本实用新型属于功率器件电子控制技术领域，尤其涉及高边输出三晶体模块电路。
背景技术：
为了控制方便，很多负载采用正极受控的方式进行供电控制，其控制电路采用高边输出。这些功率控制电路需要进行过流保护，一方面是对负载的过流保护，另一方面是对功率控制器件(包括场效应管、双极型三极管以及达林顿管等功率晶体)本身的过流保护，但现有许多高边输出的电子控制模块不具备过流保护功能，当负载过载或线路短路等原因导致模块内部功率管过流时，功率管极易损坏。在另一些具备功率保护功能的电子控制模块中，其过流保护往往是在负载主回路串联大电流取样电阻，这样可以进行过流保护，但大电流取样电阻体积较大、占用电路板面积较大，而且批量产品的离散型不易控制，更有一些电路过于复杂、保护动作滞后，这都使成本上升、故障率增加，对于专用的具有过流保护的功率集成电路来说，一方面其设计和制造周期长成本高、另一方面其耐压值较低易于被击穿，对于耐压值较高的功率芯片其成本更高，所以经常发生功率控制模块损坏，特别是其功率管的击穿，一般功率控制模块造价较高，若模块损坏，则耽误设备工作进程并带来经济损失。
技术实现要素：
本实用新型是直接采样功率控制晶体管的饱和压降，当该饱和压降超值时，通过电路的正反馈模式使前级小信号放大电路和功率管及反馈组件组成的“功率型触发器”由导通状态急剧翻转为截止状态，及时快速地保护了功率管，而且分级器件组成的功率模块其成本较低、耐压值较高，使功率控制模块更加安全耐用可靠。
本实用新型所采用的技术方案是：
依据本实用新型的第一方面，提供了一种高边输出三晶体模块电路，其特殊之处在于包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、储能延时单元、阈值调整单元和电阻R1，其中，
所述第一晶体管的发射极接电源正极，所述第一晶体管集电极通过电阻R1连接地，所述第一晶体管的集电极还连接第三晶体管的输入端(栅极或基极)和储能延时单元的输入端，所述第三晶体管的正极端(源极或发射极)接电源正极，所述第三晶体管的输出端(漏极或集电极)连接所述第二晶体管的集电极，所述第二晶体管的基极连接所述储能延时单元的输出端，所述储能延时单元的正极端接电源正极，所述第二晶体管的发射极通过所述阈值调整单元连接所述第一晶体管的基极，所述第三晶体管输出端(漏极或集电极)作为所述高边输出三晶体模块电路的输出端，用于控制外部负载的热端；
当所述第三晶体管正常导通时，所述储能延时单元储能，所述第二晶体管集电极电压被抬高、使所述第二晶体管的发射极电流为0进而使所述第一晶体管截止；当所述第三晶体管过流致使所述第三晶体管饱和压降超过所述阈值调整单元导通阈值电压时，所述第二晶体管的发射极电流驱动第一晶体管导通使所述第三晶体管截止得到保护，当所述储能延时单元的储能释放结束时使所述第二晶体管截止、进而使所述第一晶体管截止同时所述储能延时单元储能、所述第一晶体管截止还促使所述第三晶体管导通，通过电路的正反馈作用使所述第三晶体管试图迅速进入饱和导通状态：若过流解除则所述第三晶体管进入正常饱和导通状态、若持续过流则所述第三晶体管过高的饱和压降通过所述第二晶体管的发射极电流驱动第一晶体管导通使所述第三晶体管截止继续得到保护。
进一步的，还提供了一种高边输出三晶体模块电路，其特殊之处在于还包括：
二极管D6和电阻R6，所述二极管D6的负极同时连接所述第二晶体管集电极和所述电阻R6的一端，所述二极管D6的正极连接所述第三晶体管输出端(漏极或集电极)，所述电阻R6的另一端连接所述第三晶体管输出端或接地。
依据本实用新型的第二方面，提供了一种高边输出三晶体模块电路，其特殊之处在于包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、储能延时单元、阈值调整单元、电阻R1和二极管D6，其中，
