一種對負載或輸出進行限流保護的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對負載或輸出進行限流保護的裝置，該裝置包括電源模塊、限流電路、復(fù)位電路和負載，該限流電路包括場效應(yīng)晶體管、電感、第零至第三電阻，其中：場效應(yīng)晶體管、電感、第零電阻與負載串聯(lián)連接，且第零至第三電阻與場效應(yīng)晶體管構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，當電流超過設(shè)定的電流閾值時，第零電阻的電阻值將瞬時由低阻值變?yōu)楦咦柚担⑶?，由于第零電阻的阻值變?yōu)楦咦柚担诹阒恋谌娮枧c場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)將把場效應(yīng)晶體管的柵極電壓設(shè)置到限流的電位，進而能夠快速有效的實現(xiàn)限流，實現(xiàn)對瞬時大電流的快速反應(yīng)，有效的保護電路元件。
【專利說明】一種對負載或輸出進行限流保護的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源或電路保護【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種對負載或輸出進行限流保護的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電源或電路保護技術(shù)是電路系統(tǒng)或設(shè)備中的一種重要技術(shù)，由于電源或電路系統(tǒng)工作環(huán)境常常比較惡劣，時常會受到外界的干擾，使得系統(tǒng)的電流瞬時變大，影響電路可靠性及壽命。為此，限流電路是電源或者供電系統(tǒng)中必備的電路模塊。
[0003]通常，限流電流由采樣、反饋、限流處理等模塊組成，由于各模塊的寄生特性，這種限流電路的響應(yīng)速度比較慢，通常為微秒級。而對于更快的電流毛刺，則無能為力。
[0004]本發(fā)明考慮上述問題，采用新一代阻變存儲單元并配合反饋限流機制，克服常規(guī)限流電路速度慢的缺陷，使得限流的速度大大提升。并在環(huán)路中傳入電感，有效抑制電流的上升時間。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點在于，提出了一種幾乎無延遲的限流機制。對待保護模塊提供了一種更可靠的保障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明的目的在于，為克服目前常規(guī)的限流電路速度慢的特性，利用新型的阻變存儲器件對大電流和電壓的快速響應(yīng)機制，并聯(lián)合基于場效應(yīng)晶體管的限流電路，提出了一種對負載或輸出進行限流保護的裝置，從而實現(xiàn)了對敏感器件進行更為可靠的保護。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種對負載或輸出進行限流保護的裝置，該裝置包括電源模塊101、限流電路102、復(fù)位電路103和負載104，該限流電路102包括場效應(yīng)晶體管、電感L、第零至第三電阻(R0、R1、R2、R3)，其中:場效應(yīng)晶體管、電感L、第零電阻RO與負載104串聯(lián)連接，且第零至第三電阻(R0、RU R2、R3)與場效應(yīng)晶體管構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，當電流超過設(shè)定的電流閾值時，第零電阻RO的電阻值將瞬時由低阻值變?yōu)楦咦柚担⑶?，由于第零電阻RO的阻值變?yōu)楦咦柚担诹阒恋谌娮?R0、RU R2、R3)與場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)將把場效應(yīng)晶體管的柵極電壓設(shè)置到限流的電位，進而能夠快速有效的實現(xiàn)限流。
[0010]上述方案中，所述第零電阻RO是具有阻變特性的阻變式存儲器(RRAM)，當有大電流流過時，第零電阻RO的阻值將瞬時變大。
[0011]上述方案中，所述場效應(yīng)晶體管為P溝道場效應(yīng)晶體管Tl，電感L、第零電阻R0、P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的源漏極及負載104串聯(lián)連接，第一齊納二極管Dl與P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的柵源極并聯(lián)，P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的柵極經(jīng)由第一電阻Rl和電感L連接到電源模塊101的正極，并經(jīng)過該反饋網(wǎng)絡(luò)連接到電源模塊101的負極。
