CN203813431U - 一种基于mos管栅极电压控制的限流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路，包括一限流MOS管，该限流MOS管的漏极和源极分别作为限流保护电路的两个连接端，其特征在于：在限流保护电路的两个连接端之间设置有电压取样电路，在限流MOS管的栅极上还连接有第一开关管或/和第二开关管；当连接有第一开关管时，通过对第一开关管的栅极加载电压来限制限流MOS管的栅极供电电源；当连接有第二开关管时，第二开关管串接在限流MOS管的栅极与源极之间，通过对第二开关管的栅极加载电压来限制限流MOS管的栅极供电电源。其效果是：电路原理简单，设计方便，根据不同的应用场景，很容易调整元件参数，而且电路易于集成，作为两端限流器件模块化使用。

Description

一种基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术，具体地说，是一种基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路。

背景技术

现有的限流保护电路通常采用保险管，热金属保险管以及PPTC自恢复保险，这几种反应速度比较慢，而且有的不能自恢复，难以真正起到保护电路和器件的作用。有的限流保护电路虽然可以恢复，但是电路结构复杂，不能作为一个独立的器件使用，成本高。

如图1所示，场效应管因其自身的阻抗变换特性常常作为开关元件和限流保护元件使用，图中所示为一个典型的保护电路，Q1、Q2均为耗尽型场效应管，通过Q1、Q2共源极串联，随着电路两端电流的增大，通过Q1、Q2的电流将形成栅极电压，一旦电流超过预定阈值，栅极电压增加导致场效应管截止，使其处于高阻状态，从而保护串联的负载，实现限流保护。

虽然这种电路结构简单，可以作为独立的器件使用，但是由于场效应管自身特性的限制，两个管子简单串联所适应的电压场景有限，电路的输入输出范围较窄。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提出一种基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路，通过不同的方式控制MOS管的栅极电压，从而改变MOS管的阻抗值，达到不同的限流超压控制目的。

为达到上述目的，本实用新型所采用的具体技术方案如下：

一种基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路，包括一限流MOS管，该限流MOS管的漏极和源极分别作为限流保护电路的两个连接端，其特征在于：在所述限流保护电路的两个连接端之间设置有电压取样电路，所述限流MOS管的栅极从第一电压取样电路中获取供电电源，在该限流MOS管的栅极上还连接有第一开关管或/和第二开关管；

当连接有第一开关管时，所述第一开关管串接在该限流MOS管的栅极供电线路上，该第一开关管的栅极从第二电压取样电路中获取栅极电压，通过对第一开关管的栅极加载电压来限制所述限流MOS管的栅极供电电源；

当连接有第二开关管时，所述第二开关管串接在该限流MOS管的栅极与源极之间，该第二开关管的栅极从第三电压取样电路中获取栅极电压，通过对第二开关管的栅极加载电压来限制所述限流MOS管的栅极供电电源。

基于上述设计，MOS管的栅极电压可以通过第一开关管或/和第二开关管控制，第一开关管主要采用关断的方式停止电源供应，第二开关管主要采用导通下拉电源的方式控制，通过设置相应的电源取样电路，可以满足不同的电压输出范围，从而适应不同的应用场景，达到不同的限流超压控制目的。

作为进一步描述，所述第一电压取样电路、第二电压取样电路以及第三电压取样电路均采用MOS管、电阻元件、稳压二极管以及发光二极管中的一种或多种组合连接实现，只要能够满足相应电压的取样即可。

