CN115377937B - 电子保险丝结构、包括其的电源装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电子保险丝结构、包括其的电源装置及其工作方法，涉及电源领域，包括开关管，开关管的第一端用于连接供电电源，开关管的第二端用于连接容性负载的第一端，容性负载的第二端接地；第一电阻单元，第一电阻单元的第一端连接开关管的控制端；驱动信号产生单元，包括第一端和第二端，第一端连接第一电阻单元的第二端，驱动信号产生单元的第一端用于输出驱动信号，驱动信号包括第一电平以及比第一电平高的第二电平，其中第一电平及第二电平的参考电压点为驱动信号产生单元的第二端，驱动信号产生单元的第二端连接开关管的第二端；电容单元，电容单元的第一端连接开关管的控制端，第二端接地，电子保险丝开通初始时，对容性负载恒流充电。

Description

电子保险丝结构、包括其的电源装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及电源领域，尤其是电子保险丝结构、包括其的电源装置及其工作方法。

背景技术

保险丝通常用于供电电源与负载之间，以实现当负载电流超过额定设计时，通过保险丝熔断来断开负载，避免负载设备损坏及保护其他设备正常工作。然而保险丝的缺陷是，熔断是不可逆的，需要更换，维护成本较高。

采用电子保险丝(efuse)的方案，即用开关管取代保险丝，既能够实现过流保护，不损坏且反复使用；又能够主动控制通断，实现智能化控制。其优势鲜明，是当前主流趋势。

然而，对于容性负载，如汽车低压负荷的输入端通常存在稳压电容，可达mF级别，也即低压负荷呈现为容性负载。若不加限流措施的话，电子保险丝开通为容性负载充电的瞬间，此容性负载端电容会导致大浪涌电流，可达100A或1000A级别，这将有可能损坏容性负载或其他设备。

发明内容

本申请提出一种电子保险丝结构，包括：一种电子保险丝结构，其特征在于，包括：开关管，开关管的第一端用于连接一供电电源，开关管的第二端用于连接一容性负载的第一端，容性负载的第二端接地；第一电阻单元，第一电阻单元的第一端连接开关管的控制端；驱动信号产生单元，包括第一端和第二端，第一端连接第一电阻单元的第二端，驱动信号产生单元的第一端用于输出驱动信号，驱动信号包括第一电平以及比第一电平高的第二电平，其中第一电平及第二电平的参考电压点为驱动信号产生单元的第二端，驱动信号产生单元的第二端连接开关管的第二端；电容单元，电容单元的第一端连接开关管的控制端，第二端接地。

更进一步的，电容单元的电容值远小于容性负载的电容值。

更进一步的，还包括电阻二极管串联结构，包括串联连接的第二电阻单元和第一二极管，电阻二极管串联结构并联在第一电阻单元的两端，其中第一二极管的阳极连接第一电阻单元的第一端，阴极连接第一电阻单元的第二端。

更进一步的，还包括第三电阻单元，第三电阻单元连接在开关管的控制端与电容单元之间。

更进一步的，还包括三极管、第四电阻单元和第二二极管，三极管的发射极连接电容单元的第一端及第二二极管的阴极，三极管的集电极通过第四电阻单元接地，三极管的基极通过一第五电阻单元连接第一电阻单元的第一端，第二二极管的阳极连接第一电阻单元的第一端。

更进一步的，还包括三极管、第四电阻单元和第二二极管，三极管的发射极连接第三电阻单元与第二二极管的阴极的共节点，三极管的集电极通过第四电阻单元接地，三极管的基极通过一第五电阻单元连接第一电阻单元的第一端，第二二极管的阳极连接第一电阻单元的第一端。

