[发明专利]过压过流保护元件及过压过流保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及负载及电路保护技术领域，尤其是一种过压过流保护元件及过压过流保护电路。

背景技术

电子元器件主要是半导体制作的器件，是组成电子电路的主体，而每种电子元器件由于材料、工艺以及电路结构的不同，都有标称的最大承受电压(V_max)和最大承受电流(I_max)，因此，当流过元件的电流超过最大承受电流(过流)或者加载器件上的电压超过最大承受电压(过压)时，器件将会有不同程度的损伤，严重的直接击穿或烧毁。在实际的电路应用中，短路电流通常比较大，高脉冲浪涌电压也时常存在，因此，防止电子元器件的过压和过流问题就显得十分重要。

过压保护就是用于保护后续电路或负载免受瞬间高压的破坏，稳压二极管是一种常用的过压保护器件，广泛应用在电路中。过流保护是用于保护后续电路或负载免受瞬间大电流的破坏，热敏电阻是一种常用的器件，当电流过大时，热敏电阻的功耗增加，温度升高，电阻升高，从而抑制系统中的电流。此外，除了器件的V_max和I_max之外，器件的反应速度和漏电流也是重要的参数，若保护器件反应不及时，则被保护器件依然被损坏。上述两种电路保护技术依然是电路设计中主流的过压过流保护技术，应用广阔，但在某些精密应用场合下，反应速度不够，最快的稳压二极管通常在纳秒量级。

新型阻变存储单元(RRAM)是非挥发性存储器的一种可选方案，被广泛的研究。该元件为金属-氧化物-金属的简单两端结构，在器件两端超过一定的阈值电压时，器件的电阻可以由高电阻转变为低电阻，也可从低电阻转变为高电阻，而且高阻与低阻的电阻比很大，转变速度特快。其操作模式有单极和双极两种，单极性器件的高阻向低阻转变(称为set过程)或者低阻向高阻转变(称为reset过程)的操作电压在同一端上施加，而双极性器件的set过程和reset过程的操作电压需要变换电极。

本发明考虑过压过流保护的反应速度问题以及新型阻变存储单元的高低电阻瞬时可切换的特点，采用新型阻变存储单元(RRAM)与被保护负载项串联或者并联，可克服常规过压过流速度慢的缺陷，提高电路保护的反应速度。本发明中的过压过流保护技术既可成为现有元件的替代品，也可在快速应用场合具有一定优势，在电流保护技术上，与常规相对，瞬态抑制过流效果应该更佳。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种过压过流保护元件及过压过流保护电路，以实现对负载的有效过压和过流保护。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种过压过流保护元件，该元件是两端结构的阻变存储单元，当该元件两端的电压超过一定值时，其阻值由高阻值迅速转变为低阻值或者由低阻值迅速转变为高阻值，利用该元件两端的电压超过一定值时阻值由高阻值迅速转变为低阻值的特性，将该元件与负载相并联以实现负载的过压保护；利用该元件两端的电压超过一定值时阻值由低阻值迅速转变为高阻值的特性，将该元件与负载相串联以实现负载的过流保护。

上述方案中，所述阻变存储单元是纳秒级阻变存储器件或皮秒级阻变存储器件。所述高阻值是大于10⁹Ω，所述低阻值是小于10Ω。

为达到上述目的，本发明还提供了一种过压保护电路，该过压保护电路包括电源、电阻、负载和阻变存储单元，其中电源、电阻和负载依次连接形成回路，且该阻变存储单元与负载相并联。

上述方案中，所述阻变存储单元是纳秒级阻变存储器件或皮秒级阻变存储器件。所述阻变存储单元两端的电压超过一定值时阻值由高阻值迅速转变为低阻值，该高阻值是大于10⁹Ω，该低阻值是小于10Ω。

为达到上述目的，本发明还提供了一种过流保护电路，该过流保护电路包括依次连接形成回路的电源、阻变存储单元和负载，且该阻变存储单元与负载相串联。

上述方案中，所述阻变存储单元是纳秒级阻变存储器件或皮秒级阻变存储器件。所述阻变存储单元两端的电压超过一定值时阻值由低阻值迅速转变为高阻值，该低阻值是小于10Ω，该高阻值是大于10⁹Ω。

(三)有益效果