专利名称：电压瞬变保护系统及电压调节器的制作方法
技术领域：
总的来说，本实用新型涉及电压调节器，具体地说，涉及调节器瞬变过压保护。
背景技术：
电压调节器的电源上的瞬变电压在瞬变包括调节器的控制回路带宽之外的频率时，可能会被传递到调节器的输出端。这种瞬变会致使与调节器的输出端相连的器件出现问题。可在电路中使用齐纳二极管来减轻这种瞬变电压的影响。例如，图1大体示出了被配置为将来自电压源的瞬变电压连到该电源的参考电压(例如，地)的齐纳二极管101。图2示出了位于调节器驱动电路中的齐纳二极管201，该齐纳二极管201被配置为在接收到输入电压Vin过压瞬变时，对调节器输出晶体管进行关断或限流。
实用新型内容在一个示例中，可使用本文中所描述的过压瞬变保护电路来保护低压电子装置免受可能流过电压调节器的高频、高压瞬变的影响，在某些示例中，该过压瞬变保护电路除其它内容之外，包括低通滤波器和过压保护晶体管。在一个示例中，过压瞬变保护电路可包括:第一晶体管，其包括控制节点、第一开关节点和第二开关节点；以及低通滤波器，其被配置为连接到第一晶体管的控制节点，并且当电源电压的电压变化超出阈值时，将所述第一晶体管切换到第一状态。在某些示例中，在第一状态下的第一晶体管可被配置为将第二晶体管的控制节点连接到电源电压，以保护与调节器晶体管相连的部件。在一个示例中，一种电压瞬变保护系统，包括:第一晶体管；第二晶体管；以及低通滤波器，其中，所述第一晶体管被配置为使用所述低通滤波器检测电压瞬变，并且关断所述第二晶体管以保护与所述第二晶体管相连的部件免受所述电压瞬变的影响。在一个示例中，一种电压调节器，包括:调节器晶体管，被配置为接收电源电压，并提供经调节的输出电压；调节器控制器，被配置为控制所述调节器晶体管；保护电路，被配置为检测所述电源电压中的瞬变电压，并在电压瞬变期间将所述调节器晶体管维持在截止状态，其中，所述保护电路包括:第一晶体管；以及电阻器-电容器(RC)网络；其中，所述第一晶体管被配置为使用所述RC网络检测电压瞬变，并且将所述调节器晶体管维持在截止状态以保护与所述调节器晶体管相连的部件免受所述电压瞬变的影响；[0017]其中，所述第一晶体管包括控制节点，并且所述第一晶体管被配置为通过所述RC网络在所述控制节点处接收所述电源电压；其中，所述第一晶体管的控制节点直接连接到所述RC网络的电容器；其中，所述第一晶体管包括第一开关节点和第二开关节点，所述第一开关节点被配置为连接到所述电源电压，并且所述第二开关节点被配置为连接到所述调节器晶体管的控制节点；其中，所述调节器晶体管被配置为当所述第一晶体管使用所述RC网络检测到所述电压瞬变时，通过所述第一晶体管接收所述电源电压；其中，所述电压瞬变包括:到达所述电压调节器的回路带宽之上的电源电压增大。该概述旨在提供对本专利申请的主题的概述，并非旨在提供对本实用新型的排他性或穷尽性解释。包含具体实施方式
是为了提供与本专利申请有关的其它信息。
在附图(其不一定按比例绘制)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同例子。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所论述的各个实施例。图1和2示出了用于降低电源电压瞬变对调节器输出电压的影响的装置；图3大体示出了针对不具备鲁棒性(robust)过压瞬变保护的调节器的、包括电源电压和调节器输出电压在内的示例性电压调节器信号；图4大体示出了用于电压调节器的示例性过压保护电路；图5大体示出了针对采用如图2所示的示例性过压保护电路的调节器的、包括电源电压和调节器输出电压在内的电压调节器信号。
具体实施方式
