TW202042469A - 半導體電路裝置 - Google Patents

Abstract

本發明半導體電路裝置包括：第一半導體、第二半導體、第一電阻器、第二電阻器及第一時延產生器，構成一個具有負載發生過載或短路保護功能之應用電路，而且等同單一半導體的特徵，可以避免負載兩端發生過載或短路所造成之損害。

Description

半導體電路裝置

本發明半導體電路裝置，具有在直流電路應用過程中負載兩端發生過載或短路之保護功能及其包括有第一半導體、第二半導體、第一電阻器、第二電阻器及第一時延產生器之電子技術領域。

如圖1所示，當電池11對負載100執行放電動作中發生負載100短路時，等同第二半導體20的基極B連接電池11的負電端，此時第二半導體20導通，因此第一半導體13開路，第一半導體13的漏極電流斷電流，若欲解除第二半導體20的導通狀態需將短路原因去除，即可解除第四半導體20的導通狀態，其缺點如下：

1.將負載100兩端造成短路的原因解除後，要設一個開關將負載100開路(Off)，再將所設的開關導通(On)電池11才能再供電於負載100，因此造成增加裝置成本及應用上之不便。

2.若要恢復正常的電路功能，將負載100兩端造成短路的原因解除後，再重新將電池11送電，也要增加一個開關，造成增加裝置成本及應用上之不 便。

本發明的目的：

本發明應用第一半導體、第二半導體、第一電阻器、第二電阻器及第一時延產生器，達到等同單一半導體功能的三電極特徵，而且能在直流電源電路供電中發生負載過載或短路時直流電源得到保護。

本發明應用第一半導體、第二半導體、第三半導體、第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器、第四電阻器及第二時延產生器，達到等同單一半導體功能的三電極特徵，而且能在直流電源電路供電中發生負載過載或短路時直流電源得到保護。

當負載發生短路時，本發明應用第二半導體能在極短之時間內執行第一半導體開路動作，達到保護直流電源電路之功能及避免因負載短路而引起之各種災害。

本發明第一時延產生器由第三電阻器、第四電阻器、第一電容器及第三半導體所構成，執行本發明在開機時，使第二半導體執行延時動作，達到短路原因排除時不必重新再送直流電源及不必負載兩端的短路原因去除後，需要一個開關執行開路與導通的動作。

本發明第二時延產生器為當第一直流電源供電時先輸出零電壓或低電壓，經過延長一段時間後輸出高電壓的特性，其係為一單時間(Single Timer)積體電路或其他時間控制積體電路至少包括操作放大器(Operational Amplifiers)所構成的時延產生器。

本發明有下列之特徵：

1.本發明之第一半導體其負責直流電源之開路(Off)與導通(On)供電於負載。

2.本發明之第二半導體，其負責控制第一半導體之開路與導通動作，以達到負載兩端發生短路時保護直流電源電路的目的。

3.本發明之第一時延產生器(First Time Delay Generator)，負責控制第二半導體之開路與導通動作時間，以達到啟動第一半導體導通之動作目的。

4.本發明之第一半導體包括P通道金屬氧化半導體場效電晶體(P Channel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,P Channel MOSFET)或P型電晶體二者可以根據需求自行選用。

5.本發明之第二半導體包括P通道金屬氧化半導體場效電晶體或P型電晶體二者可以根據需求自行選用。

6.本發明之第三半導體包括P通道金屬氧化半導體場效電晶體或P型電晶體二者可以根據需求自行選用。

7.本發明可以選用第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器、第四電阻器、第一電容器、第一半導體、第二半導體及第三半導體組成具有三端特徵的半導體單體以方便應用。

8.本發明可以選用第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器、第四電阻器、第一半導體、第二半導體、第三半導體及第二時延產生器組成具有三端特徵的半導體單體以方便應用。

