CN111585252A - 一种开关晶体管的过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关晶体管的过流保护电路。解决现有技术中过流保护电路存在电路结构复杂、制造成本高，以及不能采用常规延时电路进行精准延时控制的问题。电路包括功率晶体管Qn、连接在功率晶体管Qn栅极端上的直流脉冲发生器、信号转换电路、过载保护开关和分频器。信号转换电路在功率晶体管Qn正常状态下，信号输出端输出直流电平信号，在功率晶体管Qn过流状态下，信号输出端输出直流脉冲信号；分频器根据信号输出端输出的直流脉冲信号进行计时并输出延时信号。本发明电路结构简单，适合集成电路的设计，能够对过流信号进行精准的延时控制。

Description

一种开关晶体管的过流保护电路

技术领域

本发明涉及过流保护技术领域，尤其是涉及一种开关晶体管的过流保护电路。

背景技术

过流保护电路在电路中电流超过预定最大值时通过限制电流来对电路中的元件进行保护，目前广泛应用在各种电器电路中。例如现有技术中便携式电动工具，以锂电池作为动力，通过调试开关进行控制，其内部电路实质是：有直流脉冲调制信号（PWM）驱动功率晶体管，通过改变驱动信号的占空比来改变直流电机的转速，以实现电机的平稳启动。为了保护锂电池、电机以及功率晶体管本身不受到过载损坏，需要对其进行过流保护。现有技术中，常用过流保护电路采用如图1所示的结构，由两个功率晶体管Qn’、Q1’串联组成，其中晶体管Qn’由一个专用调速芯片1’输出直流脉冲调制信号驱动，以实现对直流电机调速的目的；晶体管Q1’由锂电池保护集成电路即图中锂电池保护芯片2’内部的比较器BG’根据其饱和压降的大小取得过流信号，以实现对电池供电回路的过流保护。但是，该保护电路存在缺点：需要用到两个较大功率晶体管Qn’、Q1’，且分别由两个专用集成电路来控制，不仅电路复杂，且制造成本高。

为此，已有专利号为ZL200810162438.4，名称为一种开关型晶体管的过载保护电路的中国发明专利针对上述问题设计了一种只需要单个晶体管就能实现的过流保护电路，在实际使用中，上述专利的电路在脉冲占空比一定的情况下确实有效可靠，但是当脉冲信号的占空比在大范围内变化时（如电动工具的多级变速调节），采用上述专利的电路很难用常规的RC延时电路来对过流信号实施精准的延时控制，而且，上述专利中的电路存在多个电容和电阻，不适合集成电路的设计。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中过流保护电路存在电路结构复杂、制造成本高，以及不能采用常规延时电路进行精准延时控制的问题，提供了一种开关晶体管的过流保护电路。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种开关晶体管的过流保护电路，包括连接在电源电路上的功率晶体管Qn和连接在功率晶体管Qn栅极端上驱动其工作的直流脉冲发生器，包括信号转换电路、过载保护开关和分频器，信号转换电路包括信号输入端、信号输出端和信号控制端，信号输入端连接在功率晶体管Qn与电源之间线路上，信号输出端通过连接分频器后连接在过载保护开关的控制端上，信号控制端连接在功率晶体管Qn栅极与直流脉冲发生器之间线路上，过载保护开关的输入端连接在功率晶体管与直流脉冲发生器之间线路上，过载保护开关的输出端接地；

信号转换电路，在功率晶体管Qn正常状态下，信号输出端输出直流电平信号，在功率晶体管Qn过流状态下，信号输出端输出直流脉冲信号；

分频器，根据信号转换电路信号输出端输出的直流脉冲信号进行计时并输出延时信号。

本发明电路结构更加简单，相比现有电路无需采用多个电容和电阻，更适合集成电路的设计。本发明信号转换电路能够根据功率晶体管过流状态分别输出直流电平信号和直流脉冲信号，配合分频器可以对过流信号进行精准的延时控制。本发明中分频器采用现有技术中的脉冲计时电路，可以采用不同比例的分频器，得到不同时间的延迟信号，分频器输出信号起始电平可以根据需求进行设定。

作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第一比较器BG1、第一基准电压源E01、第一电阻R1、第一场效应管Q1和第一反向器F1；第一比较器GB1同相输入端作为信号输入端，第一比较器GB1反相输入端连接第一基准电压源E01正极，第一基准电压源E01负极接地，第一比较器GB1输出端连接电阻R1第一端，电阻R1第二端作为信号输出端，第一场效应管Q1漏极连接电阻R1第二端，第一场效应管Q1源极接地，第一场效应管Q1栅极经过与第一反向器F1连接后作为信号控制端。本方案中采用比较器来检测功率晶体管过流状态，在功率晶体管导通工作时，通过第一比较器BG1同相输入端采集功率晶体管上的电压信号，与反相输入端上的基准电压进行比较来检测功率晶体管是否为过流状态，在过流状态下第一比较器BG1输出端输出高电平，同时配合信号控制端输入的脉冲信号来控制第一场效应管Q1的通断，从而控制第一比较器BG1输出端即信号输出端的输出电平变化，信号输出端输出直流脉冲信号，以使得分频器进行延时输出信号。信号转换电路只采用了一个电阻，更适合集成电路设计，并能够配合分频器对过流信号进行精准的延时控制。选择不同的基准电压源E01，可以得到不同电压的功率晶体管Qn过流值。