所述第一晶体管的发射极接电源正极，所述第一晶体管集电极通过电阻R1接地，所述第一晶体管的集电极还连接第三晶体管的输入端(栅极或基极)和储能延时单元的输入端，所述第三晶体管的正极端(源极或发射极)接电源正极，所述第三晶体管的输出端(漏极或集电极)通过所述二极管D6连接所述第二晶体管的发射极，所述第二晶体管的基极连接所述储能延时单元的输出端，所述第二晶体管的集电极接地或连接所述第三晶体管的输出端，所述储能延时单元的正极端接电源正极，所述第二晶体管的发射极通过所述阈值调整单元连接所述第一晶体管的基极，所述第三晶体管输出端(漏极或集电极)作为所述高边输出三晶体模块电路的输出端，用于控制外部负载的热端；
当所述第三晶体管正常导通时，所述储能延时单元储能，所述第二晶体管的发射极电压被抬高使所述阈值调整单元和所述第一晶体管截止；当所述第三晶体管过流致使所述第三晶体管饱和压降超过所述阈值调整单元导通阈值电压时，所述第二晶体管的发射极电流驱动第一晶体管导通使所述第三晶体管截止得到保护，当所述储能延时单元的储能释放结束时使所述第二晶体管截止、进而使所述第一晶体管截止同时所述储能延时单元储能、所述第一晶体管截止还促使所述第三晶体管导通，通过电路的正反馈作用使所述第三晶体管试图迅速进入饱和导通状态：若过流解除则所述第三晶体管进入正常饱和导通状态、若持续过流则所述第三晶体管过高的饱和压降通过所述第二晶体管的发射极电流驱动第一晶体管导通使所述第三晶体管截止继续得到保护。
进一步的，还提供了一种高边输出三晶体模块电路，其特殊之处在于：在所述第二晶体管的集电极回路或发射极回路上串接有限流电阻。
依据本实用新型的第三方面，提供了一种高边输出三晶体模块电路，其特殊之处在于包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、储能延时单元、阈值调整单元、电阻R1和二极管D6，其中，
所述第一晶体管的发射极接电源正极，所述第一晶体管集电极通过电阻R1接地，所述第一晶体管的集电极还连接第三晶体管的输入端(栅极或基极)和储能延时单元的输入端，所述第三晶体管的正极端(源极或发射极)接电源正极，所述第三晶体管的输出端(漏极或集电极)通过所述二极管D6连接所述第二晶体管的基极，所述第二晶体管的基极还连接所述储能延时单元的输出端，所述第二晶体管的集电极接地或连接所述第三晶体管的输出端，所述储能延时单元的正极端接电源正极，所述第二晶体管的发射极通过所述阈值调整单元连接所述第一晶体管的基极，所述第三晶体管输出端(漏极或集电极)作为所述高边输出三晶体模块电路的输出端，用于控制外部负载的热端；
当所述第三晶体管正常导通时，所述储能延时单元储能，所述第二晶体管的基极电压被抬高使所述第二晶体管、所述阈值调整单元和所述第一晶体管均截止；当所述第三晶体管过流致使所述第三晶体管饱和压降超过所述阈值调整单元导通阈值电压时，来自储能延时单元的输出端电压使所述第二晶体管产生基极电流，所述第二晶体管的发射极电流驱动第一晶体管导通使所述第三晶体管截止得到保护，当所述储能延时单元的储能释放结束时使所述第二晶体管截止、进而使所述第一晶体管截止同时所述储能延时单元储能、所述第一晶体管截止还促使所述第三晶体管导通，通过电路的正反馈作用使所述第三晶体管试图迅速进入饱和导通状态：若过流解除则所述第三晶体管进入正常饱和导通状态、若持续过流则所述第三晶体管过高的饱和压降通过所述第二晶体管的发射极电流驱动第一晶体管导通使所述第三晶体管截止继续得到保护。
进一步的，还提供了一种高边输出三晶体模块电路，其特殊之处在于：在所述第二晶体管的集电极回路或发射极回路上串接有限流电阻。