[0012]上述方案中，當電流增加時，流經(jīng)第零電阻RO的電流和電壓均增加，當流經(jīng)第零電阻RO的電流或第零電阻RO兩端的電壓超過一定的閾值時，第零電阻RO的阻值將瞬間變大，使電流減小，與此同時，第零電阻RO阻值的變大將引起該反饋網(wǎng)絡(luò)電阻的變化，并為P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的柵極提供一個起限流控制作用的電位。在P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的源漏極之間還并聯(lián)連接有一第五電阻R5。第一齊納二極管Dl被反向偏置在P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的源柵極上，其工作在反向偏置上，故其反向偏置電壓應(yīng)能使P溝道場效應(yīng)晶體管Tl正常工作，源漏電阻足夠小。
[0013]上述方案中，所述場效應(yīng)晶體管為N溝道場效應(yīng)晶體管T2，電感L、第零電阻R0、N溝道場效應(yīng)晶體管T2的源漏極及負載104串聯(lián)連接，第二齊納二極管D2與N溝道場效應(yīng)晶體管T2的柵源極并聯(lián)，N溝道場效應(yīng)晶體管T2的柵極經(jīng)由第二電阻R2和電感L連接到電源模塊101的正極，并經(jīng)過該反饋網(wǎng)絡(luò)連接到電源模塊101的負極。當電流增加時，流經(jīng)第零電阻RO的電流和電壓均增加，當流經(jīng)第零電阻RO的電流或第零電阻RO兩端的電壓超過一定的閾值時，第零電阻RO的阻值將瞬間變大，使電流減小，與此同時，第零電阻RO阻值的變大將引起該反饋網(wǎng)絡(luò)電阻的變化，并為N溝道場效應(yīng)晶體管T2的柵極提供一個起限流控制作用的電位。在N溝道場效應(yīng)晶體管T2的源漏極之間還并聯(lián)連接有一第五電阻R5。第二齊納二極管D2被反向偏置在N溝道場效應(yīng)晶體管T2的源柵極上，其工作在反向偏置上，故其反向偏置電壓應(yīng)能使N溝道場效應(yīng)晶體管T2正常工作，源漏電阻足夠小。
[0014]上述方案中，所述復(fù)位電路103連接在第零電阻RO與負載104之間，當已完成對電路過流的保護時，第零電阻RO的阻值也已由低阻值變?yōu)楦咦柚担瑸榱耸闺娐纺茉俅握９ぷ?，采用?fù)位電路103使第零電阻RO的阻值重新回到低阻值。所述復(fù)位電路103由電源(Vset)、第四電阻R4和第二開關(guān)S2串聯(lián)構(gòu)成，當已完成對電路過流的保護，第零電阻RO的阻值也已由低阻值變?yōu)楦咦柚?，此時，接通第二開關(guān)S2，即可將第零電阻RO恢復(fù)到低阻值。
[0015](三)有益效果
[0016]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]1、本發(fā)明提供的這種對負載或輸出進行限流保護的裝置，由于第零電阻RO為具有阻變特性的阻變式存儲器(RRAM)，當有大電流流過第零電阻RO時，第零電阻RO的阻值將瞬時變大，增加了串聯(lián)回路的阻抗，與此同時，隨著第零電阻RO阻值的增大，將使得由第零至第三電阻(R0、R1、R2、R3)與場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)總阻值增大，從電源上獲得的壓降增加，降低了場效應(yīng)晶體管上的源極柵極壓降，進一步限制了系統(tǒng)中的電流，從而實現(xiàn)了電源和負載進行保護。
[0018]2、本發(fā)明提供的這種對負載或輸出進行限流保護的裝置，采用具有對過流超快速反應(yīng)的第零電阻RO和由第零至第三電阻(R0、R1、R2、R3)與場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)兩種機制，可實現(xiàn)對系統(tǒng)瞬時大電流的快速反應(yīng)，有效的保護系統(tǒng)元件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是依照本發(fā)明第一實施例的由P溝道場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的對負載或輸出進行限流保護的裝置的示意圖；
