专利名称：一种开关型晶体管的过载保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种晶体管的过载保护，特别是一种晶体管作为开关管使用时的过载 保护电路。
背景技术：
三极管和场效应管都是晶体管元件(由于三极管和场效应管均由NPN和PNP两种， 工作电流方向正好相反，为叙述方便，按电流流入、流出方向，将NPN型三极管的集 电极、PNP型三极管的发射极、NPN型场效应管的漏极及PNP场效应管的源极统称为 "输入极"；将NPN型三极管的发射极、PNP型三极管的集电极、NPN场效应管的源 极及PNP场效应管的漏极统称为"输出极"；将三极管的基极与场效应管的栅极统称 为"控制极")，电路中通常将它们用来作为开关器件，其缺点在于一旦过载极易造成 损坏。为了解决这个问题，人们设计出了各种各样的晶体管保护电路，在外电路发生 过载或短路时可以实现晶体管的截止，防止晶体管烧坏。
如图4所述，即为现有技术中常见的一种晶体管过载保护电路，被保护的开关型晶 体管为场效应管Q1，该保护电路在正常工作状态下，场效应管Q1、场效应管Q2导通， 负载RL正常工作，而当负载RL短路或过载时，场效应管Q2自锁使得场效应管Q1截止 而获得保护。但是，上述电路在开关管回路中串接了两个晶体管，整个控制回路会额 外增加压降和功率损耗，使得开关型晶体管的开关特性变差，这个矛盾在低电压大电 流的工作状态下尤其突出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种既可有效保护晶 体管又不增加压降和功率损耗的开关晶体管过载保护电路。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为该开关型晶体管的过载保护电 路，被保护晶体管的"输入极"与"输出极"串接在负载回路上，其特征在于该被
保护晶体管的过载保护电路为一包括有第一输入端(To)、第二输入端(Fo)和输出端(Ko) 的门电路，其中，所述过载保护电路的第一输入端(To)接收外接开关信号电路的输出 电平信号，所述过载保护电路的第二输入端(Fo)连接被保护晶体管的"输入极"，所 述过载保护电路的输出端(Ko)连接被保护晶体管的"控制极"，并且，所述的过载保
护电路的输入端与输出端之间具有如下的逻辑关系当所述过载保护电路的第一输入端(To)、第—输入端(Fo)同时为低电平"0"时， 所述过载保护电路的输出端(KO)也为低电平"0";
当所述过载保护电路的第一输入端(To)为低电平"0"，且第二输入端(Fo)为高电 平"1"时，所述过载保护电路的输出端(Ko)为低电平"0";
当所述过载保护电路的第一输入端(To)为高电平"1"，且第二输入端(Fo)为低电 平"0"时，所述过载保护电路的输出端(Ko)为高电平"1";
当所述过载保护电路的第一输入端(To)、第二输入端(Fo)同时为高电平"1"时， 所述过载保护电路的输出端(Ko)为低电平"0"。
作为优选，可以在电路中采用由运放和三极管相配合的信号控制电路，将直接来 自开关信号电路的输出信号通过运放转换为可控制三极管工作的信号电平，进而通过 三极管控制场效应管的导通和截止。
所述的保护电路包括有第一运放(IC1)、第一三极管(BG1)和第二三极管(BG2)，其 中，所述开关信号电路的电平信号输出端(out)作为整个保护电路的输入端(Fo)—路经第 二电阻(R2)接场效应管(Q)的栅极，另一路经第一电阻(R1)接第一三极管(BG1)的基极， 第一三极管(BG)的发射极接地，第一三极管(BG1)的集电极经第三电阻(R3)分为两路， 一路接第一运放(IC1)的负输入端(A)，另一路经第四电阻(R4)接电源(U)正极，第一运 放(IC1)的正输入端(B)—路经第六电阻(R6)和场效应管(Q)的漏极相连，该第六电阻(R6) 和场效应管(Q)漏极的交结点即为整个保护电路的反馈端(Fo)，第一运放(IC1)的正输入 端(B)的另一路经第五电阻(R5)接地，负载(RL)的一端接电源(U)正极，另一端接场效应 管(Q)的漏极，场效应管(Q)的源极接地，第一运放(IC1)的输出端经第七电阻(R7)接第 二三极管(BG2)的基极，第二三极管(BG2)的发射极接地，第二三极管(BG2)的集电极作 为整个保护电路的输出端(Ko)连接场效应管(Q)的栅极；在所述的第一三极管(BG1)的 基极和发射极之间还连接有第一电容(C1)，在输入高电平时，可以保证场效应管(Q)先 导通；
