CN1297613A

CN1297613A - 模拟二极管的电路

Info

Publication number: CN1297613A
Application number: CN99805008.3A
Authority: CN
Inventors: 阿里安·M·简森
Original assignee: NMB USA Inc
Current assignee: Minebea Electronics Corp.; Minebea Co Ltd
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2001-05-30
Anticipated expiration: 2019-04-12
Also published as: HK1037804A1; WO1999053618A1; AU3388899A; EP1072095A4; EP1072095A1; JP2002511692A; WO1999053618A9; CN1244200C; US6060943A; CA2326734A1; TW537555U; JP4280418B2

Abstract

本发明涉及一种模拟二极管功能的电路,它在一个方向上导通电流,而在相反的方向上截止电流,但该电路具有一个低正向电压降。连接一个电压比较器(12)和一个三端子切换装置(10),从而利用与切换装置连接的本征反向二极管(11)在希望导通电流的方向上导通电流,在希望截止电流的方向上截止电流。电压比较器控制三端子切换装置的控制端(G)以接通切换装置,从而当端子A的电压高于端子K的电压时,从端子A到端子K导通电流,当端子K的电压高于端子A的电压时中断从端子K到端子A的电流。通常连接到两个电压端子的较高电压端的切换端子(源极或漏极)被连接到两个电压端子的较低电压端。切换装置可以是MOSFET、p－或n－沟道、耗尽或增强型。或者,可以把双极型晶体管(30)连接到电压比较器来模拟二极管的功能。电压比较器的另一个实施例被公开。本发明还包括在一个方向上导通电流而在第二方向上截止电流的方法,该方法降低了功率损耗。

Description

模拟二极管的电路

本发明涉及一种功能和二极管一样的电路，它在一个方向上导通电流，而在相反的方向上截止电流。更具体地说，本发明涉及一种模拟二极管而没有实际二极管的缺陷的电路。

普通的PN结二极管和肖特基势垒二极管与正向电压临界值有关。更具体地说，一个理想二极管将在一个方向上无功率损耗地导通电流，而在相反方向上截止电流。但是，实际的(真正的)二极管仅在到达特定阈值电压后在正向上导通电流。此外，由于实际二极管的内阻，根据内阻和电流的值产生一个额外电压降。阈值电压和内阻导致的电压降之和被称为二极管的正向电压降(Vf)。

在具有高正向电流的电路中，象备用电源中的电力整流器和“或”运算(ORing)二极管，功率损耗非常高并对电路效率具有很大的影响。因此，需要一种模拟二极管的功能的电路，在该电路中，在一个方向上导通电流，而在相反的方向上截止电流，同时为了降低电路中的功率损耗，具有一个低正向电压降Vf。

Edlund在1983年11月22日公布的美国专利No.4417164中公开了一种单向机械阀电气模式。Edlund提出，在这种模式下使用的的实际二极管的性能具有不同于理想二极管的主要缺陷，如当它导通电流时跨过二极管出现电压降。此外，实际二极管直到阳极和阴极之间的电压差达到约0.5V的接通电压时才开始导通电流。此外，二极管不会迅速从非导通状态变换到导通状态，而是具有一个有限的切换速度，该切换速度部分取决于跨过二极管的电压变化速率。二极管受阳极和阴极之间的结电容的不利影响。因此，Edlund公开了如图1A所示的电路，包括一个场效应晶体管(n-沟道增强MOSFET)1，其漏极和源极端子分别连接到输入和输出端子A和K，如图示。电压比较器2具有分别连接到MOSFET 1的漏极和源极的一个正输入端3和一个负输入端4，如图示。比较器输出端5连接到MOSFET 1的栅极。电压比较器电源是浮动的，因此该装置不受电力系统余数的影响。

众所周知，在n-沟道装置中，漏极电流通常沿正向流动－即电流以正栅极-源极电压从漏极流向源极。典型地，漏极被连接到一个比源极更高的电压。此外，众所周知，n-沟道装置具有一个与其连接的整体反向整流器。此本征二极管是该装置的一个整体组成部分而不是一个独立的电气元件。在n-沟道装置中，本征二极管实际上具有一个连接到源极的阳极和一个连接到漏极的阴极。

