CN201312401Y - 一种过流过压保护恒流源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种元件少、电路简单、效率高、功耗低、节能的过流过压保护恒流源电路，该恒流源电路可直接应用于直流电源中。本实用新型包括直流电源(1)、负载(3)，所述过流过压保护恒流源电路还包括一个耗尽型场效应晶体管(4)，所述直流电源(1)、所述负载(3)、所述耗尽型场效应晶体管(4)相串联构成回路，所述耗尽型场效应晶体管(4)的漏极为一接点，所述耗尽型场效应晶体管(4)的源极与栅极相短接构成另一接点。本实用新型可广泛应用于恒流源电路领域。

Description

一种过流过压保护恒流源电路

技术领域

本实用新型涉及一种过流过压保护恒流源电路。

背景技术

在实际应用中，很多负载虽然功耗不大，但却要求所提供的电源必须电流、电压在一定范围内保持相对稳定，同时要求对负载内的部分元件具有过流及过压保护的作用，解决这类负载的供电通常是采用恒流或稳压电源，而且在电源电路中还需要加入对负载中某些元件在异常情况下的过电流保护电路，这就使得这类电路元件多、电路复杂、电路浪费的功率比例大。

目前，LED的应用越来越广泛，用于日常室内和户外照明的LED灯具也正越来越普及。但是目前的LED驱动电路都需要设置稳流电路，这种电路外围元件多，虽然LED的照度稳定性较好，发光亮度变化小，但是其周边外围电路成本过高，另外，其消耗在外围电路上的功率相对于LED本身消耗的功率比例较大，常常是损耗功率占全部功率的20％～30％，使得原本省电的LED在应用中并未达到节能省耗的目的，其优点并未能完全发挥出来。如果设置一种与LED串联的恒流源器件，则可解决上述问题，但是，目前还没有一种这样的独立的恒流源器件应用于此。

“MOSFET”是英文“metal-oxide-semiconductor field effect transistor”的缩写，意即“金属氧化物半导体场效应晶体管”，其原理是所有现代集成电路芯片的基础。一个耗尽型MOSFET器件由三个基本部分构成：源极(S)、栅极(G)和漏极(D)。一个N-通道耗尽型MOS场效应管在源极及漏极之间接近栅极表面，有一个与源漏同极性的浅层掺杂层将源极与漏极相连接。当栅极与源极电压为正时，其饱和导通电流也随电压增高而增大，此点与增强型MOS场效应管相同。但是当栅极与源极同电位时，当漏极施以正压时，耗尽管先是经过电流急速上升的线性区，然后就进入恒流导通的饱和区，此时的漏极电压被称作饱和电压，漏极导通电流之大小与浅层掺杂层的浓度与深度有关，一般浓度与深度越大则电流越大。当栅极与源极之间施以负电压，则通道可以被截止，导通电流为零，此时的栅极电压被定义为开启电压，但是如果通道浓度太浓、深度太深，则栅极将无法截断通道电流。耗尽型MOS管由于在栅极与源极电压为零时，漏源极电流已呈恒流导通，这点导致其不如增强型MOS管在逻辑应用上方便，所以迄未被工业界单独做成器件来使用。由于耗尽型MOS管在栅极电压为零时已导通的特性及其在漏极电压增加时电流基本在饱和区直到漏极雪崩击穿，故其可作为一个恒流源使用。如果耗尽管漏极雪崩电压较低，例如在36伏以内，则耗尽管可作为安全的直流电源的低压恒流源之用。

综上所述，现有的技术存在以下不足：恒流或稳压电源元件多、电路复杂、负载效率低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种元件少、电路简单、效率高、功耗低、节能的过流过压保护恒流源电路，该恒流源电路可直接应用于直流电源中。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括直流电源、负载，所述过流过压保护恒流源电路还包括一个耗尽型场效应晶体管，所述直流电源、所述负载、所述耗尽型场效应晶体管相串联构成回路，所述耗尽型场效应晶体管的漏极为一接点，所述耗尽型场效应晶体管的源极与栅极相短接构成另一接点。

所述负载是LED组件或由若干个LED串联或串并联组成的LED灯具。

或者，所述负载是直流供电的电子电路。

或者，所述负载是直流电动机。

或者，所述负载是高阻性电热负载。

所述直流电源为电压可波动直流电源或恒压直流电源。

本实用新型的有益效果是：由于本实用新型包括直流电源、负载，所述过流过压保护恒流源电路还包括一个耗尽型场效应晶体管，所述直流电源、所述负载、所述耗尽型场效应晶体管相串联构成回路，所述耗尽型场效应晶体管的漏极为一接点，所述耗尽型场效应晶体管的源极与栅极相短接构成另一接点，在所述耗尽型场效应晶体管的栅极不加电压的情况下也保持导通状态，作为一个独立的恒流源器件，方便替换现有的外围稳压及稳流电路，使得电路元件大大减少、电路简单，故本实用新型元件少、电路简单、效率高、功耗低、节能，可直接应用于直流电源中并且具有过流过压保护功能，将其应用于LED发光电路中可节省整个电路的功耗。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的电路示意图；

