一种高品质高可靠的新型gntc过电流保护元件的制作方法
【专利摘要】一种高品质高可靠的新型GNTC过电流保护元件，其电路结构仅由R(电阻)、负温度系数热敏电阻R(T)、N-MOS“保护门”T三者构成。R与R(T)相串联，构成“温度采样”支路。保护对象Ro与T相串联，构成“保护控制”支路，两者流过同一工作电流ID。“温度采样”支路中，R与R(T)的分压信号VG控制“保护门”T的工作状态。常温静态时，T处于导通状态，保护对象Ro正常工作，输出额定功率。当Ro发生过电流时，因其热效应使R(T)的温度升高，其阻值降低。当温度升高到特定的“保护温度”时，T迅速截止，可有效地抑制过电流，确保Ro安全可靠地运行。GNTC过电流保护元件的电路结构最简，导通电阻小,功率损耗小。克服传统电流保护元件的种种弊端实现过电流保护。
【专利说明】一种高品质高可靠的新型GNTC过电流保护元件
【技术领域】
[0001]本实用新型发明属于故障检测领域。尤其涉及具有对温度敏感的故障检测与过电流保护领域。
【背景技术】
[0002]当前，PPTC过电流保护元件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。
[0003]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元件，用以取代传统的PPTC，满足市场急需。
[0004]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元件的种种弊端。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种新型的GNTC过电流保护元件。该GNTC过电流保护元件用当代微电子技术改造传统的PPTC，其工作原理、电路结构和工艺制成，与传统的PPTC截然不同，在国内外是一项重要的技术创新。
[0006]一种高品质高可靠的新型GNTC过电流保护元件，其电路结构仅由电阻R、负温度系数热敏电阻R(T)、N-MOS “保护门” T三者构成，其特征是:电阻R与R(T)相串联，构成“温度采样”支路；保护对象Ro与N-MOS “保护门”T相串联，构成“保护控制”支路；“温度采样”支路与“保护控制”支路两者相并联，其中，温度采样信号VG控制N-MOS “保护门” T的工作状态，用以抑制过电流，实现过电流保护。
[0007]本实用新型的原理是基于过电流的热效应引起的温升，并利用该温升快速阻断工作电路，抑制过电流，保护“保护对象”。
[0008]用微电子技术实现过电流保护的方法很多。本发明的重点在于采用了其中最简的电路结构和最简的工艺制成。
[0009]本实用新型的优点:
[0010]1.电路结构最简
[0011]GNTC保护元件仅含三个基本元件，在所有能实现过电流保护的电路中电路结构最简。电路结构最简可带来一系列优点:例如，集成度高、封装体积小、开发成本低等，特别适合在微小空间安装使用。
[0012]2.导通电阻小
[0013]常温静态时，GNTC的导通电阻很小，仅为毫欧姆量级。GNTC自身的功率损耗极小，保护对象额定功率损耗可忽略不计，工作电源的电能利用率高。
[0014]3.温度灵敏度高，使动态相应快。过电流发生时，GNTC的温度灵敏度很高，接近⑴。转换时间极短，为微秒量级。GNTC保护元件可及时、可靠地实现过电流保护。
[0015]4.保护温度可调
[0016]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。对不同的保护对象可设定不同的保护温度，用以消除PPTC因保护温度固定而存在的安全隐患。
[0017]5.工艺制成简单
[0018]工艺制成简单，使开发周期短，生产成本低。适合“半导体集成”或“混合集成”生产线大批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是GNTC过电流保护元件及其构成的保护系统电路图。
[0020]图2是温度采样支路2。图3是温度采样支路3。
【具体实施方式】
[0021]实施方式一:
[0022]在图1中，GNTC过电流保护元件与保护对象Ro构成过电流保护系统。GNTC为三端子元件。其中，端子①连接直流电源E ;端子②连接保护对象Ro ;端子③连接“地”GND。
[0023]该GNTC过电流保护元件，仅由电阻R、负温度系数热敏电阻R⑴、N-M0S“保护门”T三者构成。其中，电阻R与R(T)相串联，构成“温度采样”支路。保护对象Ro与N-MOS “保护门”T相串联，构成“保护控制”支路，两者流过同一工作电流ID。在“温度采样”支路中，电阻R与R(T)的分压信号VG控制N-MOS “保护门”T的工作状态。R⑴作为测温元件，具有NTC特性，其压降VG与过电流引起的温升成正比。N-MOS “保护门” T的开启电压为VT。
[0024]常温静态时，设定VG > VT,使N-MOS “保护门”T处于导通状态，保护对象Ro正常工作，输出额定功率。
[0025]当保护对象Ro发生过电流时，因其热效应使R(T)的温度升高，其阻值降低，使VG降低。当温度升高到某一特定的“保护温度”时，相应的VG降低到VG < VT时，N-MOS “保护门”T迅速截止。因其截止电阻大于1ΜΩ以上，工作电流ID快速被阻断，可有效地抑制过电流，实现过电流保护。
[0026]静态设计时，使采样支路电流IR很小，其功耗不占主要份额，电路的总电流I近似等于保护对象Ro的工作电流ID。
[0027]实施方式二:
[0028]GNTC过电流保护元件温度采样支路由电阻R与负温度系数热敏电阻R(T)串联构成，或由电阻Rl与R2串联构成。参见温度采样支路2，如图2所示。
[0029]实施方式三:
[0030]GNTC过电流保护元件温度采样支路由电阻R与负温度系数热敏电阻R(T)串联构成，或由电阻R与串联PN结组合DE构成。串联PN结的个数决定于GNTC过电流保护元件的工作电压E。参见温度采样支路3，如图3所示。PN结组合DE为正向使用，或反向使用。
[0031]实施方式四:
[0032]GNTC过电流保护元件温度采样支路由电阻R与负温度系数热敏电阻R(T)串联构成，或由正温度系数热敏电阻Rl与负温度系数热敏电阻R(T)串联构成。
【权利要求】
1.一种高品质高可靠的新型GNTC过电流保护元件，其电路结构仅由电阻R、负温度系数热敏电阻R(T)、N-MOS “保护门” T三者构成，其特征是:电阻R与R(T)相串联，构成“温度采样”支路；保护对象Ro与N-MOS “保护门” T相串联，构成“保护控制”支路； “温度采样”支路与“保护控制”支路两者相并联，其中，温度采样信号VG控制N-MOS“保护门” T的工作状态，用以抑制过电流，实现过电流保护。
2.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征是:温度采样支路由电阻R与负温度系数热敏电阻R(T)串联构成，或由电阻Rl与R2串联构成。
3.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征是:温度采样支路由电阻R与负温度系数热敏电阻R(T)串联构成，或由电阻R与串联PN结组合DE构成；PN结组合DE为正向使用，或反向使用。
4.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征是:温度采样支路由电阻R与负温度系数热敏电阻R(T)串联构成，或由正温度系数热敏电阻Rl与负温度系数热敏电阻R(T)串联构成。
【文档编号】H02H5/04GK204068202SQ201420264660
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】沈泓, 崔永利, 付云鹏 申请人:哈尔滨理工大学