专利名称：电池供电的电源单元的制作方法
技术领域：
本发明基于一种电池供电的电源单元，其经常用在例如消费电子领域的便携式装置。这种类型的装置需要对电池电压极性颠倒的防护。因为在特定电池类型的情况下，电池可能被错误地反方向装入，而反向的电池电压的一个后果是该装置上的电子元件，特别是电解电容可能被损坏。
背景技术：
为了提供对电池极性反转的防护，现有方法是把一个二极管或者开关器件与电池串联。但是，二极管的缺点是有一个相对较高的正向电压，因此呈现并非微不足道的电能损失，这是电池供电中尤其不受欢迎的。因此极性反转防护的较好的办法是开关晶体管，特别是场效应管MOSFET，当它完全导通时，有相对低的正向电阻。在这种情况下，MOSFET的基极的连线方式是在电池极性正确时使之完全导通，而在电池极性错误时使之切断。例如，这种对付电池极性反转的保护电路披露在例如DE-A-196 03 117和EP-A-0 918389等中。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池供电的电源单元，包括一个设置在该电源单元的电流路径中的开关晶体管，其中开关晶体管被保护不受损坏。
通过权利要求1中详细限定的本发明的特征来达到此目的。本发明有利的发展在从属权利要求中详细说明。
本发明的在电源单元的电流路径中具有一个其电流端子与电池串联连接的开关晶体管的电源单元，包括一个保护电路，设置在开关晶体管的电流端子之间，并测定开关晶体管两端的电压差。在电压差过高的情况下，将电源单元或装置切断，由此，不会损坏开关晶体管。
尤其是，在所用的开关晶体管是一个通常含有并联的内部二极管的MOSFET管时，如果开关晶体管不是在高电流时导通，或者导通不正确，则此内部二极管将有损坏的危险。MOSFET内部的二极管一般本质上是一个具有较高正向电压的较差的二极管。尤其在高电流消耗的装置中，此二极管温度将明显升高，在这种情况下会造成安全问题。保护电路尤其是其包含的阈值电路在开关晶体管的电流端子出现过高的电压差时做出反应，以使MOSFET不受损坏。
在电压差过高的情况下，保护电路可以例如关掉该装置本身或者该装置的重要部分，由此使电流降到一个无危险的数值。如果此电源单元带有直流-直流变换器，那么直流-直流变换器的开关晶体管也可以方便地直接被关掉。便携电视机尤其需要带有直流-直流变换器的电池供电的电源单元。
所用的保护电路尤其可以是一个简单的晶体管级，其中的晶体管的基极和发射极分别连接在开关晶体管的电流端子，并且其基极偏置电压通过一个分压器设定，分压器的工作方式是，在出现过高的电压差的情况下，晶体管导通，并以这种方式通过集电极触发一个截止信号。
下面将以一个电路示意图为例，更详细地对本发明进行解释。其中图1示出了一个电源单元，其电池和一个开关晶体管串联在一起。
具体实施例方式
图1中示出的电源单元由电池B供电，并包括一个开关晶体管T1，在该典型实施例中是一个MOSFET管，其电流端子串联连接到电池B。MOSFET管T1包含一个内部二极管D1，它并联连接在电流端子漏极D和源极S之间，以防止MOSFET管T1以反方向模式加电。MOSFET管的栅极G通过电阻R1连接到电池B的正极，并通过一个齐纳二极管D连接到MOSFET管T1的源极。如图所示，当电池极性正确时，将通过由电阻R1和二极管D1、D2组成的分压器，在栅极G上产生一个正电压，以使MOSFET管T1导通。在电池B极性错误的情况下，栅极/源极的电压是负的，因此MOSFET管T1保持截止状态，同样地，二极管D1截止。
在出现错误的情况下，例如如果肖特基二极管D击穿而产生短路，MOSFET管T1有可能不能正确导通。这种情况下，电流将流经二极管D1，使之温度明显升高，特别在重负载的情况下，结果可能会造成安全问题。例如，6安培的电流将在二极管D1两端产生1伏的压降，因此在二极管上出现了6W的功率损失。
为了防止开关二极管T1过热而对装置造成的危害，提供一个由晶体管T2、二极管D3和电阻R2-R5组成的保护电路。该保护电路测量开关晶体管T1电流端子之间的电压差，在一个特定的阈值电压启动，切断该装置或者电源单元本身。这种情况下，晶体管T2的基极通过电阻R4连接到MOSFET管T1的源极S，发射极通过电阻R5连接到MOSFET管T1的漏极D，因此通过这种方式产生了一个阈值电路，在出现过高的电压差的情况下，该阈值电路使晶体管T2导通。
