专利名称：欠压保护系统的制作方法
技术领域：
本公开一般涉及电压保护系统，并且更具体地涉及欠压保护系统。
背景技术：
电源经常具有瞬变电压事件，其会对从该电源接收功率的电子装置造成显著损坏。虽然大多数装置包括过压瞬变保护电路(例如静电放电电路(ESD)、接地故障容许电路等等)，但是欠压瞬变事件经常没有经过检测和管理。例如，当电源连接器、插口或适配器起初附接到电子装置和/或从电子装置分离时，可能发生欠压瞬变事件。在欠压瞬变事件期 间，大电流可能开始流过该装置，并且在该过程中过压瞬变保护电路、电子装置或两者可能会被损坏。
所要求的主题的特征和优点将通过下面与该主题相一致的实施例的详细描述变得更清楚，该描述应当参考附图考虑，在附图中图I示出了符合本公开的各种实施例的欠压保护系统；图2示出了图I的欠压保护电路的示意图；图3示出了图2的电压瞬变分流电路的一个示例性实施例的示意图；图4是示出图2的欠压保护电路的操作的示意图，该欠压保护电路包括处于过压瞬变状况的图3的电压瞬变分流电路；图5是示出图2的欠压保护电路的操作的示意图，该欠压保护电路包括处于欠压瞬变状况的图3的电压瞬变分流电路；以及图6示出了根据本公开的一个实施例的操作流程图。
具体实施例方式一般来说，本公开提供一种用于向耦接到电源轨的电子装置/电路提供欠压保护的欠压保护系统(以及各种方法)。一般地，该欠压保护系统可以提供在电源耦接的输入处，并且操作来分流由发生在远离电子装置/电路的电源轨上的欠压和过压状况导致的瞬变电流。有利地，符合本公开的欠压保护系统可以耦接到多种电源配置，用于为电子装置/电路提供电压瞬变保护，同时允许使用传统的高压ESD电路，并有助于电子装置/电路的稳态操作。图I示出了符合本公开的各种实施例的欠压保护系统100。作为一般概述，该欠压瞬变(UVT)保护系统100包括耦接至电源102的欠压保护电路104，例如在一些实施例中，经过高压ESD电路110耦接至电源102。电子装置/电路112可以与欠压保护电路104并联耦接至电源102，并且在一些实施例中，与欠压保护电路104和高压ESD电路110的组合并联耦接至电源102。一般地，欠压保护电路104被配置为分流由可能发生在电源102上的欠压和过压事件导致的瞬变电流，从而使得该瞬变电流不会完全提供给电子装置/电路112，或完全从电子装置/电路112提供。这里使用的术语“欠压”是指低于与电源102相关联的也与电子装置/电路112以及欠压保护电路104和高压ESD电路共用的接地(GND)或参考电势的电压事件，且该电压事件可以包括例如负压瞬变事件。这里所使用的术语“过压”是指高于与电源102相关联的稳态直流电势的电压事件，且该电压事件可以包括例如正压瞬变事件。高电压ESD电路110可以包括传统的ESD电路，例如二极管堆叠、SCR、有源箝位电路等等，它们用于从电子装置/电路112分流电源102上的过压瞬变状况。电子装置/电路112可以包括例如与集成电路(1C)、芯片上系统(SoC)等相关联的其它电路和/或系统。欠压保护电路104可以包括控制电路106和电压瞬变分流电路108。控制电路106被配置为响应于电源102的电压状态来控制电压瞬变分流电路108的导通状态。例如，当 电源102产生正稳态直流电势时，控制电路106可以被配置为将电压瞬变电路108设置为非导通状态，从而使得电压瞬变分流电路108，以及因此欠压保护电路104呈现与装置112并联的开路电路(或者非常高的相关阻抗)，如此使得装置112在几乎不会或不会受到欠压保护电路104的影响下操作。