[发明专利]过电流保护电路

说明书

本发明涉及到电路的过电流保护。PTC电路保护器件是公知的器件。这种器件和负载是串联布置的，在正常操作状态下处在一种低温、低电阻的状态。然而，如果通过PTC器件的电流急剧增加，以及/或者PTC器件周围的环境温度急剧地上升，以及/或是正常操作电流的维持时间超过了正常操作时间，PTC器件就会被“断路(trip)”，即转换到一种高温、高电阻状态，从而使电流明显地下降。即使是电流和/或温度恢复到其正常的水平，这种PTC器件通常仍会维持在断路状态，直到PTC器件从电源上断开并且冷却时为止。实用的PTC器件包含一个由PTC导电聚合物构成的PTC元件，它是一种由(1)有机聚合物和(2)分散或是分布在聚合物中的一种颗粒状导电填料最好是碳黑构成的合成物。例如，在美国专利US4237441，4238812，4315237，4317027，4426633，4545926，4689475，4724417，4774024，4780598，4800253，4845838，4857880，4859836，4907340，4924074，4935156，4967176，5049850，5089801以及5378407号中说明了这种PTC导电聚合物以及包含这种聚合物的PTC器件。

通常使用的PTC保护器件受到一种限制，如果过电流比较小，例如仅有正常电路电流的几倍，PTC器件有可能需要较长的时间才能转变到断路状态。

我们已经发现了一种新式的过电流保护系统，它可以对造成负载上电压降低的过电流作出快速响应等，例如使负载部分或是完全短路，并且特别适合在过电流比较小时为电路提供保护。在这种新式系统中，控制元件与负载是并联布置的。因此，当负载两端的电压下降时，控制元件两端的电压也会下降。控制元件被功能性地连接到一个与负载串联的断路元件，当控制元件两端的电压下降时使断路元件从一种相对导电的状态转变到一种相对不导电的状态(包括完全打开的状态)。该系统还包括一个与断路元件并联的旁路元件。在电路刚刚接通时需要这一旁路元件，电流可以通过它流入电路并且激励控制元件，然后由控制元件将断路元件转换到相对导电状态。然而，旁路元件必须是这样的，当断路元件由于故障而被转换到相对不导电状态时，通过旁路元件的电流可以改变旁路元件，在控制元件两端保持足够低的电压，以便将断路元件维持在相对不导电状态。

因此，本发明的目的是提供一种过电流保护系统，其可以对造成负载上电压降低的过电流作出快速响应，为电路提供保护。

按照一种较佳方案，本发明提供了一种电气系统，它可以连接在电源和电气负载之间构成一个工作电路，这种连接方式可以保护电路防止过电流，该系统包括：

a.在工作电路中串联连接在电源和电气负载之间的一个断路元件，它具有

(1)一种闭合状态，允许一个正常电流I_NORMAL流过断路元件，以及

(2)一种打开状态，只允许一个明显小于1_NORMAL的小电流流过断路元件；

b.在工作电路中与负载并联连接的一个控制元件，该控制元件

(1)(i)当控制元件两端的电压是正常电压V_NORMAL时，它处在接通状态，并且

  (ii)当控制元件两端的电压下降到一个值V_FAULT或以下时，就转变成断开状态；并且

(2)被功能性地连接到断路元件，因此，当控制元件处在开状态时，断路元件就处在闭合状态，而当控制元件处在关状态时，断路元件处在打开状态；以及

c.一个旁路元件，该元件

(1)与断路元件并联连接，并且

(2)具有

(i)一种起动状态，即如果断路元件处在故障状态，并且在旁路元件中通过一个电流I_NORMAL，控制元件两端的电压就会大于V_FAULT，以及

(ii)一种停止状态，即如果断路元件由于控制元件两端的电压降到了一个值V_FAULT以下而进入故障状态，通过旁路元件的电流就会使控制元件两端的电压保持在V_FAULT以下的值。

在本发明的较佳实施例中；

1.断路元件是继电器的一组常开接点，而控制元件是一个继电器线圈，在受到激励时，使继电器的接点闭合，并且在去除激励时使接点打开。

2.断路元件是一个场效应晶体管(FET)，它

(i)包括栅极，源极和漏极，