低压半导体技术可允许器件在非常低的电源电压下工作。这种技术可提供提高的能量效率，同时还使用可更经济高效地生产的低压器件。可使用电压调节器来将较高的电源电压转换成较低的工作电压。在某些示例中，调节器可使用高压半导体器件(例如，被设计为使用5伏电源等进行工作的器件)来调节电压，以供低压器件(例如，被设计为使用
1.8伏电源等进行工作的器件)来使用。通常，低压器件不能用于调节较高的电压，因为较高的电压或与电源电压相关联的瞬变，可能会损坏低压器件，例如在低压晶体管中所使用的低压氧化物。图3大体示出了针对不具备鲁棒性过压瞬变保护的调节器的、包括电源电压301和调节器输出电压302在内的电压调节器信号。调节器可以被设计为提供约2伏的调节器输出电压102。在一个示例中，电源电压301最初可约为2.7伏，直到约200微秒之后才变化。在约200微秒时，电源电压301快速升高，例如在5纳秒之内升高到约7.7伏。响应于电源电压301从约2.7伏升高到约7.7伏，调节器输出电压302在被箝位之前，基本上随之升高到约4伏，然后在调节器的控制之下，在约235微秒时到达期望电压(例如，2伏)。低压器件(例如，被设计为使用1.8伏标称电源进行工作的晶体管)在被施加约4伏的瞬变电压时可能会受到损坏。[0030]图4大体示出了用于电压调节器400的示例性过压瞬变保护电路401。在某些示例中，调节器400可包括控制器402以及一个或多个输出或调节器晶体管403。控制器402可使用可用电源电压Vdd来驱动输出晶体管403的栅极，从而将调节器400的输出端408维持在期望标称电SVott。在某些示例中，过压瞬变保护电路401可接收电源电压VDD，可检测电源电压Vdd的高频瞬变，并且可为输出晶体管403的栅极提供超驰命令信号，以防止输出晶体管403将电源电压Vdd连接到输出端408。在某些示例中，超驰命令信号可通过将电源电压Vdd的瞬变与输出端408相隔离来降低对连接到输出晶体管403的低压部件的损坏。在一个示例中，过压瞬变保护电路401可包括低通滤波器204，所述低通滤波器204例如为电阻器-电容器(RC)网络，其包括电阻器406和电容器407，电阻器406和电容器407均连接到过压保护晶体管405的栅极。在一个示例中，低通滤波器404的电阻器406可连接到电源电压VDD，低通滤波器404的电容器407可与电阻器406和第二电源电压Vss (例如，参考电压或地)串联连接。在一个示例中，电容器407可充电至电源电压Vdd，并将过压保护晶体管405维持在高阻抗状态下，使得输出晶体管403的栅极与电源电压Vdd相隔离。当电源电压Vdd发生电压瞬变时，电容器407两端的电压可根据与低通滤波器404相关联的时间常数而改变。对于高频瞬变，例如在控制器202的带宽之外的瞬变，低通滤波器404可被配置为使得电容器407两端的电压相对于瞬变电压上升来说上升得较为缓慢。在一个示例中，当电源电压Vdd发生高速瞬变时，过压保护晶体管405的源极可追随电源电压VDD。在过压保护晶体管405栅极处的由低通滤波器404导致的电压较为缓慢的上升可产生足够高的栅源电压(Vgs)，使得过压保护晶体管405可开始导通，并且将输出晶体管403的栅极连接到电源电压VDD。在一个示例中，将输出晶体管403(例如PMOS输出晶体管)连接到电源电压可关断输出晶体管403 (例如，进入高阻抗状态)，并且迫使输出晶体管403 “截止”。在截止时，调节器400的输出端408可与电源电压Vdd (包括电源电压Vdd的电压瞬变)相隔离。因此，电容器407的电压的较为缓慢的上升可接通过压保护晶体管405(例如，进入低阻抗状态)，从而在电源电压Vdd与输出晶体管403的栅极之间产生低阻抗路径。在一个示例中，该低阻抗路径可防止输出晶体管403导通，并且可将调节器的输出端408与电源电压Vdd (包括电源电压Vdd的电压瞬变)相隔离。