进一步的，还提供了一种高边输出三晶体模块电路，其特殊之处在于：在所述阈值调整单元上或所述第一晶体管的基极回路或上串接有限流电阻。
本实用新型的有益效果是：由于无需像现有技术过流采样所需的大电流采样电阻，而是直接采样功率控制晶体管的饱和压降，通过电路的正反馈模式使前级小信号放大电路和功率管及反馈元件组成的“功率型触发器”由导通状态急剧翻转为截止状态，所以对功率管的保护极其迅速，而且电路结构设计巧妙、简洁、元器件较少、成本低、易于规模化量产，使功率模块更加可靠，是自主研发的功率电子控制模块领域的核心控制技术之一，经济效益和社会效益明显。
附图说明
图1是本实用新型实施方式第一方面提供的第一种高边输出三晶体模块电路，
图2是本实用新型实施方式第一方面提供的另一种高边输出三晶体模块电路，
图3是本实用新型实施方式第一方面提供的又一种高边输出三晶体模块电路，
图4是本实用新型实施方式第二方面提供的第二种高边输出三晶体模块电路，
图5是本实用新型实施方式第二方面提供的另一种高边输出三晶体模块电路，
图6是本实用新型实施方式第三方面提供的第三种高边输出三晶体模块电路，
图7是本实用新型实施方式第三方面提供的另一种高边输出三晶体模块电路。
具体实施方式
本实用新型无需像现有技术过流采样所需的大电流取样电阻，而是直接采样功率控制晶体管的饱和压降，通过电路的正反馈模式使前级小信号放大电路和功率管及反馈元件组成的“功率型触发器”由导通状态急剧翻转为截止状态，所以对功率管的保护极其迅速，下面结合具体实施例对本实用新型进行较为详细的阐述。
第一方面，本实用新型实施方式提供了一种高边输出三晶体模块电路。
实施例1
一种高边输出三晶体模块电路，如图1所示，其电路结构特点包括：第一晶体管1(Q1)、第二晶体管2(Q2)、第三晶体管3(Q3)、阈值调整单元4、储能延时单元5和电阻R1，其中：
第一晶体管Q1的发射极接电源正极B+，第一晶体管集电极通过电阻R1接地(即E，以下同)，第一晶体管的集电极还连接第三晶体管Q3的输入端(栅极)和储能延时单元5的输入端，第三晶体管Q3的正极端(源极)接电源正极，第三晶体管Q3的输出端(漏极)连接第二晶体管Q2的集电极，第二晶体管Q2的基极连接储能延时单元5的输出端，储能延时单元5的正极端接电源正极，第二晶体管Q2的发射极通过阈值调整单元4(即稳压管D4)连接第一晶体管Q1的基极，第三晶体管Q3输出端(漏极)作为高边输出三晶体模块电路的输出端，用于控制外部负载的热端，当第三晶体管Q3采用双极型三极管或达林顿管时，其对应的输入端为基极、接地端为发射极、输出端为集电极(以下同)；其中的储能延时单元5具有二极管D5、电阻R5和电容C5，二极管D5的正极同时连接电阻R5的一端和电容C5的一端，二极管D5的负极作为储能延时单元的输入端，电容C5的另一端作为储能延时单元的正极端接电源正极，电阻R5的另一端作为储能延时单元的输出端。
当第三晶体管Q3正常导通时，晶体管Q1为截止状态，电容C5充电储能，充电路径：电源正极B+→电容C5→二极管D5→电阻R1→地，由于功率管Q3导通，其漏极饱和压降很小(一般在0.1V～1.0V范围)，且第二晶体管Q2的集电极被其抬高，第二晶体管Q2集电结正偏使第二晶体管的发射极电流为0，第一晶体管因此截止，这样第三晶体管Q3饱和导通为稳定状态。