申请人为本发明专利提供的图1B是用于分析图1A的已有技术的电路的实际操作，并示出了具有一个本征二极管1a的n-沟道增强MOSFET 1，本征二极管1a的阳极连接到源极、其阴极连接到漏极。本征二极管1a被圈在一个圆圈内，并用符号MOSFET表示本征二极管1a是MOSFET 1的一部分而不是一个单独的电气元件。

图1A中Edlund的电路的理论操作如下：当一个较高的电压被施加在漏极上然后施加在源极上，电压比较器2的输出5变高并被输入到MOSFET 1的栅极。因此，MOSFET 1被控制，从较高电压的端子A导通电流到较低电压的端子K。另一方面，理论上，操作期间，当端子K的电压比端子A的电压高时，电压比较器2的输出5变低并被输入到MOSFET 1的栅极，从而控制MOSFET停止导通电流。理论上，当端子A的电压比端子K高时，MOSFET 1将从端子A导通电流到端子K。此外，理论上，在操作中，当端子K的电压比端子A高时，MOSFET 1不会从端子K导通电流到端子A。因此，理论上，Edlund的电路模仿了二极管的作用。

然而，事实上，本发明专利的申请人已经认识到现有技术中的问题：当利用实际MOSFET 1实际构造Edlund的电路时，失败了。图1B用于分析图1A的现有技术电路的实际操作。更具体地说，当端子A的电压比端子K的电压高时，电压比较器2的输出5变高并被输入到MOSFET 1的栅极。栅极控制MOSFET从端子A导通电流到端子K。另一方面，当端子K的电压比端子A高时，电压比较器2产生一个低输出电压5，低输出电压5被输入到MOSFET 1的栅极，从而控制MOSFET 1停止从端子K向端子A导通电流并截止电流。由于MOSFET 1的整体反向本征二极管1a，在实际操作中，MOSFET 1实际从高电压端子K向低电压端子A导通电流。因此，图1A所示Edlund的电路没有实际模拟二极管的功能，这是因为它没有考虑到本发明专利申请人所认识到的MOSFET 1的本征二极管1a的影响。

因此，目前仍然需要一种功能类似二极管的电路，在该电路中，在一个方向上导通电流而在相反方向上截止电流，而且，该电路具有低正向电压降。也需要一种功能类似二极管的电路，在该电路中，在一个方向上导通电流而在相反方向上截止电流，并降低功率损耗。

本发明的一个目的是提供一种功能类似普通二极管的电路，它在一个方向上导通电流而在相反方向上截止电流。

本发明的另一个目的是提供一种模拟二极管的功能并具有低正向电压降的电路。

本发明的再一个目的是提供一种功能类似二极管的电路，但消除了普通二极管的正向电压降的阈值电压。

本发明的又一个目的是提供一种功能象二极管的电路，并能够检测该电路是否误动作。

此外，本发明的一个目的是提供一种功能象二极管并提供误动作指示的电路。

本发明的另一个目的是提供一种在一个方向上导通电流而在相反方向上截止电流的电路，并且该电路没有阈值电压。

本发明还有一个目的是提供一种在一个方向上导通电流而在相反方向上截止电流的电路，并且该申路降低了功率损耗。

本发明的这些和其他目的通过一种具有两个端子A和K的电路实现，该电路在从端子A到端子K的方向上导通电流，在从端子K到端子A的方向上截止电流，该电路包括：电压比较器，具有一个正输入端子、一个负输入端子、和一个输出端子；和一个用于切换电流的三端子装置，该装置具有一个电子源极、一个电子漏极、和一个由电压比较器的输出电压控制的控制端；三端子切换装置具有一个与其连接的内阻、和一个连接源极和漏极之间的本征二极管；其中本征二极管的有效阳极被连接到电路的端子A，本征二极管的有效阴极被连接到电路的端子K；其中源极被连接到电压比较器的正输入端，漏极被连接到电压比较器的负输入端。

在优选实施例中，提供一种用于检测切换装置是否误动作的装置。

在另一个优选实施例中，所提供电路包括：具有一个正输入端、一个负输入端、和一个输出端的电压比较器；和具有一个集电极、一个发射极和一个基极的双极型晶体管，其中集电极被连接到电压比较器的正输入端，发射极被连接到电压比较器的负输入端，双极型晶体管的基极被连接到电压比较器的输出端。