在电源电压Vdd与输出晶体管403的栅极之间的低阻抗路径可超驰控制器402的输出命令信号。在一个示例中，低阻抗路径可关断输出晶体管403，从而将电源电压Vdd与调节器的输出端408Vtot相隔离，直到电容器407充分充电到关断过压保护晶体管405为止。由电容器407的充电造成的延迟可长到足以允许控制器402将输出晶体管403的栅极驱动调节到新的输入电源电压VDD。在各个实施例中，低通滤波器404的特性(例如，时间常数，截止频率等)可由用户进行设置(例如通过选择提供特定时间常数的部件等来设置)，可以是可调的(例如，通过使用可调部件等来调节)，或者可以是可编程的(例如通过使用控制器402等来编程)。在某些示例中，低通滤波器404和过压保护晶体管405可包括在一集成电路中。在一个示例中，控制器402和过压瞬变保护电路401可包括在一集成电路中。图5大体示出了针对采用如图4所示的示例性过压保护电路的调节器的、包括电源电压501和调节器输出电压502在内的电压调节器信号。该调节器可被设计为提供约2伏的调节器输出电压502。电源电压501最初约为2.7伏，直到约200微秒之后才变化。在约200微秒时，电源电压501快速升高，例如，在5纳秒之内升高到约7.7伏。响应于电源电压501从约2.7伏升高到约7.7伏，调节器输出电压502基本上随之升高到约2.5伏。随着电源电压升高，低通滤波器例如通过为该低通滤波器的电容器充电来延迟过压保护晶体管的栅极电压的上升。随着电源电压继续爬升，过压保护晶体管因栅极与源极之间的电压差而接通。过压保护晶体管的导通状态可在电源电压与输出晶体管的栅极之间产生低阻抗路径。该低阻抗路径可提高输出晶体管的栅极上的电压，并且可使输出晶体管保持截止，从而使输出电压502与电源电压501相隔离。当低通滤波器允许过压保护晶体管的栅极上升时，过压保护晶体管可关断，从而解除输出晶体管对调节器控制器的控制。在某些实施例中，由过压瞬变保护电路产生的控制延迟可允许调节器控制器被调节到输入电压的电平，同时将输出电压与输入电压瞬变的侵犯性改变相隔离。以上针对电压调节器所描述的电压是用于例示的目的，而不应被解释为限制本主题。应理解，在不偏离本主题的范围的情况下，也可使用其他的调节器电源电压和输出电压。补充注释&示例在示例I中，一种系统可包括:第一晶体管、第二晶体管以及低通滤波器，其中，所述第一晶体管被配置为使用所述低通滤波器检测电压瞬变，并且关断所述第二晶体管以保护与所述第二晶体管相连的部件免受所述电压瞬变的影响。在示例2中，示例I所述的第一晶体管可选地包括控制节点，并且所述第一晶体管被配置为通过所述低通滤波器在所述控制节点处接收电源电压。在示例3中，示例1-2中一个或两个以上示例所述的第二晶体管可选地被配置为当所述第一晶体管使用所述低通滤波器检测到所述电压瞬变时，通过所述第一晶体管接收所述电源电压。在示例4中，示例1-3中一个或两个以上示例所述的系统可选地包括:被配置为从所述第二晶体管接收经调节的电压的低压部件，其中，所述第一晶体管和所述低通滤波器被配置为保护所述低压部件免受所述电压瞬变的影响。在示例5中，示例1-4中一个或两个以上示例所述的电压瞬变可选地包括:到达包括所述第二晶体管在内的电压调节器的回路带宽之上的电源电压增大。在示例6中，示例1-5中一个或两个以上示例所述的第二晶体管可选地包括调节器电路的输出晶体管，并且其中，所述电压瞬变包括:到达所述调节器电路的回路带宽之上的电源电压增大。在示例7中，示例1-6中一个或两个以上示例所述的第一晶体管可选地包括控制节点、第一开关节点和第二开关节点，其中，所述第一开关节点被配置为连接到电源电压。在示例8中，示例1-7中一个或两个以上示例所述的第二开关节点可选地被配置为连接到所述第二晶体管的控制节点。