CN100452607C

CN100452607C - 保护电路

Info

Publication number: CN100452607C
Application number: CNB2006100021770A
Authority: CN
Inventors: E·J·D·范登贝格
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel Lucent NV
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2026-01-18
Also published as: CN1808824A; EP1681754A1; US20060158811A1

Abstract

用于保护负载以防止过电流的保护电路，其包括被耦合到电源的第一和第二电源端子的输入端子，以及被耦合到所述负载的各个端子的输出端子，并且还包括：启动输出端子，其用于向所述负载的所述启动输入端子提供启动信号，RC电路，其电容在所述第一和第二输出端子之间被耦合，其电阻在所述第一输入端子和第一输出端子之间被耦合，开关，其跨接于所述电阻两端而被并联耦合，并且由所述启动信号来控制，该启动信号接收自启动控制块，其用于感应经由感应输入端子而通过所述电阻的电流，其中该感应输入端子跨接于所述电阻两端而被耦合，并且用于在检测到所述电流降至低于预定阈值时产生所述启动信号，由此进一步向所述启动输出端子提供所述启动信号。

Description

保护电路

技术领域

本发明涉及用于保护负载的保护电路。这种负载可以由电子电路组成，例如后文简写为PCB的印刷电路板上的电路，或者由DC/DC转换器或更通常地由DC激励的设备来组成。

背景技术

保护电路被用于整个电子工业，并且例如在欧洲专利0848472中被描述。基本上这种保护电路被用来防止DC电源以及由DC电源所激励的其它负载遭受负载热***期间的冲击电流。类似地，当从负载拆下供电端子时，例如从功率馈送连接器抽出板期间，保护电路必须防止负载遭受可能的毁坏。

例如上述欧洲专利中公开的传统热***(hot insertion)电路主要包括有源设备，例如所述现有技术文献的图1中的场效应管T1，并且结合了用于有源设备的充电和放电电路，例如第一时间常量装置和启动控制开关。

如从所述现有技术文献的图1能够观察到的，这些充电和放电电路以及有源设备本身，需要大量的面积并且因而增加了保护电路的成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供上面已知类型的保护电路，不过其更小并且因此更便宜。

根据本发明，通过一种用于防止具有启动输入端子的负载遭受过电流的保护电路而达到了所述目的，其中，所述保护电路包括：被耦合到电源的第一和第二电源端子的第一和第二输入端子；被耦合到所述负载的各个端子的第一和第二输出端子，其特征在于，该保护电路还包括：启动输出端子，其用于向所述负载的所述启动输入端子提供启动信号；阻容电路，其电容在所述第一和第二输出端子之间被耦合，其电阻在所述第一输入端子和所述第一输出端子之间被耦合；开关，其跨接于所述电阻两端而被并联耦合并且由所述启动信号来控制；所述启动信号接收自启动控制块，该启动控制块用于感应经由感应输入端子而通过所述电阻的电流，其中该感应输入端子跨接于所述电阻两端而被耦合，并且用于在检测到所述电流降至低于预定阈值时产生所述启动信号，由此进一步向所述启动输出端子提供所述启动信号。

这样，所述保护电路仅包括很简单的RC(阻容)电路，以及并联地跨接于该RC电路的电阻两端的开关，和用于控制该开关和所述负载的启动输入的启动控制块。由于该RC电路的电容可以由负载本身的正确操作所需要的大容量(bulk)电容、旁路电容或槽路电容来组成，因而仅需要很少的附加部件。

此外，由于通过将负载启动输入耦合到开关控制输入而保持负载无效直到开关关闭为止，因而确保没有启动峰值或过多的电流进入该负载。

根据本发明的一个方面，所述开关包括晶体管，该晶体管的导电端子被耦合到所述电阻的各个端子，并且其控制端子由所述启动信号来控制。

这样，晶体管被用作开关。由于该晶体管仅用作开关而不像现有技术保护电路的情况那样用作动态电阻，因此可以使用包括更小功耗、更小面积以及因而更小成本的更小的晶体管。

而且，在导致负载短路的故障情况下，该短路电流将仅存在较短的时间，这是因为开关晶体管的栅极立刻夹紧，假定DC电源和热***电路之间的电连接的阻抗相对高于该短路的阻抗。这样，所述热***电路输入处的剩余电压过低，以至不能维持该开关晶体管为ON状态。