这里，所述的第一运放(IC1)的正输入端(B)电位通过第五电阻(R5)和第六电阻(R6) 的分压比确定，而第一运放(IC1)的负输入端(A)电位通过第四电阻(R4)和第三电阻(R3) 的分压比确定；在正常工作状态下，第二三极管(BG2)是截止的，第一运放(IC1)的负 输入端(A)电位始终高于第一运放(IC1)的正输入端(B)电位，只有在负载(RL)短路或过 载时，第一运放(IC1)的正输入端(B)电位才会高于第一运放(IC1)的负输入端(A)电位而 发生翻转，第二二极管(BG2)导通，即对场效应管(Q)起到截止保护作用。
作为另一优选，所述的保护电路也可以通过若干个串接三极管实现，具体地，包 括有第三三极管(BG3)、第四三极管(BG4)和第五三极管(BG5)，其中，所述开关信号电 路的输出端(out)作为整个保护电路的输入端(To)—路经第九电阻(R9)连接第三三极管( BG3)的基极，另一路经第十电阻(R10)连接场效应管(Q)的栅极，该第三三极管(BG3)的集电极和所述电源(U)的正极相连，第三三极管(BG3)的发射极连接第四三极管(BG4)的 集电极，该第四三极管(BG4)的发射极一路经第十二电阻(R12)连接所述电源(U)的负 极，另一路连接第五三极管(BG5)的基极，所述第四三极管(BG4)的基极经第十一电阻 和场效应管(Q)的漏极相连，该第十一电阻(R11)和场效应管(Q)漏极的交结点即为整个 保护电路的反馈端(Fo)，第五三极管(BG5)的发射极和电源(U)的负极相连，该第五三极 管(BG5)的集电极作为整个保护电路的输出端(Ko)连接场效应管(Q)的栅极；还包括有 一由第二电容(C2)和第八电阻(R8)组成的延时回路，并且，所述的第二电容(C2)和第八 电阻(R8)分别并接在所述第三三极管(BG3)的基极和所述电源(U)负极之间，在输入高 电平时，可以保证场效应管(Q)优先导通；
于是，场效应管(Q)在开关信号电路输出低电平时截止，在开关信号电路输出高电 平且电路处于正常工作状态时导通，并且，第五三极管(BG5)均是截止的；只有当负载 短路或过载时，第三三极管(BG3)、第四三极管(BG4)同时导通，此时，第五三极管( BG5)才会导通，此时，场效应管(Q)截止并获得保护。
三极管在饱和导通状态下，同样可以作为开关管使用，于是，所述的场效应管(Q) 可以由三极管替代，相应地，所述场效应管的栅极、源极和漏极分别由所述三极管的 基极、发射极和集电极替代。
与现有技术相比，本发明的优点在于本发明设计的开关管保护电路为一门电 路，输入端和输出端之间具有一定的逻辑关系，由第二输入端来检测电路是否过载或 短路，并控制保护电路的输出端，即在负载正常工作时，能够保证场效应管的导通， 以保证电路的正常接通状态，而在外接负载短路时，场效应管能够自动截止，从而实 现过载保护；而且，整个电路只采用一个场效应管来实现开关功能和截止保护功能， 功率消耗更低，也降低了成本。
图l为本发明实施例的电路原理框图。 图2为本发明实施例一的电路结构图； 图3为本发明实施例二的电路结构图； 图4为现有技术中晶体管保护电路的电路结构图。
具体实施例方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，为本发明的开关型晶体管的过载保护电路原理图，该过载保护电路连 接在直流电源U的正负极之间， 一开关信号电路l用于产生高电平或低电平的触发信 号，具有一电平信号输出端out，且该开关信号电路1的正负输入端分别和所述电源U的正负极相连；在过载保护电路的开关回路中串接有工作负载RL;其中，被保护晶体管 为一NPN型场效应管，过载保护电路为包括有第一输入端To、第二输入端Fo和输出端 Ko的门电路，过载保护电路的第一输入端To接收外接开关信号电路2的输出端out电平 信号，过载保护电路的第二输入端Fo连接场效应管Q的漏极，过载保护电路的输出端 Ko连接场效应管的栅极。