本申请还提供一种电源装置，包括：一供电电源，用于提供一直流电压；容性负载；上述的电子保险丝结构，连接在所述供电电源与所述容性负载之间。

本申请还提供一种基于上述的电源装置的工作方法，包括：初始阶段，驱动信号产生单元的第一端输出第一电平的驱动信号，开关管处于关断状态，并且开关管的控制端与第二端之间的电压、电容单元的电压以及容性负载的电压均为零，供电电源正常供电；启动第一阶段，在启动第一阶段开始时，驱动信号产生单元的第一端输出的驱动信号由第一电平阶跃为第二电平，对电容单元、开关管的控制端-第二端充电，而使得电容单元的电压、开关管的控制端-第二端间的电压逐渐升高对电容单元、开关管的控制端-第二端充电，而使得电容单元的电压、开关管的控制端-第二端间的电压逐渐升高，但开关管的控制端与第二端之间的电压小于开关管的导通阈值，开关管处于关断状态，直至开关管的控制端与第二端之间的电压升高至开关管的导通阈值；启动第二阶段，开关管导通并工作于饱和区，并开关管的控制端与第二端之间的电压继续增加，供电电源通过导通的开关管对容性负载充电，容性负载上的电压逐渐增大，并流经容性负载的电流逐渐增大，直至开关管的控制端与第二端之间的电压升增加至第一驱动电压，流经容性负载的电流增大至第一输出电流；启动第三阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压保持在第一驱动电压，开关管导通并工作于饱和区，供电电源通过导通的开关管对容性负载充电，容性负载上的电压逐渐增大，但小于供电电源提供的电压，流经容性负载的电流保持在第一输出电流；启动第四阶段，容性负载继续被充电，电压逐渐增大至所述直流电压，流经容性负载的电流逐渐减小至零，开关管的控制端与第二端之间的电压继续升高；启动第五阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压继续升高直至等于驱动信号的第二电平；正常工作阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压保持第二电平，供电电源通过导通的开关管为容性负载供电。

更进一步的，在启动第一阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压约等于电容单元的电压，并且开关管的控制端与第二端之间的电压和电容单元的电压上升速度逐渐减慢；在启动第二阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压上升速度逐渐减慢；在启动第三阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压维持稳定值；在启动第四阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压上升速度逐渐减慢；在启动第五阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压上升速度逐渐减慢直至为零。

更进一步的，在启动第二阶段，流经容性负载的电流约等于（vgs-vgs（th））*gm，其中vgs为开关管的控制端与第二端之间的电压，vgs（th）为开关管的导通阈值，gm为开关管的跨导；启动第三阶段，流经容性负载的电流等于Cout*(（V2-vgs1）/(R1*C1))，其中Cout为容性负载的电容值，V2为驱动信号的第二电平的电压值，R1为第一电阻单元的阻值，C1为电容单元的容值。

更进一步的，当需要电子保险丝断开时，驱动信号产生单元的第一端输出的驱动信号由第二电平切换为第一电平，第一二极管导通，开关管的控制端-第二端的电压通过电阻二极管串联结构和驱动信号产生单元放电，直至开关管关断。

更进一步的，当需要电子保险丝断开时，电容单元上的电压通过电阻二极管串联结构、驱动信号产生单元和容性负载放电。

更进一步的，当需要电子保险丝断开时，电容单元上的电压通过第三电阻单元、电阻二极管串联结构、驱动信号产生单元和容性负载放电。

更进一步的，驱动信号产生单元的第一端输出的驱动信号为第一电平时，三极管导通，电容单元上的电压通过三极管和第四电阻单元放电。

附图说明

图1为本发明第一实施例的电子保险丝结构示意图。

图2为图1所示的电子保险丝结构的工作波形示意。

图3为图1所示的电子保险丝结构在启动第一阶段时充电路径示意图。

图4为图1所示的电子保险丝结构在启动第二阶段时充电路径示意图。

图5为图1所示的电子保险丝结构在启动第三阶段时充电路径等效模型示意图。

图6为本发明第二实施例的电子保险丝结构示意图图。

图7为本发明第三实施例的电子保险丝结构示意图图。

图8为本发明第四实施例的电子保险丝结构示意图图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例中，在于提供一种电子保险丝结构。具体的，请参阅图1所示的本发明第一实施例的电子保险丝结构示意图，该电子保险丝结构100可应用于电源装置10，电子保险丝结构100包括：