本发明准备使用检测装置用于检测双极型晶体管是否误动作。

还公开了从端子A到端子K的方向上导通电流、在从端子K到端子A的方向上截止电流的方法，包括：(a)把比较器正输入端的电压信号与比较器负输入端的电压信号相比较，获得一个输出电压；(b)把三端子切换装置连接在端子A和端子K之间，其中三端子切换装置具有一个与其连接的内阻、一个与其连接的本征二极管、和一个电子源极、一个电子漏极、和一个控制端；(c)把输出电压连接到三端子切换装置的控制端；(d)把本征二极管的有效阳极连接到端子A；(e)把本征二极管的有效阴极连接到端子K；和(f)通过把三端子切换装置的源极连接到比较器的正输入端，把三端子切换装置的漏极连接到比较器的负输入端，把电压信号输入到比较器。

通过结合附图对优选实施例的描述以及所附权利要求，本发明的上述和其他目的、方式、特征和优越性将更加清楚。

本发明通过例子来说明，但不局限于附图，在附图中相同或对应的部件用相同的标号来表示，其中：

图1A是使用根据现有技术的二极管模拟技术的单向机械装置的电气模型；图1B示出了一个连接有MOSFET的本征二极管，用于分析图1A的电路。

图2是根据本发明使用n-沟道增强MOSFET的模拟二极管的电路；

图3是根据本发明的另一个实施例使用p-沟道增强MOSFET的模拟二极管的电路；

图4是根据本发明的另一个实施例增加了误操作检测装置和误操作指示器的图2的电路；

图5A是根据本发明的另一个实施例使用一个npn双极性晶体管模拟二极管功能的电路；图5B是根据本发明的另一个实施例使用一个pnp双极性晶体管模拟二极管功能的电路；

图6是根据本发明的另一个实施例增加了误操作检测装置和误操作指示器的图5A的电路；

图7是根据本发明的另一个实施例改为使用一个交流电压比较器的图2的道路；

图8是根据本发明的又一个实施例改为使用另一个一个交流电压比较器的图2的道路。

参考图2，根据本发明的第一实施例，示出了一个功能类似二极管的电路，在该电路中，在从端子A到端子K的一个方向上导通电流，在相反方向从端子K到端子A截止电流，但是该电路具有一个较低的正向电压降。从端子A到端子K的一个方向上导通电流而在相反方向从端子K到端子A截止电流的该电路包括一个三端子切换装置10，用于通过电子源极S、电子漏极D、和一个控制端G切换电流。此外，三端子切换装置10具有一个与其连接的内阻和一个在源极和漏极之间与其连接的本征二极管。所示本征二极管11被包围在一个圆圈内，符号MOSFET表示本征二极管11是三端子切换装置10的一部分而不是一个单独的电气元件。切换装置10连接在端子A和K之间。

图2的电路还包括一个电压比较器12，电压比较器12具有一个正输入端13、一个负输入端14和一个输出端15。输出端15被连接到三端子切换装置10的控制端G。三端子切换装置的源极S被连接到电压比较器12的正输入端13，三端子切换装置10的漏极D被连接到电压比较器12的负输入端14。本征二极管11的有效阳极被连接到端子A，本征二极管的有效阴极被连接到端子K。因此，在操作中，本征二极管11增强了从端子A到端子K的导电性，并截止从端子K到端子A的电流导通。三端子切换装置的本征二极管11用于增强整个电路的功能，以在从端子A到端子K的方向上导通电流，在相反方向上截止电流。因此，三端子切换装置10的本征二极管11被用做增强整个电路的工作性能的电路元件，而不是象图1A中Edlund的现有技术电路中降低电路的工作性能的转换的不希望边界效应。

在图2中，三端子切换装置是一个n-沟道增强型MOSFET。因此，本征二极管11的有效阳极被连接到源极，有效阴极被连接到漏极。如前所述，源极被连接到端子A，漏极被连接到端子K。此外，源极被连接到电压比较器12的正输入端13，漏极被连接到电压比较器12的负输入端14。

在操作中，利用一个实际的n-沟道增强型MOSFET，图2的电路功能如下：当端子A的电压高于端子K时，电压比较器12的输出端15变高，接通MOSFET 10，以从高电压的源极到低电压的漏极导通电流。因此，电流从端子A流向端子K。n-沟道增强型MOSFET将从源极到漏极导通电流，虽然n-沟道增强型MOSFET一般被用在电路中用于从漏极到源极导通电流。

