[发明专利]保护电路的保护部件和方法

说明书

本方法一般涉及保护一个电路，特别是在故障条件，例如短路、过流及过热条件下保护一个电路。

在袖珍电子装置中，电子器件，例如电池包，经常受到物理的和电子的压力。三种通常的和具有潜在破坏性的压力是短路、过流和过热。保险丝提供保护以免受这些压力的影响，但是保险丝在每次激活后需要更换。具有正温度系数的热敏电阻器还随着温度增加而增加电阻器的电阻以减小电流，通过这种办法来提供保护以免受这些压力的影响。短路、过流和其它的故障情况都可以引起温度的增加。但是，热敏电阻阻值的增加时，由于电路没有完全断开，电池能量的排放仍在继续。当温度超过某个预定值时，更复杂的温度传感器电路或者减小电流，或者关断电源。一旦温度低于某个预定值，这些类型的电路通常把自己复位，而不管故障状态的原因是否已经消除。一些短路保护器件，例如硅控整流管(SCRs)，在检测到故障状态时关断电路，并且在从电路中移走电源后复位电路；其它的器件减小电流，保护电路免受故障状态的影响，却不关断电路，因此电路继续对电池放电。

因此，最好安装一个保护部件，当检测到短路时关断电路；当在不把电源从电路中断开的情况下排除了故障时，复位电路。当温度过高时，保护电路还应具有限制电流和关断电路的能力。保护电路简单、可靠、易于制造、价格低廉、重量轻及体积小也是我们所希望的。

本发明提供了用于使在负载中的具有第一电池端子和第二电池端子的电池包免于出故障的电路保护部件，该电路保护部件有一个第一负载端子和一个第二负载端子，该电路保护部件包括一个第一开关，其中该第一开关包括：第一晶体管，该第一晶体管具有一个控制电极，一个用于连接到第一电池端子的第一电流导通电极，和一个用于连接到第一负载端子的第二电流导通电极；第二晶体管，该第二晶体管具有一个控制电极，一个用于连接到第一晶体管的第一电流导通电极的第一电流导通电极，和一个用于连接到该第一晶体管的控制电极的第二电流导通电极；第一电阻，该第一电阻具有连接到第二电池端子并连接到第二负载端子的第一电极，和连接到第一晶体管的控制电极的第二电极；第二晶体管，该第二晶体管具有一个连接到第一晶体管的第二电流导通电极的第一电极，和一个用于连接到第二晶体管的第一电流导通电极的第二电极；第三晶体管，该第三晶体管具有连接到第二电阻的第一电极的第一电极和连接到第二晶体管的控制电极的第二电极。

图1图解说明了根据本发明的第一实施例的保护部件的示意图。

图2图解说明了根据本发明的第二实施例的保护部件的示意图。

图3图解说明了根据本发明的第三实施例的双向保护部件的示意图。

图4图解说明了根据本发明的第四实施例的保护开关的示意图。

图5图解说明了根据本发明的第五实施例的保护开关的示意图。

图6图解说明了根据本发明的第六实施例的双向保护开关的示意图。

一般地讲，本发明提供了一种保护电路免受超负荷影响的保护部件和方法。更特别的是，本发明提供了一种有源半导体部件，它能够在短路情况下断开，并且在故障情况排除后复位自身。

图1根据本发明的第一实施例图解说明了保护电路10的示意图。保护电路10对电池包36进行保护，使其免受负载38中潜在的故障条件的影响，负载38从电池包36中消耗能量。保护电路10有一个与电池包36正极相连的通用端子20。端子20也通过电池开关34与负载38的正极相连。保护部件10的第一端子30连接到电池包36的负极，同时保护部件10的第二端子40被连接到负载38的负极。在故障条件下，保护部件10成为端子40和端子30间的绝缘体，导致了电池包36与负载38隔离。适合于负载38的结构包括无源器件，例如电阻器、电容器和电感器，以及有源器件，例如晶体管。与串行连接的一个电压源35及一个内阻37相等效的电池包36可以包括单一电池，一个直流(DC)电源或它们的组合。

保护电路10包括第一N沟道绝缘栅场效应晶体管(FET)12，用作端子30和端子40间的开关，以及控制FET12的第二N沟道绝缘栅FET14。FET12有着一个通过电阻16与端子20相连的栅极、一个与端子30相连的源极以及与端子40相连的漏极。FET14具有通过电阻22与FET12的漏极相连的栅极、与FET12的源极相连的源极及与FET12的栅极相连的漏极。电阻器18把FET12的漏极连接到FET14的源极。当FET12非导通时，从而将电池包36与负载38相隔离，流过电阻器18的漏电流连续消耗电池电源。这样的漏电流是不希望有的。因此，最好为电阻器18选择很大的电阻值，例如兆欧姆的量级。