开关管Q1，开关管Q1的第一端用于连接一供电电源Vin，开关管Q1的第二端用于连接一容性负载Cout的第一端，容性负载Cout的第二端接地；

第一电阻单元R1，第一电阻单元R1的第一端连接开关管Q1的控制端；

驱动信号产生单元110，包括第一端和第二端，第一端连接第一电阻单元R1的第二端，驱动信号产生单元110的第一端用于输出驱动信号Vdriver，驱动信号Vdriver包括第一电平V1以及比第一电平V1高的第二电平V2，其中第一电平V1及第二电平V2的参考电压点为驱动信号产生单元的第二端，驱动信号产生单元110的第二端连接开关管Q1的第二端；

电容单元C1，电容单元C1的第一端连接开关管Q1的控制端，第二端接地。

其中，电容单元C1的电容值通常在0.1uf到1uf之间，容性负载Cout的电容值可达mF级别，也即电容单元C1的电容值远小于容性负载Cout的电容值。比如容性负载Cout的电容值为电容单元C1的电容值的100倍以上，或1000倍以上。

这里的容性负载Cout可为新能源汽车内的低压负荷，也可为其它应用场景中的容性负载。

以新能源汽车为例，新能源汽车内的低压负荷繁多、工况复杂。在一些方案中，车载负荷与供电电源通过保险丝连接，当负载电流超过额定设计时，通过保险丝熔断来断开负载，避免负载设备损坏及保护其他设备正常工作。然而保险丝的缺陷是，熔断是不可逆的，需要更换，维护成本较高。

采用电子保险丝(efuse)的方案，即用开关管取代保险丝，既能够实现过流保护，不损坏且反复使用；又能够主动控制通断，实现智能化控制。其优势鲜明，是当前主流趋势。

然而，由于汽车低压负荷的输入端通常存在稳压电容，可达mF级别，也即低压负荷呈现为容性负载。若不加限流措施的话，电子保险丝开通为容性负载充电的瞬间，此容性负载端电容会导致大浪涌电流，可达100A或1000A级别，这将有可能损坏容性负载或其他设备。

基于此，需要一种电子保险丝结构，在具备电子保险丝(efuse)优点的基础上，还能实现在电子保险丝开通为容性负载充电时，抑制大浪涌电流，避免损坏容性负载或其他设备。

图1的电子保险丝结构中的驱动信号产生单元110的第一端输出的驱动信号Vdriver包括第一电平V1以及比第一电平V1高的第二电平V2，可参阅图2所示的图1所示的电子保险丝结构的工作波形示意图，其中仅显示在t0时刻驱动信号Vdriver从第一电平V1阶跃为第二电平V2，之后保持为第二电平V2。在实际使用中，驱动信号Vdriver也可保持为第一电平V1；或从第二电平V2跳变为第一电平V1，之后保持为第一电平V1。

第一电平V1及第二电平V2的参考电压点为驱动信号产生单元的第二端。具体的，第一电平V1通常为0V左右，第二电平V2通常12V。在实际应用中，第一电平V1和第二电平V2还可为其它电压值，只要第一电平V1驱动开关管使得开关管关断，第二电平V2可驱动开关管使得开关管导通即可。

本申请还提供一种电源装置。具体的，请参阅图1，电源装置10包括：

一供电电源Vin，用于提供一直流电压Vdc；

容性负载Cout；

图1所示的电子保险丝结构100，电子保险丝结构100连接在供电电源Vin与容性负载Cout之间，用于能够智能化控制供电电源Vin与容性负载Cout的连通或断开，并在连通初始时，对容性负载Cout恒流充电，实现抑制容性负载Cout上的大浪涌电流，避免损坏容性负载或其他设备。

供电电源Vin为电源装置中用于持续供电的直流源。如电动汽车中存在的12V、24V或48V的直流源或电池。

第一电阻单元R1的阻值很大，如上千欧姆。

可参阅图1和图2，在初始阶段，驱动信号产生单元110的第一端输出第一电平V1（如0V）的驱动信号Vdriver，则开关管Q1处于关断状态，并且开关管Q1的控制端与第二端之间的电压、电容单元C1的电压以及容性负载Cout的电压均为零，此时供电电源Vin正常供电，但未对容性负载充电。