但是，当与端子A的电压相比端子K的电压较高时，电压比较器12的输出端15变低并被输入到MOSFET 10的栅极，以关断从端子K到端子A的电流。由于本征二极管11的阴极被连接到端子K，本征二极管的阳极被连接到端子A，本征二极管11通过截止从端子K到端子A的电流协助MOSFET 10的操作。因此，图2的电路功能类似二极管，在该电路中，从端子A到端子K导通电流，从端子K到端子A截止电流。MOSFET 10的本征二极管11增强了整个电路的工作性能，而不是象图1A中Edlund的现有技术电路中破坏电路的工作性能。此外，实际二极管的阈值电压被消除，正向电压降低于普通二极管的正向电压降并取决于与三端子切换装置10相连的内阻值和流过三端子切换装置10的电流。

可以改变图2的电路，使用一个n-沟道耗尽型MOSFET而不是所示的n-沟道增强型MOSFET 10。该电路的操作基本上相同。

图3是本发明的第二实施例，其使用一个P-沟道增强型MOSFET而不是图2的n-沟道增强型MOSFET。

图3的电路包括一个电压比较器22，电压比较器22具有一个正输入端23、一个负输入端24和一个输出端25。输出端25连接到三端子切换装置20的控制端G。三端子切换装置的源极S连接到电压比较器22的正输入端23，三端子切换装置20的漏极D连接到电压比较器22的负输入端24。切换装置20的本征二极管21具有连接到端子A的有效阳极和连接到端子K的有效阴极。因此，在操作中，本征二极管21增强从端子A到端子K的导电性，并截止从端子K到端子A的电流导通。三端子切换装置20的本征二极管21用于增强整个电路的功能，以在从端子A到端子K的方向上导通电流，在相反方向上截止电流。因此，三端子切换装置20内的本征二极管21被用做一个电路元件，增强电路的工作性能而不是转换不希望的边界效应，该转换降低了电路的工作性能，例如在图1A中Edlund的现有技术电路中。

在图3中，三端子切换装置20是一个P-沟道增强型MOSFET。因此，本征二极管21具有一个连接到漏极的有效阳极和一个连接到源极的有效阴极。漏极连接到端子A，源极连接到端子K。此外，源极连接到电压比较器22的正输入端23，漏极连接到电压比较器22的负输入端24。

在操作中，使用一个实际的P-沟道增强型MOSFET，图3的电路功能如下：当端子A的电压高于端子K时，电压比较器22的输出端25变低，接通MOSFET 20，以从高电压的漏极到低电压的源极导通电流。因此，电流从端子A流向端子K。p-沟道增强型MOSFET将从漏极到源极导通电流，虽然p-沟道增强型MOSFET一般被用在电路中用于从源极到漏极导通电流。

但是，当与端子A的电压相比端子K的电压较高时，电压比较器22的输出端25变高并被输入到MOSFET 20的控制端G，以关断从端子K到端子A的电流。由于本征二极管21的阴极被连接到端子K，本征二极管21的阳极被连接到端子A，本征二极管21通过截止从端子K到端子A的电流协助MOSFET 20的操作。因此，图3的电路功能类似二极管，在该电路中，从端子A到端子K导通电流，从端子K到端子A截止电流。MOSFET 20的本征二极管21增强了图3的整个电路的工作性能，而不是象图1A中Edlund的现有技术电路中破坏电路的工作性能。此外，实际二极管的阈值电压被消除，正向电压降低于普通二极管的正向电压降并取决于与三端子切换装置20相连的内阻值和流过三端子切换装置20的电流。图3的电路可以被改变，使用一个p-沟道耗尽型MOSFET而不是所示的p-沟道增强型MOSFET 20。该电路的操作基本上相同。

在图3中，p-沟道MOSFET 20再次分别连接到端子A和K以及电压比较器24的正负输入端22和23，从而本征二极管21被利用，增强图3的电路的工作性能而不是象不希望的边界效应降低电路的工作性能。

图4示出了本发明的另一个实施例，使用n-沟道增强MOSFET的图2的电路被改型成包括一个用于检测三端子切换装置10是否误操作的检测装置16。图2和4的三端子切换装置10包括一个与沟道隔离的控制端(栅极G)，控制端与沟道隔离，从而能够有效地操作该切换装置，栅极电压将形成或控制沟道，从而减小沟道宽度以增加或减小漏极-源极电阻，造成漏极电流变化，无栅极电流。因此，栅极电流(三端子切换装置的控制端的任何电流)的存在表示该三端子切换装置处于误操作状态。图4所示用于检测三端子切换装置10是否误操作的检测装置16测定是否有栅极电流。如果存在栅极电流，检测装置16的输出端变高，高电压被输入到指示装置26，指示装置26指示三端子切换装置10处于误操作状态。指示装置26可以是一个灯或其他可视或可听指示装置，如LED。