10‧‧‧第一時延產生器

20‧‧‧第二時延產生器

11‧‧‧第一半導體

12‧‧‧第二半導體

13‧‧‧第三半導體

14‧‧‧第四半導體

15‧‧‧第五半導體

16‧‧‧第六半導體

21‧‧‧第一電阻器

22‧‧‧第二電阻器

23‧‧‧第三電阻器

24‧‧‧第四電阻器

25‧‧‧第一電容器

30‧‧‧第一端

40‧‧‧第二端

50‧‧‧第三端

60‧‧‧第一開關

100‧‧‧負載

200‧‧‧第一直流電源

VD‧‧‧時延產生器的正電壓端

V0‧‧‧時延產生器的正電壓輸出端

VG‧‧‧時延產生器的接地端

圖1為習知電池放電保護裝置之實施例。

圖2為本發明半導體電路裝置第一實施例。

圖3為本發明半導體電路裝置第二實施例。

圖4為本發明半導體電路裝置第三實施例。

如圖2所示，為本發明半導體電路裝置第一實施例，自圖中可知，其包括第一半導體11、第二半導體12、第三半導體13、第一電阻器21(First Resistor,21)、第二電阻器22(Second Resistor,22)、第三電阻器23(Third Resistor,23)、第四電阻器(Fourth Resistor,24)及第一電容器25(First Capacitor,25)，其第一端30(First Terminai,30)、第二端40(Second Terminal,40)及第三端50(Third Terminal.50)為對外連接端，其三端在外連接有第一開關60(First Switch,60)、負載100(Load,100)及第一直流電源200(First DC Power Source,200)。

如圖2所示，第一時延產生器10為由第三半導體13、第三電阻器23、第四電阻器24及第一電容器25所構成，當第一開關60沒有接上第一直流電源200時，其第三半導體13的汲極D與源極S是導通狀態，當第一開關60接上第一直流電源200時，第三電阻器23及第一電容器25的進行充電，充電中當第一電容器25的正電端與負電端兩端電壓末達到第三半導體13的閘極G開路電壓時，第三半導體13的汲極D與源極S乃為導通狀態。

如圖2所示，當第一電容器25兩端電壓達到第三半導體13的閘極G開路電壓時，其第三半導體13的汲極D與源極S由導通轉為開路，本發明就是應用第一電容器25的充電電壓是由零電壓至第三半導體13的閘極G開路電壓的特性，做為啟動第一 半導體11的汲極D與源極S導通的時間控制，其第四電阻器24做為第一直流電源200不供電時，將第一電容器25兩端存在的電壓放電到零電壓以得到第一電容器25的充電電壓是由零電壓至第三半導體13的閘極G開路電壓的特性。

如圖2所示，第一半導體11的閘極G(Gate,G)連接第二半導體12的汲極D(Drain,D)及第一電阻器21的一端；第一電阻器21的另一端連接第一時延產生器10的第四電阻器24的另一端及第一電容器25的負電端而構成第三端50。

如圖2所示，第二半導體12的閘極G連接第三半導體13的汲極D及第二電阻器22的一端；第二電阻器22的另一端連接第一半導體11的汲極D而成為第二端40。

如圖2所示，第一半導體11的源極S(Source,S)連接第二半導體12的源極S、第三半導體13的源極S及第三電阻器23的一端而成為第一端30。

如圖2所示，負載100的一端連接第二端40，負載100的另一端連接第一直流電源200的負電端及第三端50。

如圖2所示，第一半導體11為P通道金屬氧化半導體場效電晶體，第二半導體12為P通道金屬氧化半導體場效電晶體，第三半導體13為P通道金屬氧化半導體場效電晶體。

如圖2所示，當第一開關60轉向導通，此時第一直流電源200的正電端供電於第一端30，而第一直流電源200的負電端連接第三端50。

如圖2所示，當第一開關60轉向導通，同時供電於第一端30，從第一端30供電於第一半導體11的 源極S、第二半導體12的源極S、第三半導體13的源極S及第三電阻23的一端，因為第一直流電源200的正電端剛開始供電於第一時延產生器10的第三半導體13的閘極G，此時第三半導體13的汲極D與源極S為導通狀態，當第一電容器25兩端電壓達到第三半導體13的閘極G開路電壓時，第三半導體13的汲極D與源極S在導通轉為開路狀態，致使第二半導體12的汲極D與源極S開路，此時第一半導體11的汲極D與源極S導通，第一直流電源200供電於負載100；當第一電容器25兩端電壓達到第三半導體13的閘極G開路電壓時，其第一時延產生器10的第三半導體13的汲極D與源極S由導通後轉為開路，其延長的時間隨第一半導體11導通時間而定，而不予自限，由此可知，第一時延產生器10具有開啟第一半導體11導通的功能。