请参阅图3所示的启动第一阶段时充电路径示意图，并请结合图2，在启动第一阶段，也即t0至t1时刻，在t0时刻，驱动信号产生单元110的第一端输出的驱动信号Vdriver由第一电平V1（如0V）阶跃为第二电平V2（如12V），也即启动阶段开始，对电容单元C1、开关管Q1的控制端-第二端充电，而使得电容单元C1的电压、开关管Q1的控制端-第二端间的电压逐渐升高，但开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs小于开关管的导通阈值vgs（th），开关管Q1处于关断状态，直至开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs升高至开关管的导通阈值vgs（th）（也即t1时刻）。

如图3所示，在启动第一阶段，驱动信号Vdriver由第一电平V1（如0V）阶跃为第二电平V2（如12V）后，驱动信号产生单元110通过第一电阻单元R1为开关管Q1的控制端-第二端充电，充电电流为igs，同时容性负载Cout和驱动信号产生单元110通过第一电阻单元R1为电容单元C1充电，充电电流为ic1，则开关管Q1的控制端与第二端的电压vgs及电容单元C1上的电压Vc1逐渐升高。

此期间开关管Q1处于关断状态，容性负载Cout上的电压Vout和流经容性负载Cout的电流Iout均为零。开关管的控制端与第二端之间的电压vgs约等于电容单元的电压Vc1，并且随着电容单元C1上的电压Vc1逐渐升高，充电电流ic1逐渐减小，因此开关管的控制端与第二端之间的电压vgs和电容单元的电压Vc1上升速度逐渐减慢。

请参阅图4所示的启动第二阶段时充电路径示意图，并请结合图2，在启动第二阶段，也即t1至t2时刻，由于在t1时刻，开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs升高至开关管的导通阈值vgs（th），并在继续增加，则开关管Q1导通并工作于饱和区，供电电源Vin通过导通的开关管Q1对容性负载Cout充电，流经开关管Q1的电流为iQ1，容性负载Cout上的电压Vout逐渐增大，并流经容性负载Cout的电流Iout逐渐增大，直至开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs增加至第一驱动电压vgs1，流经容性负载Cout的电流增大至第一输出电流Iout1（也即t2时刻）。

如图4所示，在启动第二阶段，容性负载Cout和驱动信号产生单元110继续通过第一电阻单元R1为电容单元C1充电，充电电流为ic1，则电容单元C1上的电压Vc1继续逐渐升高，充电电流ic1逐渐减小，也即电容单元C1上的电压Vc1升高的速度减慢，但电容单元C1上的电压Vc1升高速度大于容性负载Cout上的电压Vout增大速度，开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs= Vc1-Vout，则开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs仍继续增加。随着电容单元C1上的电压Vc1升高的速度减慢，容性负载Cout上的电压Vout升高的速度增加，开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs继续增加，速度继续减慢，直至t2时刻开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs上升为第一驱动电压vgs1，并之后不再上升。

在启动第二阶段，iQ1= iout+ ic1，此时iout远大于ic1，则iQ1约等于 iout，则流经容性负载的电流iout约等于（vgs-vgs（th））*gm，其中vgs为开关管的控制端与第二端之间的电压，vgs（th）为开关管的导通阈值，gm为开关管的跨导。因此在启动第二阶段，流经容性负载的电流iout被开关管的控制端与第二端之间的电压vgs控制，并随着电压vgs的增加而增加，直至t2时刻。同时在此期间ic1逐渐减小，直至t2时刻不再减小。

继续参阅图4和图2，在启动第三阶段，也即t2至t3时刻，开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs保持在第一驱动电压vgs1，开关管Q1导通并工作于饱和区，供电电源Vin通过导通的开关管Q1对容性负载Cout充电，容性负载Cout上的电压Vout逐渐增大，但小于供电电源Vin提供的电压Vdc，流经容性负载Cout的电流iout保持在第一输出电流iout1。

具体的，在启动第三阶段，容性负载Cout和驱动信号产生单元110通过第一电阻单元R1继续为电容单元C1充电，容性负载Cout上的电压Vout升高的速度与电容单元C1上的电压Vc1升高的速度相同，则开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs保持在第一驱动电压vgs1。