然而，当过压或欠压瞬变事件发生在电源102上时，控制电路106可被配置为将电压瞬变分流电路108设置为导通状态，从而使得可以由瞬变事件导致的电流流动被吸引通过欠压保护电路104而非并联连接的装置112。图2示出了符合本公开的一个实施例的欠压保护电路104A的电路示例。在该示例中，控制器电路106包括第一晶体管212、第二晶体管214以及偏压电阻器216。第一晶体管212通过偏压电阻器216耦接在接地(或参考)电势GND和电压瞬变分流电路108之间。第一晶体管212的栅极耦接至输入电源102。第二晶体管214通过偏压电阻器216耦接在输入电源102和电压瞬变分流电路108之间。第二晶体管214的栅极耦接至GND。在图2的示例中，电压瞬变分流电路108包括开关电路218，其被配置为响应于电源输出电压中的过压或欠压瞬变而改变导通状态以使电流分流离开装置112。在所示示例中，所述开关电路耦接在电源102和高压ESD电路110之间。开关电路218可包括任意类型的开关装置(BJT，MOSFET等等)，并且在一个实施例中，开关电路218包括隔离NMOS晶体管。一般地，“隔离”装置指的是该装置的漏极/体块和源极/体块结二极管与包含的衬底物理和电隔离。例如，在隔离装置中可包括额外的具有大击穿特性电压的n型扩散至p型衬底结二极管。简单地参考图3，示出了隔离NMOS晶体管218A的电路示例。隔离NMOS晶体管218A可以是体结装置，其包括耦接在该装置的漏极(D)和体结节点326(体块)之间的漏极至体结二极管320，以及耦接在该装置的源极(S)和体结模式326之间的源极至体结二极管322。继续参考图2的示例，开关电路218的体结节点可以耦接到第一晶体管212的源极和第二晶体管214的源极。在该配置中，开关电路218可以包括对称开关装置，其体结节点与第一晶体管212和第二晶体管214的源极处于相同的电势。众所周知，例如对称的NMOS装置对于该装置的源极和漏极没有方向性偏好，即，当漏极电压低于源极电压时，漏极就变成源极。由于开关电路218A包括对称装置，所以在某些情况下，例如响应于正电源电压值，开关电路218A的端子222可以作为装置218的源极；而在其它情况下，例如响应于负电源电压值，开关电路218A的端子220可以作为装置218的源极。因此，当电源102处于稳态直流操作模式时，即在没有任何正或负过压事件时，控制电路106被配置为将开关电路218保持在非导通状态，从而使得来自电源102的电流通过装置112来提供(图I)。当发生过压瞬变时，控制电路106被配置为在过压瞬变期间将开关电路218置于导通状态，其中端子222用作开关电路218的源极。在该模式下，电压瞬变分流电路108将来自电源102的电流分流离开装置112并经过高压ESD电路110。当发生欠压瞬变时，控制电路106被配置为在欠压瞬变期间将开关电路218置于导通状态，其中端子220用作开关电路218的源极。在该模式下，电压瞬变分流电路108将电流例如经高压ESD电路110拉(source)至电源，从而将该电流消耗从装置112分流以减小或避免装置112中出现电流尖峰。例如，在包括图2的示例所示的控制电路106和图3的示例所示的开关电路218A 的欠压保护系统中，在直流稳态情况下，电源102的正直流输出电压正向偏压第一晶体管212的栅极-源极，以将第一晶体管212设置为导通状态，同时将第二晶体管214保持在非导通状态。由于第一晶体管212导通，晶体管212的源极和体结节点326处于GND电势，而开关电路218A保持在非导通状态，以减小或消除经欠压保护电路104A和高压ESD电路110的电流流动。在该操作模式下，来自电源的电流直接被提供给装置112，几乎不会或不会受到欠压保护电路104A的影响。