根据本发明的另一个方面，所述保护电路还包括电容，该电容在所述第一输入端子和所述启动输出端子之间被耦合，并且适于在***期间存储额外的电荷。

附加旁路电容器由此确保***时对于所述开关晶体管存在足够的开启延时，这在激活该开关晶体管之前保证了启动控制块的正确启动及操作。所述负载和开关因而在***期间暂时失效，这确保所述启动控制块的正确启动。

根据本发明的另一个方面，所述启动控制块包括感应晶体管，其导电通路在所述第一输入端子和启动输出端子之间被耦合，其控制端子被耦合到所述第一输出端子，所述控制块还包括在所述启动输出端子和所述第二输出端子之间被耦合的下拉电阻，所述第二输出端子被耦合到所述第二输入端子。

所述控制块由此包括感应晶体管，用于感应穿过RC电路的电阻的电压，其是对通过保护电路的RC电路电阻的电流的直接测量。如果充足的电流流过该电阻，则所述电压将较高。较大的电流可能出现在负载的***、抽出或者短路期间，这导致所述感应晶体管导电，这是由于电压降穿过电阻而造成其基极-射极电压升至足够高。如果所述感应晶体管导电，则穿过下拉电阻的电压将较高，这保持所述开关开启以及负载失效。在正常操作期间，通过RC电路的电阻的电流足够低，由此阻止所述感应晶体管导电。穿过下拉电阻的电压因而降低。这导致所述开关的开启以及所述负载的启动。

根据本发明的其它方面，所述启动控制块还包括保护电阻，该保护电阻用于保护所述感应晶体管，并且在所述感应晶体管的所述控制端子和所述第一输出端子之间被耦合。所述保护电路还包括附加电阻，该附加电阻在所述第一和第二输入端子之间被耦合，用于在所述保护电路从所述电源去耦合期间对所述阻容电路的所述电容放电。

应当指出，权利要求中使用的术语“耦合”不应被解释为限于仅直接连接。因此，“耦合到设备B的设备A”这一表述的范围不应限于其中设备A的输出直接连接到设备B的输入的设备或***。这意味着在A的输出和B的输入之间存在路径，该路径可以是包括其它设备或装置的路径。

应当指出，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限于其后列出的装置。因此，“包括装置A和B的设备”这一表述的范围不应限于仅由部件A和B组成的设备。这意味着所述设备关于本发明的相关部件仅是A和B。

附图说明

参考下面结合附图的实施例的描述，本发明的以上和其它目的和特征将更加显而易见，并且本发明本身将得到最好的理解，其中：

图1是根据本发明的保护电路的基本示意图；和

图2示出了根据本发明的保护电路的晶体管级实施例。

具体实施方式

本发明涉及电子***，例如电信***，其通常必须交换卡或者后面简写为PCB的印刷电路板，而剩余的电路卡处于操作状态。当向底板或板***或从其抽出卡时，几安培可能流入该卡的电源线以及该底板的板电源。如果不采取预防措施，则所述板电源以及卡上的电路会被损坏。参考图1和图2，所述卡上的电路标注为L，并且到所述负载的主电源线标注为1和2。为了防止负载在热***或抽出条件期间遭受过电流，提供了保护电路。典型的保护电路(例如前述欧洲专利中公开的保护电路)是基于功率晶体管的，该功率晶体管通过充电或放电电路而被慢慢地开启或关闭。如众所周知的，这些功率晶体管是庞大的并且消耗大量的功率和面积。

本发明的保护电路P具有不同于现有技术的不同结构。其主要功能块在图1中被标注，并且包括RC电路，该RC电路包括电阻R1和电容C1，跨接于该RC电路的电阻两端的开关和用于控制该开关的控制块，以及负载的启动输入端子ENin。

如图1所示，保护电路P具有第一和第二输入端子，分别标注为IN1和IN2，以及第一和第二输出端子，标注为OUT1和OUT2。所述输入端子被耦合到DC电源的各个端子。所述保护电路还包括标注为EOUT的启动输出端子，其被耦合到所述负载的启动输入端子ENin，而P的第一和第二输出端子被耦合到负载L的电源输入端子IN+和IN-。

所述RC电路包括在IN1和OUT1之间被耦合的电阻R1，和在OUT1和OUT2之间被耦合的电容C1。应当指出，这个电容C1可以由大容量电容、旁路电容或槽路电容组成，其对于所述负载的正确操作而言是必需的。因此不需要在保护电路本身中设置指定的附加电容。