根据图4的充电路径可知，流经第一电阻单元R1的电流iR1=（V2-vgs1）/R1，又因iR1= ic1，则可得ic1=（V2-vgs1）/ R 1。iout=Cout*dVout/ dt，ic1=C1*dVc1/ dt，因dVc1=dVout，则iout= ic1* Cout/ C1。由ic1=（V2-vgs1）/ R 1和iout= ic1* Cout/ C1可得，iout= Cout*(（V2-vgs1）/(R1*C1))，其中Cout为容性负载的电容值，V2为驱动信号的第二电平的电压值，R1为第一电阻单元的阻值，C1为电容单元的容值。从表达式iout= Cout*(（V2-vgs1）/(R1*C1))可知，在启动第三阶段，流经容性负载Cout的电流iout受V2与vgs1的差、第一电阻单元R1的阻值以及电容单元C1的容值影响。可通过选择不同的第一电阻单元的阻值以及电容单元的容值来控制流经容性负载Cout的电流iout，也即可抑制流经容性负载Cout的电流。

请参阅图5所示的在启动第三阶段图4所示的充电路径等效模型示意图，其中Vdriver、1/R1、∫/C1、f（vgs）和∫/Cout分别对应驱动信号产生单元110、第一电阻单元R1、电容单元C1、开关管Q1和容性负载Cout的等效数学模型。从图5可知，在启动第三阶段，从第一个负反馈路径510可知，当vgs增大，则使得iR1减小，则Vc1减小，则vgs减小；同样的，从第二个负反馈路径520可知，当vgs增大，则iout增大，Vout增大，则vgs减小。继续参阅图5，在启动第三阶段，从第一个负反馈路径510可知，当vgs减小，则使得iR1增大，则Vc1增大，则Vgs增大；同样的，从第二个负反馈路径520可知，当vgs减小，则iout减小，Vout减小，则vgs增大。因此在启动第三阶段开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs被动态稳定在第一驱动电压vgs1。根据压控电流源的原理可知，此时开关管Q1工作于饱和区且对容性负载Cout恒流充电。继续参阅图4和图2，在启动第四阶段，也即t3至t4时刻，容性负载Cout继续被充电，电压Vout逐渐增大至供电电源Vin提供的电压Vdc（也即t4时刻），流经容性负载Cout的电流iout逐渐减小至零，开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs继续升高。

如图4所示，由于容性负载Cout和驱动信号产生单元110通过第一电阻单元R1继续为电容单元C1充电，电容单元C1上的电压Vc1继续升高，则开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs也继续升高，但升高速度逐渐降低，也即在此期间ic1逐渐减小。

继续参阅图4和图2，在启动第五阶段，也即t4至t5时刻，开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs继续升高直至等于驱动信号的第二电平V2（也即t5时刻）。

如图4所示，由于容性负载Cout和驱动信号产生单元110通过第一电阻单元R1继续为电容单元C1充电，电容单元C1上的电压Vc1继续升高，则开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs也继续升高，但ic1逐渐减小，电压vgs的升高速度逐渐减慢，直至为零，也即t5时刻。此时电容单元C1上的电压Vc1为驱动信号Vdriver第二电平V2的电压与容性负载Cout上的电压（此时等于Vdc）之和。

从t0时刻至t5时刻为整个预充阶段，或称为容性负载Cout的启动阶段，或称为电子保险丝开关管开通过程。从如上分析可知，在此过程中，流经容性负载的电流iout最大值被钳位为Cout*(（V2- vgs1）/(R1*C1))，且受选择的开关管Q1、第一电阻单元R1的阻值以及电容单元C1的容值控制，因此实现了在电子保险丝开关管开通为容性负载充电的初始时，对容性负载恒流充电，实现抑制容性负载上大浪涌电流，避免损坏容性负载或其他设备。因开关管Q1的导通和关断是可控的，因此也具备常规电子保险丝(efuse)的能够主动控制通断，实现智能化控制的优点。

如上所述，容性负载Cout的电容值为电容单元C1的电容值的100倍以上，或1000倍以上，第一电阻单元的阻值R1通常为几千欧姆，V2通常为12V，开关管Q1的 vgs1通常为几伏，如3V，则通过Cout*(（V2- vgs1）/(R1*C1))可知，在启动第三阶段，流经容性负载Cout的电流iout可由参数设计为预设值，比如几安培。