作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第二电阻R2、第三电阻R3、第二反向器F2和第三反向器F3，第二场效应管Q2栅极作为信号输入端，第二场效应管Q2源极接地，第二场效应管Q2漏极分别连接第二电阻R2第一端和第二反向器F2输入端，第二电阻R2第二端连接供电电源，第二反向器F2输出端连接第三电阻R3第一端，第三电阻R3第二端作为信号输出端，场效应管Q3漏极连接第三电阻R3第二端，场效应管Q3源极接地，场效应管Q3栅极经过与第三反向器F3连接后作为信号控制端。本方案中采用场效应管来检测功率晶体管过流状态，在功率晶体管导通工作时，第二场效应管Q2栅极采集功率晶体管上的电压信号，根据第二场效应管Q2是否导通工作检测功率晶体管是否为过流状态，这里第二场效应管Q2的开启电压相当于基准电压。在过流状态下第二场效应管Q2导通，信号输出端输出一个电平信号，同时配合信号控制端输入的脉冲信号来控制第三场效应管Q3的通断，从而控制信号输出端的电平信号变化，信号输出端输出直流脉冲信号，以使得分频器进行延时输出信号。信号转换电路采用了较少的电阻，适合集成电路设计，并能够配合分频器对过流信号进行精准的延时控制。另外电阻R2也可以用恒流源来代替。

作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第四电阻R4，第四场效应管Q4栅极作为信号输入端，第四场效应管Q4源极接地，第四场效应管Q4漏极与第五场效应管Q5源极连接，第五场效应管Q5栅极作为信号控制端，第五场效应管Q5漏极分为两路，一路连接第四电阻R4第一端，另一路作为信号输出端，第四电阻R4第二端连接供电电源。本方案中同样采用场效应管来检测功率晶体管过流状态，在功率晶体管导通工作时，第四场效应管Q4栅极采集功率晶体管上的电压信号，根据第四场效应管Q4是否导通工作检测功率晶体管是否为过流状态，这里第四场效应管Q4的开启电压相当于基准电压。在过流状态下第四场效应管Q4导通工作，信号输出端电平信号的高低根据电阻R4、第五场效应管Q5、第四场效应管Q4构成的电路导通情况来决定。通过信号控制端输入的脉冲信号来控制第五场效应管Q5的通断，从而控制信号输出端的电平信号变化，信号输出端输出直流脉冲信号，以使得分频器进行延时输出信号。信号转换电路只采用了一个电阻，更适合集成电路设计，并能够配合分频器对过流信号进行精准的延时控制。另外电阻R4也可以用恒流源来代替。

作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第二比较器BG2、第二基准电压源E02、第六场效应管Q6和恒流源ID，第二比较器BG2反相输入端作为信号输入端，第二比较器BG2同相输入端连接第二基准电压源E02正极，第二基准电压源E02负极接地，第二比较器BG2输出端连接第六场效应管Q6源极，第六场效应管Q6栅极作为信号控制端，第六场效应管Q6漏极分为两路，一路作为信号输出端，另一路连接恒流源ID。本方案中采用比较器来检测功率晶体管过流状态，在功率晶体管导通工作时，通过第二比较器BG2反相输入端采集功率晶体管上的电压信号，与同相输入端上的基准电压进行比较来检测功率晶体管是否为过流状态，在过流状态下第二比较器BG2输出端输出低电平。信号输出端的电平信号由第六场效应管Q6工作状态来决定。通过信号控制端输入的脉冲信号来控制第六场效应管Q6的通断，从而控制信号输出端的电平信号变化，信号输出端输出直流脉冲信号，以使得分频器进行延时输出信号。信号转换电路只采用了一个电阻，更适合集成电路设计，并能够配合分频器对过流信号进行精准的延时控制。选择不同的基准电压源E02，可以得到不同电压的功率晶体管Qn过流值。

作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第三比较器BG3、第三基准电压源E03、或非门和第四反向器F4，第三比较器BG3反相输入端作为信号输入端，第三比较器BG3同相输入端连接第三基准电压源E03正极，第三基准电压源E03负极接地，第三比较器BG3输出端连接或非门第一输入端，或非门第二输入端通过连接第四反向器F4后作为信号控制端，或非门输出端作为信号输出端。本方案信号转换电路采用比较器、或非门和反向器的组合，比较器来检测功率晶体管过流状态，在功率晶体管导通工作时，通过第三比较器BG3的反相输入端采集功率晶体管上的电压信号，与同相输入端上的基准电压进行比较来检测功率晶体管是否为过流状态，在过流状态下第三比较器BG3输出低电平，其与信号控制端的信号共同输入或非门，通过输入信号控制端的脉冲信号来控制或非门输出端电平即信号输出端电平，使得信号输出端输出直流脉冲信号，则分频器进行延时输出信号。信号转换电路无需采用电阻、电容，更适合集成电路设计，并能够配合分频器对过流信号进行精准的延时控制。选择不同的基准电压源E03，可以得到不同电压的功率晶体管Qn过流值。