本发明只采用一个场效应管Q既能实现该场效应管的开关管功能，又在外电路过 载时实现截止保护，过载保护电路的输入与输出之间具有如下的逻辑关系
当所述过载保护电路的第一输入端、第二输入端同时为低电平"0"时，所述过载 保护电路的输出端也为低电平"0";
当所述过载保护电路的第一输入端为低电平"0"，且第二输入端为高电平"1" 时，所述过载保护电路的输出端为低电平"0";
当所述过载保护电路的第一输入端为高电平"1"，且第二输入端为低电平"0" 时，所述过载保护电路的输出端为高电平"1";
当所述过载保护电路的第一输入端、第二输入端同时为高电平"1"时，所述过载 保护电路的输出端为低电平"0"。
具体地，过载保护电路的逻辑功能如下
当保护电路的第一输入端输入为低电平时，该保护电路的输出端Ko输出低电平， 此时，保护电路第二输入端Fo为高电平，并保持保护电路的输出端Ko为低电平，场效 应管Q截止，负载RL无电流；
当保护电路的第一输入端输入为高电平时，该保护电路的输出端Ko输出高电平， 此时，保护电路第二输入端Fo为低电平，并保持保护电路的输出端Ko为高电平，场效 应管Q导通，负载RL流过额定电流；
当保护电路的第一输入端输入为高电平，且在负载RL短路或过载时，此时，保护 电路第二输入端Fo为高电平，并控制保护电路的输出端Ko由高电平变为低电平，场效 应管截止并处于保护状态。
上述的过载保护电路具体可采用如下的两个电路结构来实现。 实施例一，如图2所示
所述的保护电路包括有第一运放IC1、第一三极管BG1和第二三极管BG2，其中， 开关信号电路l的电平信号输出端out作为整个保护电路的输入端Fo—路经第二电阻R2 接场效应管Q的栅极，另一路经第一电阻R1接第一三极管BG1的基极，第一三极管BG 的发射极接地，第一三极管BG的集电极经第三电阻R3分为两路， 一路接第一运放IC1 的负输入端A，另一路经第四电阻R4接电源U正极，第一运放IC1的正输入端B—路经第六电阻R6和场效应管Q的漏极相连，该第六电阻R6和场效应管Q漏极的交结点即为 整个保护电路的反馈端Fo，第一运放IC1的正输入端B的另一路经第五电阻R5接地，负 载RL的一端接电源U正极，另一端接场效应管Q的漏极，场效应管Q的源极接地，第一 运放IC1的输出端经第七电阻R7接第二三极管BG2的基极，第二三极管BG2的发射极接 地，第二三极管BG2的集电极作为整个保护电路的输出端Ko连接场效应管Q的栅极； 并且，第一三极管BG1的基极和发射极之间还连接有第一电容C1。
实施例一的电路工作原理为
① 、当开关信号电路l输出低电平，场效应管Q截止，第一三极管BG1截止，因为 第五电阻R5、第六电阻R6的阻值远远大于负载RL的阻值，因此，流过负载RL的电流 很小，场效应管Q的漏极电位接近电源U电压，设定第五电阻R5、第六电阻R6的分压 比，以及第三电阻R3、第四电阻R4的分压比，使得第一运放IC1的负输入端B电位高于 正输入端A电位；此时，第一运放IC1反偏并输出低电平，第二三极管BG2也处于截止 状态，这时，因为场效应管Q是处于截止状态的，即使负载RL短路，对场效应管Q也 无影响。
② 、当开关信号电路l输出高电平，场效应管Q优先导通，该场效应管Q的漏极电 位降低并接近为零，于是，第一运放IC1的正输入端B的电位也接近为零，而第一三极 管BG1也导通，第一运放IC1的负输入端A因为第三电阻R3上存在压降而仍然高于第一 运放IC1的正输入端B电位，第一运放IC1输出低电平，第二三极管BG2截止；此时，电 源U给负载RL供电，负载RL流过额定电流而正常工作。