在t5时刻之后，电源装置进入正常工作阶段，开关管Q1的控制端与第二端之间的电压vgs保持第二电平V2，供电电源Vin通过导通的开关管Q1为容性负载Cout供电。

请参阅图6所示的本发明第二实施例的包括电子保险丝结构示意图，其在第一实施例的包括电子保险丝结构的基础上还包括电阻二极管串联结构120，包括串联连接的第二电阻单元R2和第一二极管D1，电阻二极管串联结构120并联在第一电阻单元R1的两端，其中第一二极管D1的阳极连接第一电阻单元R1的第一端，阴极连接第一电阻单元R1的第二端。

图6以第一二极管D1的阳极通过第二电阻单元R2连接第一电阻单元R1的第一端为例。当然也可以第一二极管D1的阳极直接连接第一电阻单元R1的第一端，而第一二极管D1的阴极通过第二电阻单元R2连接第一电阻单元R1的第二端。

当需要电子保险丝断开时，如负载发生过流等异常工况时，需控制使得连接在供电电源Vin与容性负载Cout之间的开关管Q1关断。基于此，请参阅图6，当检测到异常工况时，驱动信号产生单元110的第一端输出的驱动信号Vdriver由第二电平V2切换为第一电平V1，如0v，则第一二极管D1导通，开关管Q1的控制端-第二端的电压vgs通过电阻二极管串联结构120和驱动信号产生单元110放电，直至开关管Q1关断。通常第二电阻单元R2的阻值很小，如为几欧姆，因此可在短时间内迅速对电容单元C1放电，且将开关管Q1的控制端-第二端的电压vgs降低至开通阈值vgs(th)以下，而实现快速关断开关管Q1，起到故障保护的功能。

具体的，当需要电子保险丝断开时，开关管Q1的控制端-第二端的电压vgs通过电阻二极管串联结构120和驱动信号产生单元110放电。

对于图6所示的第二实施例，在故障时，需将开关管Q1的控制端-第二端的电压vgs降低至开通阈值vgs(th)以下，因此同时需将电容单元C1上的电压Vc1上的电压拉低到约等于容性负载Cout上的电压Vout。根据如上的分析，在t5时刻，电容单元C1上的电压Vc1为驱动信号Vdriver第二电平V2的电压与容性负载Cout上的电压之和，因此需将电容单元C1上的电压Vc1拉低驱动信号Vdriver的第二电平V2的电压值。

具体的，当需要电子保险丝断开时，电容单元C1上的电压Vc1通过电阻二极管串联结构120、驱动信号产生单元110和容性负载Cout放电。

请参阅图7所示的本发明第三实施例的包括电子保险丝结构示意图，其在第二实施例的基础上还包括第三电阻单元R3，第三电阻单元R3连接在开关管Q1的控制端与电容单元C1之间。当需要电子保险丝断开时，同样需将开关管Q1的控制端-第二端的电压vgs降低至开通阈值vgs(th)以下，因此同时需将电容单元C1上的电压Vc1上的电压拉低，此时由于第三电阻单元R3上有一定的压降，因此可减小电容单元C1上的电压Vc1需要拉低的电压值，也即需将电容单元C1上的电压Vc1拉低的电压值小于驱动信号Vdriver的第二电平V2的电压值，因此可加快开关管Q1关断的速度，而实现更快速的故障保护功能。

具体的，当需要电子保险丝断开时，电容单元C1上的电压Vc1通过第三电阻单元R3、电阻二极管串联结构120、驱动信号产生单元110和容性负载Cout放电。

请参阅图8所示的本发明第四实施例的包括电子保险丝结构示意图，其在第一实施例的基础上还包括三极管S1、第四电阻单元R4和第二二极管D2，三极管S1的发射极e连接电容单元C1的第一端及第二二极管D2的阴极，三极管S1的集电极c通过第四电阻单元R4接地，三极管C1的基极b通过一第五电阻单元R5连接第一电阻单元R1的第一端，第二二极管D2的阳极连接第一电阻单元R1的第一端。