在示例9中，示例1-8中一个或两个以上示例所述的低通滤波器可选地包括电阻器-电容器(RC)网络。在示例10中，示例1-9中一个或两个以上示例所述的第一晶体管的控制节点可选地直接连接到所述RC网络的电容器。在示例11中，示例1-10中一个或两个以上示例所述的电容器可选地直接接地。[0050]在示例12中，示例1-11中一个或两个以上示例所述的RC网络的电阻器可选地连接在所述第一晶体管的控制节点与所述电源电压之间。在示例13中，示例1-12中一个或两个以上示例所述的第一晶体管可选地包括PMOS晶体管,并且示例1-12中一个或两个以上示例所述的第二晶体管可选地包括PMOS晶体管。在示例14中，一种方法可包括:使用第一晶体管和电阻器-电容器(RC)网络检测电压瞬变；以及关断第二晶体管，以保护与所述第二晶体管相连的部件免受所述电压瞬变的影响。在示例15中，示例1-14中一个或两个以上示例所述的检测电压瞬变可选地包括:使用所述第一晶体管和所述电阻器-电容器(RC)网络检测电源电压的电压瞬变。在示例16中，示例1-15中一个或两个以上示例所述的检测电压瞬变可选地包括:使用所述RC网络的电容器来延迟所述第一晶体管的控制节点随所述电压瞬变而产生的响应。在示例17中，示例1-16中一个或两个以上示例所述的关断第二晶体管可选地包括:使用所述第一晶体管的控制节点对瞬变电压的延迟响应，来将所述第一晶体管切换到导通状态。在示例18中，示例1-17中一个或两个以上示例所述的关断第二晶体管可选地包括:使用所述第一晶体管的导通状态来将所述第二晶体管的控制节点连接到所述电压源。在示例19中，一种装置可包括:第一晶体管，其包括控制节点、第一开关节点和第二开关节点，所述第一开关节点被配置为接收电源电压，所述第二开关节点被配置为连接到第二晶体管的控制节点，所述第一晶体管在第一状态下被配置为将所述第二晶体管的控制节点连接到所述电源电压以保护与所述调节器晶体管相连的部件；以及低通滤波器，被配置为连接到所述第一晶体管的控制节点，并且当所述电源电压的电压变化超出阈值时将所述第一晶体管切换到所述第一状态。在示例20中，示例1-19中一个或两个以上示例所述的第一晶体管可选地包括PMOS晶体管,并且示例1-19中一个或两个以上示例所述的第二晶体管可选地包括PMOS晶体管。在示例21中，示例1-20中一个或两个以上示例所述的第一晶体管和低通滤波器可选地包括在一集成电路中。在示例22中，示例1-21中一个或两个以上示例所述的低通滤波器可选地包括电阻器-电容器(RC)网络。在示例23中，一种电压调节器可包括:调节器晶体管，被配置为接收电源电压，并提供经调节的输出电压；调节器控制器，被配置为控制所述调节器晶体管；保护电路，被配置为检测所述电源电压中的瞬变电压，并在电压瞬变期间将所述调节器晶体管维持在截止状态。所述保护电路可包括:第一晶体管；电阻器-电容器(RC)网络。所述第一晶体管可被配置为使用所述RC网络检测电压瞬变，并且将所述调节器晶体管维持在截止状态以保护与所述第二晶体管相连的部件免受所述电压瞬变的影响。所述第一晶体管可包括控制节点，并且所述第一晶体管可被配置为通过所述RC网络在所述控制节点处接收电源电压。所述第一晶体管的控制节点可直接连接到所述RC网络的电容器。所述第一晶体管可包括第一开关节点和第二开关节点，所述第一开关节点被配置为连接到所述电源电压，并且所述第二开关节点被配置为连接到所述调节器晶体管的控制节点。所述调节器晶体管可被配置为当所述第一晶体管使用所述RC网络检测到所述电压瞬变时，通过所述第一晶体管接收所述电源电压。所述电压瞬变可包括:到达所述电压调节器的回路带宽之上的电源电压增大。在示例24中，示例1-23中一个或两个以上示例所述的调节器控制器和保护电路可选地包括在一集成电路中。