CN101150250A

CN101150250A - 提供瞬变保护的电路

Info

Publication number: CN101150250A
Application number: CNA2007101528096A
Authority: CN
Inventors: 鲁恩·汤姆森
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Danfoss Deutschland GmbH
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2008-03-26
Also published as: US8063597B2; DE102007041674B4; ITTO20070651A1; DE102007041674A1; US20080074064A1

Abstract

公开了一种用于向DC应用供应电源的电路。该电路包括：连接到交流发电机充电电路(2)的DC电源(1)；FET(T7)；以及跨接在FET的栅极端和源极端之间的电容器(8)。FET(T7)的漏极端连接到DC电源(1)的负极端。FET(T7)针对交流发电机充电电路(2)偶然连接到具有反极性的DC电源(1)的情况当该情况发生时通过打开FET的开关(6)保护该电路。电容器(8)保护FET(T7)以防在卸载瞬变发生时推进FET(T7)雪崩。这是因为在这种情况下电容器(8)将充电并放电，所以在开关(6)打开前引入了时间延迟。因此，通过带有低能量消耗的小组件装置得到针对卸载瞬变的保护。因此，该电路的尺寸减小并节约了能量。

Description

提供瞬变保护的电路

技术领域

本发明涉及一种用于向直流应用供应电力的电路。本发明特别涉及一种如上所述的电路，其在交流发电机充电电路偶然连接到带有反极性的电路电池的情况下能够对电路的组件提供保护。

背景技术

例如，如果电池偶然从交流发电机充电电路断开，诸如位于车辆中的设备的电池驱动电子设备，例如移动电子设备，会经受高能量的电压瞬变。这种电压瞬变有时称作“卸载(load-dump)瞬变”，并且其可能引起设备的严重损坏。因此期望防止设备免遭这种瞬变的损害。

在现有技术中已经使用了三种不同的方法以便防止电子设备免遭卸载卸瞬变的损害。

1.在电路单元的输入端安置双向二极管。

2.在电池的正轨迹(positive rail)中安置MOSFET。

3.在电池的正轨迹中安置继电器。

尽管提供了所期望的保护，但是所有这些解决办法导致了在电子电路中使用相对笨重的组件，这些组件会额外地导致显著的功率损耗的。因此，结果是笨重而消耗能量的电路。这是非常不利的。

此外，期望维持在交流发电机充电电路偶然连接到带有反极性的DC电源情况下防止电子应用遭受损坏的可能性。在这种情况下电路应该被切断，从而防止电流在电路中运行。这可以使用场效应晶体管(FET)来完成。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种电路，其提供针对卸载瞬变的保护，并且其比相似的现有技术电路更紧凑。

本发明的另一个目的是提供一种电路，其提供针对卸载瞬变的保护，并且其比相似的现有技术电路消耗更少能量。

本发明的再一个目的是提供一种电路，其提供针对卸载瞬变的保护，同时维持针对连接到电路的DC电源的交流发电机充电电路的偶然反极性的保护的可能性。

根据本发明，通过提供一种用于向DC应用供应电力的电路实现上述和其他目的，该电路包括：

-直流(DC)电源，包括一组端子，该DC电源还可连接到交流发电机充电电路，

-场效应晶体管(FET)，包括漏极端、源极端和栅极端，该FET以FET的漏极端连接到DC电源的负极端的这种方式连接到DC电源的端子，以及

-电容器，跨接在FET的栅极端和源极端之间，该电容器与FET的栅极端电容结合定义了电容C。

交流发电机充电电路适应于给DC电源充电。它可以是或可以包括马达。在电路用于位于例如汽车、卡车、轮船、飞机等的车辆或船舶中的移动应用供应电力的情况下，交流发电机电路可以是或可以包括用于驱动车辆或船舶的马达。