当然还可在第二实施例的电子保险丝结构的基础上还包括上述的三极管S1、第四电阻单元R4、第五电阻单元R5和第二二极管D2，其连接关系相同，在此不再赘述。

当然还可在第三实施例的电子保险丝结构的基础上还包括上述的三极管S1、第四电阻单元R4、第五电阻单元R5和第二二极管D2。此时三极管S1的发射极e连接第三电阻单元R3与第二二极管D2的阴极的共节点，三极管S1的集电极c通过第四电阻单元R4接地，三极管S1的基极b通过一第五电阻单元R4连接第一电阻单元R1的第一端，第二二极管D2的阳极连接第一电阻单元R1的第一端。

在启动容性负载Cout之前，也即为上述的初始阶段，希望电容单元C1的电压为零，才能在后续的启动过程中，电容单元C1被充电，使启动过程正常进行，也即进行上述的启动过程。如上所述，在启动过程的结束时刻，也即t5时刻，电容单元C1上的电压Vc1为驱动信号Vdriver第二电平V2的电压与容性负载Cout上的电压（此时等于Vdc）之和。因此在无需驱动容性负载Cout时，也即驱动信号产生单元110的第一端输出的驱动信号Vdriver为第一电平V1（如0V）时，希望电容单元C1被放电至零。

如图8所示，在驱动信号产生单元110的第一端输出的驱动信号Vdriver为第一电平V1（如0V）时，三极管S1的发射极e与基极b之间为高电平（这是由于第二二极管D2不能反向导通，则电容单元C1上的电压被保持），则三极管S1导通，电容单元C1上的电压VC1通过三极管S1和第四电阻单元R4放电，直至被放电至零。则下次需驱动容性负载Cout时，可执行上述的启动第一阶段至启动第五阶段。因此本申请提供的电子保险丝结构简单、可靠性高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (16)

1.一种电子保险丝结构，其特征在于，包括：

开关管，开关管的第一端用于连接一供电电源，开关管的第二端用于连接一容性负载的第一端，容性负载的第二端接地；

第一电阻单元，第一电阻单元的第一端连接开关管的控制端；

驱动信号产生单元，包括第一端和第二端，第一端连接第一电阻单元的第二端，驱动信号产生单元的第一端用于输出驱动信号，驱动信号产生单元的第二端连接开关管的第二端；

电容单元，电容单元的第一端连接开关管的控制端，第二端接地。

2.根据权利要求1所述的电子保险丝结构，其特征在于，电容单元的电容值远小于容性负载的电容值。

3.根据权利要求1所述的电子保险丝结构，其特征在于，还包括电阻二极管串联结构，包括串联连接的第二电阻单元和第一二极管，电阻二极管串联结构并联在第一电阻单元的两端。

4.根据权利要求3所述的电子保险丝结构，其特征在于，还包括第三电阻单元，第三电阻单元连接在开关管的控制端与电容单元之间。

5.根据权利要求1所述的电子保险丝结构，其特征在于，还包括三极管、第四电阻单元和第二二极管，三极管的发射极连接电容单元的第一端及第二二极管的阴极，三极管的集电极通过第四电阻单元接地，三极管的基极通过一第五电阻单元连接第一电阻单元的第一端，第二二极管的阳极连接第一电阻单元的第一端。

6.根据权利要求3所述的电子保险丝结构，其特征在于，还包括三极管、第四电阻单元和第二二极管，三极管的发射极连接电容单元的第一端及第二二极管的阴极，三极管的集电极通过第四电阻单元接地，三极管的基极通过一第五电阻单元连接第一电阻单元的第一端，第二二极管的阳极连接第一电阻单元的第一端。

7.根据权利要求4所述的电子保险丝结构，其特征在于，还包括三极管、第四电阻单元和第二二极管，三极管的发射极连接第三电阻单元与第二二极管的阴极的共节点，三极管的集电极通过第四电阻单元接地，三极管的基极通过一第五电阻单元连接第一电阻单元的第一端，第二二极管的阳极连接第一电阻单元的第一端。