在这种情况下，通过经由两个电阻R2、R3连接到电池B的正极、以及通过经由二极管D3被箝位到施加于源极S上的电压的两个电阻R2、R3之间的连接点，经由电阻R5和分压器为晶体管T2的基极提供一个确定的偏置电压。结果，晶体管T2的基极有大约200mV的偏置电压。在通常情况下，当MOSFET管T1被完全导通时，正向电阻大约为20毫欧姆，因此在电流为6A时，在MOSFET管的电流端子D、S之间只有0.12V的电压差。在这种情况下，晶体管T2保持截止状态。只有当MOSFET管没有导通或者没有正确导通而使得经由二极管D1产生一个更高的压降时，晶体管T才接通。
因此，当出现错误的时候，晶体管T2的集电极触发一个电压信号，使得诸如电源单元可以经由另一个开关被切断。在该实施例中，如果电源单元具有一个直流-直流变换器来产生更高的电压，则通过将直流-直流变换器的开关晶体管T3的基极经由一个二极管D4直接与晶体管T2的集电极连接在一起，经由晶体管T2的集电极切断该直流-直流变换器。如果晶体管T2导通，那么开关晶体管T3的基极连接到电池的负极，结果直流-直流变换器因此而切断，并且流经MOSFET管T1的电流被中断。
在该实施例中，直流-直流变换器是一个带有变压器TR的回扫变换器，变压器的初级线圈W1与开关晶体管T3和电池B串联，次级线圈W2与二极管D5一起提供输出电压V+。开关晶体管T3的基极1按公知方式由驱动电路来驱动。因此可以用很少的元件给定一个可靠的保护电路，在开关晶体管T1的电流端子间出现过高的电压差时，能可靠地保护此开关晶体管，尤其是对于带有内部二极管的MOSFET，在出现错误的情况下，可以防止MOSFET管上产生过多的热量，从而防止损坏MOSFET管。
权利要求
1.一种由电池(B)供电的电源单元，包含一个其电流端子(D、S)设置在电源单元的电流路径中的开关晶体管(T1)，其特征在于一个保护电路连接在开关晶体管(T1)的电流端子(D、S)之间，用于测定开关晶体管(T1)的电压差。
2.根据权利要求1的电源单元，其特征在于保护电路具有一个阈值电路，在出现过高的电压差的情况下，此阈值电路切断电源单元或者下游连接的装置。
3.根据权利要求1或者2的电源单元，其特征在于具有一个直流-直流变换器(DC-DC)，并且在出现过高电压差的情况下，保护电路(T2、D3、D4、R2-R5)切断此直流-直流变换器。
4.根据权利要求2或者3的电源单元，其特征在于开关晶体管(T1)包括一个并联的二极管(D1)，并且保护电路的钳位电压由该二极管(D1)的正向电压限定。
5.根据上述权利要求其中之一的电源单元，其特征在于保护电路包含一个晶体管(T2)，其基极-发射极连接点跨接在开关晶体管(T1)的电流端子(D、S)上。
6.根据权利要求5的电源单元，其特征在于晶体管(T2)的集电极经由二极管(D4)耦合到直流-直流变换器(DC-DC)中的开关晶体管(T3)的基极。
7.根据权利要求5或者6的电源单元，其特征在于在电池(B)的正极(+)和晶体管(T2)的基极之间，设置第一电阻(R2、R3)，该第一电阻(R2、R3)与二极管(D3)和第二电阻(R4)一起组成相对于负极(-)的分压器。
8.根据上述权利要求其中之一的电源单元，其特征在于场效应晶体管(T1)是一个内部带有二极管的MOSFET管。
9.根据权利要求8的电源单元，其特征在于MOSFET管是一个正常情况下截止的的MOSFET管，其漏极与电池的负极相连，源极与电源单元的正极相连，栅极与电源单元的正极相连。
10.根据权利要求9的电源单元，其特征在于栅极(G)经由第三电阻(R1)与电源单元的正极相连，并且经由一个二极管(D2)与MOSFET管的源极相连。
全文摘要
一种电池供电的电源单元,包含一保护电路,连接在开关晶体管的电流端子上并测定开关晶体管两端的电压差。尤其是开关晶体管是带有并联的内部二极管(D1)的MOSFET管。在出现过高电压差的情况下,将切断电源单元以及下游连接的装置,由此,在出错情况下不会损坏开关晶体管(T1)。保护电路包含一带有晶体管(T2)的阈值电路,晶体管的基极和发射极分别连接到开关晶体管(T1)的电流端子,其基极偏置电压通过一分压器设定,方式为在出现过高的电压差的情况下使晶体管导通,并通过这种方式,经由集电极触发一关断信号。如果电源单元包含直流－直流变换器,那么此变换器的开关晶体管(T3)可以直接被截止。该电源单元尤其适用于便携式电视机。
文档编号H02H11/00GK1339860SQ01133918
公开日2002年3月13日 申请日期2001年8月17日 优先权日2000年8月18日
发明者丹尼尔·洛佩兹, 让-保罗·卢维尔 申请人:汤姆森特许公司