当由于负载过载或短路等原因导致第三晶体管Q3过流时，过大的工作电流将会在其内阻上以其较大的压降，对地而言其漏极电位会比正常导通时降低，第二晶体管Q2的发射极会输出电压U2e，随着功率管Q3漏极电压降低，三极管Q2集电极电压也降低，三极管Q2发射极电压Ue2也随之降低，对电源正极B+而言：三极管Q2发射极与B+之间的电压差值增大，当差值增大至大于阈值调整单元稳压管D4的导通阈值电压时，三极管Q2的发射极电流驱动第一晶体管Q1导通使第三晶体管Q3截止得到保护，在这一过程中存在正反馈过程：Q1基极电位↓→Q1集电极电位↑→Q3栅极电位↑→Q3漏极电位↓→Q2集电极电位↓→Q2发射极电位↓→D4→Q1基极电位↓，这一强烈正反馈过程使电路急剧翻转为功率管Q3截止状态，但该截止状态为暂稳态，因为当储能延时单元5的储能电容C5电能释放结束时，第二晶体管Q2会截止、进而使第一晶体管Q1截止，同时储能延时单元5储能、第一晶体管Q1截止还促使第三晶体管Q3导通，通过电路的正反馈作用，其正反馈过程是：由于C5放电电流逐渐减小导致Q2基极电位↑→Q2发射极电位↑→D4→Q1基极电位↑→Q1集电极电位↓→Q3栅极电位↓→Q3漏极电位↑→Q2集电极电位↑→Q2发射极电位↑，使第三晶体管Q3试图迅速进入饱和导通状态：若过流解除第三晶体管Q3进入正常饱和导通状态、若持续过流则第三晶体管Q3过大的饱和压降Uds通过第二晶体管Q2的发射极电流驱动第一晶体管Q1导通使第三晶体管Q3截止继续得到保护。
在上述实施例1的基础上，还提供了一种高边输出三晶体模块电路，如图2所示，该电路在上述图1所示电路的第二晶体管Q2的集电极回路入二极管D6和电阻R6，二极管D6的负极同时连接第二晶体管Q2集电极和电阻R6的一端，二极管D6的正极连接第三晶体管Q3输出端(漏极)，电阻R6的另一端连接第三晶体管Q3的输出端F。其工作过程与上述图1所示电路基本一致，仅仅在功率管Q3正常导通时通过二极管D6抬高三极管Q2集电极电位，此时三极管Q2集电极电位由二极管D6钳位为高电平，故三极管Q2发射极电位不足以使稳压管D4导通，此为功率管导通的稳态，当功率管Q3漏极电位降低时，通过电阻R6使三极管Q2的集电极电位降低，三极管Q2发射极电位Ue2也随之降低，当Ue2与B+之间电压差增大至超过稳压管D4导通阈值时，三极管Q1导通，使功率管Q2截止，电路进入暂稳态。
同样在上述实施例1的基础上，还提供了一种高边输出三晶体模块电路，如图3所示，该电路在上述图1所示电路的第二晶体管Q2的集电极回路串入二极管D6，还增加了电阻R6，二极管D6的负极同时连接第二晶体管Q2集电极和电阻R6的一端，二极管D6的正极连接第三晶体管Q3输出端(漏极)，电阻R6的另一端接地。其工作过程也与上述图1所示电路基本一致，仅仅在功率管Q3正常导通时通过二极管D6抬高三极管Q2集电极电位，此时三极管Q2集电极电位由二极管D6钳位为高电平，故三极管Q2发射极电位不足以使稳压管D4导通，此为功率管导通的稳态，当功率管Q3漏极电位降低时，受二极管D6的钳位，通过电阻R6使三极管Q2集电极电位降低，三极管Q2发射极输出电位Ue2也随之降低，当Ue2与B+之间电压差增大至超过稳压管D4导通阈值时，三极管Q1导通，使功率管Q2截止，电路进入暂稳态。
第二方面，本实用新型实施方式还提供了一种高边输出三晶体模块电路。
实施例2
一种高边输出三晶体模块电路，如图4和图5所示，其结构特点包括：第一晶体管1(Q1)、第二晶体管2(Q2)、第三晶体管(Q3)、储能延时单元5、阈值调整单元4、电阻R1和二极管D6，其中：