用于检测三端子切换装置10是否误操作的检测装置16包括具有一个正输入端和一个负输入端的电压比较器17、具有一个正端子和一个负端子的阈值电压发生器18、和一个电阻器19。电阻器19有两个端部，被连接在电压比较器12的输出端15和切换装置10的控制端G之间。电阻器19的第一端被连接到电压比较器12的输出端15。电阻器19的另一端被连接到三端子切换装置10的控制端G和电压比较器17的负输入端。电压比较器15的输出端又被连接到阈值电压发生器18的正端。阈值电压发生器18的负端连接到电压比较器17的正输入端。

在操作中，如果n-沟道增强型MOSFET 10在工作，栅极电流接近于0并且没有电压穿过电阻器19。阈值电压发生器18产生的小阈值电压将比较器17的输出端保持在一个逻辑低电压，逻辑低电压表示MOSFET 10处于正常状态。如果MOSFET 10处于误操作状态，电流将流过MOSFET 10的栅极G，在电阻器19两端产生电压。如果该电压超过发生器18产生的阈值电压，比较器17的输出端将处于逻辑高电压，意味着MOSFET处于误操作状态。电压阈值确定产生故障警告的栅极电流量。实际上，误操作的MOSFET的栅极电流可能是正常工作的MOSFET的栅极电流的几百万倍。

使用耗尽型MOSFET的图2和图3的实施例也可以被改型成包括用于以类似于图4所示方式检测MOSFET是否误操作的检测装置。

误操作的MOSFET将在栅极和源极之间具有一个低阻抗或在栅极和漏极之间具有一个低阻抗。用于检测这种低阻抗的任何检测装置可以被用在本发明的图2(n-沟道)或图3(p-沟道)的MOSFET实施例中。例如，下面图6中所示的检测装置40可被连接到MOSFET的栅极和源极之间。类似的检测装置可以被用于检测MOSFET的栅极和漏极是否短路。类似电路可以被用于任何类型的MOSFET(即，n或p-沟道，增强型或耗尽型)。

图5A示出了本发明的另一个实施例。更具体地，双极型晶体管30具有一个集电极C、一个发射极E、和一个基极B。图5A的电路还包括一个电压比较器32，电压比较器32具有一个正输入端33、负输入端33和一个输出端35。双极型晶体管30的集电极连接到电压比较器32的正输入端33。双极型晶体管30的发射极连接到电压比较器32的负输入端34。双极型晶体管的基极连接到电压比较器32的输出端35。双极型晶体管30连接在端子A和K之间。

在操作中，图5A的电路在端子A的电压比端子K的电压高时从端子A到端子K导通电流。此外，图5A的电路在端子K的电压比端子A的电压高时从端子K到端子A截止电流。此外，集电极和发射极之间的内阻和从集电极到发射极的电流确定正向电压降。因此，与普通二极管有关的阈值电压被消除，正向电压降变低。在操作中，当端子A和端子K之间产生一个小电压，使得端子A的电压高于端子K的电压时，比较器32将产生一个高输出35到双极型晶体管30的基极。因此，所示为npn型晶体管的双极型晶体管30将从端子A到端子K导通电流。但是，如果端子K的电压高于端子A的电压，电压比较器32将在双极型晶体管30的基极产生一个低输出35，其中断从端子K到端子A的电流。双极型晶体管30的内阻所造成的端子K和端子A之间的电压通过比较器32使双极型晶体管保持关断。

图5B公开了本发明的另一个实施例，该实施例使用一个pnp型双极型晶体管，在从端子A到端子K的一个方向导通电流，在从端子K到端子A的相反方向上截止电流，并具有低正向电压降。除npn型双极型晶体管30已经被pnp型双极型晶体管31代替外，图5B类似于图5A。Pnp型双极型晶体管31的集电极连接到电压比较器32的正输入端33，pnp双极型晶体管31的发射极连接到电压比较器32的负输入端34。