FET以FET的漏极端连接到DC电源的负极端的这种方式连接到DC电源的端子。从而，FET适于在交流发电机充电电路偶然连接到带有反极性的DC电源情况下防止电路和由电路装置所供应电力的DC应用受到损坏和其他不利影响。这以下列方式得到。

在交流发电机充电电路偶然连接到带有反极性的DC电源时，在FET的栅极端和源极端之间的电压降将减小到阈值以下，这将引起FET的开关打开(open)。从而电路被切断，并且电流不能流入到电路中。因此，电路组件和由电路装置所供应的应用得到保护。

在交流发电机充电电路偶然从DC电源断开的情况下，会导致卸载瞬变的发生，也会发生上述情况，即，FET的开关将打开以便防止电流流到电路中。然而，卸载瞬变的电压通常高到足以通过安装在FET中的整流二极管，从而促使FET雪崩(avalanche)，并且这可能导致对FET以及电路的其它组件和/或由电路装置所供应的DC器具的严重损坏。

根据本发明，通过将电容器跨接在FET的栅极端和源极端之间，上述问题得到解决。当反极性或卸载瞬变发生时，该电容器将被充电，并随后逐渐放电。因此，在FET的栅极端和源极端之间的电压降不会立即减小，而是逐渐减小。因而，在电压降达到阈值之前将有时间延迟，从而在FET的开关打开之前将有时间延迟。由于瞬变通常是短持续时间，该时间延迟将足够长以允许卸载瞬变经由关闭的(closed)开关通过FET，因此防止FET被推入雪崩状态。另一方面，由于该开关将在时间延迟后打开，如上所述，其仍然能够保证在交流发电机充电电路偶然连接到具有反极性的DC电源的情况下，电路的组件和/或DC应用得到保护。

因而，根据本发明，已经提供了一种电路，其能够防止电路的组件和由电路装置所供应电力的应用遭受由反极性和卸载瞬变所导致的损坏和其他不利影响。而且，也通过比以前用于此目的所使用的组件小得多的电容器装置来实现这种保护，并且因为在电容器中比在以前所使用的组件中消耗更少的能量，所以功率损失显著降低。因此，得到了节约能量的较小的电路。

优选的是，FET可以是金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。可选择的是，可以使用IGBT。

该电路还可以包括连接在DC电源的正极和FET的栅极之间的二极管。由于当二极管被正确连接时，其能够防止电容器立即放电，因此该二极管可以用于控制由电容器的出现所引起的时间延迟的长度。

可选择的是，或者另外，该电路还可以包括具有电阻R的、连接在DC电源的正极和FET的栅极之间的电阻器。在这种情况下，电容C和电阻R定义了时间常数τ＝R·C，该时间常数定义了在FET的开关打开之前经过的时间延迟。应该以能获得期望的时间延迟的这种方式选择电容C和电阻R。最好时间延迟应该足够长以允许所预期的持续时间的瞬变通过，并且应该足够短以防止由于偶然的反极性对组件的损坏。

值得注意的是，电容C是电容器的电容和FET的栅极端的内部电容的组合电容。因而，C是电容器的有效电容，即，通过电路“可见”的电容。

可以以τ＝R·C在诸如2ms到17ms之间、5ms到15ms之间、大约10ms的在时间间隔1ms到20ms内的这种方式选择电容C和电阻R。可选择的是，可以以能得到适合于特定环境中的长度的时间延迟的这种方式选择电容C和电阻R。

