负载保护电路以及开关电路的制作方法

本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种负载保护电路以及开关电路。

背景技术：

目前，三端器件例如MOS管常应用于开关场合，三端器件自在闭合或断开的瞬间会产生尖峰电流，瞬间过高的电流经过三端器件时，可能会击穿损坏三端器件，也有可能会造成三端器件的下游负载过流损坏。

技术实现要素：

基于此，本实用新型提出了一种负载保护电路以及开关电路，能够保护三端器件及其负载。

一方面，提出了一种负载保护电路，包括：电感以及第一电解电容；

所述电感的第一端外接三端器件的第三极，所述电感的第二端与第一电解电容的第一端连接，所述第一电解电容的第二端与电源负端连接，所述第一电解电容的第一端外接负载的第一端，负载的第二端与电源负端连接；

其中，所述三端器件的第一极连接外设信号控制端，所述三端器件的第二极连接电源正端。

在一个实施例中，还包括：第二电解电容；

所述第二电解电容的第一端外接三端器件的第三极，第二电解电容的第二端与电源负端连接。

在一个实施例中，所述负载保护电路包括二极管；

所述二极管的阴极与所述三端器件的第三极连接，所述二极管的阳极与电源负端连接。

在一个实施例中，所述负载保护电路还包括第一限流元件以及第二限流元件；

电感的第二端通过所述第一限流元件与第一电解电容的第一端连接，第二电解电容通过第二限流元件外接三端器件的第三极。

上述负载保护电路，包括电感以及第一电解电容，所述电感作为其中一个蓄流元件，用于在三端器件断开和闭合的瞬间阻碍电流的急剧变化，有效地缓冲过流对负载的影响，所述第一电解电容可以在三端器件断开和闭合的瞬间阻碍突变电压对负载的影响，故上述负载保护电路能够在外设信号控制端控制三端器件的闭合和断开的瞬间，对产生的尖峰电信号进行缓冲，有效的缓解三端器件自身的断开和闭合瞬间形成的尖峰电流对对三端器件以及负载造成损坏。

另一方面提出了一种开关电路，其特征在于，包括：三端器件以及如上所述的负载保护电路；

所述负载保护电路包括：电感以及第一电解电容；

所述三端器件的第一极连接外设信号控制端，所述三端器件的第二极连接电源正端，所述三端器件的第三极连接所述电感的第一端，所述电感的第二端与第一电解电容的第一端连接，所述第一电解电容的第二端与电源负端连接，所述第一电解电容的第一端外接负载的第一端，负载的第二端与电源负端连接。

在一个实施例中，所述三端器件为三极管、MOS管或绝缘栅双极型晶体管。

在一个实施例中，所述三端器件为MOS管时，所述MOS管的栅极连接外部控制信号端，所述MOS管的源极连接所述电感的第一端，所述MOS管的漏极连接电源正端。

在一个实施例中，所述三端器件为三极管时，所述三极管的基极连接外部控制信号端，所述三极管的射极连接所述电感的第一端，所述三极管的集电极连接电源正端。

上述开关电路，包括电感以及第一电解电容，所述电感作为其中一个蓄流元件，用于在三端器件断开和闭合的瞬间阻碍电流的急剧变化，有效地缓冲过流对负载的影响，所述第一电解电容可以在三端器件断开和闭合的瞬间阻碍突变电压对负载的影响，故上述开关电路能够在外设信号控制端控制三端器件的闭合和断开的瞬间，对产生的尖峰电信号进行缓冲，有效的缓解三端器件自身的断开和闭合瞬间形成的尖峰电流对对三端器件以及负载造成损坏。

附图说明

图1为本实用新型的一种负载保护电路的结构示意图；

图2为一个实施例中的一种负载保护电路的结构示意图；

图3为另一个实施例中的一种负载保护电路的结构示意图；

图4为一个具体实例中的图3所述负载电路的节点电流变化示意图；

图5为一个具体实例中的图3所述负载电路的节点电压变化示意图；

图6为另一个具体实例中的图3所述负载电路的节点电流变化示意图；

图7为本实用新型的一种开关电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，图1为本实用新型的一种负载保护电路的结构示意图。

本实施方式，所述负载保护电路可电感L1以及第一电解电容C1；

所述电感L1的第一端外接三端器件的第三极，所述电感L1的第二端与第一电解电容的第一端连接，所述第一电解电容C1的第二端与电源负端连接，所述第一电解电容C1的第一端外接负载的第一端，负载的第二端与电源负端连接；