作为一种优选方案，所述信号转换电路包括第四比较器BG4、第四基准电压源E04和与非门，第四比较器BG4同相输入端作为信号输入端，第四比较器BG4反相输入端连接第四基准电压源E04正极，第四基准电压源E04负极接地，第四比较器BG4输出端连接与非门第一输入端，与非门第二输入端作为信号控制端，与非门输出端作为信号输出端。本方案信号转换电路采用比较器和与非门的组合，比较器来检测功率晶体管过流状态，在功率晶体管导通工作时，通过第四比较器BG4的同输入端采集功率晶体管上的电压信号，与反相输入端上的基准电压进行比较来检测功率晶体管是否为过流状态，在过流状态下第四比较器BG4输出高电平，其与信号控制端的信号共同输入与非门，通过输入信号控制端的脉冲信号来控制与非门输出端电平即信号输出端电平，使得信号输出端输出直流脉冲信号，则分频器进行延时输出信号。信号转换电路无需采用电阻、电容，更适合集成电路设计，并能够配合分频器对过流信号进行精准的延时控制。选择不同的基准电压源E04，可以得到不同电压的功率晶体管Qn过流值。

作为一种优选方案，所述过载保护开关为过载保护晶体管Qt，过载保护晶体管Qt漏极连接在功率晶体管Qn与直流脉冲发生器之间线路上，过载保护晶体管Qt源极接地，过载保护晶体管Qt栅极通过分频器与信号输出端连接。

作为一种优选方案，所述信号转换电路集成在集成芯片内，信号输入端和信号控制端分别形成集成芯片的两个引脚。信号转换电路中不采用电阻、电容或较少采用电阻，使得更适合集成电路设计。采用较少引脚设计，减少了集成芯片的制造成本。

因此，本发明的优点是：电路结构更加简单，相比现有电路无需采用多个电容和电阻，更适合集成电路的设计。信号转换电路能够根据功率晶体管过流状态分别输出直流电平信号和直流脉冲信号，能够采用常规的延时电路对过流信号进行精准的延时控制。

附图说明

图1是本发明背景技术中电动工具常用过流保护电路的一种电路结构示意图；

图2是本发明的一种电路原理框图；

图3是本发明的第一种电路结构示意图；

图4是本发明的第二种电路结构示意图；

图5是本发明的第三种电路结构示意图；

图6是本发明的第四种电路结构示意图；

图7是本发明的第五种电路结构示意图；

图8是本发明的第六种电路结构示意图。

1-信号转换电路 2-过载保护开关 3-分频器 4-直流脉冲发生器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1

一种开关晶体管的过流保护电路，如图2所示，包括负载RL、功率晶体管Qn、信号转换电路1、过载保护开关2、分频器3和直流脉冲发生器4。负载RL第一端连接电源，负载RL另一端连接功率晶体管Qn漏极，功率晶体管Qn源极接地，功率晶体管Qn栅极连接直流脉冲发生器。信号转换电路包括信号输入端、信号输出端和信号控制端，信号输入端连接在功率晶体管Qn与电源之间线路上，信号输出端通过连接分频器后连接在过载保护开关的控制端上，信号控制端连接在功率晶体管Qn与直流脉冲发生器之间线路上，过载保护开关的输入端连接在功率晶体管Qn与直流脉冲发生器之间线路上，过载保护开关的输出端接地。

过载保护开关本实施例中采用过载保护晶体管Qt，过载保护晶体管Qt漏极连接在功率晶体管Qn与直流脉冲发生器之间线路上，过载保护晶体管Qt源极接地，过载保护晶体管Qt栅极通过分频器3与信号输出端连接。

信号转换电路，在功率晶体管Qn正常状态下，信号输出端输出直流电平信号，在功率晶体管Qn过流状态下，信号输出端输出直流脉冲信号；

分频器，根据信号输出端输出的直流脉冲信号进行计时并输出延时信号。该分频器即为现有技术中的脉冲计时电路，其由直流脉冲信号驱动，分频器输出信号起始电平可以根据需求进行设置，在本发明中设置的起始电平为低电平。

信号转换电路、分频器、过载保护开关和直流脉冲发生器都集成在集成芯片上，其中信号转换电路的信号输入端和信号控制端分别形成集成芯片的两个引脚。

本发明采用了信号转换电路能够根据功率晶体管Qn过流状态分别输出直流电平信号和直流脉冲信号。在确保功率晶体管Qn正常工作时，信号转换电路的信号输出端始终输出稳定的直流电平信号，经过分频器后始终输出低电平信号，过载保护晶体Qt管始终处于截止状态，以确保功率晶体管Qn正常工作。而功率晶体管Qn截止时，信号转换电路信号输出端无论输出高电平还是低电平，对功率晶体管Qn本身没有影响。