图2是本实用新型实施例二的电路示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本实施例的恒流源器件包括直流电源1、负载3，所述过流过压保护恒流源电路还包括一个耗尽型场效应晶体管4，所述直流电源1、所述负载3、所述耗尽型场效应晶体管4相串联构成回路，所述耗尽型场效应晶体管4的漏极为一接点，所述耗尽型场效应晶体管4的源极与栅极相短接构成另一接点，所述直流电源1为电压可波动直流电源，所述负载3是LED组件，由于一般N-型耗尽管的饱和电压约在1～3伏之间，而本实用新型的恒流源器件在所述直流电源1的输出电压在(1.0+V₀)及(0.8×V_雪崩电压+V₀)之间波动时可起到保护LED负载的功能，其中，V₀为所述负载3的两端总电压。

在实际应用中，可将系列LED相串联，使其串联后的总体耐压接近但是低于所述直流电源1的输出电压，再将串联后的LED组件的正极端连接所述耗尽型场效应晶体管4的源极/栅极端，而将其漏极连接所述直流电源1的正极即可。本实用新型所述耗尽型场效应晶体管4在栅极、源极同电位时的饱和电流可视LED组件的电流需要而做调整，故可对LED组件提供恒流供应，同时当输出电压不稳定时，特别是高于常压的情形下，高出电压部分将会加到所述耗尽型场效应晶体管4的漏极及源极之间而不会影响作为负载的LED组件，所以可以对LED组件达到稳压保护的功能。如果输出电压低于常压，则会将过低的电压先降所述耗尽型场效应晶体管4的漏极及源极之间的电压，多余部分再平均分摊到每个串联的LED上，其结果除了造成通过LED的电流减小外，并不会对LED造成损伤，更不会造成无谓的能耗，故能使LED组件真正达到节能省耗的目的。当然，所述负载3也可以是直流供电的电子电路或是直流电动机或是高阻性电热负载等，在应用于这些电路时，本实用新型同样具有上述优点。

本实用新型中所述的耗尽型场效应晶体管4可采用以下方法制造：

(1)将P-型硅衬底的上表面在氧化炉管内热氧化生长出氧化层保护膜，然后在光刻机上利用第一光刻版进行光刻，再用含HF的腐蚀液对所述氧化层保护膜蚀刻；

(2)将二氟化硼或硼离子P型掺杂注入所述硅衬底内，再予以高温驱入，形成P+保护环及与所述硅衬底接触的P+接触区；

(3)在光刻机上利用第二光刻版进行光刻，再用干法蚀刻工艺对氧化层进行蚀刻，然后用离子注入机将砷离子或磷离子或二者混合注入所述硅衬底，形成N+重掺杂区，即形成N+源区、N+漏区及N+保护环；

(4)在光刻机上利用第三光刻版进行光刻，用含HF的腐蚀液对阻挡区的氧化层进行蚀刻，然后用高温干氧或湿氧形成氧化层，然后注入磷离子或额外再注入硼离子，再予以高温驱入，最终形成N-通道区及氧化层；

(5)在光刻机上利用第四光刻版进行光刻，再用蚀刻工艺对所述氧化层进行蚀刻，形成漏极通孔、源极N+通孔、衬底P+通孔；

(6)以溅射或蒸镀的方法沉积金属层，然后在光刻机上利用金属层光刻掩模版进行光刻，再用干法或湿法蚀刻工艺对金属层进行蚀刻，形成漏极金属、源极金属、栅极金属及连接金属。

实施例二：

如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例的所述负载3是由4个LED串联组成的LED灯具，当然，LED串联的数量可以根据需要进行变化，而且LED还可以进行串并联连接，所述直流电源1为12V恒压直流电源。本实施例可应用于汽车灯中。

本实施例其余特征同实施例一。

本实用新型通过采用所述耗尽型场效应晶体管4，在栅极不加电压的情况下也保持导通状态，作为一个独立的恒流源器件，方便替换现有的外围稳压及稳流电路。

本实用新型可广泛应用于恒流源电路领域。

Claims (6)

1、一种过流过压保护恒流源电路，包括直流电源(1)、负载(3)，其特征在于：所述过流过压保护恒流源电路还包括一个耗尽型场效应晶体管(4)，所述直流电源(1)、所述负载(3)、所述耗尽型场效应晶体管(4)相串联构成回路，所述耗尽型场效应晶体管(4)的漏极为一接点，所述耗尽型场效应晶体管(4)的源极与栅极相短接构成另一接点。

2、根据权利要求1所述的过流过压保护恒流源电路，其特征在于：所述负载(3)是LED组件或由若干个LED串联或串并联组成的LED灯具。

3、根据权利要求1所述的过流过压保护恒流源电路，其特征在于：所述负载(3)是直流供电的电子电路。

4、根据权利要求1所述的过流过压保护恒流源电路，其特征在于：所述负载(3)是直流电动机。

5、根据权利要求1所述的过流过压保护恒流源电路，其特征在于：所述负载(3)是高阻性电热负载。

6、根据权利要求1至5任意一项所述的过流过压保护恒流源电路，其特征在于：所述直流电源(1)为电压可波动直流电源或恒压直流电源。

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