其中，所述三端器件的第一极连接外设信号控制端，所述三端器件的第二极连接电源正端。

上述负载保护电路，包括电感以及第一电解电容，所述电感作为其中一个蓄流元件，用于在三端器件断开和闭合的瞬间阻碍电流的急剧变化，有效地缓冲过流对负载的影响，所述第一电解电容可以在三端器件断开和闭合的瞬间阻碍突变电压对负载的影响，故上述负载保护电路能够在外设信号控制端控制三端器件的闭合和断开的瞬间，对产生的尖峰电信号进行缓冲，有效的缓解三端器件自身的断开和闭合瞬间形成的尖峰电流对对三端器件以及负载造成损坏。上述负载保护电路，结构简单，使用元件数量少，节约了硬件成本，亦达到负载保护效果。

其中，负载具体可为电阻。

在一个实施例中，请参阅图2，所述负载保护电路还包括：第二电解电容C2；

所述第二电解电容C2的第一端外接三端器件的第三极，第二电解电容C2的第二端与电源负端连接。

所述第一电解电容C1以及第二电解电容C2除蓄能作用外，还具备滤波作用。电解电容能使电压相位滞后，并阻碍电压突变，而电感能使电流相位滞后，并阻碍电流突变，电解电容具备蓄能功能是因为将电能转化为了电场能，电感具备蓄能功能是因为将电能转化为了磁能。本实施例的负载保护电路，通过电解电容以及电感能够储存三端器件断开和闭合瞬间产生的尖峰电流，减小尖峰电流对负载元件造成的损害，提高负载元件的稳定性。电感L1对阻碍电流突变，同时第二电解电容C2阻碍电压突变，由于电感的蓄能时间较短，故通过与电感L1串联的第一电解电容C1进一步蓄能。

在一个实施例中，请参阅图3，所述负载保护电路还包括二极管D1；

所述二极管D1的阴极与所述三端器件的第三极连接，所述二极管D1的阳极与电源负端连接。

所述的二极管D1，具备单向导通功能，上电时，阻碍电源正负两端直接短路，断电时，为负载元件提供回路，消耗剩余的电路电量。

在一个实施例中，所述负载保护电路还包括第一限流元件以及第二限流元件；

电感L2的第二端通过所述第一限流元件与第一电解电容C1的第一端连接，第二电解电容C2通过第二限流元件外接三端器件的第三极。

本实施例中，第一限流元件和第二限流元件限流和电位的限定。

在一个实施例中，所述第一限流元件、第二限流元件均为电阻。请参阅图4，所述第一限流元件为电阻R1，所述第二限流元件为电阻R2。电感L2的第二端通过所述电阻R1与第一电解电容C1的第一端连接，第二电解电容C2通过电阻R2外接三端器件的第三极。

所述三端器件可为具备三个外接引出端子器件，可应用于开关场合，例如所述三端器件可为三极管、MOS管或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

所述三端器件为MOS管时，所述MOS管的栅极连接外部控制信号端，所述MOS管的源极连接所述电感L1的第一端，所述MOS管的漏极连接电源正端。具体地，请参阅图3，在所述负载电路包括电感L1、第一电解电容C1、第二电解电容C2、二极管D1、电阻R1、负载电阻R3以及电阻R2时，MOS管的源极连接所述电感L1的第一端以及二极管D1的阴极，MOS管的源极通过电阻R2连接第二电解电容C2的第一端，MOS管的栅极连接外部控制信号端，MOS管的漏极连接电源。

外部控制信号端可为本领域惯用的用于向三端器件输入控制信号的控制器。在本实施例的具体应用中，当由外部控制信号端控制三端器件闭合时(即整个负载电路处于上电工作状态)，二极管D1因为反向连接，不起导通作用；电感L1由于通电而产生感应电动势，开始蓄能；第二电解电容C2，也开始蓄能；此时，a节点、b节点、c节点上的节点电压Va≠Vb≠Vc，a节点、b节点、c节点上的节点电压Ia≠Ib≠Ic。此时的负载保护电路上：V_L1+I_L1*R1+V₀＝V_c2+I_c2*R2，其中，V_L1为电感L1的电压，I_L1为电感L1上的电流，V₀为电解电容C1的电压，V_c2为电解电容C2的电压，I_c2为电解电容R2的电流。

在刚上电至电感L1蓄能饱和、第二电解电容C2蓄能饱和以及第一电解电容C1蓄能饱和的过程之间，因为电感L1自身的感应电动势，电感L1使得电感L1上的电流相位较电压滞后90°，而第二电解电容C2和第一电解电容C1的电压相位较电流相位滞后90°，虽然第二电解电容C2和第一电解电容C1的电压相位相同，但由于电解电容C1的上游是电感L1，电解电容C1的电流相位较电解电容C2的电流滞后了90°，因此，电解电容C1的蓄能开始时间比电解电容C2的蓄能开始时间滞后90°相位。