作为优选，所述限流MOS管的栅极电压受第一开关管控制，所述第一电压取样电路包括MOS管Q32和电阻R20，所述第二电压取样电路包括MOS管Q30和电阻R18，MOS管Q32的漏极连接在限流保护电路的高电平端，MOS管Q32的源极经电阻R20与限流保护电路的低电平端连接，电阻R20的高电平端作为所述第一电压取样电路的输出端连接第一开关管的源极，MOS管Q30的漏极连接在限流保护电路的高电平端，MOS管Q30的源极经电阻R18与电阻R20的高电平端连接，所述电阻R18的高电平端作为第二电压取样电路的输出端连接在所述第一开关管的栅极上，第一开关管的漏极与MOS管Q26的栅极相连，该MOS管Q26作为所述限流MOS管，在MOS管Q26的栅极和源极之间还设置有电阻R19。

作为优选，所述限流MOS管的栅极电压受第一开关管控制，所述第一电压取样电路包括MOS管Q10、电阻R1和稳压二极管D3，MOS管Q10的漏极与限流保护电路的高电平端连接，MOS管Q10的源极经电阻R1连接在稳压二极管D3的负极端，稳压二极管D3的正极端接限流保护电路的低电平端，稳压二极管D3的负极端作为第一电压取样电路的输出端，同时，MOS管Q10、电阻R1和稳压二极管D3还构成所述第二电压取样电路，电阻R1的高电平端作为第二电压取样电路的输出端，MOS管Q7作为所述限流MOS管，在MOS管Q7的栅极和源极之间还设置有电阻R5。

作为优选，所述限流MOS管的栅极电压受第二开关管控制，所述第一电压取样电路包括MOS管Q16、电阻R15和稳压二极管D10，MOS管Q16的漏极与限流保护电路的高电平端连接，MOS管Q16的源极经电阻R15连接在稳压二极管D10的负极端，稳压二极管D10的正极端接限流保护电路的低电平端，稳压二极管D10的负极端作为第一电压取样电路的输出端，所述第三电压取样电路包括MOS管Q18、电阻R13、稳压二极管D12和电阻R11，MOS管Q18的漏极与限流保护电路的高电平端连接，MOS管Q18的源极经电阻R13与稳压二极管D12的负极端连接，稳压二极管D12的正极端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接限流保护电路的低电平端，电阻R11的高电平端作为所述第三电压取样电路的输出端与MOS管Q34的栅极连接，MOS管Q34作为所述第二开关管连接在所述限流MOS管的栅极和源极之间。

作为优选，所述限流MOS管的栅极电压同时受第一开关管和第二开关管控制，所述第一电压取样电路包括MOS管Q17、电阻R6、稳压二极管D2和电阻R3，MOS管Q17的漏极接限流保护电路的高电平端、MOS管Q17的源极经电阻R6与稳压二极管D2的负极连接，稳压二极管D2的正极经电阻R3与限流保护电路的低电平端连接，稳压二极管D2的负极端作为所述第一电压取样电路的输出端与JEFT管Q19的源极相连，该JEFT管Q19作为所述第一开关管，JEFT管Q19的漏极接限流MOS管的栅极，MOS管Q17、电阻R6、稳压二极管D2和电阻R3还构成第二电压取样电路，电阻R6的高电平端作为所述第二电压取样电路的输出端连接在JEFT管Q19的栅极上，MOS管Q17、电阻R6、稳压二极管D2和电阻R3还构成第三电压取样电路，电阻R3的高电平端作为所述第三电压取样电路的输出端连接在MOS管Q20的栅极上，MOS管Q20作为所述第二开关管连接在限流MOS管的栅极和源极之间。

通常，所述第一开关管为JEFT管或耗尽型MOS管，所述第二开关管为增强型MOS管。

本实用新型的显著效果是：电路原理简单，设计方便，根据不同的应用场景，很容易调整元件参数，而且电路易于集成，作为两端限流器件模块化使用。

附图说明

图1是现有技术中的限流保护电路；

图2是本实用新型的电路拓扑图；

图3是具体实施例1的电路原理图；

图4是具体实施例2的电路原理图；

图5是具体实施例3的电路原理图；

图6是具体实施例4的电路原理图；

图7是具体实施例5的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

如图2所示，一种基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路，包括一限流MOS管，该限流MOS管的漏极和源极分别作为限流保护电路的两个连接端，图中分别标注为“+”端和“-”端，在所述限流保护电路的两个连接端之间设置有电压取样电路，限流MOS管的栅极从第一电压取样电路中获取供电电源，在该限流MOS管的栅极上还连接有第一开关管或/和第二开关管；