如圖2所示，當第一端30接有第一直流電源200的正電端，第三端50接有第一直流電源200的負電端時，第一直流電源200供電於負載100兩端，若將負載100兩端短路，其等同將第一直流電源200的負電端直接加於第一半導體11的汲極D與第二電阻器22，此時第一半導體11的汲極D與源極S兩端電壓降上升，第二半導體12的閘極G與源極S達到導通電壓時，第二半導體12的汲極與源極S導通，第一半導體11的閘極G與源極S兩端導通，於是第一半導體11的汲極D與源極S開路，第一直流電源200不供電於負載100，而達到負載100短路保護第一直流電源200的目的。

如圖2所示，當第一端30接有第一直流電源 200的正電端，第三端50接有第一直流電源200的負電端，第一直流電源200供電於負載100兩端，若將負載100加大亦就是增大負載100的電流量，此時第一半導體11的汲極D與源極S之電壓降值到達大於第二半導體12的閘源極導通電壓時，第二半導體12的汲極D與源極S導通，第一半導體11的閘極G與源極S兩端導通，於是第一半導體11的汲極D與源極S開路，第一直流電源200不供電於負載100，而達到負載100過載保護第一直流電源200的目的。

如圖3所示，為本發明半導體電路裝置第二實施例，自圖中可知，其包括第四半導體14、第五半導體15、第六半導體16、第一電阻器21、第二電阻器22、第三電阻器23、第四電阻器24及第一電容器25，其第一端30、第二端40及第三端50為對外連接端，其三端對外連接有第一開關60、負載100及第一直流電源200。

如圖3所示，第一時延產生器10為由第六半導體16、第三電阻器23、第四電阻器24及第一電容器25所構成，當第一開關60接上第一直流電源200時，其第六半導體16的集極C與射極E是導通狀態，經由第三電阻器23及第一電容器25的進行充電，充電中當第一電容器25的正電端與負電端兩端電壓末達到第六半導體16的基極B開路電壓時，第六半導體16的集極C與射極E乃為導通狀態。

如圖3所示，當第一電容器25兩端電壓達到第六半導體16的基極B開路電壓時，其第六半導體16的集極C與射極E由導通轉為開路，本發明就是應用第一電容器25的充電電壓是由零電壓至第六半 導體16的基極B開路電壓的特性，做為啟動第四半導體14的集極C與射極E導通的時間控制，其第四電阻器24做為第一直流電源200不供電時，將第一電容器25兩端存在的電壓放電到零電壓以得到第一電容器25的充電電壓是由零電壓至第六半導體16的基極B開路電壓的特性。

如圖3所示，第四半導體14的基極B連接第五半導體15的集極C及第一電阻器21的一端；第一電阻器21的另一端、第四電阻器24的另一端及第一電容器25的負電端連接在一起而構成第三端50。

如圖3所示，第五半導體15的基極B連接第二電阻器22的一端；第二電阻器22的另一端連接第四半導體14的集極C而成為第二端40。

如圖3所示，第四半導體14的射極E連接第五半導體15的射極E、第六半導體16的射極E及第三電阻器23的一端而成為第一端30。

如圖3所示，第三電阻器23的另一端連接第六半導體16的基極B、第四電阻器24的一端及第一電容器25的正電端。

如圖3所示，負載100的一端連接第二端40，負載100的另一端連接第一直流電源200的負電端及第三端50。

如圖3所示，第四半導體14為P型電晶體(P Type Transistor)，第五半導體15為P型電晶體，第六半導體16為P型電晶體。

如圖3所示，當第一開關60的轉向導通，此時第一直流電源200的正電端連接到第一端30，而第一直流電源200的負電端及負載100的另一端連接到 第三端50，負載100的一端連接到第二端40。