在操作中，当在端子A和端子K之间产生一个小电压时，比较器32用与发射极电压相比低的基极电压，来接通双极型晶体管31。双极型晶体管31将集电极电流传输到端子K，双极型晶体管从端子A引取电流。通过电压比较器32，集电极和发射极之间的小电压降保持双极型晶体管31接通。另一方面，如果端子K的其他电压高于端子A的电压，电压比较器32将高输出35传送到双极型晶体管31的基极。与端子A和发射极的低电压比较，双极型晶体管31的基极高电压使双极型晶体管31关断，在端子K和端子A之间没有电流导通。因此，通过从端子A到端子K导通电流，从端子K到端子A截止电流，图5B的电路起到二极管的作用。此外，发射极和集电极之间的阈值电压和流过晶体管的电流确定了正向电压降，其小于普通二极管的正向电压降。

图6示出了图5A的电路，包括一个改进增加一个检测装置40的npn双极型晶体管30，和一个用于指示双极型晶体管30的误操作的指示装置43，检测装置40用于检测双极型晶体管30是否误操作。

误操作的双极型晶体管在基极和发射极之间具有一个低阻抗。如果电流从端子A流到端子K，由于电流通路中的电阻，在端子A和端子K之间存在一个小正电压。因此，电压比较器32的输出电压为高电平。如果双极型晶体管30工作正常，基极和发射极之间的电压约为0.7V。检测装置40的发生器41产生的阈值电压稍低于0.7V并保持比较器42的输出在一个低电压，意味着晶体管正常。如果双极型晶体管30误操作，基极和发射极之间的电压几乎为0。发生器41产生的电压阈值使比较器42的输出为高电平，意味着晶体管误操作。发生器41产生的阈值电压确定基极发射极电压，基极发射极电压将产生一个故障报警。比较器42的输出被提供到一个指示装置43，指示装置43可以是一个灯44或LED或任何其他可视或可听指示器，用于提供晶体管故障的指示。实际上，误操作的晶体管的基极发射极电压只有几毫伏，而正常工作的晶体管的基极发射极电压约为700mV。

此外，如图5B所示的pnp晶体管31代替图5A的npn晶体管30的情况下，可以设置一个用于检测pnp双极型晶体管是否误操作的检测装置和一个用于指示pnp双极型晶体管误操作的指示装置。在这种情况下，该检测装置类似于图6的检测装置40，被连接在pnp晶体管的发射极和基极之间，但是，电压发生器41的极性被反向，比较器42的逻辑高电平表示晶体管正常。此外，指示装置43的故障发光表示晶体管误操作。

图7和8示出了具有交流电压比较器的改型的图2的电路。在本发明的先前的实施例中，电压比较器12、22和32是运算放大器。但是，这些电压比较器可以用图7和8所示的电压比较器52和62代替。

在图7中，电压比较器52具有一个正输入端53、一个负输入端54、和一个输出端55。电压比较器52包括双极型晶体管56，双极型晶体管56具有一个发射极e1、一个集电极c1和一个基极b1。所示的晶体管56为一个npn双极型晶体管但是该电路可以被改型，用pnp晶体管代替npn晶体管56。电压比较器52还包括一个串联电阻器57和58以及实际的二极管59。双极型晶体管56的发射极e1是电压比较器52的正输入端53。双极型晶体管56的集电极c1是电压比较器52的输出端55。串联电阻器57和58连接在双极型晶体管56的集电极c1和基极b1之间。双极型晶体管56的基极b1还连接到二极管59的阳极，二极管59的阴极是电压比较器52的负输入端54。二极管59允许跨过二极管的使用电压范围约为25到150V，因此，即使在构成电压比较器52的电路元件之间产生此范围内的电压，电压比较器52也可以被使用。但是，正电源干线电压一般在3.3到12V范围内。

图8示出了改型成包括电压比较器的另一个可替换实施例的图2的电路。在图8中，图2的电压比较器12被电压比较器62代替。电压比较器62具有一个正输入端63、一个负输入端64和一个输出端65。电压比较器62包括两个串联电阻器66和67，以及两个晶体管68和69。每一个晶体管具有一个发射极、集电极和基极。所示晶体管68和69是npn双极型晶体管。但是，该电路可以被改型，用pnp晶体管代替npn晶体管68和69。