一旦在电源102的输出发生瞬变事件，欠压保护电路闭合开关电路218A，以将电流从装置112分流。图4例如是示出欠压保护电路104A(图2)的操作的电路图，欠压保护电路104A包括响应欠压瞬变的开关电路218A。一旦发生欠压瞬变，第一晶体管212的栅极-源极保持正向偏压，以将第一晶体管212保持在导通状态，同时将第二晶体管214保持在非导通状态。由于第一晶体管212导通，晶体管212的源极和体结节点326处于GND电势，如图4所示。来自电源102的正电压瞬变建立过压电流1_。电流Iptjs对开关电路218A的端子404和栅极之间的电容402进行充电。随着电容402充电，开关电路218A的栅极电压增加到高于端子406处的电压的电平，以正向偏压栅极和端子406之间的结。由于开关电路包括对称装置，所以端子406变成开关电路218A的源极(S)，端子404变成开关电路218A的漏极(D)，如图所示。由于开关电路218A的栅极-源极正向偏压，所以开关电路218A被设置在导通状态，或者处于全导通模式，或者处于线性模式。由于开关电路218A导通，所以与过压瞬变相关联的电流Iptjs分流离开装置102，经开关电路218A至高压ESD电路110。图5是示出包括响应于欠压瞬变的开关电路218A的欠压保护电路的操作的电路图。一旦发生欠压瞬变，第二晶体管214的栅极-源极正向偏压，以将第二晶体管214设置为导通状态，同时第一晶体管212的栅极-源极反向偏压，将第一晶体管212设置为非导通状态。由于第二晶体管214导通，所以第二晶体管214的源极和体结节点326为欠压瞬变电势加上第二晶体管214两端的电压降，如图5所示。来自电源102的负电压瞬变在与正电压瞬变相关联的电流Iin方向相反的方向上建立欠压电流Ineg。电流Ineg对开关电路218A的栅极和端子404之间的电容402充电。随着电容402充电，开关电路218A的栅极电压增加至高于端子404处的电压的电平，以正向偏压栅极和端子404之间的结。由于开关电路218A包括对称装置，所以端子404现在变成开关电路218的源极(S)，端子406变成开关电路218的漏极(D)，如图所示。由于开关电路218A的栅极-源极被正向偏压，所以开关电路218A被设定在导通状态，或者处于全导通模式，或者处于其线性模式。由于开关电路218A导通，所以与欠压瞬变相关联的电流1_从开关电路218A和高压ESD电路110被吸引到电源102，从而保护装置112以免拉出由欠压瞬变导致的有效损坏电流。开关电路218A响应于欠压瞬变和过压瞬变而转变为导通状态的电压电平可以通过选择偏压电阻器216和电容402来建立。在一些配置中，例如，偏压电阻器216可以是可变电阻器，以允许电压电平的选择性设置，在该电压电平开关电路218A响应于电压瞬变而 导通。此外也可以选择二极管320和322的击穿电压超过预期的电压瞬变，从而使得二极管不在瞬变状况下击穿。有利地，通过选择高压ESD电路110，以及配置欠压保护电路104的偏压条件，可以延长或移位符合本公开的瞬变电压保护系统的操作区域，以提供保护不受包括混合信号配置的各种电路配置中的正电压瞬变和/或负电压瞬变的影响。例如在本公开的一种特殊应用中，欠压保护系统可被配置为覆盖电源轨上-5伏至28伏的范围，该范围对于许多移动装置上呈现的Vbus电源尤其有用。图6示出了根据本公开的一个实施例600的操作流程图600，用于保护电子电路免受到该电子电路的供应电压中的电压瞬变的影响。该实施例的操作可以包括在没有电压瞬变的情况下，将电压瞬变分流电路的导通状态设置602为第一状态。例如，电压瞬变分流电路的导通状态可以设置为非导通状态，以允许电源在几乎没有或没有干扰的情况下对电子电路供电。