当发生过流、短路等过载的情况时，信号转换电路信号输出端输出直流脉冲信号，该直流脉冲信号与脉冲发生器输出脉冲同频率。直流脉冲信号触发分频器，分频器到脉冲信号的触发个数达到设定的数值时分频器输出高电平信号，以驱动过载保护晶体管Qt导通，从而控制功率晶体管Qn截止，以实现对功率晶体管Qn的过载保护。

信号转换电路可以通过多种电路结构来进行实现，如图3所示，给出了本发明的第一种电路结构。信号转换电路包括第一比较器BG1、第一基准电压源E01、第一电阻R1、第一场效应管Q1和第一反向器F1，第一比较器GB1同相输入端作为信号输入端，第一比较器GB1反相输入端连接第一基准电压源E01正极，第一基准电压源E01负极接地，第一比较器GB1输出端连接电阻R1第一端，电阻R1第二端作为信号输出端，第一场效应管Q1漏极连接电阻R1第二端，第一场效应管Q1源极接地，第一场效应管Q1栅极经过与第一反向器F1连接后作为信号控制端。

本实施例的工作原理为：

1.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

功率晶体管Qn处于正常导通状态，电源电路导通，信号输入端即比较器BG1同相输入端的电压为0，比较器BG1同相输入端的电压小于反向输入端输入的第一基准电压源E01的电压，比较器BG1输出端输出低电平；同时，直流脉冲发生器输出的高电平经过第一反向器F1转换后输出低电平到第一场效应管Q1栅极，第一场效应管Q1截止；信号转换电路信号输出端最终输出低电平。

2.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，则信号输入端即比较器BG1同相输入端的电压升高，当比较器BG1同相输入端的电压高于反向输入端输入的第一基准电压源E01的电压，比较器BG1输出端输出高电平；同时，直流脉冲发生器输出的低电平经过第一反向器F1转换后输出高电平到第一场效应管Q1栅极，第一场效应管Q1导通，将比较器BG1输出端输出电平信号拉低为低电平，信号转换电路信号输出端最终输出低电平。

在正常工作状态下，直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端始终输出低电平即直流电平信号，分频器由于无触发脉冲信号输入，其输出端始终处于起始设置的低电平状态，过载保护晶体管Qt截止，即在正常工作状态下，无论直流脉冲发生器输出什么信号，过载保护晶体管Qt保持截止，不影响功率晶体管Qn的状态。

3.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

功率晶体管Qn处于导通状态，由于内阻的存在，信号输入端即比较器BG1同相输入端的电压电位升高，当比较器BG1同相输入端的电压高于反向输入端的电压，比较器BG1输出端输出高电平；同时，直流脉冲发生器输出的高电平经过第一反向器F1后转换为低电平输入到第一场效应管Q1栅极，第一场效应管Q1截止；信号转换电路信号输出端输出高电平。

4.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，在过载状态下，信号输入端即比较器BG1同相输入端的电压电位升高，当比较器BG1同相输入端的电压高于反向输入端的电压，比较器BG1输出端输出高电平；同时，直流脉冲发生器输出的低电平经过第一反向器F1后转换为高电平输入到第一场效应管Q1栅极，第一场效应管Q1导通，将比较器BG1输出端输出电平信号拉低为低电平，信号转换电路信号输出端最终输出低电平。

在直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端对应输出高低电平，即输出了同频率的直流脉冲信号，分频器在输入直流脉冲信号情况下触发工作，延时后输出高电平到过载保护晶体管Qt栅极，过载保护晶体管Qt导通，将功率晶体管Qn栅极拉低为低电平，控制功率晶体管Qn截止关断，起到过载保护作用。

实施例2

本实施例给出了一种开关晶体管的过流保护电路的第二种电路结构，与实施例1不同地方在于信号转换电路采用了第二种电路结构，其他结构与实施例1中相同。

如图4所示，信号转换电路1包括第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第二电阻R2、第三电阻R3、第二反向器F2和第三反向器F3，第二场效应管Q2栅极作为信号输入端，第二场效应管Q2源极接地，第二场效应管Q2漏极分别连接第二电阻R2第一端和第二反向器F2输入端，第二电阻R2第二端连接供电电源，第二反向器F2输出端连接第三电阻R3第一端，第三电阻R3第二端作为信号输出端，场效应管Q3漏极连接第三电阻R3第二端，场效应管Q3源极接地，场效应管Q3栅极经过与第三反向器F3连接后作为信号控制端。