如图8所示，晶体管68的发射极是电压比较器62的正输入端63。晶体管69的发射极是电压比较器62的负输入端64。电阻器66和67串联连接在晶体管68和69的集电极之间。晶体管68的集电极是电压比较器62的输出端65。晶体管68和69的基极被连接并对晶体管69的集电极短路。双极型晶体管69的基极和发射极之间仅可以耐受约5V的电压。因此，如果这个电压超过该电平，图7所示的电压比较器应当被替代使用。典型地，当该电路的正电源干线电压在3.3到12V范围内时，晶体管69可以满足要求。

本发明还涉及一种方法，在从端子A到端子K的一个方向上导通电流，在从端子K到端子A的第二方向上截止电流。在该方法中，连接三端子切换装置的本征二极管使其有效阳极被连接到端子A，本征二极管的有效阴极被连接到端子K。此外，比较器正输入端的电压信号与比较器负输入端的电压信号比较，获得一个输出电压。电压比较器的输出端连接到三端子切换装置的控制端，三端子切换装置的源极的电压被输入到电压比较器的正输入端，三端子切换装置的漏极电压被输入到比较器的负输入端。

使用一个三端子切换装置，通过把漏极(或源极)连接到比源极(漏极)高的电压，该装置典型地允许电流从漏极(或源极)流到源极(或漏极)。在本发明的该方法中，漏极(或源极)一般被连接到较高电压，从而电流趋于从漏极(或源极)流到源极(或漏极)，而在该方法中漏极(或源极)被连接到较低电压，从而该装置被用来从源极(或漏极)向漏极(或源极)导通电流。因此，MOSFET装置被连接以与MOSFET装置通常工作的极性相反的极性工作。

本发明连接一切换装置，如任何类型的晶体管(MOSFET或双极型晶体管)，用于在两个端子A和K之间切换电流，从端子A到端子K导通电流，从端子K到端子A截止电流，这里没有用于在连接到端子A和K的两个端子之间导通的有效阈值电压。在连接到端子A和K的两个端子之间有一个连接到切换装置的内阻。此外，切换装置的导通受切换装置控制端的控制，切换装置的控制端由诸如电压比较器的装置来控制，电压比较器从端子A和K接受信号。如果切换装置具有与其连接的本征二极管，二极管的阳极连接到端子A，二极管的阴极连接到端子K。当端子A的电压高于端子K时，切换装置允许从端子A到端子K导通电流，当端子K的电压比端子A的电压高时，从端子K到端子A截止电流。

本发明的方法包括把比较器正输入端的电压信号与比较器负输入端的电压信号相比较，获得一个输出电压；(a)在端子A和K之间连接三端子切换装置，其中三端子切换装置连接有一个内阻，一个本征二极管，以及一个电子源极、一个电子漏极和一个控制端；(b)把输出电压连接到三端子切换装置的控制端；(c)把本征二极管的有效阳极连接到端子A；(d)把本征二极管的有效阴极连接到端子K；和(e)通过把三端子切换装置的的源极连接到比较器的正输入端，把三端子切换装置的漏极连接到比较器的负输入端，把电压信号输入到比较器。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，显然对本领域的技术人员来说，在本发明的精神和保护范围内可以进行改型和改进。例如，npn晶体管可以被pnp晶体管代替(电路没有或很少改动)，反之亦然，并且，增强型MOSFET可以被耗尽型MOSFET代替，反之亦然。此外，在电路改动很小的情况下，n-沟道MOSFET可以被p-沟道MOSFET代替，反之亦然。

检测装置可以被用于电路，该电路使用双极型晶体管以及MOSFET，耗尽型MOSFET以及增强型MOSFET，和p-沟道MOSFET以及n-沟道MOSFET。公开的各种电压比较器可以被用在图2、3、4、5A、5B和6的任何电路中。此外，在很小改动的情况下，可以使用其它切换装置如其它类型的晶体管，可以认为，在本领域的普通技术人员知道包括其它晶体管的其它切换装置等同于这里公开的切换装置。通过例子描述了优选实施例的附图及说明，而不是限定本发明的范围，并试图把所有这种修改和改型覆盖在本发明的精神和范围内。

Claims

1．具有两个端子A和K的电路，该电路在从端子A到端子K的一个方向上导通电流，在从端子K到端子A的相反方向上截止电流，该电路包括：

一个电压比较器，具有一个正输入端、一个负输入端和一个输出端；以及

一个用于切换电流的三端子切换装置，具有一个电子源极、一个电子漏极和一个控制端，控制端由所述电压比较器输出端的电压控制；

所述三端子切换装置连接有一个内阻、一个连接在所述源极和所述漏极之间的本征二极管；和

其中所述本征二极管的有效阳极连接到所述电路的端子A，所述本征二极管的有效阴极连接到所述电路的端子K；其中所述源极连接到所述电压比较器正输入端，所述漏极连接到所述电压比较器的负输入端。