第一晶体管Q1的发射极接电源正极B+，第一晶体管Q1集电极通过电阻R1接地，第一晶体管Q1的集电极还连接第三晶体管Q3的输入端(栅极)和储能延时单元5的输入端，第三晶体管Q3的正极端(源极)接电源正极，第三晶体管Q3的输出端(漏极)通过二极管D6连接第二晶体管Q2的发射极，第二晶体管Q2的基极连接储能延时单元5的输出端，第二晶体管Q2的集电极接地(见图4)或连接第三晶体管Q3的输出端F(见图5)，储能延时单元5的正极端接电源正极，第二晶体管Q2的发射极通过阈值调整单元4连接第一晶体管Q1的基极，第三晶体管Q3的输出端(漏极)作为高边输出三晶体模块电路的输出端F，用于控制外部负载的热端；其中的储能延时单元5具有二极管D5、电阻R5和电容C5，二极管D5的正极同时连接电阻R5的一端和电容C5的一端，二极管D5的负极作为储能延时单元的输入端，电容C5的另一端作为储能延时单元的正极端，电阻R5的另一端作为储能延时单元的输出端。
当第三晶体管Q3正常导通时，储能延时单元5的电容C5充电储能，充电路径为：电源正极B+→电容C5→二极管D5→电阻R1→地，第三晶体管Q3导通，其漏极为高电位(一般场效应管饱和压降为0.1～1.0V)，通过二极管D6将第二晶体管的发射电压抬高，不足以达到阈值调整单元4内稳压二极管D4的导通阈值，使第一晶体管Q1截止，Q3饱和导通，该状态为稳态。
当由于负载过载或短路等原因导致第三晶体管Q3过流时，过大的工作电流将会在其内阻上以其较大的压降，对地而言其漏极电位会比正常导通时降低，第二晶体管Q2的发射极电压U2e随着功率管Q3漏极电压而降低，随着U2e的降低，U2e与B+电压差增大，当U2e与B+电压差增大至超过稳压管D4导通阈值时，使第二晶体管Q2产生发射极电流驱动第一晶体管Q1导通，使其集电极输出高电位，二极管D5截止，电容C5放电，放电路径：电容C5上极板→B+→Q1发射结→稳压管D4反向电流→Q2发射结→电阻R5→电容C5下极板，Q1导通还使第三晶体管Q3截止得到保护，当储能延时单元的C5储能释放结束时使第二晶体管Q2截止、进而使第一晶体管Q1截止同时储能延时单元5的电容C5继续储能、第一晶体管Q1恢复截止、还促使第三晶体管Q3导通，通过电路的正反馈作用使第三晶体管Q3试图迅速进入饱和导通状态：若过流解除则第三晶体管Q3进入正常饱和导通状态、若持续过流则第三晶体管Q3过高的饱和压降通过第二晶体管Q2的发射极电流驱动第一晶体管导通Q1使第三晶体管Q3截止继续得到保护。
易于理解的是，还可以在第二晶体管的集电极回路或发射极回路上串接有限流电阻，以限制晶体管是工作电流。
第三方面，本实用新型实施方式还提供了一种高边输出三晶体模块电路。
实施例3
一种高边输出三晶体模块电路，如图6和图7所示，其结构特点包括：第一晶体管1(Q1)、第二晶体管2(Q2)、第三晶体管3(Q3)、储能延时单元5、阈值调整单元4、电阻R1和二极管D6，其中
第一晶体管Q1的发射极接电源正极，第一晶体管Q1集电极通过电阻R1接地E，第一晶体管Q1的集电极还连接第三晶体管Q3的输入端(栅极)和储能延时单元5的输入端，第三晶体管Q3的正极端(源极)接电源正极B+，第三晶体管Q3的输出端F(漏极)通过二极管D6连接第二晶体管Q2的基极，第二晶体管Q2的基极还连接储能延时单元5的输出端，第二晶体管Q2的集电极接地(图7)或连接第三晶体管Q3的输出端F(图6)，储能延时单元5的正极端接电源正极，第二晶体管Q2的发射极通过阈值调整单元4连接第一晶体管Q1的基极，第三晶体管Q3输出端(漏极)作为高边输出三晶体模块电路的输出端F，用于控制外部负载的热端。
当第三晶体管Q3正常导通时，储能延时单元5的电容C5充电储能，充电路径为：电源正极B+→电容C5→二极管D5→电阻R1→地，第三晶体管Q3导通，其漏极为低电位(一般场效应管饱和压降为0.1～1.0V)，通过二极管D6将第二晶体管Q2的基极电位抬高，第二晶体管Q2的发射极电压也被抬高，不足以达到阈值调整单元4内稳压二极管D4的导通阈值，使第一晶体管Q1截止，Q3饱和导通，该状态为稳态。
