一种集成芯片的电源瞬态过压保护电路的制作方法

本实用新型涉及通信及电子技术领域，具体涉及一种集成芯片的电源瞬态过压保护电路。

背景技术：

随着微电子技术的发展，数字电路越来越集成化，芯片工艺从100nm降低到7nm，集成芯片出现以下两种特点：

(1)集成芯片对电源电压要求越来越低，核电源电压从3.3V降到了1V以下，对供电电压的精准度要求也越来越高，工作电压范围从标称电压的105％降低到102％；

(2)集成芯片的电流越来越大，从以前几A达到现在的100A，并且电流瞬变较大，某些CPU可能达到百A/us。

在集成芯片作为负载时，当负载的电流发生瞬变时，供电电源输出电压会发生瞬变，负载电流增大瞬间，输出电压出现负过冲，负载电流减小瞬间，输出电压会出现正过冲，正负过冲幅度与电流变化速度有关，如果负载电流急剧较小，正过冲幅度就会增大，此时电源电压可能超出负载的安全工作电压范围，从而导致集成芯片存在被烧毁的隐患。

现有技术中，参见专利申请号为CN201220657625.1的专利，该专利公开了一种电源过压保护电路，包括过压检查电路、场效应管Q1、钳位电路，所述场效应管Q1的栅极经串接的电阻R1和电阻R2接地，场效应管Q1的漏极为电源输出端；所述过压检查电路的电压输出端连接于电阻R1和电阻R2之间，过压检查电路的电压输入端与场效应管Q1的源极连接，所述钳位电路的输出端与场效应管Q1的源极连接，钳位电路的输入端与过压检查电路的电压输出端连接，当场效应管Q1的源极电压低于设定值时过压检查电路的输出端无电压输出，效应管Q1的漏极输出电压等于或接近源极电压；当场效应管Q1的源极电压高于设定值时过压检查电路的电压输出端的电压升高至等于或接近源极电压，效应管Q1的漏极输出关断，输出电压等于或接近零。

该电源过压保护电路的原理是：场效应管Q1、钳位电路和过压检查电路一起配合使用，可以在系统正常的电压下工作，也可以在系统电压过高时自动切断控制器的电源，保护控制器内部元器件。

然而，切断集成电源需要耗费一定的时间，无法适用于集成芯片的电源瞬态过压保护，因此，急需开发一种可适用于集成芯片的电源瞬态过压保护电路，以防止集成芯片被烧坏。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种集成芯片的电源瞬态过压保护电路，在集成芯片出现电源瞬态过压时进行电流泄放，可有效防止集成芯片被烧坏。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种集成芯片的电源瞬态过压保护电路，包括电流泄放电路，所述电流泄放电路包括场效应管Q1和电阻R1，所述场效应管Q1的源极与集成芯片的供电端相连，所述场效应管Q1的漏极经过电阻R1后接地，且所述场效应管Q1的栅极连接有一电压驱动电路；

当集成芯片的电源瞬态电压升高时，所述电压驱动电路驱动所述场效应管Q1导通，所述电流泄放电路进行电流泄放；当集成芯片的瞬态电压恒定或降低时，所述电压驱动电路驱动所述场效应管Q1不导通。

在上述技术方案的基础上，所述电压驱动电路包括运算放大器A1、电容C1、电阻R2和电阻R3，所述运算放大器A1的输出端串联所述电阻R3后与所述场效应管Q1的栅极相连，所述电容C1两端分别连接所述运算放大器A1的反向输入端和输出端，所述电阻R2一端与所述运算放大器A1的反向输入端相连，另一端连接所述场效应管Q1的源极。

在上述技术方案的基础上，所述电压驱动电路还包括一用于设置所述运算放大器A1参考电压的参考电压电路，所述参考电压电路与运算放大器A1的正向输入端相连。

在上述技术方案的基础上，所述参考电压电路包括参考电压、电阻R4和电阻R5，所述参考电压串联所述电阻R4后与所述运算放大器A1的正向输入端相连，所述运算放大器A1的正向输入端经过所述电阻R5后接地。

在上述技术方案的基础上，所述运算放大器A1有两个电源输入端，其中一个电源输入端连接电源电压VCC，另一个电源输入端接地。

在上述技术方案的基础上，所述电流泄放电路还包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与集成芯片的供电端相连，所述二极管D1的阴极与所述场效应管Q1的源极相连。

在上述技术方案的基础上，所述二极管D1为锗二极管。

在上述技术方案的基础上，还包括瞬态抑制二极管D2，所述瞬态抑制二极管D2的阴极与所述二极管D1的阳极相连，所述瞬态抑制二极管D2的阳极接地。

在上述技术方案的基础上，所述场效应管Q1为P沟道MOS管。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型中的集成芯片的电源瞬态过压保护电路包括场效应管Q1和电阻R1，场效应管Q1的栅极连接有一电压驱动电路，通过电压驱动电路控制场效应管Q1是否导通，从而实现在集成芯片出现电源瞬态过压时进行电流泄放，可有效防止集成芯片被烧坏，且在集成芯片未出现电源瞬态过压时，场效应管Q1不导通，不会增加输出功耗，进而对集成芯片负载工作状态不会造成影响。

(2)本实用新型中的电压驱动电路包括运算放大器A1、电容C1、电阻R2和电阻R3，运算放大器A1的输出端串联所述电阻R3后与场效应管Q1的栅极相连，该电压驱动电路结构简单、性能可靠、成本低。