本实施例的工作原理为：

1.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

功率晶体管Qn处于正常导通状态，电源电路导通，信号输入端即第二场效应管Q2栅极电压为0，第二场效应管Q2截止，第二场效应管Q2漏极在供电电源影响下为高电平，经过第二反向器F2后转换为低电平；同时，直流脉冲发生器输出的高电平经过第三反向器F3转换后输出低电平到第三场效应管Q3栅极，第三场效应管Q3截止；信号转换电路信号输出端最终输出低电平。

2.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，在电源影响下，信号输入端即第二场效应管Q2栅极电压升高，第二场效应管Q2导通，第二场效应管Q2漏极接地则电压为0，经过第二反向器F2转换后输出高电平；同时，直流脉冲发生器输出的低电平经过第三反向器F3转换后输出高电平到第三场效应管Q3栅极，第三场效应管Q3导通，将第二反向器F2输出的高电平拉低为低电平，信号转换电路信号输出端最终输出低电平。

在正常工作状态下，直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端始终输出低电平即直流电平信号，分频器由于无触发脉冲信号输入，其输出端始终处于起始设置的低电平状态，过载保护晶体管Qt截止，即在正常工作状态下，无论直流脉冲发生器输出什么信号，过载保护晶体管Qt保持截止，不影响功率晶体管Qn的状态。

3.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

功率晶体管Qn处于导通状态，在过载状态下，信号输入端即第二场效应管Q2栅极电压升高，第二场效应管Q2导通，第二场效应管Q2漏极接地则电压为0，经过第二反向器F2转换后输出高电平；同时，直流脉冲发生器输出的高电平经过第三反向器F3转换后输出低电平到第三场效应管Q3栅极，第三场效应管Q3截止；信号输出端最终输出高电平。

4.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，在过载状态下，信号输入端即第二场效应管Q2栅极电压升高，第二场效应管Q2导通，第二场效应管Q2漏极接地则电压为0，经过第二反向器F2转换后输出高电平；同时，直流脉冲发生器输出的低电平经过第三反向器F3转换后输出高电平到第三场效应管Q3栅极，第三场效应管Q3导通，将第二反向器F2输出的高电平拉低为低电平，信号转换电路信号输出端最终输出低电平。

在直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端对应输出高低电平，即输出了同频率的直流脉冲信号，分频器在输入直流脉冲信号情况下触发，分频器到脉冲信号的触发个数达到设定的数值时分频器输出高电平到过载保护晶体管Qt栅极，过载保护晶体管Qt导通，将功率晶体管Qn栅极拉低为低电平，控制功率晶体管Qn截止关断，起到过载保护作用。

实施例3

本实施例给出了一种开关晶体管的过流保护电路的第三种电路结构，与实施例1不同地方在于信号转换电路采用了第三种电路结构，其他结构与实施例1中相同。

如图5所示，信号转换电路1包括第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第四电阻R4，第四场效应管Q4栅极作为信号输入端，第四场效应管Q4源极接地，第四场效应管Q4漏极与第五场效应管Q5源极连接，第五场效应管Q5栅极作为信号控制端，第五场效应管Q5漏极分为两路，一路连接第四电阻R4第一端，另一路作为信号输出端，第四电阻R4第二端连接供电电源。

本实施例的工作原理为：

1.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

电源电路导通，信号输入端即第四场效应管Q4栅极电压为0，第四场效应管Q4截止；同时，直流脉冲发生器输出的高电平到第五场效应管Q5栅极，第五场效应管Q5导通，电阻R4、第五场效应管Q5、第四场效应管Q4构成的电路不导通，则第五场效应管Q5漏极受供电电源影响为高电平，信号转换电路信号输出端输出高电平。

2.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，在电源影响下，信号输入端即第四场效应管Q4栅极电压升高，第四场效应管Q4导通；同时，直流脉冲发生器输出的低电平到第五场效应管Q5栅极，第五场效应管Q5截止，电阻R4、第五场效应管Q5、第四场效应管Q4构成的电路不导通，则第五场效应管Q5漏极受供电电源影响为高电平，信号转换电路信号输出端输出高电平。

在正常工作状态下，直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端始终输出高电平即直流电平信号，分频器由于无触发脉冲信号输入，其输出端始终处于起始设置的低电平状态，过载保护晶体管Qt截止，即在正常工作状态下，无论直流脉冲发生器输出什么信号，过载保护晶体管Qt保持截止，不影响功率晶体管Qn的状态。

3.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

功率晶体管Qn处于导通状态，在过载状态下，信号输入端即第四场效应管Q4栅极电压升高，第四场效应管Q4导通；同时，直流脉冲发生器输出的高电平到第五场效应管Q5栅极，第五场效应管Q5导通，第五场效应管Q5漏极接地则电压为0，信号转换电路信号输出端输出低电平。

4.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，在过载状态下，信号输入端即第四场效应管Q4栅极电压升高，第四场效应管Q4导通；同时，直流脉冲发生器输出的低电平到第五场效应管Q5栅极，第五场效应管Q5截止，电阻R4、第五场效应管Q5、第四场效应管Q4构成的电路不导通，则第五场效应管Q5漏极受供电电源影响为高电平，信号转换电路信号输出端输出高电平。

