專利名稱:電池供電的電源單元的制作方法
技術領域:
本發(fā)明基于一種電池供電的電源單元,其經(jīng)常用在例如消費電子領域的便攜式裝置。這種類型的裝置需要對電池電壓極性顛倒的防護。因為在特定電池類型的情況下,電池可能被錯誤地反方向裝入,而反向的電池電壓的一個后果是該裝置上的電子元件,特別是電解電容可能被損壞。
背景技術:
為了提供對電池極性反轉(zhuǎn)的防護,現(xiàn)有方法是把一個二極管或者開關器件與電池串聯(lián)。但是,二極管的缺點是有一個相對較高的正向電壓,因此呈現(xiàn)并非微不足道的電能損失,這是電池供電中尤其不受歡迎的。因此極性反轉(zhuǎn)防護的較好的辦法是開關晶體管,特別是場效應管MOSFET,當它完全導通時,有相對低的正向電阻。在這種情況下,MOSFET的基極的連線方式是在電池極性正確時使之完全導通,而在電池極性錯誤時使之切斷。例如,這種對付電池極性反轉(zhuǎn)的保護電路披露在例如DE-A-196 03 117和EP-A-0 918389等中。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電池供電的電源單元,包括一個設置在該電源單元的電流路徑中的開關晶體管,其中開關晶體管被保護不受損壞。
通過權利要求1中詳細限定的本發(fā)明的特征來達到此目的。本發(fā)明有利的發(fā)展在從屬權利要求中詳細說明。
本發(fā)明的在電源單元的電流路徑中具有一個其電流端子與電池串聯(lián)連接的開關晶體管的電源單元,包括一個保護電路,設置在開關晶體管的電流端子之間,并測定開關晶體管兩端的電壓差。在電壓差過高的情況下,將電源單元或裝置切斷,由此,不會損壞開關晶體管。
尤其是,在所用的開關晶體管是一個通常含有并聯(lián)的內(nèi)部二極管的MOSFET管時,如果開關晶體管不是在高電流時導通,或者導通不正確,則此內(nèi)部二極管將有損壞的危險。MOSFET內(nèi)部的二極管一般本質(zhì)上是一個具有較高正向電壓的較差的二極管。尤其在高電流消耗的裝置中,此二極管溫度將明顯升高,在這種情況下會造成安全問題。保護電路尤其是其包含的閾值電路在開關晶體管的電流端子出現(xiàn)過高的電壓差時做出反應,以使MOSFET不受損壞。
在電壓差過高的情況下,保護電路可以例如關掉該裝置本身或者該裝置的重要部分,由此使電流降到一個無危險的數(shù)值。如果此電源單元帶有直流-直流變換器,那么直流-直流變換器的開關晶體管也可以方便地直接被關掉。便攜電視機尤其需要帶有直流-直流變換器的電池供電的電源單元。
所用的保護電路尤其可以是一個簡單的晶體管級,其中的晶體管的基極和發(fā)射極分別連接在開關晶體管的電流端子,并且其基極偏置電壓通過一個分壓器設定,分壓器的工作方式是,在出現(xiàn)過高的電壓差的情況下,晶體管導通,并以這種方式通過集電極觸發(fā)一個截止信號。
下面將以一個電路示意圖為例,更詳細地對本發(fā)明進行解釋。其中圖1示出了一個電源單元,其電池和一個開關晶體管串聯(lián)在一起。
具體實施例方式
圖1中示出的電源單元由電池B供電,并包括一個開關晶體管T1,在該典型實施例中是一個MOSFET管,其電流端子串聯(lián)連接到電池B。MOSFET管T1包含一個內(nèi)部二極管D1,它并聯(lián)連接在電流端子漏極D和源極S之間,以防止MOSFET管T1以反方向模式加電。MOSFET管的柵極G通過電阻R1連接到電池B的正極,并通過一個齊納二極管D連接到MOSFET管T1的源極。如圖所示,當電池極性正確時,將通過由電阻R1和二極管D1、D2組成的分壓器,在柵極G上產(chǎn)生一個正電壓,以使MOSFET管T1導通。在電池B極性錯誤的情況下,柵極/源極的電壓是負的,因此MOSFET管T1保持截止狀態(tài),同樣地,二極管D1截止。
在出現(xiàn)錯誤的情況下,例如如果肖特基二極管D擊穿而產(chǎn)生短路,MOSFET管T1有可能不能正確導通。這種情況下,電流將流經(jīng)二極管D1,使之溫度明顯升高,特別在重負載的情況下,結果可能會造成安全問題。例如,6安培的電流將在二極管D1兩端產(chǎn)生1伏的壓降,因此在二極管上出現(xiàn)了6W的功率損失。
為了防止開關二極管T1過熱而對裝置造成的危害,提供一個由晶體管T2、二極管D3和電阻R2-R5組成的保護電路。該保護電路測量開關晶體管T1電流端子之間的電壓差,在一個特定的閾值電壓啟動,切斷該裝置或者電源單元本身。這種情況下,晶體管T2的基極通過電阻R4連接到MOSFET管T1的源極S,發(fā)射極通過電阻R5連接到MOSFET管T1的漏極D,因此通過這種方式產(chǎn)生了一個閾值電路,在出現(xiàn)過高的電壓差的情況下,該閾值電路使晶體管T2導通。