所述开关的导电通路跨接于电阻R1两端而被耦合，并且该开关由启动信号E来控制，该信号还通过启动输出端子EOUT而被馈送给负载L的启动输入端子ENin。该启动信号由标注为ECB的启动控制块来产生，该启动控制块具有耦合到R1的端子的感应输入。其功能是通过保护电路来感应电流，其对应于通过R1的电流，并且将该电流与预定阀值进行比较。当热***时，短暂的大电流流经RC电路。如果通过R1的电流大于预定阀值，则开关SW保持打开，并且负载没有被启动信号激活。在正常操作条件期间，通过R1的电流低于该阀值。从那刻起，所述启动信号将改变状态以闭合开关并且激活负载。

图2中示出了用于实现所述保护电路的简单实施例。其中，开关包括晶体管T1，例如MOSFET。启动控制块ECB基本上包括用于感应通过R1的电流的感应晶体管T2，和用于在***瞬间之后将启动信号E驱动至激活状态的下拉电阻R3。如果通过R1的电流足够大，则涉及T2的基极-射极电压的穿过R1的电压将达到0.7V，这开启了T2。T2因此将在其激活区(active region)传导电流，其导致所述启动信号的强烈上拉，这对应于开关和负载的失效状态。在正常操作条件期间，通过R1的电流低于所述阈值，这关闭了T2。穿过R3的电压降因而降至零，这下拉了所述启动信号，由此激活了负载。通过下拉EOUT，T1的栅源(gate source)电压增加，以使得T1导电并且开关相应地打开。

在图2所描述的实施例中，所述启动控制块还包括用于在P的***期间保护T2的基极-射极二极管的保护电阻R2。还并联于T1的栅源电容而添加了附加旁路电容C2。其功能是延迟T1的开启，这增加了附加的安全程度。

还设置了附加但可选的电阻R4，用来改进C1在P抽出值后的放电，如果这不是由负载来完成的话。

当然，不同于图2所描述的其它实现是可能的。

尽管上面结合指定装置描述了本发明的原理，然而应当清楚地理解，该描述仅是作为例子而不作为对于如所附权利要求所定义的本发明范围的限制。

Claims

1.用于防止具有启动输入端子(ENin)的负载(L)遭受过电流的保护电路(P)，所述保护电路包括：

-被耦合到电源的第一和第二电源端子(1、2)的第一和第二输入端子(IN1、IN2)，

-被耦合到所述负载(L)的各个端子(IN+、IN-)的第一和第二输出端子(OUT1、OUT2)，

其特征在于，所述保护电路(P)还包括：

-启动输出端子(EOUT)，其用于向所述负载(L)的所述启动输入端子(ENin)提供启动信号，

-阻容电路(R1、C1)，其电容在所述第一(OUT1)和第二(OUT2)输出端子之间被耦合，其电阻(R1)在所述第一输入端子(IN1)和所述第一输出端子(OUT1)之间被耦合，

-开关(SW)，其跨接于过所述电阻(R1)两端而被并联耦合并且由所述启动信号来控制，该启动信号接收自

-启动控制块(ECB)，其用于感应经由感应输入端子而通过所述电阻(R1)的电流，其中该感应输入端子跨接于所述电阻(R1)两端而被耦合，并且用于在检测到所述电流降至低于预定阈值时产生所述启动信号，由此进一步向所述启动输出端子(EOUT)提供所述启动信号，

其中，所述启动控制块(ECB)包括感应晶体管(T2)，该感应晶体管的导电通路在所述第一输入端子(IN1)和启动输出端子(EOUT)之间被耦合，该感应晶体管的控制端子被耦合到所述第一输出端子(OUT1)，所述启动控制块还包括在所述启动输出端子(EOUT)和所述第二输出端子(OUT2)之间被耦合的下拉电阻(R3)，所述第二输出端子(OUT2)被耦合到所述第二输入端子(IN2)。

2.根据权利要求1的保护电路(P)，其中，所述开关(SW)包括晶体管(T1)，该晶体管的导电端子被耦合到所述电阻(R1)的各个端子，并且该晶体管的控制端子由所述启动信号来控制，并且所述保护电路还包括在所述第一输入端子(IN1)和所述启动输出端子(EOUT)之间被耦合且适于在***期间存储额外的电荷的电容(C2)。

3.根据权利要求1或2的保护电路(P)，其中，所述启动控制块(ECB)还包括保护电阻(R2)，该保护电阻用于保护所述感应晶体管(T2)，并且在所述感应晶体管(T2)的所述控制端子和所述第一输出端子(OUT1)之间被耦合。