在直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端对应输出高低电平，即输出了同频率的直流脉冲信号，分频器在输入直流脉冲信号情况下触发工作，分频器到脉冲信号的触发个数达到设定的数值时分频器输出高电平到过载保护晶体管Qt栅极，过载保护晶体管Qt导通，将功率晶体管Qn栅极拉低为低电平，控制功率晶体管Qn截止关断，起到过载保护作用。

实施例4

本实施例给出了一种开关晶体管的过流保护电路的第四种电路结构，与实施例1不同地方在于信号转换电路采用了第四种电路结构，其他结构与实施例1中相同。

如图6所示，信号转换电路1包括第二比较器BG2、第二基准电压源E02、第六场效应管Q6和恒流源ID，第二比较器BG2反相输入端作为信号输入端，第二比较器BG2同相输入端连接第二基准电压源E02正极，第二基准电压源E02负极接地，第二比较器BG2输出端连接第六场效应管Q6源极，第六场效应管Q6栅极作为信号控制端，第六场效应管Q6漏极分为两路，一路作为信号输出端，另一路连接恒流源ID。

本实施例的工作原理为：

1.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

功率晶体管Qn处于正常导通状态，电源电路导通，信号输入端即比较器BG2反相输入端的电压为0，比较器BG2同相输入端的电压大于反向输入端输入的第二基准电压源E02的电压，比较器BG2输出端输出高电平；同时，直流脉冲发生器输出的高电平到第六场效应管Q6栅极，第六场效应管Q6导通，信号转换电路信号输出端输出高电平。

2.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，则信号输入端即比较器BG2反相输入端的电压升高，当比较器BG2反相输入端的电压高于同相输入端输入的第二基准电压源E02的电压，比较器BG2输出端输出低电平；同时，直流脉冲发生器输出的低电平到第六场效应管Q6栅极，第六场效应管Q6截止，则第六场效应管Q6漏极受恒流源ID影响为高电平，信号输出端最终输出高电平。

在正常工作状态下，直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端始终输出高电平即直流电平信号，分频器由于无触发脉冲信号输入，则输出低电平到过载保护晶体管Qt栅极，过载保护晶体管Qt截止，即在正常工作状态下，无论直流脉冲发生器输出什么信号，过载保护晶体管Qt保持截止，不影响功率晶体管Qn的状态。

3.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

功率晶体管Qn处于导通状态，在过载状态下，由于功率晶体管Qn的内阻作用，信号输入端即比较器BG2反相输入端的电压电位升高，当比较器BG2反相输入端的电压高于同向输入端的电压，比较器BG2输出端输出低电平；同时，直流脉冲发生器输出的高电平到第六场效应管Q6栅极，第六场效应管Q6导通，则第六场效应管Q6漏极电压拉低为低电平，信号输出端最终输出低电平。

4.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，在过载状态下，信号输入端即比较器BG2反相输入端的电压电位升高，当比较器BG2反相输入端的电压高于同相输入端的电压，比较器BG2输出端输出低电平；同时，直流脉冲发生器输出的低电平到第六场效应管Q6栅极，第六场效应管Q6截止，则第六场效应管Q6漏极受供电电源影响为高电平，信号输出端最终输出高电平。

在直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端对应输出低高电平，即输出了同频率的直流脉冲信号，分频器在输入直流脉冲信号情况下触发工作，分频器到脉冲信号的触发个数达到设定的数值时分频器输出高电平到过载保护晶体管Qt栅极，过载保护晶体管Qt导通；将功率晶体管Qn栅极拉低为低电平，控制功率晶体管Qn截止关断，起到过载保护作用。

实施例5

本实施例给出了一种开关晶体管的过流保护电路的第五种电路结构，与实施例1不同地方在于信号转换电路采用了第五种电路结构，其他结构与实施例1中相同。

如图7所示，信号转换电路1包括第三比较器BG3、第三基准电压源E03、或非门和第四反向器F4，第三比较器BG3反相输入端作为信号输入端，第三比较器BG3同相输入端连接第三基准电压源E03正极，第三基准电压源E03负极接地，第三比较器BG3输出端连接或非门第一输入端，或非门第二输入端通过连接第四反向器F4后作为信号控制端，或非门输出端作为信号输出端。

本实施例的工作原理为：

1.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

电源电路导通，信号输入端即比较器BG3反相输入端的电压为0，比较器BG3同相输入端输入的第三基准电压源E03的电压大于反向输入端的电压，比较器BG3输出端输出高电平到或非门第一端；同时，直流脉冲发生器输出的高电平经过第四反向器F4转换后输出低电平到或非门第二端；或非门输出端输出低电平，信号转换电路信号输出端输出低电平。

2.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，则信号输入端即比较器BG3反相输入端的电压升高，当比较器BG3反相输入端的电压高于同相输入端输入的第三基准电压源E03的电压，比较器BG3输出端输出低电平到或非门第一端；同时，直流脉冲发生器输出的低电平经过第四反向器F4转换后输出高电平到或非门第二端；或非门输出端输出低电平，信号转换电路信号输出端输出低电平。