8.根据权利要求1所述的电子保险丝结构，其特征在于，驱动信号包括第一电平以及比第一电平高的第二电平，其中第一电平及第二电平的参考电压点为驱动信号产生单元的第二端。

9.一种电源装置，其特征在于，包括：

一供电电源，用于提供一直流电压；

容性负载；

权利要求1-8任意一项所述的电子保险丝结构，连接在所述供电电源与所述容性负载之间。

10.一种基于权利要求9所述的电源装置的工作方法，其特征在于，包括：

初始阶段，驱动信号产生单元的第一端输出第一电平的驱动信号，开关管处于关断状态，并且开关管的控制端与第二端之间的电压、电容单元的电压以及容性负载的电压均为零，供电电源正常供电；

启动第一阶段，在启动第一阶段开始时，驱动信号产生单元的第一端输出的驱动信号由第一电平阶跃为第二电平，对电容单元、开关管的控制端-第二端充电，而使得电容单元的电压、开关管的控制端-第二端间的电压逐渐升高，但开关管的控制端与第二端之间的电压小于开关管的导通阈值，开关管处于关断状态，直至开关管的控制端与第二端之间的电压升高至开关管的导通阈值；

启动第二阶段，开关管导通并工作于饱和区，并开关管的控制端与第二端之间的电压继续增加，供电电源通过导通的开关管对容性负载充电，容性负载上的电压逐渐增大，并流经容性负载的电流逐渐增大，直至开关管的控制端与第二端之间的电压升增加至第一驱动电压，流经容性负载的电流增大至第一输出电流；

启动第三阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压保持在第一驱动电压，开关管导通并工作于饱和区，供电电源通过导通的开关管对容性负载充电，容性负载上的电压逐渐增大，但小于供电电源提供的电压，流经容性负载的电流保持在第一输出电流；

启动第四阶段，容性负载继续被充电，电压逐渐增大至所述直流电压，流经容性负载的电流逐渐减小至零，开关管的控制端与第二端之间的电压继续升高；

启动第五阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压继续升高直至等于驱动信号的第二电平；

正常工作阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压保持第二电平，供电电源通过导通的开关管为容性负载供电。

11.根据权利要求10所述的电源装置的工作方法，其特征在于，在启动第一阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压约等于电容单元的电压，并且开关管的控制端与第二端之间的电压和电容单元的电压上升速度逐渐减慢；

在启动第二阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压上升速度逐渐减慢；

在启动第三阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压维持稳定值；

在启动第四阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压上升速度逐渐减慢；

在启动第五阶段，开关管的控制端与第二端之间的电压上升速度逐渐减慢直至为零。

12.根据权利要求10所述的电源装置的工作方法，其特征在于，在启动第二阶段，流经容性负载的电流约等于(vgs-vgs(th))*gm，其中vgs为开关管的控制端与第二端之间的电压，vgs(th)为开关管的导通阈值，gm为开关管的跨导；

启动第三阶段，流经容性负载的电流等于Cout*((V2-vgs1)

/(R1*C1))，其中Cout为容性负载的电容值，V2为驱动信号的第二电平的电压值，R1为第一电阻单元的阻值，C1为电容单元的容值。

13.根据权利要求10所述的电源装置的工作方法，其特征在于，当需要电子保险丝断开时，驱动信号产生单元的第一端输出的驱动信号由第二电平切换为第一电平，第一二极管导通，开关管的控制端-第二端的电压通过电阻二极管串联结构和驱动信号产生单元放电，直至开关管关断。

14.根据权利要求13所述的电源装置的工作方法，其特征在于，当需要电子保险丝断开时，电容单元上的电压通过电阻二极管串联结构、驱动信号产生单元和容性负载放电。

15.根据权利要求13所述的电源装置的工作方法，其特征在于，当需要电子保险丝断开时，电容单元上的电压通过第三电阻单元、电阻二极管串联结构、驱动信号产生单元和容性负载放电。

16.根据权利要求10所述的电源装置的工作方法，其特征在于，驱动信号产生单元的第一端输出的驱动信号为第一电平时，三极管导通，电容单元上的电压通过三极管和第四电阻单元放电。

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