如图4，当上电瞬间至电感L1、电解电容C2和电解电容C1饱和之间，由于电感L1的阻碍作用，节点a的电流在相位90°之前逐渐饱和，在相位90°以后稳定在I_L1的电流值处；由于电感L1的蓄能作用，节点b的电流在相位90°之前无电流，在相位90°以后，节点b的电流值稳定在I_L1处。

如图5，当上电瞬间至电感L1、电解电容C2和电解电容C1饱和之间，由于电解电容C2和电解电容C1的蓄能作用，节点a的电压和节点b的电压在相位90°之前逐渐饱和，在相位90°以后，分别稳定在Va和Vb处，由于电势差，Va＞Vb。

当外设信号控制端控制三端器件的第一极的输入信号由1变为0时(即从闭合到断开的瞬间)，此时的电感L1、电解电容C2和电解电容C1由蓄能饱和状态开始逐渐地放电，借助二极管D1的单向导通特点，主要形成两个环路放电。

环路一的放电回路为：第二电解电容C2→电阻R2→电感L1→电阻R1→负载电阻R3→二极管D1→电感L1。

环路二的放电回路为：电解电容C1→负载电阻R3→二极管D1。

由于断电瞬间，电感L1会吸收减缓产生的瞬间大电流，电解电容会吸收减缓产生的瞬间大电压，同时在不在提供电源的情况下，自动放电，延长负载的工作时间。此时的负载保护电路依然是：V_L1+I_L1*R1+V0＝V_c2+I_c2*R2。

如图6，当三端器件断开瞬间产生的尖峰电流，会促使电感L1的电流值逐渐上升，当节点a的电流到了临界点后，开始迅速放电，放电到一定阶段后开始缓慢放电；节点b随着电感L1的趋势，先是均匀上升电流，待到了临界点，再迅速放电，放电到一定阶段后开始缓慢放电。节点a的电压和节点b的电压，在掉电瞬间开始，电压值逐渐降低，放电完毕后，最后为0。

另一方面，请参阅图7，图7为本实用新型的一种开关电路的结构示意图，可包括：：三端器件S1以及如上所述的负载保护电路；

所述负载保护电路包括：电感L1以及第一电解电容C1；

所述三端器件S1的第一极连接外设信号控制端，所述三端器件S1的第二极连接电源正端，所述三端器件S1的第三极连接所述电感L1的第一端，所述电感L1的第二端与第一电解电容的第一端连接，所述第一电解电容C1的第二端与电源负端连接，所述第一电解电容C1的第一端外接负载的第一端，负载的第二端与电源负端连接。

上述开关电路，包括电感以及第一电解电容，所述电感作为其中一个蓄流元件，用于在三端器件断开和闭合的瞬间阻碍电流的急剧变化，有效地缓冲过流对负载的影响，所述第一电解电容可以在三端器件断开和闭合的瞬间阻碍突变电压对负载的影响，故上述开关电路能够在外设信号控制端控制三端器件的闭合和断开的瞬间，对产生的尖峰电信号进行缓冲，有效的缓解三端器件自身的断开和闭合瞬间形成的尖峰电流对对三端器件以及负载造成损坏。

上述开关保护电路，结构简单，使用元件数量少，节约了硬件成本，亦达到负载保护效果。

其中，所述三端器件可为具备三个外接引出端子器件，可应用于开关场合，例如所述三端器件可为三极管、MOS管或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

所述三端器件为MOS管时，所述MOS管的栅极连接外部控制信号端，所述MOS管的源极连接所述电感的第一端，所述MOS管的漏极连接电源正端。

具体地，请参阅图4，在所述负载电路包括电感L1、第一电解电容C1、第二电解电容C2、二极管D1、电阻R1、负载电阻R3以及电阻R2时，MOS管的源极连接所述电感L1的第一端以及二极管D1的阴极，MOS管的源极通过电阻R2连接第二电解电容C2的第一端，MOS管的栅极连接外部控制信号端，MOS管的漏极连接电源。负载电阻R3的第一端连接电解电容C1的第一端，负载电阻R3的第二端连接电解电容C2的第二端。

所述三端器件S1为三极管时，所述三极管的基极连接外部控制信号端，所述三极管的射极连接所述电感的第一端，所述三极管的集电极连接电源正端。三极管的射极还可连接二极管D1的阴极。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能组合都进行描述，然而只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。