在正常工作状态下，直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端始终输出低电平即直流电平信号，分频器由于无触发脉冲信号输入，其输出端始终处于起始设置的低电平状态，过载保护晶体管Qt截止，即在正常工作状态下，无论直流脉冲发生器输出什么信号，过载保护晶体管Qt保持截止，不影响功率晶体管Qn的状态。

3.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

功率晶体管Qn处于导通状态，在过载状态下，信号输入端即比较器BG3反相输入端的电压电位升高，当比较器BG3反相输入端的电压高于同向输入端的电压，比较器BG3输出端输出低电平到或非门第一端；同时，直流脉冲发生器输出的高电平经过第四反向器F4转换后输出低电平到或非门第二端；或非门输出端输出高电平，信号转换电路信号输出端输出高电平。

4.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，在过载状态下，信号输入端即比较器BG3反相输入端的电压电位升高，当比较器BG3反相输入端的电压高于同相输入端的电压，比较器BG3输出端输出低电平到或非门第一端；同时，直流脉冲发生器输出的低电平经过第四反向器F4转换后输出高电平到或非门第二端；或非门输出端输出低电平，信号转换电路信号输出端输出低电平。

在直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端对应输出高低电平，即输出了同频率的直流脉冲信号，分频器在输入直流脉冲信号情况下触发工作，分频器到脉冲信号的触发个数达到设定的数值时分频器输出高电平到过载保护晶体管Qt栅极，过载保护晶体管Qt导通，将功率晶体管Qn栅极拉低为低电平，控制功率晶体管Qn截止关断，起到过载保护作用。

实施例6

本实施例给出了一种开关晶体管的过流保护电路的第六种电路结构，与实施例1不同地方在于信号转换电路采用了第六种电路结构，其他结构与实施例1中相同。

如图8所示，信号转换电路1包括第四比较器BG4、第四基准电压源E04和与非门，第四比较器BG4同相输入端作为信号输入端，第四比较器BG4反相输入端连接第四基准电压源E04正极，第四基准电压源E04负极接地，第四比较器BG4输出端连接与非门第一输入端，与非门第二输入端作为信号控制端，与非门输出端作为信号输出端。

本实施例的工作原理为：

1.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

功率晶体管Qn处于正常导通状态，电源电路导通，信号输入端即比较器BG4同相输入端的电压为0，比较器BG4同相输入端的电压小于反向输入端输入的第四基准电压源E04的电压，比较器BG4输出端输出低电平到与非门第一端；同时，直流脉冲发生器输出的高电平到与非门第二端；与非门输出端输出高电平，信号转换电路信号输出端输出高电平。

2.当正常工作状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，则信号输入端即比较器BG4同相输入端的电压升高，当比较器BG4同相输入端的电压高于反相输入端输入的第四基准电压源E04的电压，比较器BG4输出端输出高电平到与非门第一端；同时，直流脉冲发生器输出的低电平到与非门第二端；与非门输出端输出高电平，信号转换电路信号输出端输出高电平。

在正常工作状态下，直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端始终输出高电平即直流电平信号，分频器由于无触发脉冲信号输入，其输出端始终处于起始设置的低电平状态，过载保护晶体管Qt截止，即在正常工作状态下，无论直流脉冲发生器输出什么信号，过载保护晶体管Qt保持截止，不影响功率晶体管Qn的状态。

3.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出高电平信号

功率晶体管Qn处于导通状态，在过载状态下，信号输入端即比较器BG4正相输入端的电压电位升高，当比较器BG4正相输入端的电压高于反向输入端的电压，比较器BG4输出端输出高电平到与非门第一端；同时，直流脉冲发生器输出的高电平到与非门第二端；与非门输出端输出低电平，信号转换电路信号输出端输出低电平。

4.当过载状态下，且直流脉冲发生器输出低电平信号

功率晶体管Qn处于截止状态，在过载状态下，信号输入端即比较器BG4正相输入端的电压电位升高，当比较器BG4正相输入端的电压高于反相输入端的电压，比较器BG4输出端输出高电平到与非门第一端；同时，直流脉冲发生器输出的低电平到与非门第二端；与非门输出端输出高电平，信号转换电路信号输出端输出高电平。

