流是從輸出到輸入的正電流，則MOSFET Q3與JFET Q2組合停止導(dǎo)通。在正電流的情形下MOSFET Q4具有在JFETQ2兩端產(chǎn)生的相同的柵極/源極電壓。當(dāng)JFET Q2停止導(dǎo)通時，柵極/源極偏壓也停止MOSFET Q4導(dǎo)通，把雪崩二極管D1引入電路。這種情形維持到TBU的輸入處的電壓降落到等于雪崩二極管D1的電壓“V保持”加二極管D2的雪崩電壓。這一動作從Q2去除了柵極/源極偏壓，允許TBU返回其初始導(dǎo)通狀態(tài)，而無須輸入I/P處的輸入電壓返回零或近似零。
附圖的圖3示出與圖2所示類似的一TBU電路。圖3的電路與圖2共有的元件以相同的標(biāo)號標(biāo)識。圖3的電路提供了能夠比圖2的TBU隔離更高電壓的一個TBU。
圖3的TBU具有連接在輸入與輸出之間的附加的元件。在作為超過閾值電流的結(jié)果TBU被觸發(fā)之后，晶體管Q1，Q2和Q3提供了如同對圖1和2的電路所述的常規(guī)電路塊功能。然而，如果TBU兩端的電壓(輸入電壓)小于由背靠背的雪崩二極管D3的雪崩電壓設(shè)置的最小電壓V，則Q5和Q8維持導(dǎo)通。當(dāng)輸入大于這一最小電壓時，電流開始流過P-通道耗盡型JFET Q6，背靠背的雪崩二極管D3及耗盡型P通道JFET Q7。對于正電流的情形，Q5和Q6的基本TUB組合觸發(fā)到一開放電路，阻塞Q5兩端附加的電壓。對于負(fù)電流，Q7和Q8的基本TUB組合觸發(fā)到一開放電路，阻塞Q8兩端附加的電壓。與Q4相關(guān)的元件的功能是如同圖2那樣為保證電路可復(fù)位，而無需輸入返回零或近似零電壓。
圖4示出替代圖2的一TBU。在圖4中，圖2的Q4已由耗盡型n-通道JFET替代。晶體管Q9需要有交換二極管D4和D6，其功能與圖2電路方式相同。
本發(fā)明的電路在導(dǎo)電通路中采用耗盡型MOSFETS。結(jié)果是在USP 5742463的實際的實施例中所需的整流二極管在本發(fā)明的實施例中是不需要的。此外，根據(jù)本發(fā)明圖2，3和4電路被配置成保證復(fù)位，出現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài)，而無須對電路的輸入返回零或近似零。
如果有源元件交換為與所示不同的類型(N變?yōu)镻及P變?yōu)镹)，二極管方向反向，附圖的電路仍然起作用。
考慮到不同的柵極特性而對電路作小的改變，也可采用其他的耗盡型FET裝置，諸如JFET與SITFETS用來實現(xiàn)相同的基本功能。
權(quán)利要求
1.一種可連接在輸入與負(fù)載之間或可連接在電路中的保護(hù)裝置，該裝置具有一可變電阻電路塊，其可連接在輸入與負(fù)載之間或作為串聯(lián)元件可連接在電路中，該電路塊具有第一耗盡型FET，第二耗盡型FET，第二FET的柵極連接到第一FET，第一FET的柵極連接到第二FET，以及第一和第二FET之間的第三耗盡型場效應(yīng)晶體管(FET)，其導(dǎo)電通道與第一和第二FET的導(dǎo)電通道串聯(lián)，并當(dāng)通過該電路塊的電流低于一閾值電平時，所述第三FET用于產(chǎn)生可忽略的電阻，并當(dāng)通過該電路塊的電流到達(dá)一閾值電平時，用于產(chǎn)生相對高的電阻。
2.如權(quán)利要求1的裝置，包括在第一FET和第三FET之間的一保持電路，提供一保持電壓，用于在出現(xiàn)瞬態(tài)之后復(fù)位第三FET，而無需對裝置的輸入電壓返回到零或近似零。
3.如權(quán)利要求2的裝置，該保持電路由一第四耗盡型FET組成，其導(dǎo)電通道連接在第三耗盡型FET的柵極與輸入之間，且其柵極連接到第二耗盡型FET與第三耗盡型FET之間的一個位置。
4.如權(quán)利要求2的裝置，其中保持電路包括一第四耗盡型FET，其導(dǎo)電通道連接在第三耗盡型FET的柵極與輸入之間，且其柵極通過一整流二極管連接到第二耗盡型FET與第三耗盡型FET之間的一個位置，連接在第四耗盡型FET的導(dǎo)電通道兩端的一個雪崩二極管，以及另一整流二極管，每一所述整流二極管的第一端連接到第四FET的柵極，且整流二極管之一的第二端連接到第四FET的漏極。
5.如權(quán)利要求1的裝置，其中第三FET的柵極通過電流源連接到輸入，且第三FET的柵極通過電流源連接到輸出。
6.如權(quán)利要求3或4的裝置，其中第三FET的柵極通過與保持電路串聯(lián)的一電流源連接到輸入，且第三FET的柵極通過電流源連接到輸出。
7.如權(quán)利要求5或6的裝置，其中電流源是電阻器。
8.如權(quán)利要求2或4的裝置，包括連接在輸入與第一FET之間的第一高壓電路塊，以及連接在輸出與第二FET之間的第二高壓電路塊。
9.如權(quán)利要求8的裝置，其中高壓電路塊通過背靠背連接的雪崩二極管彼此連接。
10.如權(quán)利要求9的裝置，其中每一所述高壓電路塊的組成包括一個第五和一個第六耗盡型FET，它們的導(dǎo)電通道分別與第一和第二FET的導(dǎo)電通道串聯(lián)，以及第七與第八耗盡型FET，其導(dǎo)電通道連接在第一或第二FET的各源極與背靠背連接的雪崩二極管的一端之間，以及各第六和第七FETS的柵極與輸入或輸出之間的一個電流源。
11.如權(quán)利要求1到10中任一項的裝置，其中第一和第二耗盡型FET是MOSFET，且第三耗盡型FET是JFET。
12.如權(quán)利要求10的裝置，其中第五和第六耗盡型FET是MOSFET，且第七和第八耗盡型FET是JFET。
13.如權(quán)利要求10的裝置，其中電流源是一電阻器。
全文摘要
一種保護(hù)裝置。該裝置具有第一MOSFET(Q 10)，第二MOSFET(Q 11)和第三JFET(Q 12)，它們的導(dǎo)電通路與位于MOSFET(Q 10，Q 11)之間的JFET(Q 12)串聯(lián)。第一MOSFET(Q 10)的源極連接到第二MOSFET(Q 11)的柵極，而第二MOSFET(Q 11)的源極連接到第一MOSFET(Q 10)的柵極。MOSFET(Q 10，Q 11)與JFET(Q 12)一同形成可連接在輸入和輸出之間的一個可變電阻電路塊。JFET(Q 12)的柵極由各電流源連接到連接到輸入和輸出。
文檔編號H01L27/04GK1643759SQ03806127
公開日2005年7月20日 申請日期2003年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月12日
發(fā)明者理查德·A·哈里斯 申請人:福爾泰克股份有限公司