[0020]圖2是依照本發(fā)明第二實施例的由N溝道場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的對負載或輸出進行限流保護的裝置的示意圖。

【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0022]圖1和圖2分別提供了依照本發(fā)明第一及第二實施例的P溝道場效應(yīng)晶體管Tl和采用N溝道場效應(yīng)晶體管T2及阻變存儲單元的第零電阻RO所構(gòu)成的對負載或輸出進行限流保護的裝置的示意圖，該裝置包括電源模塊101、限流電路102、復(fù)位電路103和負載104，該限流電路102包括場效應(yīng)晶體管、電感L、第零至第三電阻(R0、R1、R2、R3)，其中:場效應(yīng)晶體管、電感L、第零電阻RO與負載104串聯(lián)連接，且第零至第三電阻(R0、RU R2、R3)與場效應(yīng)晶體管構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，當電流超過設(shè)定的電流閾值時，第零電阻RO的電阻值將瞬時由低阻值變?yōu)楦咦柚?，并且，由于第零電阻RO的阻值變?yōu)楦咦柚担诹阒恋谌娮?R0、R1、R2、R3)與場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)將把場效應(yīng)晶體管的柵極電壓設(shè)置到限流的電位，進而能夠快速有效的實現(xiàn)限流。
[0023]其中，所述第零電阻RO是具有阻變特性的阻變式存儲器(RRAM)，當有大電流流過時，第零電阻RO的阻值將瞬時變大。
[0024]所述場效應(yīng)晶體管可以為P溝道場效應(yīng)晶體管Tl，也可以為N溝道場效應(yīng)晶體管T2。當場效應(yīng)晶體管為P溝道場效應(yīng)晶體管Tl時，電感L、第零電阻R0、P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的源漏極及負載104串聯(lián)連接，第一齊納二極管Dl與P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的柵源極并聯(lián)，P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的柵極經(jīng)由第一電阻Rl和電感L連接到電源模塊101的正極，并經(jīng)過該反饋網(wǎng)絡(luò)連接到電源模塊101的負極。當電流增加時，流經(jīng)第零電阻RO的電流和電壓均增加，當流經(jīng)第零電阻RO的電流或第零電阻RO兩端的電壓超過一定的閾值時，第零電阻RO的阻值將瞬間變大，使電流減小，與此同時，第零電阻RO阻值的變大將引起該反饋網(wǎng)絡(luò)電阻的變化，并為P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的柵極提供一個起限流控制作用的電位。在P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的源漏極之間還并聯(lián)連接有一第五電阻R5。第一齊納二極管Dl被反向偏置在P溝道場效應(yīng)晶體管Tl的源柵極上，其工作在反向偏置上，故其反向偏置電壓應(yīng)能使P溝道場效應(yīng)晶體管Tl正常工作，源漏電阻足夠小。
[0025]當場效應(yīng)晶體管為N溝道場效應(yīng)晶體管T2時，電感L、第零電阻R0、N溝道場效應(yīng)晶體管T2的源漏極及負載104串聯(lián)連接，第二齊納二極管D2與N溝道場效應(yīng)晶體管T2的柵源極并聯(lián)，N溝道場效應(yīng)晶體管T2的柵極經(jīng)由第二電阻R2和電感L連接到電源模塊101的正極，并經(jīng)過該反饋網(wǎng)絡(luò)連接到電源模塊101的負極。當電流增加時，流經(jīng)第零電阻RO的電流和電壓均增加，當流經(jīng)第零電阻RO的電流或第零電阻RO兩端的電壓超過一定的閾值時，第零電阻RO的阻值將瞬間變大，使電流減小，與此同時，第零電阻RO阻值的變大將引起該反饋網(wǎng)絡(luò)電阻的變化，并為N溝道場效應(yīng)晶體管T2的柵極提供一個起限流控制作用的電位。在N溝道場效應(yīng)晶體管T2的源漏極之間還并聯(lián)連接有一第五電阻R5。第二齊納二極管D2被反向偏置在N溝道場效應(yīng)晶體管T2的源柵極上，其工作在反向偏置上，故其反向偏置電壓應(yīng)能使N溝道場效應(yīng)晶體管T2正常工作，源漏電阻足夠小。