当连接有第一开关管时，所述第一开关管串接在该限流MOS管的栅极供电线路上，该第一开关管的栅极从第二电压取样电路中获取栅极电压，通过对第一开关管的栅极加载电压来限制所述限流MOS管的栅极供电电源；

当连接有第二开关管时，所述第二开关管串接在该限流MOS管的栅极与源极之间，该第二开关管的栅极从第三电压取样电路中获取栅极电压，通过对第二开关管的栅极加载电压来限制所述限流MOS管的栅极供电电源。

在实施过程中，所述第一电压取样电路、第二电压取样电路以及第三电压取样电路均采用MOS管、电阻元件、稳压二极管以及发光二极管中的一种或多种组合连接实现。

实施例1：

如图3所示，Q26作为限流MOS管，其栅极电压受第一开关管Q31控制，第一电压取样电路包括MOS管Q32和电阻R20，第二电压取样电路包括MOS管Q30和电阻R18，MOS管Q32的漏极连接在限流保护电路的高电平端，MOS管Q32的源极经电阻R20与限流保护电路的低电平端连接，MOS管Q32的栅极连接在电阻R20的低电平端，电阻R20的高电平端作为所述第一电压取样电路的输出端连接第一开关管的源极，MOS管Q30的漏极连接在限流保护电路的高电平端，MOS管Q30的源极经电阻R18与电阻R20的高电平端连接，所述电阻R18的高电平端作为第二电压取样电路的输出端连接在所述第一开关管的栅极上，第一开关管的漏极与MOS管Q26的栅极相连，在MOS管Q26的栅极和源极之间还设置有电阻R19。

本例中利用Q26作为限流MOS管，Q31作为第一开关管，通过调整电阻R18和电阻R20的阻值，可以设定第一开关管Q31的关断电压，当限流保护电路两端电压超过预设的电压范围时，第一开关管Q31关断，从而阻止了Q26的栅极电源供应，提高Q26的阻抗值，达到限流保护的目的。

实施例2：

如图4所示，本实施例与实施例1的差别在于电压取样电路中，电阻R20可以利用稳压二极管或发光二极管取代，也可以选择多种元件组合，在第二电压取样电路中，还可以增设稳压二极管和电阻，如图中所示的D26以及R42，而且电压取样电路中的MOS管可以选择不同的位置作为栅极电压采样点，如图3中选择R18低电平端，图4中选择R42的低电平端，总之，电压取样电路达到相应标准的电压取样即可。

实施例3：

如图5所示，Q7作为限流MOS管，其栅极电压也受第一开关管Q2控制，第一电压取样电路包括MOS管Q10、电阻R1和稳压二极管D3，MOS管Q10的漏极与限流保护电路的高电平端连接，MOS管Q10的源极经电阻R1连接在稳压二极管D3的负极端，稳压二极管D3的正极端接限流保护电路的低电平端，稳压二极管D3的负极端作为第一电压取样电路的输出端，同时，MOS管Q10、电阻R1和稳压二极管D3还构成所述第二电压取样电路，电阻R1的高电平端作为第二电压取样电路的输出端，MOS管Q7作为所述限流MOS管，在MOS管Q7的栅极和源极之间还设置有电阻R5。

本实施例与实施例1的差别在于第一电压取样电路和第二电压取样电路的实施方式，本例中通过Q10、R1以及D3组成一路分压电路，通过选择不同的分压点输出不同的电压值，从而作为不同的取样电路。