在直流脉冲发生器输出高低电平过程中，信号转换电路的信号输出端对应输出低高电平，即输出了同频率的直流脉冲信号，分频器在输入直流脉冲信号情况下触发工作，分频器到脉冲信号的触发个数达到设定的数值时分频器输出高电平到过载保护晶体管Qt栅极，过载保护晶体管Qt导通，将功率晶体管Qn栅极拉低为低电平，控制功率晶体管Qn截止关断，起到过载保护作用。功率晶体管Qn栅极为低电平，始终保持功率晶体管Qn截止关断。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了信号转换电路、过载保护开关、分频器、直流脉冲发生器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种开关晶体管的过流保护电路，包括连接在电源电路上的功率晶体管Qn和连接在功率晶体管Qn栅极端上驱动其工作的直流脉冲发生器，其特征在于：包括信号转换电路（1）、过载保护开关（2）和分频器（3），信号转换电路包括信号输入端、信号输出端和信号控制端，信号输入端连接在功率晶体管Qn与电源之间线路上，信号输出端通过连接分频器后连接在过载保护开关的控制端上，信号控制端连接在功率晶体管Qn栅极与直流脉冲发生器（4）之间线路上，过载保护开关的输入端连接在功率晶体管Qn与直流脉冲发生器之间线路上，过载保护开关的输出端接地；

信号转换电路，在功率晶体管Qn正常状态下，信号输出端输出直流电平信号，在功率晶体管Qn过流状态下，信号输出端输出直流脉冲信号；

分频器，根据信号转换电路信号输出端输出的直流脉冲信号进行计时并输出延时信号。

2.根据权利要求1所述的一种开关晶体管的过流保护电路，其特征是所述信号转换电路（1）包括第一比较器BG1、第一基准电压源E01、第一电阻R1、第一场效应管Q1和第一反向器F1；第一比较器GB1同相输入端作为信号输入端，第一比较器GB1反相输入端连接第一基准电压源E01正极，第一基准电压源E01负极接地，第一比较器GB1输出端连接电阻R1第一端，电阻R1第二端作为信号输出端，第一场效应管Q1漏极连接电阻R1第二端，第一场效应管Q1源极接地，第一场效应管Q1栅极经过与第一反向器F1连接后作为信号控制端。

3.根据权利要求1所述的一种开关晶体管的过流保护电路，其特征是所述信号转换电路（1）包括第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第二电阻R2、第三电阻R3、第二反向器F2和第三反向器F3，第二场效应管Q2栅极作为信号输入端，第二场效应管Q2源极接地，第二场效应管Q2漏极分别连接第二电阻R2第一端和第二反向器F2输入端，第二电阻R2第二端连接供电电源，第二反向器F2输出端连接第三电阻R3第一端，第三电阻R3第二端作为信号输出端，场效应管Q3漏极连接第三电阻R3第二端，场效应管Q3源极接地，场效应管Q3栅极经过与第三反向器F3连接后作为信号控制端。

4.根据权利要求1所述的一种开关晶体管的过流保护电路，其特征是所述信号转换电路（1）包括第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第四电阻R4，第四场效应管Q4栅极作为信号输入端，第四场效应管Q4源极接地，第四场效应管Q4漏极与第五场效应管Q5源极连接，第五场效应管Q5栅极作为信号控制端，第五场效应管Q5漏极分为两路，一路连接第四电阻R4第一端，另一路作为信号输出端，第四电阻R4第二端连接供电电源。

5.根据权利要求1所述的一种开关晶体管的过流保护电路，其特征是所述信号转换电路（1）包括第二比较器BG2、第二基准电压源E02、第六场效应管Q6和恒流源ID，第二比较器BG2反相输入端作为信号输入端，第二比较器BG2同相输入端连接第二基准电压源E02正极，第二基准电压源E02负极接地，第二比较器BG2输出端连接第六场效应管Q6源极，第六场效应管Q6栅极作为信号控制端，第六场效应管Q6漏极分为两路，一路作为信号输出端，另一路连接恒流源ID。

6.根据权利要求1所述的一种开关晶体管的过流保护电路，其特征是所述信号转换电路（1）包括第三比较器BG3、第三基准电压源E03、或非门和第四反向器F4，第三比较器BG3反相输入端作为信号输入端，第三比较器BG3同相输入端连接第三基准电压源E03正极，第三基准电压源E03负极接地，第三比较器BG3输出端连接或非门第一输入端，或非门第二输入端通过连接第四反向器F4后作为信号控制端，或非门输出端作为信号输出端。

7.根据权利要求1所述的一种开关晶体管的过流保护电路，其特征是所述信号转换电路（1）包括第四比较器BG4、第四基准电压源E04和与非门，第四比较器BG4同相输入端作为信号输入端，第四比较器BG4反相输入端连接第四基准电压源E04正极，第四基准电压源E04负极接地，第四比较器BG4输出端连接与非门第一输入端，与非门第二输入端作为信号控制端，与非门输出端作为信号输出端。

8.根据权利要求2-7任一项所述的一种开关晶体管的过流保护电路，其特征是所述过载保护开关（2）为过载保护晶体管Qt，过载保护晶体管Qt漏极连接在功率晶体管Qn与直流脉冲发生器之间线路上，过载保护晶体管Qt源极接地，过载保护晶体管Qt栅极通过分频器（3）与信号输出端连接。

9.根据权利要求2-7任一项所述的一种开关晶体管的过流保护电路，其特征所述信号转换电路（1）集成在集成芯片内，信号输入端和信号控制端分别形成集成芯片的两个个引脚。

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