优选的是，DC电源可以是电池。这通常是如果由电路的装置所供应的应用如上所述安装在车辆或船舶中的情况。

该电路适应于向诸如无电刷的DC马达的DC马达供应电力。

附图说明

参考以下附图将给出本发明的详细描述，其中：

图1是图示卸载瞬变期间的电流的现有技术电路的示图，

图2是根据本发明的实施例的电路的示图，以及

图3是图示根据本发明的实施例由于在电路中电容器的出现发生的时间延迟的曲线图。

具体实施方式

图1是包括连接到交流发电机充电电路2的DC电源1的现有技术电路的示图。该电路连接到反相器3，该反相器依次连接到马达4的三个马达线圈。该反相器包括用于控制马达线圈的换向(commutation)的开关器件T1-T6。保护MOSFET T7的漏极端连接到DC电源1的负极端。保护MOSFET T7的栅极端和源极端都连接到DC电源的正极。稳压(zener)二极管5连接在保护MOSFET T7的栅极端和源极端之间。万一发生如上所述的反极性，稳压二极管5控制MOSFET T7的内部开关6的打开。

在交流发电机充电电路2偶然从DC电源1断开的情况下，如上所述的卸载瞬变将发生。这将引起保护MOSFET T7的内部开关6打开。然而，卸载瞬变的电压通常足够大以击穿保护MOSFET T7的内部二极管7，从而推进保护MOSFET雪崩。结果，电流将经由由箭头方向所指示的通路流经电路，对电路的组件，尤其对保护MOSFET T7会有损坏的巨大风险。

图2是根据本发明的实施例的电路的示图。该图与图1的图相似，因此对应的部分用相同的参考标记提供。

在图2的图中电容器8已经跨接在保护MOSFET T7的栅极端和源极端之间，即与稳压二极管5平行。在卸载瞬变发生的情况下，电容器8将被充电，并随后放电，这将延迟如上所述的保护MOSFET T7的内部开关6的打开。

该电路还包括连接在DC电源的正极端和保护MOSFET T7的栅极端之间的电阻器9和二极管10。通过适当选择电阻器9的电阻和电容器8的电容能够获得如上所述的期望时间延迟。该时间延迟应该足够长以允许卸载瞬变在内部开关6打开前经过保护MOSFET T7，并且应该足够短以防止由交流发电机充电电路所引起的损坏。

图3是图示根据本发明的实施例由于在电路中电容的出现发生的时间延迟的图。优选的是，该电路可以是图2的电路，因此以下的参考标记参考图2。该图以时间的函数的方式显示了在保护MOSFET T7的栅极端和源极端之间的电压降Vgs。最初电压降约是15V，保护MOSFET T7的内部开关6被接通。卸载瞬变或反极性发生，并且如上所述，电容器充电和放电。在电容器放电期间电压降减少直到达到阈值Vgs(th)。在图3的图中这大约发生在10ms后。在这点时如上所述保护MOSFET T7的内部开关6打开。

Claims

1.一种电路，用于向DC应用供应电力，所述电路包括：

-直流(DC)电源，包括一组端子，所述DC电源(1)还可连接到交流发电机充电电路(2)，

-场效应晶体管(FET)(T7)，包括漏极端、源极端和栅极端，所述FET(T7)以所述FET(T7)的漏极端连接到所述DC电源(1)的负极端的这种方式连接到所述DC电源(1)的端子，以及

-电容器(8)，跨接在FET(T7)的栅极端和源极端之间，所述电容器(8)与所述FET(T7)的栅极端的内部电容结合定义了电容C。

2.根据权利要求1的所述电路，其中，所述FET(T7)是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

3.根据权利要求1或2的所述电路，还包括二极管(10)，连接在所述DC电源(1)的正极端和所述FET(T7)的栅极之间。

4.根据前述任意权利要求的所述电路，还包括电阻器(9)，具有电阻R，连接在所述DC电源的正极端和所述FET(T7)的栅极端之间。

5.根据权利要求4的所述电路，其中，所述电容C和所述电阻R是以τ＝R·C在时间间隔1ms到20ms内的这种方式来选择的。

6.根据任意前述的权利要求的所述电路，其中，所述DC电源(1)是电池。

7.根据前述任意权利要求的所述电路，其中，所述电路适于向DC马达(4)供应电力。

8.根据权利要求7的所述电路，其中，所述电路适于向无电刷的DC马达(4)供应电力。