实施例4：

如图6所示，Q15作为限流MOS管，其栅极电压受第二开关管Q34控制，第一电压取样电路包括MOS管Q16、电阻R15和稳压二极管D10，MOS管Q16的漏极与限流保护电路的高电平端连接，MOS管Q16的源极经电阻R15连接在稳压二极管D10的负极端，稳压二极管D10的正极端接限流保护电路的低电平端，稳压二极管D10的负极端作为第一电压取样电路的输出端，第三电压取样电路包括MOS管Q18、电阻R13、稳压二极管D12和电阻R11，MOS管Q18的漏极与限流保护电路的高电平端连接，MOS管Q18的源极经电阻R13与稳压二极管D12的负极端连接，稳压二极管D12的正极端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接限流保护电路的低电平端，电阻R11的高电平端作为所述第三电压取样电路的输出端与MOS管Q34的栅极连接，MOS管Q34作为所述第二开关管连接在所述限流MOS管的栅极和源极之间。

本例中通过第二开关管Q34来控制限流MOS管Q15的栅极电压，当限流保护电路两端电压过高时，第三电压取样电路所取得的电压足以控制第二开关管Q34导通，从而降低限流MOS管Q15的栅极电压，控制流经Q15漏极和源极间的电流，达到限流的目的。

实施例5：

如图7所示，Q5作为限流MOS管，其栅极电压同时受第一开关管和第二开关管控制，所述第一电压取样电路包括MOS管Q17、电阻R6、稳压二极管D2和电阻R3，MOS管Q17的漏极接限流保护电路的高电平端、MOS管Q17的源极经电阻R6与稳压二极管D2的负极连接，稳压二极管D2的正极经电阻R3与限流保护电路的低电平端连接，稳压二极管D2的负极端作为所述第一电压取样电路的输出端与JEFT管Q19的源极相连，该JEFT管Q19作为所述第一开关管，JEFT管Q19的漏极接限流MOS管的栅极，MOS管Q17、电阻R6、稳压二极管D2和电阻R3还构成第二电压取样电路，电阻R6的高电平端作为所述第二电压取样电路的输出端连接在JEFT管Q19的栅极上，MOS管Q17、电阻R6、稳压二极管D2和电阻R3还构成第三电压取样电路，电阻R3的高电平端作为所述第三电压取样电路的输出端连接在MOS管Q20的栅极上，MOS管Q20作为所述第二开关管连接在限流MOS管的栅极和源极之间。

本例中同时采用第一开关管和第二开关管，通过配置合理的电路参数，让Q19与Q20双重控制，达到限流保护的目的。

在上述实施例中，所述第一开关管为JEFT管或耗尽型MOS管，所述第二开关管为增强型MOS管。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路，包括一限流MOS管，该限流MOS管的漏极和源极分别作为限流保护电路的两个连接端，其特征在于：在所述限流保护电路的两个连接端之间设置有电压取样电路，所述限流MOS管的栅极从第一电压取样电路中获取供电电源，在该限流MOS管的栅极上还连接有第一开关管或/和第二开关管；

当连接有第一开关管时，所述第一开关管串接在该限流MOS管的栅极供电线路上，该第一开关管的栅极从第二电压取样电路中获取栅极电压，通过对第一开关管的栅极加载电压来限制所述限流MOS管的栅极供电电源；

当连接有第二开关管时，所述第二开关管串接在该限流MOS管的栅极与源极之间，该第二开关管的栅极从第三电压取样电路中获取栅极电压，通过对第二开关管的栅极加载电压来限制所述限流MOS管的栅极供电电源。

2.根据权利要求1所述的基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路，其特征在于：所述第一电压取样电路、第二电压取样电路以及第三电压取样电路均采用MOS管、电阻元件、稳压二极管以及发光二极管中的一种或多种组合连接实现。