上述详细说明参照了附图，附图也是所述详细说明的一部分。附图通过举例说明的方式示出了可以实施本实用新型的具体实施例。在本申请中，这些实施例也可以称作“示例”。除了所示出或所描述的那些要素以外，这些示例还可以包括其他的要素。然而，本发明人还设想了在其中仅提供了所示出或所描述的那些要素的示例。此外，本发明人还参照特定的示例(或者其一个或两个以上的方面)或者参照本申请所示出或所描述的其他示例(或者其一个或两个以上的方面)，设想了使用所示出或所描述的那些要素(或者其一个或两个以上的方面)的任意组合或排列的示例。本申请所涉及的所有出版物、专利及专利文件全部作为本实用新型的参考内容，尽管它们是分别加以参考的。如果本申请与参考文件之间存在使用差异，则将参考文件的使用视作本申请的使用的补充，若两者之间存在不可调和的差异，则以本申请的使用为准。在本申请中，与专利文件通常使用的一样，术语“一”或“某一”表示包括一个或两个以上，这与使用“至少一个”或“一个或多个”的其他例子没有关系。在本申请中，除非另外指明，否则使用术 语“或”指无排他性的或者，使得“A或B”包括:“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在本申请中，术语“包含”和“在其中”等同于各个术语“包括”和“其中”的通俗英语。同样，在所附的权利要求中，术语“包含”和“包括”是开放性的，即，系统、装置、物品或步骤包括除了权利要求中这种术语之后所列出的那些要素以外的要素的，依然视为落在该项权利要求的范围之内。而且，在所附的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并非对对象有数量要求。本申请所描述的方法示例的至少部分可以是机器或计算机实施的。一些示例可以包括使用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以将电子器件配置为执行上面的示例中描述的方法。这些方法的执行可以包括代码，例如，微代码、汇编语言代码、高级语言代码等等。此类代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。该代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在一个示例中，代码可以例如在执行期间或者其他时候有形地存储在一个或两个以上易失性的、非暂时性的或者非易失性的有形的计算机可读介质上。这些有形的计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，光盘(⑶)和数字视频光盘(DVD))、磁带、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等等。上面的描述旨在解说而非限制。例如，上面描述的示例(或者其一个或两个以上的方面)可以相互结合使用。例如，本领域普通技术人员通过回顾上面的描述可以使用其他实施例。摘要被提供以符合37C.F.R.§ 1.72 (b)，从而允许阅读者快速地确定技术公开的性质。应当理解的是，该摘要将不用于解释或限制权利要求的范围或意义。此外，在上面的具体实施方式
中，各种特征可以组合在一起以精简本公开。这不应理解成未要求的公开特征对任何权利要求来说是必不可少的。相反，创造性的主题可以依赖于比特定公开的实施例的所有特征更少的特征。因而，所附的权利要求以此方式并入具体实施方式
中:其中每一个权利要求作为单独的实施例，并且设想可以以各种组合或排列将这些实施例相互结合。本实用新型的范围应当参照所附的权利要求以及与拥有这些权利要求的等同物的整个范围来确定。