在這種情況下,通過經(jīng)由兩個電阻R2、R3連接到電池B的正極、以及通過經(jīng)由二極管D3被箝位到施加于源極S上的電壓的兩個電阻R2、R3之間的連接點,經(jīng)由電阻R5和分壓器為晶體管T2的基極提供一個確定的偏置電壓。結果,晶體管T2的基極有大約200mV的偏置電壓。在通常情況下,當MOSFET管T1被完全導通時,正向電阻大約為20毫歐姆,因此在電流為6A時,在MOSFET管的電流端子D、S之間只有0.12V的電壓差。在這種情況下,晶體管T2保持截止狀態(tài)。只有當MOSFET管沒有導通或者沒有正確導通而使得經(jīng)由二極管D1產(chǎn)生一個更高的壓降時,晶體管T才接通。
因此,當出現(xiàn)錯誤的時候,晶體管T2的集電極觸發(fā)一個電壓信號,使得諸如電源單元可以經(jīng)由另一個開關被切斷。在該實施例中,如果電源單元具有一個直流-直流變換器來產(chǎn)生更高的電壓,則通過將直流-直流變換器的開關晶體管T3的基極經(jīng)由一個二極管D4直接與晶體管T2的集電極連接在一起,經(jīng)由晶體管T2的集電極切斷該直流-直流變換器。如果晶體管T2導通,那么開關晶體管T3的基極連接到電池的負極,結果直流-直流變換器因此而切斷,并且流經(jīng)MOSFET管T1的電流被中斷。
在該實施例中,直流-直流變換器是一個帶有變壓器TR的回掃變換器,變壓器的初級線圈W1與開關晶體管T3和電池B串聯(lián),次級線圈W2與二極管D5一起提供輸出電壓V+。開關晶體管T3的基極1按公知方式由驅(qū)動電路來驅(qū)動。因此可以用很少的元件給定一個可靠的保護電路,在開關晶體管T1的電流端子間出現(xiàn)過高的電壓差時,能可靠地保護此開關晶體管,尤其是對于帶有內(nèi)部二極管的MOSFET,在出現(xiàn)錯誤的情況下,可以防止MOSFET管上產(chǎn)生過多的熱量,從而防止損壞MOSFET管。
權利要求
1.一種由電池(B)供電的電源單元,包含一個其電流端子(D、S)設置在電源單元的電流路徑中的開關晶體管(T1),其特征在于一個保護電路連接在開關晶體管(T1)的電流端子(D、S)之間,用于測定開關晶體管(T1)的電壓差。
2.根據(jù)權利要求1的電源單元,其特征在于保護電路具有一個閾值電路,在出現(xiàn)過高的電壓差的情況下,此閾值電路切斷電源單元或者下游連接的裝置。
3.根據(jù)權利要求1或者2的電源單元,其特征在于具有一個直流-直流變換器(DC-DC),并且在出現(xiàn)過高電壓差的情況下,保護電路(T2、D3、D4、R2-R5)切斷此直流-直流變換器。
4.根據(jù)權利要求2或者3的電源單元,其特征在于開關晶體管(T1)包括一個并聯(lián)的二極管(D1),并且保護電路的鉗位電壓由該二極管(D1)的正向電壓限定。
5.根據(jù)上述權利要求其中之一的電源單元,其特征在于保護電路包含一個晶體管(T2),其基極-發(fā)射極連接點跨接在開關晶體管(T1)的電流端子(D、S)上。
6.根據(jù)權利要求5的電源單元,其特征在于晶體管(T2)的集電極經(jīng)由二極管(D4)耦合到直流-直流變換器(DC-DC)中的開關晶體管(T3)的基極。
7.根據(jù)權利要求5或者6的電源單元,其特征在于在電池(B)的正極(+)和晶體管(T2)的基極之間,設置第一電阻(R2、R3),該第一電阻(R2、R3)與二極管(D3)和第二電阻(R4)一起組成相對于負極(-)的分壓器。
8.根據(jù)上述權利要求其中之一的電源單元,其特征在于場效應晶體管(T1)是一個內(nèi)部帶有二極管的MOSFET管。
9.根據(jù)權利要求8的電源單元,其特征在于MOSFET管是一個正常情況下截止的的MOSFET管,其漏極與電池的負極相連,源極與電源單元的正極相連,柵極與電源單元的正極相連。
10.根據(jù)權利要求9的電源單元,其特征在于柵極(G)經(jīng)由第三電阻(R1)與電源單元的正極相連,并且經(jīng)由一個二極管(D2)與MOSFET管的源極相連。
全文摘要
一種電池供電的電源單元,包含一保護電路,連接在開關晶體管的電流端子上并測定開關晶體管兩端的電壓差。尤其是開關晶體管是帶有并聯(lián)的內(nèi)部二極管(D1)的MOSFET管。在出現(xiàn)過高電壓差的情況下,將切斷電源單元以及下游連接的裝置,由此,在出錯情況下不會損壞開關晶體管(T1)。保護電路包含一帶有晶體管(T2)的閾值電路,晶體管的基極和發(fā)射極分別連接到開關晶體管(T1)的電流端子,其基極偏置電壓通過一分壓器設定,方式為在出現(xiàn)過高的電壓差的情況下使晶體管導通,并通過這種方式,經(jīng)由集電極觸發(fā)一關斷信號。如果電源單元包含直流-直流變換器,那么此變換器的開關晶體管(T3)可以直接被截止。該電源單元尤其適用于便攜式電視機。
文檔編號H02H11/00GK1339860SQ01133918
公開日2002年3月13日 申請日期2001年8月17日 優(yōu)先權日2000年8月18日
發(fā)明者丹尼爾·洛佩茲, 讓-保羅·盧維爾 申請人:湯姆森特許公司