[发明专利]具有有源反向电压保护的理想二极管

说明书

一种反向电流抑制器(1)，包括至少一个二极管(2)，该至少一个二极管(2)由第一可变电阻元件(3)桥接；所述反向电流抑制器(1)还包括：用以响应于已经在二极管(2)的正向方向上通过该二极管(2)的正向电流I_F而将第一可变电阻元件(3)从第一较高电阻切换到第二较低电阻的装置(4)，以及用以响应于感测电路(6)检测到与二极管(2)的反向方向相对应的反向电流I_R而将第一可变电阻元件(3)切换到较高电阻的装置(5)，其中感测电路(6)包括电流‑电压转换器(61‑64)，该电流‑电压转换器(61‑64)包括感测电阻器(61)并且仅针对电压降U_sense的一种符号来放大感测电阻器(61)上的该电压降U_sense。电源电路(100)以及具有抑制器(1)的防爆电气设备(200)。

技术领域

本发明涉及一种反向电流抑制器，其模拟理想二极管的功能，即，正向方向上的可忽略的电压降及可忽略的反向电流。

背景技术

在具有多个冗余电源的系统中，需要防止一个电源将电力沿反向方向馈送回另一电源中，因为这种反向电流可能会损坏该另一电源。抑制这种反向电流的最常用仪器是二极管。

传统二极管的主要缺点如下：即使当二极管在其应让电流通过的正向方向上操作时，二极管两端也不可避免地存在小的电压降。因此，正向电流会导致功率耗散。在高功率应用中，几百安的电流可能流过单个二极管，导致几百瓦的耗散。这需要大量的散热器。另外，因为半导体部件的劣化随温度呈指数增加，所以这种功率耗散可能对二极管的使用寿命有害。

因此，消除正向方向上的电压降的“理想二极管”电路在本领域中是众所周知的。在这种电路中，实际二极管由可变电阻元件桥接。正向电流首先流过二极管，然后将可变电阻元件(例如，场效应晶体管)从高电阻(即，几乎是开路电路)切换到可忽略的电阻。从那时起，完整的正向电流流过几乎没有电压降的可变电阻元件，而非流过二极管。这消除了功率耗散。这种电路的缺点如下：一旦可变电阻元件处于可忽略的电阻状态，就没有别的方式来防止随后发生的反向电流穿过电路。

因此，WO2010/047711 A1公开了一种改进的“理想二极管”电路，其持续监测电流的方向，并在发生反向电流的情况下将可变电阻元件切换回高电阻。这样，将消除不希望的电压降与连续保护潜在破坏性反向电流相结合。

发明内容

本发明的目的是提供一种更简单的“理想二极管”电路，其在反向电流的情况下具有可能更快的反应时间。

该目的通过根据主要权利要求的反向电流抑制器来实现。其它独立权利要求涉及反向电流抑制器的两个主要用例。在从属权利要求中对本发明的其它有利实施例进行详细描述。

发明人开发了一种反向电流抑制器。该抑制器包括：至少一个二极管，其由第一可变电阻元件桥接；以及用以响应于已经在二极管的正向方向上通过该二极管的正向电流I_F而将第一可变电阻元件从第一较高电阻切换到第二较低电阻的装置。提供用以响应于感测电路检测到与二极管的反向方向相对应的反向电流I_R而将第一可变电阻元件切换到较高电阻的另一装置。

根据本发明，感测电路包括电流-电压转换器，该电流-电压转换器包括感测电阻器并且仅针对电压降U_sense的一种符号放大感测电阻器上的电压降U_sense。例如，当通过感测电阻器的电流是正向电流I_F时，可以放大电压降U_sense，而当通过感测电阻器的电流是反向电流I_R时，电流-电压转换器可以输出零电压。

发明人已经发现，所述放大可以用简单而廉价的模拟部件来实现，并且因此几乎是瞬时实现的。如果输出电压然后用作控制第一可变电阻元件的电阻的信号，则所述放大导致非常快的反应时间。这对于电路提供有效的保护以免装备损坏非常重要，因为许多故障导致非期望电流随时间而以指数方式逐步增大。