如圖3所示，當第一開關60的轉向導通，此時第一直流電源200的正電端供電於第一端30，從第三端50供負電於第一電阻器21到第四半導體14的基極B及第五半導體15的集極C，因為第一直流電源200的正電端亦供電於時延產生器10的第三電阻器23到第六半導體16的基極B、第四電阻器24的一端及第一電容器25的正電端，此時第六半導體16的集極C與射極E由導通轉為開路，在第六半導體16的集極C與射極E導通期間，第五半導體15的集極C與射極E開路，此時第四半導體14的集極C與射極E導通，第一直流電源200供電於負載100；當第六半導體16的集極C與射極E由導通轉為開路，第六半導體16的集極C與射極E開路時，其第五半導體15的基極B與射極E開路，第五半導體15的集極C與射極E亦開路，由此可知，第一時延產生器10具有啟動第四半導體14的功能。

如圖3所示，當第一端30接有第一直流電源200的正電壓時，第一直流電源200供電於負載100兩端，若將負載100兩端短路，其等同將第一直流電源200直接加於第四半導體14的集極C與射極E兩端，此時第四半導體11的集極C與射極E兩端電壓降上升，當第五半導體15的基極B與射極E達到導通電壓時，第五半導體15的集極C與射極E導通，第四半導體14的基極B與射極E兩端導通，於是第四半導體14的集極C與射極E開路，第一直流電源200不供電於負載100，而達到負載100短路保護第一直流電源200的目的。

如圖3所示，當第一端30接有第一直流電源200時，第一直流電源200供電於負載100兩端，若將負載100加大亦就是增大負載100的電流量，此時若第四半導體14的集極C與射極E之電壓降值大於第五半導體15的基射極導通電壓時，第五半導體15的集極C與射極E導通，第四半導體14的基極B與射極E兩端導通，於是第四半導體14的集極C與射極E開路，第一直流電源200不供電於負載100，而達到負載100過載保護第一直流電源200的目的。

由上述可知，圖2與圖3之動作原理與功能皆為相同，如圖2之第一半導體11為P通道金屬氧化半導體場效電晶體，圖3之第四半導體14為P型電晶體，兩者之差異僅在應用於不同之負載100，如P通道金屬氧化半導體場效電晶體之應用特性為低電壓高電流，適用於低電壓高電流之負載100，P型電晶體之應用特性為低電壓低電流，適用於低電壓低電流之負載100，由此可知其可以隨負載100之需求選用，因此其第一半導體11與第四半導體14是可互相替代，而不予自限。

由上述可知，圖2與圖3之動作原理與功能皆為相同，如圖2之第二半導體12為P通道金屬氧化半導體場效電晶體，圖3之第五半導體15為P型電晶體，可知其可以隨負載100之需求選用，因此其第二半導體12與第五半導體15是可互相替代，而不予自限。

由上述可知，圖2與圖3之動作原理與功能皆為相同，如圖2之第三半導體13為P通道金屬氧化半導體場效電晶體，圖3之第六半導體16為P型 電晶體，可知其可以隨負載100之需求選用，因此其第三半導體13與第六半導體16是可互相替代，而不予自限。

如圖4所示，為本發明半導體電路裝置第三實施例，自圖中可知，其包括第一半導體11、第二半導體12、第三半導體13、第一電阻器21、第二電阻器、第三電阻器23、第四電阻器24及第二時延產生器20，其第一端30、第二端40及第三端50為對外連接端，其三端在外連接有第一開關60、負載100及第一直流電源200。

如圖4所示，其電路是去除圖2的第一電容器25，而增加一第二時延產生器20外，其餘電路皆與圖3相同，而不贅述，第二時延產生器20具有正電壓端VD、正電壓輸出端V0及負電端VG。

如圖4所示，第一半導體11的閘極G連接第二半導體12的汲極D及第一電阻器21的一端；第一電阻器21的另一端連接第二時延產生器20的接地端VG及第四電阻器24的另一端而構成第三端50。

