[其他]導電率調制型MOS場效應管的過電流保護電路

在審

• 申請號: 101986000003419
• 申請日: 1986-05-14
• 公開（公告）號: CN1004184B
• 公開（公告）日: 1989-05-10
• 發明（設計）人: 岡土千尋;山口好広;中川明夫
• 申請（專利權）人: 東芝株式會社
• 代理公司: 上海專利事務所
• 代理人: 楊國勝

雙極性場效應管（ＢＩＦＥＴ）的過電流保護電路具有探測ＢＩＦＥＴ的漏極和源極之間電壓的電壓探測電路和一種主開關電路用來降低ＢＩＦＥＴ的柵極和源極之間電壓以及根據電壓探測電路的輸出來防止ＢＩＦＥＴ的導通事故或導通延遲。接收到接通柵極信號后，ＢＩＦＥＴ初始導通期間，在主開關電路變成導通時刻之前有一個延遲時間常數。在本發明中，這樣一種情形可以防止，在ＢＩＦＥＴ初始導通期間過電流保護電路起作用使ＢＩＦＥＴ不導通或經過一些延遲以后才導通。

本發明涉及對導電率調制型金屬氧化物半導體場效應管（MOSFET）的過電流保護電路。

導電率調制型MOSFET是一種具有MOS柵極輸入的金屬氧化物半導體場效應晶體管。它以雙極性方式工作并具有如開關速度快及低導通（飽和）電壓的一些優越性能。這使得它可能對大功率高頻進行控制，從而完全有可能制造出各種體積小而成本低的各種裝置。目前，使用常規的雙極性的（雙極型）晶體管或金屬氧化物場效應晶體管，還不能實現對大功率高頻進行控制。下面，把上面所述的導電率調制型金屬氧化物場效應管簡稱為BIFET（雙極型場效應管）

圖1表示BIFET的一種基本的斬波電路，其中編號1表示BIFET。在圖1中，BIFET1的導通和斷開控制著從直流電源2向負載3輸送的電能。而BIFET1的導通和斷開是受產生柵極信號的電路50控制的，電路50具有柵極電源4，5和雙極性晶體管6到9。柵極電源4是向BIFET1的柵極其供給正電壓，柵極電源5是向BIFET1的柵極供給負電壓，雙極性的晶體管6到9則放大在控制信號輸入端10接收到的控制信號。當產生柵極信號的電路50的控制信號輸入端10接收到一個正信號時，晶體管6和7就導通，從柵極電源4通過輸出端11向BIFET1的柵極提供一個正電壓，因此使雙極型場效應晶體管1導通。當控制信號輸入端10接收到一個負信號時，晶體管8和9導通，從柵極電源5通過輸出端11向BIFET1的柵極提供一負電壓，因此使BIFET1截止。

圖2是闡明BIFET的漏極電壓V_D和漏極電流I_D兩者之間特性的一例的曲線圖。如圖所示，當工作于較高的柵極電壓V_G時BIFET的導通電壓就變得較低，因此能夠減少電能的損失。

在圖1中，當負載3內發生短路事故時，BIFET1的漏極和源極之間的電壓就上升到等于直流電源2的電壓。結果在BIFET1內的電能損失就變得非常大，因此可能造成BIFET1的損壞。如果考慮到在負載3內這種事故的發生，BIFET1以較低的柵極電壓工作，從圖4可見，BIFET1的導通電壓就變得較高，因此在導通狀態下，BIFET內的電能損失就會變得較大。

為了解決上述提出的問題，就出現了一種如圖3所示的過電流保護電路。在圖3中，在BIFET1的漏極和源極之間串聯了電阻12和13，源極和漏極之間電阻13兩端的電壓被檢測。在BIFET1的源極和柵極之間串聯電阻41和晶體管42，而晶體管42的基極通過一齊納二極管43接到電阻13電壓較高的一端。BIFET1的柵極通過電阻44連接到產生柵極信號電路50的輸出端11。

在操作中，當負載3內發生短路事故引起過電流流過BIFET1時，BIFET的導通電壓就上升。這種導通電壓被電阻12和13所分壓，而當電阻13兩端的電壓超過齊納二極管43的齊納電壓值時，就有電流流入晶體管42的基極。這就使晶體管42導通以致柵極電源4的電壓變成由電阻41和44所分壓，從而使柵極電壓降低。例如，假設柵極電源的電壓是15V，電阻41和44都是50Ω，當在正常情況下操作時，BIFET1的柵電壓是15V，然而，在負載3內發生短路事故以后，上述柵電壓就降低到7.5V，因此流過BIFET1的電流就可以減小。另一方面，當BIFET1在負載3處在正常狀態下導通時，在它的最初導通期間有幾十個毫微秒的延遲時間。因此，從一個正柵極電壓施加到BIFET1的柵極上一瞬間的幾十毫微秒期間，直流電源2的電壓就施加于BIFET1的漏極和源極之間，在此期間，電流流入晶體管42的基極，以致BIFET1的柵電壓變成較低的值。然而隨著時間進展，BIFET1的導通電壓逐漸下降，最終達到只有幾伏。在這瞬間電阻13兩端的電壓如果變得比齊納二極管43的齊納電壓低的話，晶體管42變成截止，而BIFET1的柵電壓上升到等于柵極電源4的電壓，以致BIFET1能夠在它的導通電壓變成足夠的低的情況下工作。