权利要求1.一种电压瞬变保护系统，包括: 第一晶体管； 第二晶体管；以及 低通滤波器， 其中，所述第一晶体管被配置为使用所述低通滤波器检测电压瞬变，并且关断所述第二晶体管以保护与所述第二晶体管相连的部件免受所述电压瞬变的影响。
2.根据权利要求1所述的电压瞬变保护系统，其中，所述第一晶体管包括控制节点，并且所述第一晶体管被配置为通过所述低通滤波器在所述控制节点处接收电源电压， 其中，所述第二晶体管被配置为当所述第一晶体管使用所述低通滤波器检测到所述电压瞬变时，通过所述第一晶体管接收所述电源电压。
3.根据权利要求1所述的电压瞬变保护系统，包括:被配置为从所述第二晶体管接收经调节的电压的低压部件，并且 其中，所述第一晶体管和所述低通滤波器被配置为保护所述低压部件免受所述电压瞬变的影响。
4.根据权利要求1所述的电压瞬变保护系统，其中，所述电压瞬变包括:到达包括所述第二晶体管在内的电压调节器的回路带宽之上的电源电压增大。
5.根据权利要求1所述的电压瞬变保护系统，其中，所述第二晶体管包括调节器电路的输出晶体管， 其中，所述电压瞬变包括:到达所述调节器电路的回路带宽之上的电源电压增大， 其中，所述第一晶体管包括控制节点、第一开关节点和第二开关节点，并且 其中，所述第一开关节点被配置为连接到电源电压。
6.根据权利要求5所述的电压瞬变保护系统，其中，所述第二开关节点被配置为连接到所述第二晶体管的控制节点， 其中，所述低通滤波器包括电阻器-电容器(RC)网络，并且 其中，所述第一晶体管的控制节点直接连接到所述RC网络的电容器。
7.根据权利要求6所述的电压瞬变保护系统，其中，所述电容器直接接地，并且 其中，所述RC网络的电阻器连接在所述第一晶体管的控制节点与所述电源电压之间。
8.一种电压调节器，包括: 调节器晶体管，被配置为接收电源电压，并提供经调节的输出电压； 调节器控制器，被配置为控制所述调节器晶体管； 保护电路，被配置为检测所述电源电压中的瞬变电压，并在电压瞬变期间将所述调节器晶体管维持在截止状态， 其中，所述保护电路包括: 第一晶体管；以及 电阻器-电容器(RC)网络； 其中，所述第一晶体管被配置为使用所述RC网络检测电压瞬变，并且将所述调节器晶体管维持在截止状态以保护与所述第二晶体管相连的部件免受所述电压瞬变的影响； 其中，所述第一晶体管包括控制节点，并且所述第一晶体管被配置为通过所述RC网络在所述控制节点处接收所述电源电压；其中，所述第一晶体管的控制节点直接连接到所述RC网络的电容器； 其中，所述第一晶体管包括第一开关节点和第二开关节点，所述第一开关节点被配置为连接到所述电源电压，并且所述第二开关节点被配置为连接到所述调节器晶体管的控制节点； 其中，所述调节器晶体管被配置为当所述第一晶体管使用所述RC网络检测到所述电压瞬变时，通过所述第一晶体管接收所述电源电压； 其中，所述电压瞬变包括 :到达所述电压调节器的回路带宽之上的电源电压增大。
9.根据权利要求8所述的电压调节器，其中，所述调节器控制器和所述保护电路包括在一集成电路中。
专利摘要本实用新型公开了一种电压瞬变保护系统及电压调节器。除其它内容之外，本文论述了一种用于为电压调节器提供过压瞬变保护的装置和方法。在一个示例中，一种装置可包括第一晶体管，其包括控制节点、第一开关节点和第二开关节点；以及低通滤波器，其被配置为连接到第一晶体管的控制节点，并且当电源电压的电压变化超出阈值时，将所述第一晶体管切换到第一状态。在第一状态下的第一晶体管可被配置为将第二晶体管的控制节点连接到电源电压，以保护与调节器晶体管相连的部件。
文档编号H02H7/10GK203039344SQ20122071085
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者科奈斯·P·斯诺登, H·加萨 申请人:快捷半导体(苏州)有限公司, 快捷半导体公司