如圖4所示，第二半導體12的閘極G連接第三半導體13的汲極D及第二電阻器22的一端；第二電阻器22的另一端連接第一半導體11的汲極D而成為第二端40。

如圖4所示，第一半導體11的源極S(Source,S)連接第二半導體12的源極S、第三半導體13的源極S及第二時延產生器20的正電壓端VD而成為第一端30。

如圖4所示，負載100的一端連接第二端40，負載100的另一端連接第一直流電源200的負電端及 第三端50。

如圖4所示，當第一開關60接上第一直流電源200時，其第三半導體13的汲極D與源極S是導通狀態，第二時延產生器20的正電壓輸出端V0輸出零電壓或低電壓，延長一段時間後輸出高電壓供電於第三電阻器23、第三半導體13的閘極G及第四電阻器24，因為第三半導體13的閘極G得有第二時延產生器20的正電壓輸出端V0輸出的正電壓，此時第三半導體13的汲極D與源極S乃為由導通狀態轉為開路狀態，其第二時延產生器20的正電壓輸出端V0輸出的低電壓到高電壓所延長的時間長短，隨其第一半導體11的汲極D與源極S的導通特性而定。

如圖4所示，當第一開關60的轉向導通，同時供電於第一端30，從第一端30供電於第一半導體11的源極S、第二半導體12的源極S、第三半導體13的源極S及第二時延產生器20的正電壓端VD，因為第一直流電源200的正電端剛開始供電於第二時延產生器20的正電壓端VD，此時第三半導體13的汲極D與源極S在導通狀態，當第二時延產生器20的正電壓輸出端V0由低電壓轉為正高電壓達到第三半導體13的閘極G開路電壓時，第三半導體13的汲極D與源極S乃為由導通狀態轉為開路狀態，致使第二半導體12的汲極D與源極S開路，此時第一半導體11的汲極D與源極S導通，第一直流電源200供電於負載100；當第三半導體13的汲極D與源極S由導通後轉為開路，其延長的時間隨第一半導體11導通時間而定，而不予自限，由此可知，第二時延產生器20具有開啟第一半導體11 導通的功能。

如圖4所示，當第一端30接有第一直流電源200的正電端，第三端50接有第一直流電源200的負電端，第一直流電源200供電於負載100兩端，若將負載100兩端短路，其等同將第一直流電源200直接加於第一半導體11的汲極D與源極S兩端，此時第一半導體11的汲極D與源極S兩端電壓降上升，第二半導體12的閘極G與源極S達到導通電壓時，第二半導體12的汲極D與源極S導通，第一半導體11的閘極G與源極S兩端電壓低，於是第一半導體11的汲極D與源極S開路，第一直流電源200不供電於負載100，而達到負載100短路保護第一直流電源200的目的。

如圖4所示，當第一端30接有第一直流電源200的正電端，第三端50接有第一直流電源200的負電端，第一直流電源200供電於負載100兩端，若將負載100加大亦就是增大負載100的電流量，此時第一半導體11的汲極D與源極S之電壓降值到達大於第二半導體12的閘源極導通電壓時，第二半導體12的汲極D與源極S導通，第一半導體11的閘極G與源極S兩端電壓低，於是第一半導體11的汲極D與源極S開路，第一直流電源200不供電於負載100，而達到負載100過載保護第一直流電源200的目的。

發明人從事電子科技研究多年，本發明所提的實施例皆經過實驗及實作證明其成功，並且可據予實施，以上所述實施例僅是為充分說明本發明所舉的較佳的實施例，本發明的保護範圍不限於此，包括本技術領域的技術人員，在本發明基礎上所作的等 同替代或變換，皆在本發明的保護範圍內。本發明的保護範圍以申請專利範圍書為準。

10‧‧‧第一時延產生器

11‧‧‧第一半導體

12‧‧‧第二半導體

13‧‧‧第三半導體

21‧‧‧第一電阻器

22‧‧‧第二電阻器

23‧‧‧第三電阻器

24‧‧‧第四電阻器

25‧‧‧第一電容器

30‧‧‧第一端

40‧‧‧第二端

50‧‧‧第三端

60‧‧‧第一開關

100‧‧‧負載

200‧‧‧第一直流電源

Claims (10)

