[发明专利]一种结构最简的GPTC过电流保护电路

说明书

技术领域：

本发明属于传感技术领域。尤其涉及具有对温度敏感的敏感元件和传感器。 

当前，PPTC过电流保护电路已得到了广泛的应用。由于PPTC是一种功能材料，其本身不是电子元件，用“非电子”元件来保护“电子电路”，必然存在系统特性不兼容问题，不但不能得到理想的保护效果，甚至还存在着安全隐患。 

近年来，随着微电脑、家用电器、移动通信装置向小型化、微型化发展，其内部因热积累带来的安全隐患越来越严重，市场急需一种微型、高效、安全的新型过电流保护装置，用以取代传统的PPTC，满足市场急需。 

用特性优异的“微电子”元件取代“非电子”元件，来保护电子电路，系统特性兼容，可克服传统PPTC器件的种种弊端。 

本实用新型的目的是提供一种新型的GPTC过电流保护器件。该GPTC保护器件用当代微电子技术改造PPTC的传统工艺，其工作原理、器件结构和生产工艺，与传统的PPTC截然不同，在国内外是一项重要的技术创新。 

发明内容：

本实用新型发明的原理是基于过电流引起的温升，并利用该温升直接阻断工作电流，保护用户负载。 

用半导体集成电路(IC)实现过电流保护的方法和电路很多。本实用新型发明的重点在于采用了最简的电路结构和最简的工艺制成。 

本实用新型的优点： 

1.电路结构最简。 

GPTC的电路仅含三个元件，在所有能实现过电流保护的电路中是最简 的。电路最简可带来一系列优点，例如集成度高、体积小、开发成本低等等，特别适合在微小空间内安装使用。 

2.导通电阻小。 

在常态工作时，GPTC的导通电阻很小，仅0.05Ω左右。GPTC自身的功率损耗极小，工作电源的电能利用率高。 

3.温度灵敏度高，动态相应快。 

过电流发生时，GPTC的温度灵敏度很高，接近∞。转换时间极短，为μS级。可确保GPTC能及时、高效地实现过电流保护。 

4.保护温度可调。 

保护温度是过电流保护的重要技术指标。保护温度可调，而且在不同的保护温度下，都具有很高的温度灵敏度。可设定“超前”保护，用以消除PPTC虽然能阻断过电流，但不能阻断温升而存在的安全隐患。 

5.工艺制成简单，开发周期短，生产成本低。适合半导体集成工艺生产线大批量生产。 

附图说明：

图1.是GPTC过电流保护电路的电路图。 

具体实施方式：

图1.中，E为直流电源端，GND为“地”端。该GPTC过电流保护电路，仅由限流电阻R、PN结组合D_E和N沟道增强型场效应晶体管(N-MOS)T三者组成，三者与用户负载R_L构成过电流保护系统。 

限流电阻R与PN结组合D_E相串联，构成温度采样支路。限流电阻R限定温度采样支路的工作电流I_D，并设定保护温度。 

PN结组合D_E作为测温组件，其压降V_D与过电流引起的温升成正比，并具有NTC特性，用以提供过电流保护的控制信号，控制N-MOS的工作状态，导通或截止。 

用户负载R_L作为被保护对象，它与N-MOS相串联，构成负载控制支路，为用户负载R_L提供额定的功率输出两者流过同一工作电流I_L(或I_T)，统一受控于温度采样信号。 

正常工作时，V_D压降较大，N-MOS处于导通状态，其导通电阻很小(约0.05Ω)，用户负载R_L流过额定的工作电流I_L。 

当过电流发生时，因系统温升增加，V_D压降随之减小，当V_D减小到某一阈值时，N-MOS迅速截止，其截止电阻很大(约≥1MΩ)，工作电流I_T被阻断，实现对用户负载R_L过电流的定温保护。 

电流I为GPTC电路的总电流。静态设计时，使工作电流I_D很小，其功耗不占主要份额，电路的总电流I近似等于用户负载R_L的工作电流I_L。 

GPTC的功率P＝EI≈EI_L。 

GPTC过电流保护电路可按输出功率不同，即供电电压E和工作电流I_L的不同，形成不同的产品系列。