当第三晶体管Q3过流时，当第三晶体管饱和压降超过阈值调整单元的D4导通阈值电压时，第二晶体管Q2导通：
在图6中：Q2的发射极电流包含基极电流Ib2，其来源为电容Q2发射结→电阻R5→C5负极，还包含Q2集电极电流Ic2，其路径来源为Q2发射极→Q2集电极→功率管Q2漏极过高的饱和压降Uds导致较低的F点电压UF，一般集电极电流比基极电流大许多倍，合理地选择电阻R5，可以限制三极管Q2的集电极电流不至于超出Q2的允许值，也就是Ic2＝βIb2，其中β为直流放大倍数；
在图7中：Q2的发射极电流包含基极电流Ib2，其来源为电容Q2发射结→电阻R5→C5负极，还包含Q2集电极电流Ic2，其路径来源为Q2发射极→Q2集电极→地，一般集电极电流比基极电流大许多倍，合理地选择电阻R5，可以限制三极管Q2的集电极电流不至于超出Q2的允许值，也就是Ic2＝βIb2，其中β为直流放大倍数。
上述的第二晶体管Q2的发射极电流驱动第一晶体管Q1导通，其集电极输出高电位，二极管D5截止，电容C5放电，其放电路径：C5上极板→电源正极B+→Q1发射结→D4反向电流→Q2发射结及通过R5到C5下极板，Q1导通还使第三晶体管Q3截止得到保护，当储能延时单元的C5储能释放结束时使第二晶体管Q2截止、进而使第一晶体管Q1截止同时储能延时单元5的电容C5继续储能、第一晶体管Q1恢复截止、还促使第三晶体管Q3导通，通过电路的正反馈作用使第三晶体管Q3试图迅速进入饱和导通状态：若过流解除则第三晶体管Q3进入正常饱和导通状态、若持续过流则第三晶体管Q3过高的饱和压降通过第二晶体管Q2的发射极电流驱动第一晶体管导通Q1使第三晶体管Q3截止继续得到保护。
易于理解的是，还可以在第二晶体管的集电极回路或发射极回路上串接有限流电阻，以限制晶体管的工作电流。也可以在上述实施例中的阈值调整单元上或第一晶体管的基极回路或上串接有限流电阻，以进一步限制晶体管的工作电流。
通过上述几个实施例较为详细的阐述，可以提炼出电路的要件结构：以三极管Q1、功率管Q3为核心组成一种特殊的触发器，现对该触发器进行分析：
三极管Q1和电阻R1组成的是共发射极放大电路，从基极输入、集电极输出的一种小信号反相器，功率管Q3和外接负载构成共源极或共发射极的功率放大电路，是从栅极或基极输入、漏极或集电极输出的一种功率反相器，小信号反相器的输出端连接的是功率反相器的输入端，三极管Q2等元件组成的延时复位触发电路作为反馈链路，连接在功率反相器的输出端和小信号反相器的输入端之间，简单理解是：如果以仅仅一只反馈电阻连接于功率反相器的输出端和小信号反相器的输入端之间，那么两个反相器和反馈电阻构成双稳态的触发器，是一种置位-复位触发器，但其中一个反相器为功率器件，这就构成了特殊的“功率触发器”，而前述的三极管Q2等元件组成的反馈链路主要作用是：导通钳位--过流触发--延时复位--快速储能，这样才以较为简单的结构实现功率控制(在三极管Q1基极即“IN端子”输入控制信号控制功率管导通与截止)、延时复位、功率管饱和压降电压取样、过流保护、过流动作快速响应功能的功率控制模块电路。本实用新型的电路结构简单电路、分立器件耐压值较高、易于厚膜集成化、其可靠性优于集成电路，而且成本较低、应用广泛、前景较好。可以应用于发电机电压调节器、电动车窗控制器、汽车雨刮电机控制器、电机控制器等。
本实用新型的实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，不是对本实用新型的限制，通过等同代换及非创造性劳动所得到的其他实施例或其他组合所得到的实施例均落入本实用新型保护范围，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。