1. 一種半導體電路裝置，其應用於直流電路，當該直流電路之負載發生過載或短路時，其功能為使該直流電路得到保護，該半導體電路裝置包括：一第一半導體，具有一汲極、一源極及一閘極；一第二半導體，具有一汲極、一源極及一閘極，該第二半導體的汲極連接該第一半導體的閘極，該第二半導體的源極連接該第一半導體的源極；一第一電阻器，具有二連接端，該第一電阻器的一端連接該第一半導體的閘極及該第二半導體的汲極；一第二電阻器，具有二連接端，該第二電阻器的一端連接該第二半導體的閘極，該第二電阻器的另一端連接該第一半導體的汲極成為第二端；及一第一時延產生器，具有開啟第一半導體導通的功能，其包括有第三電阻器、第四電阻器、第一電容器及第三半導體，其中，該第三半導的汲極連接該第二半導體的閘極，該第三半導的源極連接該第三電阻器的一端、該第二半導體的源極及該第一半導體的源極成為第一端，該第三電阻器的另一端連接該第四電阻器的一端、該第一電容器的正電端及該第三半導體的閘極，該第四電阻器的另一端連接該第一電容器的負電端及該第一電阻器的另一端成為第三端。
2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體電路裝置，其中，該第一半導體為P通道金屬氧化半導體場效電晶體或P型電晶體。
3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體電路裝置，其中，該第二半導體為P通道金屬氧化半導體場效電晶體或P型電晶體。
4. 如申請專利範圍第1項所述的半導體電路裝置，其中，該第三半導體為P通道金屬氧化半導體場效電晶體或P型電晶體。
5. 一種半導體電路裝置，其應用於直流電路，當該直流電路之負載發生過載或短路時，其功能為使該直流電路得到保護，該半導體電路裝置包括：一第一半導體，具有一汲極、一源極及一閘極；一第二半導體，具有一汲極、一源極及一閘極，該第二半導體的汲極連接該第一半導體的閘極，該第二半導體的源極連接該第一半導體的源極；一第三半導體，具有一汲極、一源極及一閘極，該第三半導體的汲極連接該第二半導體的閘極，該第三半導體的源極連接該第二半導體的源極；一第一電阻器，具有二連接端，該第一電阻器的一端連接該第一半導體的閘極及該第二半導體的閘極；一第二電阻器，具有二連接端，該第二電阻器的一端連接該第二半導體的閘極及該第三半導體的汲極，該第二電阻器的另一端連接該第一半導體的汲極成為第二端；一第三電阻器，具有二連接端，該第三電阻器的一端連接該第三半導體的閘極；一第四電阻器，具有二連接端，該第四電阻器的一端連接該第三半導體的閘極及該第三電阻器的一端，該第四電阻器的另一端連接該第一電阻器的另一端；及一第二時延產生器，具有開啟第一半導體導通的功能，並且具有正電壓端、正電壓輸出端及負電端，該第二時延產生器的正電壓端連接該第一半導體的源極、 該第二半導體的源極及該第三半導體的源極成為第一端，該第二時延產生器的正電壓輸出端連接該第三電阻器的另一端，該第二時延產生器的負電端連接該第四電阻器的另一端及該第一電阻器的另一端成為第三端。
6. 如申請專利範圍第5項所述的半導體電路裝置，其中，該第一半導體為P通道金屬氧化半導體場效電晶體或P型電晶體。
7. 如申請專利範圍第5項所述的半導體電路裝置，其中，該第二半導體為P通道金屬氧化半導體場效電晶體或P型電晶體。
8. 如申請專利範圍第5項所述的半導體電路裝置，其中，該第三半導體為P通道金屬氧化半導體場效電晶體或P型電晶體。
9. 如申請專利範圍第1或5項所述的半導體電路裝置，其中，該第一端連接第一開關的一端，該第一開關的另一端連接第一直流電源的正電端，該第一直流電源的負電端連接該第三端。
10. 如申請專利範圍第1或5項所述的半導體電路裝置，其中，該第二端連接負載的一端，該負載的另一端連接該第三端及該第一直流電源的負電端。

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