③ 、在开关信号电路l输出高电平且负载正常工作状态下，如果负载RL短路或过 载，场效应管Q的漏极电位升高，于是，第一运放IC1的正输入端B电位也升高，当第 一运放IC1的正输入端B电位高于负输入端A电位时，第一运放IC1即输出高电平；这 时，第二三极管BG2导通，场效应管Q的栅极电位被拉低并接近零电位，场效应管Q截 止得以保护。
实施例一中的第一电容C1能够起到延迟第一三极管BG1的导通时间，在输入高电 平时，能够确保让场效应管Q优先导通，从而保证了电路工作的稳定性，避免因为第 一三极管BG1先导通而引起场效应管Q自锁。
实施例二，如图3所示
所述的保护电路包括有第三三极管BG3、第四三极管BG4和第五三极管BG5，其 中，开关信号电路的输出端out作为整个保护电路的输入端To—路经第九电P且R9连接第 三三极管BG3的基极，另一路经第十电阻R10连接场效应管Q的栅极，该第三三极管 BG3的集电极和电源U的正极相连，第三三极管BG3的发射极连接第四三极管BG4的集电极，该第四三极管BG4的发射极一路经第十二电阻R12连接电源U的负极，另一路连 接第五三极管BG5的基极，第四三极管BG4的基极经第十一电阻和场效应管Q的漏极相 连，该第十一电阻Rll和场效应管Q漏极的交结点即为整个保护电路的反馈端Fo，第五 三极管BG5的发射极和电源U的负极相连，该第五三极管BG5的集电极作为整个保护电 路的输出端Ko连接场效应管Q的栅极；还包括有一由第二电容C2和第八电阻R8组成的延时放电回路，并且，第二电容C2 和第八电阻R8分别并接在第三三极管BG3的基极和电源U负极之间。实施例二的电路工作原理为① 、当开关信号电路l输出低电平，场效应管Q截止，第三三极管BG1截止，因为 第五三极管BG5必须在第三三极管BG3和第四三极管BG4都导通的情况下才能导通，于 是，第五三极管BG5截止，此时，因为场效应管Q为截止状态，电流不通过场效应管 Q，不管负载RL是否短路或过载，都对场效应管Q无影响。② 、当开关信号电路l输出高电平，场效应管Q优先导通，第三三极管BG3也导 通，此时，场效应管Q的漏极因为导通而电位接近零，第四三极管BG4的基极电位也接 近为零，第四三极管BG4截止，因为第五三极管BG5必须在第三三极管BG3和第四三极 管BG4都导通的情况下才能导通，由于第四三极管BG4截止，第五三极管BG5也截止； 因此，场效应管Q保持导通状态不变，负载RL流过额定电流而正常工作。③ 、在开关信号电路l输出高电平且负载正常工作状态下，此时，若负载RL短路 或过载，场效应管Q的漏极电位升高，于是，第四三极管BG4的基极电位升高而正向偏 置导通，此时，第三三极管BG3也导通，第三三极管BG3和第四三极管BG4处于同时导 通状态，因此，第五三极管BG5导通，场效应管Q的栅极电位被拉低并接近为零，场效 应管Q截止而获得过载保护。在第三三极管BG3的基极和电源U负极之间还分别并接由第二电容C2和第八电阻 R8组成的延时电路，这样，在输入高电平时，第三三极管BG3因为第二电容C2的延时 作用，导通时间要比场效应管Q慢，否则， 一旦第三三极管BG3先导通，第四三极管 BG4和第五三极管BG5也随之导通，场效应管Q就被截止，而场效应管Q的优先导通保 证了第四三极管BG4的可靠截止，从而避免对场效应管Q的自锁。
权利要求
1、一种开关型晶体管的过载保护电路，被保护晶体管的“输入极”与“输出极”串接在负载回路上，其特征在于该被保护晶体管的过载保护电路为一包括有第一输入端(To)、第二输入端(Fo)和输出端(Ko)的门电路，其中，所述过载保护电路的第一输入端(To)接收外接开关信号电路(2)的输出端(out)电平信号，所述过载保护电路的第二输入端(Fo)连接被保护晶体管的“输入极”，所述过载保护电路的输出端(Ko)连接被保护晶体管的“控制极”，并且，所述的过载保护电路的输入端与输出端之间具有如下的逻辑关系当所述过载保护电路的第一输入端(To)、第二输入端(Fo)同时为低电平“0”时，所述过载保护电路的输出端(Ko)也为低电平“0”；当所述过载保护电路的第一输入端(To)为低电平“0”，且第二输入端(Fo)为高电平“1”时，所述过载保护电路的输出端(Ko)为低电平“0”；当所述过载保护电路的第一输入端(To)为高电平“1”，且第二输入端(Fo)为低电平“0”时，所述过载保护电路的输出端(Ko)为高电平“1”；当所述过载保护电路的第一输入端(To)、第二输入端(Fo)同时为高电平“1”时，所述过载保护电路的输出端(Ko)为低电平“0”。