[0026]復(fù)位電路103連接在第零電阻RO與負載104之間，當已完成對電路過流的保護時，第零電阻RO的阻值也已由低阻值變?yōu)楦咦柚担瑸榱耸闺娐纺茉俅握９ぷ?，采用?fù)位電路103使第零電阻RO的阻值重新回到低阻值。所述復(fù)位電路103由電源(Vset)、第四電阻R4和第二開關(guān)S2串聯(lián)構(gòu)成，當已完成對電路過流的保護，第零電阻RO的阻值也已由低阻值變?yōu)楦咦柚?，此時，接通第二開關(guān)S2，即可將第零電阻RO恢復(fù)到低阻值。
[0027]再參照圖1和圖2，場效應(yīng)晶體管(Tl，T2)的源漏通道、電感L、第零電阻RO與負載104串聯(lián)在電路中，第一及第二齊納二極管(D1，D2)并聯(lián)在場效應(yīng)晶體管的柵源端，相對于場效應(yīng)晶體管的柵源端反向連接。場效應(yīng)晶體管的柵端經(jīng)由反饋網(wǎng)絡(luò)(R0、R1、R2、R3)分別連接到電源的正負極，柵端的電壓由這個電阻網(wǎng)絡(luò)經(jīng)電源電壓分壓決定。電容Cl與負載104并聯(lián)，減小紋波電壓。電壓源Vset經(jīng)分壓電阻R4來給第零電阻RO復(fù)位使用。
[0028]當電路中的電流增大時，流經(jīng)第零電阻RO的電流和電壓均增加，當流經(jīng)第零電阻RO的電流或者第零電阻RO兩端的電壓超過一定的閾值時，第零電阻RO的阻值將瞬間變大，使系統(tǒng)的電流減小，與此同時，第零電阻RO阻值的變大，將引起由(R0、RU R2、R3)組成的反饋網(wǎng)絡(luò)電阻的變化，并為場效應(yīng)晶體管的柵極提供一個起限流控制作用的電位。
[0029]各個元件的參數(shù)選擇參考如下:
[0030]第零電阻RO器件特性的選擇需要綜合其低阻值、高阻值、電流閾值、電壓閾值、轉(zhuǎn)變電壓等參數(shù)。通常，低阻值應(yīng)盡量低，以便對負載104不影響；高阻值的選擇應(yīng)與第二及第三電阻(R2、R3)在一個量級或者更大，需保證，在高阻值上，柵極能得到一個合適的限流電位。
[0031]反饋網(wǎng)絡(luò)的選擇原則是，在電路正常工作電流下，第零電阻RO為低阻值，需保證第一電阻Rl兩端的壓降應(yīng)大于或等于第一及第二齊納二極管(D1，D2)的最大反向電壓；并且，第零至第三(R0、RU R2、R3)所組成的反饋網(wǎng)絡(luò)的電阻應(yīng)比負載電阻大很多，以減少限流電路的功耗。
[0032]第四電阻R4的選擇原則是，應(yīng)與第零電阻RO的高組態(tài)相匹配，因為由第四電阻R4和第零電阻RO串聯(lián)，且之間電壓為與Vs、Vset之差，因此，第四電阻R4的選取需保證第零電阻RO上的電壓降能夠超過發(fā)生轉(zhuǎn)變的電壓閾值。
[0033]第一及第二齊納二極管(Dl，D2)是反向偏置在場效應(yīng)晶體管的源柵極上，其工作在反向偏置上，故其反向偏置電壓應(yīng)能使場效應(yīng)晶體管正常工作，源漏電阻足夠小。
[0034]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，該裝置包括電源模塊(101)、限流電路(102)、復(fù)位電路(103)和負載(104)，該限流電路(102)包括場效應(yīng)晶體管、電感(L)、第零至第三電阻(R0、R1、R2、R3)，其中: 場效應(yīng)晶體管、電感(L)、第零電阻(RO)與負載(104)串聯(lián)連接，且第零至第三電阻(R0> RU R2、R3)與場效應(yīng)晶體管構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，當電流超過設(shè)定的電流閾值時，第零電阻(RO)的電阻值將瞬時由低阻值變?yōu)楦咦柚?