2．如权利要求1所述的电路，其中所述切换装置包括一个n-沟道MOSFET。

3．如权利要求1所述的电路，其中所述切换装置包括一个p-沟道MOSFET。

4．如权利要求1所述的电路，其中所述电压比较器包括一个双极型晶体管、两个串联电阻器和一个二极管，该双极型晶体管具有一个发射极、集电极和基极；其中所述双极型晶体管的发射极是所述电压比较器的正输入端，所述双极型晶体管的集电极是所述电压比较器的输出端，所述串联连接电阻器连接在所述双极型晶体管的集电极和基极之间，所述双极型晶体管的所述基极还连接到所述二极管的阳极，所述二极管的阴极是所述电压比较器的负输入端。

5．如权利要求1所述的电路，其中所述电压比较器包括两个电阻器和两个晶体管，每一个晶体管具有一个发射极、一个集电极和一个基极，其中第一晶体管的发射极是电压比较器的正输入端，第二晶体管的发射极是电压比较器的负输入端，两个电阻器串联连接在第一和第二晶体管的集电极之间，第一晶体管的集电极是电压比较器的输出端，两个晶体管的基极被连接并对第二晶体管的集电极短路。

6．如权利要求1所述的电路，还包括用于检测切换装置是否误操作的检测装置。

7．如权利要求6所述的电路，其中所述检测装置检测所述切换装置的所述控制端和所述源极之间的一个低阻抗。

8．如权利要求6所述的电路，其中所述检测装置检测所述切换装置的所述控制端和所述漏极之间的一个低阻抗。

9．如权利要求6所述的电路，其中所述检测装置检测所述切换装置控制端的零电流。

10．一种电路，包括：

一个电压比较器，具有一个正输入端、一个负输入端、和一个输出端；以及

一个用于切换电流的切换装置，具有一个电子漏极、一个电子源极和一个控制端，其中所述漏极连接到所述负输入端，所述源极连接到所述正输入端，所述控制端连接到所述电压比较器的所述输出端。

11．如权利要求10所述电路，其中所述切换装置是一个n沟道装置。

12．如权利要求10所述电路，其中所述切换装置是一个p沟道装置。

13．如权利要求10所述电路，其中所述切换装置是一个MOSFET。

14．如权利要求所述电路，还包括用于检测所述切换装置是否误操作的检测装置。

15．一种电路，包括：

一个双极型晶体管，具有一个集电极、一个发射极和一个基极，其中所述集电极连接到所述电压比较器的所述正输入端，所述发射极连接到所述电压比较器的所述负输入端，所述双极型晶体管的基极连接到所述电压比较器的输出端。

16．如权利要求15所述电路，还包括用于检测所述双极型晶体管是否误操作的检测装置。

17．如权利要求15所述电路，其中所述检测装置检测所述双极型晶体管的所述基极和集电极之间的一个低阻抗。

18．一种在从端子A到端子K的一个方向上导通电流而在在从所述端子K到所述端子A的第二方向上截止电流的方法，包括：

a．把比较器正输入端的电压信号与所述比较器负输入端的电压信号相比较，获得一个输出电压；

b．把三端子切换装置连接在端子A和端子K之间，其中所述三端子切换装置具有一个与其连接的内阻、一个与其连接的本征二极管、和一个电子源极、一个电子漏极、和一个控制端；

c．把输出电压连接到所述三端子切换装置的所述控制端；

d．把所述本征二极管的有效阳极连接到端子A；

e．把所述本征二极管的有效阴极连接到端子K；和

f．通过把所述三端子切换装置的所述源极连接到所述比较器的所述正输入端，把所述三端子切换装置的所述漏极连接到所述比较器的所述负输入端，把电压信号输入到所述比较器。

19．如权利要求18所述方法，还包括检测所述三端子切换装置是否误操作。

20．如权利要求19所述方法，其中，通过检测所述三端子切换装置的控制端与源极和漏极之一之间的一个低阻抗，检测所述三端子切换装置的误操作。

21．如权利要求19所述方法，其中，通过检测所述三端子切换装置的控制端的零电流来检测所述三端子切换装置的误操作。