2、 根据权利要求l所述的开关型晶体管的过载保护电路，其特征在于所述的过 载保护电路具体为包括有第一运放(IC1)、第一三极管(BG1)和第二三极管(BG2)，其 中，外接开关信号电路的电平信号输出端(out)作为整个保护电路的第一输入端(To) — 路经第二电阻(R2)接NPN型场效应管(Q)的栅极，另一路经第一电阻(R1)接第一三极管 (BG1)的基极，第一三极管(BG)的发射极接地，第一三极管(BG1)的集电极经第三电阻 (R3)分为两路， 一路接第一运放(IC1)的负输入端(A)，另一路经第四电阻(R4)接电源(U) 正极，第一运放(IC1)的正输入端(B)—路经第六电阻(R6)和场效应管(Q)的漏极相连，该 场效应管(Q)漏极即为整个保护电路的第二输入端(Fo)，第一运放(IC1)的正输入端(B)的 另一路经第五电阻(R5)接地，负载(RL)的一端接电源(U)正极，另一端接场效应管(Q)的 漏极，场效应管(Q)的源极接地，第一运放(IC1)的输出端经第七电阻(R7)接第二三极管 (BG2)的基极，第二三极管(BG2)的发射极接地，第二三极管(BG2)的集电极作为整个保 护电路的输出端(Ko)连接场效应管(Q)的栅极；在所述的第一三极管(BG1)的基极和发 射极之间还连接有第一电容(C1)。
3、 根据权利要求l所述的开关型晶体管的过载保护电路，其特征在于所述的过 载保护电路具体为包括有第三三极管(BG3)、第四三极管(BG4)和第五三极管(BG5)，其中，外接开关信号电路的输出端(out)作为整个保护电路的第一输入端(To)—路 经第九电阻(R9)连接第三三极管(BG3)的基极，另一路经第十电阻(R10)连接NPN型场效应管(Q)的栅极，该第三三极管(BG3)的集电极和电源(U)的正极相连，第三三极管( BG3)的发射极连接第四三极管(BG4)的集电极，该第四三极管(BG4)的发射极一路经第 十二电阻(R12)连接电源(U)的负极，另一路连接第五三极管(BG5)的基极，所述第四三 极管(BG4)的基极经第十一电阻和场效应管(Q)的漏极相连，该场效应管(Q)漏极即为整 个保护电路的第二输入端(Fo)，第五三极管(BG5)的发射极和电源(U)的负极相连，该第 五三极管(BG5)的集电极作为整个保护电路的输出端(Ko)连接场效应管(Q)的栅极；还 包括有一由第二电容(C2)和第八电阻(R8)组成的延时回路，并且，所述的第二电容(C2) 和第八电阻(R8)分别并接在所述第三三极管(BG3)的基极和电源(U)负极之间。
4、根据权利要求2或3所述的开关型晶体管的过载保护电路，其特征在于所述的 场效应管(Q)为三极管，相应地，所述场效应管(Q)的栅极、源极和漏极分别由所述三 极管的基极、发射极和集电极替代。
全文摘要
一种开关型晶体管的过载保护电路，被保护晶体管“输入极”与“输出极”串接在负载回路上，其特征在于过载保护电路为包括有第一输入端、第二输入端和输出端的门电路，第一输入端接电平信号，第二输入端连接“输入极”，输出端连接“控制极”，当第一输入端、第二输入端为低电平“0”，输出端为低电平“0”；当第一输入端为低电平“0”且第二输入端为高电平“1”，输出端为低电平“0”；当第一输入端为高电平“1”且第二输入端为低电平“0”，输出端为高电平“1”；当第一输入端、第二输入端为高电平“1”，输出端为低电平“0”。本发明的开关管保护电路为一门电路，电路中减少了场效应管，功率消耗更低。
文档编号H03K17/082GK101409545SQ200810162438
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月13日 优先权日2008年11月13日
发明者何岳明 申请人:何岳明