，并且，由于第零電?RO)的阻值變?yōu)楦咦柚担诹阒恋谌娮?R0、RU R2、R3)與場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)將把場效應(yīng)晶體管的柵極電壓設(shè)置到限流的電位，進而能夠快速有效的實現(xiàn)限流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，所述第零電阻(RO)是具有阻變特性的阻變式存儲器(RRAM)，當有大電流流過時，第零電阻(RO)的阻值將瞬時變大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管為P溝道場效應(yīng)晶體管(Tl)，電感(L)、第零電阻(RO)、P溝道場效應(yīng)晶體管(Tl)的源漏極及負載(104)串聯(lián)連接，第一齊納二極管(Dl)與P溝道場效應(yīng)晶體管(Tl)的柵源極并聯(lián)，P溝道場效應(yīng)晶體管(Tl)的柵極經(jīng)由第一電阻(Rl)和電感(L)連接到電源模塊(101)的正極，并經(jīng)過該反饋網(wǎng)絡(luò)連接到電源模塊(101)的負極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，當電流增加時，流經(jīng)第零電阻(RO)的電流和電壓均增加，當流經(jīng)第零電阻(RO)的電流或第零電阻(RO)兩端的電壓超過一定的閾值時，第零電阻(RO)的阻值將瞬間變大，使電流減小，與此同時，第零電阻(RO)阻值的變大將引起該反饋網(wǎng)絡(luò)電阻的變化，并為P溝道場效應(yīng)晶體管(Tl)的柵極提供一個起限流控制作用的電位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，在P溝道場效應(yīng)晶體管(Tl)的源漏極之間還并聯(lián)連接有一第五電阻(R5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，第一齊納二極管(Dl)被反向偏置在P溝道場效應(yīng)晶體管(Tl)的源柵極上，其工作在反向偏置上，故其反向偏置電壓應(yīng)能使P溝道場效應(yīng)晶體管(Tl)正常工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管為N溝道場效應(yīng)晶體管(T2)，電感(L)、第零電阻(RO)、N溝道場效應(yīng)晶體管(T2)的源漏極及負載(104)串聯(lián)連接，第二齊納二極管(D2)與N溝道場效應(yīng)晶體管(T2)的柵源極并聯(lián)，N溝道場效應(yīng)晶體管(T2)的柵極經(jīng)由第二電阻(R2)和電感(L)連接到電源模塊(101)的正極，并經(jīng)過該反饋網(wǎng)絡(luò)連接到電源模塊(101)的負極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，當電流增加時，流經(jīng)第零電阻(RO)的電流和電壓均增加，當流經(jīng)第零電阻(RO)的電流或第零電阻(RO)兩端的電壓超過一定的閾值時，第零電阻(RO)的阻值將瞬間變大，使電流減小，與此同時，第零電阻(RO)阻值的變大將引起該反饋網(wǎng)絡(luò)電阻的變化，并為N溝道場效應(yīng)晶體管(T2)的柵極提供一個起限流控制作用的電位。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，在N溝道場效應(yīng)晶體管(T2)的源漏極之間還并聯(lián)連接有一第五電阻(R5)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，第二齊納二極管(D2)被反向偏置在N溝道場效應(yīng)晶體管(T2)的源柵極上，其工作在反向偏置上，故其反向偏置電壓應(yīng)能使N溝道場效應(yīng)晶體管(T2)正常工作。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，所述復(fù)位電路(103)連接在第零電阻(RO)與負載(104)之間，當已完成對電路過流的保護時，第零電阻(RO)的阻值也已由低阻值變?yōu)楦咦柚?，為了使電路能再次正常工作，采用?fù)位電路(103)使第零電阻(RO)的阻值重新回到低阻值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的對負載或輸出進行限流保護的裝置，其特征在于，所述復(fù)位電路(103)由電源(Vset)、第四電阻(R4)和第二開關(guān)(S2)串聯(lián)構(gòu)成，當已完成對電路過流的保護，第零電阻(RO)的阻值也已由低阻值變?yōu)楦咦柚?，此時，接通第二開關(guān)(S2)，即可將第零電阻(RO)恢復(fù)到低阻值。
【文檔編號】H02H9/02GK104242277SQ201310249870
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月21日
【發(fā)明者】余兆安, 姚志宏, 霍宗亮, 龍世兵, 謝常青, 劉明 申請人:中國科學院微電子研究所