该实施例的操作还可以包括响应于供应电压中的欠压瞬变，将电压瞬变分流电路的导通状态从第一状态变为604第二状态，以将由欠压瞬变导致的欠压电流分流离开该电子电路。例如，响应于欠压瞬变，该电压瞬变分流电路的导通状态可以被设置为导通状态，以将电流分流离开该电子电路。虽然图6示出了根据一个实施例的各种操作，但是应该理解的是，并不是所有的这些操作都是必须的。相反，这里完全可以预期的是，在本公开的其它实施例中，图6中描述的操作可以通过在任意附图中未具体示出的方式进行组合，但是仍然完全符合本公开。因此，针对在一个附图中未准确示出的特征和/或操作的权利要求也被视为落入本公开的范围和内容之内。此外，如在这里的任意实施例中所使用的“电路”或“线路”可以包括例如(以单或任意组合的形式)硬连线电路、可编程电路、状态机电路和/或例如可被包括作为集成电路一部分的分立元件的、更大系统中的可用电路。因此，在一个实施例中，本公开提供一种电压瞬变保护系统，其包括与被配置为从电源接收供应电压的电子电路并联耦接的欠压保护电路。该欠压保护电路被配置为将由供应电压中的欠压瞬变导致的欠压电流分流离开该电子电路。在另一个实施例中，本公开提供一种系统，其包括静电放电(ESD)保护电路；以及与ESD保护电路串联耦接并与被配置为从电源接收供应电压的电子电路并联耦接的欠压保护电路。该欠压保护电路包括控制电路，以及耦接至该控制电路的电压瞬变分流电路。该控制电路被配置为响应于供应电压中的电压瞬变而改变电压瞬变分流电路的导通状态，以将由供应电压中的欠压瞬变所导致的欠压电流分流离开该电子电路，以及将由供应电压电流中的过压瞬变所导致的过压电流分流离开该电子电路。 在又一个实施例中，本公开提供一种保护电子电路免受到该电子电路的供应电压中的电压瞬变影响的方法，该方法包括在没有电压瞬变时，将电压瞬变分流电路的导通状态设置为第一状态；响应于供应电压中的欠压瞬变，将电压瞬变分流电路的导通状态从第一状态改变成第二状态，以将由欠压瞬变导致的欠压电流分流离开所述电子电路。这里采用的术语和表达仅用于阐述而非限制，并且在使用这些术 语和表达时，无意排除所示出和所描述的特征(或其部分)的任何等同术语和表达。并且，可以确定的是在权利要求的范围内可以进行各种修改。因此，权利要求旨在覆盖所有这些等同方式。这里已经说明了各种特征、方面和实施例。这些特征、方面和实施例易于彼此组合，也可以进行变形和修改，这是本领域技术人员可以理解的。因此，本公开应当被认为包含这样的组合、变形和修改。
权利要求
1.一种电压瞬变保护系统，包括 欠压保护电路，其与被配置为从电源接收供应电压的电子电路并联耦接； 所述欠压保护电路被配置为将由所述供应电压中的欠压瞬变导致的欠压电流分流离开所述电子电路。
2.根据权利要求I的系统，其中所述欠压保护电路包括 控制电路；以及 耦接至所述控制电路的电压瞬变分流电路，所述控制电路被配置为响应于所述欠压瞬变改变所述电压瞬变分流电路的导通状态，从而将所述欠压电流分流离开所述电子电路。
3.根据权利要求2的系统，其中电压瞬变分流电路包括开关电路，所述控制电路被配置为响应于所述欠压瞬变而将所述开关电路设置为导通状态，从而通过所述欠压保护电路将所述欠压电流分流。
4.根据权利要求3的系统，其中所述开关电路包括对称开关装置。
5.根据权利要求3的系统，其中开关电路包括具有耦接至所述控制电路的体端子的场效应晶体管。
6.根据权利要求2的系统，其中所述控制电路包括偏压电路，该偏压电路被配置为控制所述电压瞬变分流电路响应于所述欠压瞬变而改变所述导通状态的电压电平。