3.根据权利要求1所述的基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路，其特征在于：所述限流MOS管的栅极电压受第一开关管控制，所述第一电压取样电路包括MOS管Q32和电阻R20，所述第二电压取样电路包括MOS管Q30和电阻R18，MOS管Q32的漏极连接在限流保护电路的高电平端，MOS管Q32的源极经电阻R20与限流保护电路的低电平端连接，电阻R20的高电平端作为所述第一电压取样电路的输出端连接第一开关管的源极，MOS管Q30的漏极连接在限流保护电路的高电平端，MOS管Q30的源极经电阻R18与电阻R20的高电平端连接，所述电阻R18的高电平端作为第二电压取样电路的输出端连接在所述第一开关管的栅极上，第一开关管的漏极与MOS管Q26的栅极相连，该MOS管Q26作为所述限流MOS管，在MOS管Q26的栅极和源极之间还设置有电阻R19。

4.根据权利要求1所述的基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路，其特征在于：所述限流MOS管的栅极电压受第一开关管控制，所述第一电压取样电路包括MOS管Q10、电阻R1和稳压二极管D3，MOS管Q10的漏极与限流保护电路的高电平端连接，MOS管Q10的源极经电阻R1连接在稳压二极管D3的负极端，稳压二极管D3的正极端接限流保护电路的低电平端，稳压二极管D3的负极端作为第一电压取样电路的输出端，同时，MOS管Q10、电阻R1和稳压二极管D3还构成所述第二电压取样电路，电阻R1的高电平端作为第二电压取样电路的输出端，MOS管Q7作为所述限流MOS管，在MOS管Q7的栅极和源极之间还设置有电阻R5。

5.根据权利要求1所述的基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路，其特征在于：所述限流MOS管的栅极电压受第二开关管控制，所述第一电压取样电路包括MOS管Q16、电阻R15和稳压二极管D10，MOS管Q16的漏极与限流保护电路的高电平端连接，MOS管Q16的源极经电阻R15连接在稳压二极管D10的负极端，稳压二极管D10的正极端接限流保护电路的低电平端，稳压二极管D10的负极端作为第一电压取样电路的输出端，所述第三电压取样电路包括MOS管Q18、电阻R13、稳压二极管D12和电阻R11，MOS管Q18的漏极与限流保护电路的高电平端连接，MOS管Q18的源极经电阻R13与稳压二极管D12的负极端连接，稳压二极管D12的正极端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接限流保护电路的低电平端，电阻R11的高电平端作为所述第三电压取样电路的输出端与MOS管Q34的栅极连接，MOS管Q34作为所述第二开关管连接在所述限流MOS管的栅极和源极之间。

6.根据权利要求1所述的基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路，其特征在于：所述限流MOS管的栅极电压同时受第一开关管和第二开关管控制，所述第一电压取样电路包括MOS管Q17、电阻R6、稳压二极管D2和电阻R3，MOS管Q17的漏极接限流保护电路的高电平端、MOS管Q17的源极经电阻R6与稳压二极管D2的负极连接，稳压二极管D2的正极经电阻R3与限流保护电路的低电平端连接，稳压二极管D2的负极端作为所述第一电压取样电路的输出端与JEFT管Q19的源极相连，该JEFT管Q19作为所述第一开关管，JEFT管Q19的漏极接限流MOS管的栅极，MOS管Q17、电阻R6、稳压二极管D2和电阻R3还构成第二电压取样电路，电阻R6的高电平端作为所述第二电压取样电路的输出端连接在JEFT管Q19的栅极上，MOS管Q17、电阻R6、稳压二极管D2和电阻R3还构成第三电压取样电路，电阻R3的高电平端作为所述第三电压取样电路的输出端连接在MOS管Q20的栅极上，MOS管Q20作为所述第二开关管连接在限流MOS管的栅极和源极之间。

7.根据权利要求1或2所述的基于MOS管栅极电压控制的限流保护电路，其特征在于：所述第一开关管为JEFT管或耗尽型MOS管，所述第二开关管为增强型MOS管。