7.根据权利要求2的系统，其中所述控制电路包括第一晶体管、第二晶体管和电阻器，并且其中所述电压瞬变分流电路包括开关装置，所述第一晶体管经所述电阻器而耦接在接地电势和所述开关装置的栅极之间，其中所述第一晶体管的栅极耦接至所述电源，所述第二晶体管经所述电阻器耦接在所述电源和所述开关装置的所述栅极之间，其中所述第二晶体管的栅极耦接至所述接地电势，所述开关装置具有耦接至所述第一晶体管和第二晶体管的源极的体端子。
8.根据权利要求I的系统，其中所述欠压保护电路被配置为将由所述供应电压电流中的过压瞬变导致的过压电流分流离开所述电子电路。
9.根据权利要求I的系统，所述系统还包括与所述欠压保护电路串联耦接的静电放电(ESD)保护电路，且其中所述欠压保护电路被配置为经所述ESD保护电路分流所述过压电流。
10.一种系统,包括 静电放电(ESD)保护电路；以及 欠压保护电路，其与所述ESD保护电路串联耦接，并且与被配置为从电源接收供应电压的电子电路并联耦接， 所述欠压保护电路包括 控制电路，以及 耦接至所述控制电路的电压瞬变分流电路，所述控制电路被配置为响应于所述供应电压中的电压瞬变改变所述电压瞬变分流电路的导通状态，从而将由所述供应电压中的欠压瞬变导致的欠压电流分流离开所述电子电路，以及将由所述供应电压电流中的过压瞬变导致的过压电流分流离开所述电子电路。
11.根据权利要求10的系统，其中所述电压瞬变分流电路包括对称开关装置。
12.根据权利要求10的系统，其中所述电压瞬变分流电路包括场效应晶体管，该场效应晶体管具有耦接至所述控制电路的体端子。
13.根据权利要求10的系统，其中所述控制电路包括偏压电路，该偏压电路被配置为控制所述电压瞬变分流电路响应于所述欠压瞬变和所述过压瞬变而改变所述导通状态的电压电平。
14.根据权利要求10的系统，其中所述控制电路包括第一晶体管、第二晶体管和电阻器，并且其中所述电压瞬变分流电路包括开关装置，所述第一晶体管经所述电阻器耦接在接地电势和所述开关装置的栅极之间，其中所述第一晶体管的栅极耦接到所述电源，所述第二晶体管经所述电阻器耦接在所述电源和所述开关装置的所述栅极之间，其中所述第二晶体管的栅极耦接至所述接地电势，所述开关装置具有耦接至所述第一晶体管和第二晶体管的源极的体端子。
15.一种保护电子电路免受到所述电子电路的供应电压中的电压瞬变的影响的方法，所述方法包括 在没有所述电压瞬变时，将电压瞬变分流电路的导通状态设置为第一状态； 响应于所述供应电压中的欠压瞬变，将所述电压瞬变分流电路的所述导通状态从所述第一状态改变为第二状态，以将由所述欠压瞬变导致的欠压电流分流离开所述电子电路。
16.根据权利要求15的方法，所述方法还包括响应于所述供应电压中的过压瞬变，将所述电压瞬变分流电路的所述导通状态从所述第一状态改变为所述第二状态，以将由所述过压瞬变导致的过压电流分流离开所述电子电路。
17.根据权利要求15的方法，其中所述第二状态是导通状态。
18.根据权利要求15的方法，其中所述电压瞬变分流电路包括开关电路，并且其中所述改变所述导通状态包括改变所述开关电路的导通状态。
19.根据权利要求15的方法，其中所述开关电路包括对称开关装置。
全文摘要
本发明涉及欠压保护系统。一种系统，包括与被配置为从电源接收供应电压的电子电路并联耦接的欠压保护电路。该欠压保护电路被配置为将由所述供应电压中的欠压瞬变导致的欠压电流分流离开所述电子电路。
文档编号H02H9/02GK102810849SQ201210181808
公开日2012年12月5日 申请日期2012年3月23日 优先权日2011年3月24日
发明者T·康, A·杨, D·康纳尼 申请人:快捷半导体(苏州)有限公司, 快捷半导体公司