(3)本实用新型中的电压驱动电路还包括一用于设置运算放大器A1参考电压的参考电压电路，参考电压电路与运算放大器A1的正向输入端相连，参考电压电路可以根据集成芯片的电流大小调节运算放大器A1的正向输入端的电压高低，从而可以满足集成芯片的不同需求，根据集成芯片应用电压的不同，相应调节参考电压即可，适用范围广，使用起来非常方便。

(4)本实用新型中的电流泄放电路还包括二极管D1，二极管D1的阳极与集成芯片的供电端相连，由于二极管具有单向导通特性，可有效防止电流泄放电路产生反向电流，对集成芯片起到保护作用。

(5)本实用新型中的集成芯片的电源瞬态过压保护电路还包括瞬态抑制二极管D2，又称为TVS二极管，当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受浪涌脉冲的损坏，从而对整个电路起到很好的保护作用。

附图说明

图1为本实用新型实施例中集成芯片的电源瞬态过压保护电路的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

参见图1所示，本实用新型实施例提供一种集成芯片的电源瞬态过压保护电路，其用于保护集成芯片不被电源瞬态过压烧坏。

本实施例的集成芯片的电源瞬态过压保护电路包括电流泄放电路，所述电流泄放电路包括场效应管Q1和电阻R1，所述场效应管Q1的源极与集成芯片的供电端相连，所述场效应管Q1的漏极经过电阻R1后接地，且所述场效应管Q1的栅极连接有一电压驱动电路；

当集成芯片的电源瞬态电压升高时，所述电压驱动电路驱动所述场效应管Q1导通，所述电流泄放电路进行电流泄放；当集成芯片的电源瞬态电压恒定或降低时，所述电压驱动电路驱动所述场效应管Q1不导通。

本实用新型中的集成芯片的电源瞬态过压保护电路包括场效应管Q1和电阻R1，场效应管Q1的栅极连接有一电压驱动电路，通过电压驱动电路控制场效应管Q1是否导通，从而实现在集成芯片出现电源瞬态过压时进行电流泄放，可有效防止集成芯片被烧坏，且在集成芯片未出现电源瞬态过压时，场效应管Q1不导通，不会增加输出功耗，进而对集成芯片负载工作状态不会造成影响。

本实用新型中的集成芯片的电源瞬态过压保护电路的主要工作原理为：由于集成芯片电源电压瞬变出现的正过冲是由于负载集成芯片电流减小所导致的，因此，在本实用新型中，在负载集成芯片电流减小的瞬间立即启动一个电流泄放电路，此时，电流泄放电路相当于增加了一个负载电路，从而增加电源的总体负载电流，减小电源负载电流的变化，最终减小集成芯片电压的正过冲。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：所述电压驱动电路包括运算放大器A1、电容C1、电阻R2和电阻R3，所述运算放大器A1的输出端串联所述电阻R3后与所述场效应管Q1的栅极相连，所述电容C1两端分别连接所述运算放大器A1的反向输入端和输出端，所述电阻R2一端与所述运算放大器A1的反向输入端相连，另一端连接所述场效应管Q1的源极。

所述运算放大器A1有两个电源输入端，其中一个电源输入端连接电源电压VCC，另一个电源输入端接地，且所述运算放大器A1的反向输入端电压低于电源电压VCC。

本实用新型实施例中的电压驱动电路结构简单、性能可靠、成本低，便于在市场上推广使用。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：所述电压驱动电路还包括一用于设置所述运算放大器A1参考电压的参考电压电路，所述参考电压电路与运算放大器A1的正向输入端相连。

具体地，所述参考电压电路包括参考电压、电阻R4和电阻R5，所述参考电压串联所述电阻R4后与所述运算放大器A1的正向输入端相连，所述运算放大器A1的正向输入端经过所述电阻R5后接地。

本实用新型中的电压驱动电路还包括一用于设置运算放大器A1参考电压的参考电压电路，参考电压电路与运算放大器A1的正向输入端相连，参考电压电路可以根据集成芯片的电流大小调节运算放大器A1的正向输入端的电压高低，从而可以满足集成芯片的不同需求，根据集成芯片应用电压的不同，相应调节参考电压即可，适用范围广，使用起来非常方便。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：所述电流泄放电路还包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与集成芯片的供电端相连，所述二极管D1的阴极与所述场效应管Q1的源极相连。由于二极管具有单向导通特性，可有效防止电流泄放电路产生反向电流，对集成芯片起到保护作用。

优选地，所述二极管D1为锗二极管。由于锗二极管的导通电压在0.2～0.3V左右，要低于肖特基二极管，使得二极管D1的前向导通压降尽量低，当场效应管Q1不导通时，二极管D1压降非常低，不会增加输出功耗，对集成芯片负载工作状态不会造成影响，使得整个电路性能更加优良。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于：所述集成芯片的电源瞬态过压保护电路还包括瞬态抑制二极管D2，所述瞬态抑制二极管D2的阴极与所述二极管D1的阳极相连，所述瞬态抑制二极管D2的阳极接地。

本实施例中的瞬态抑制二极管D2又称为TVS二极管，当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受浪涌脉冲的损坏，从而对整个电路起到很好的保护作用。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于：所述场效应管Q1为P沟道MOS管。

参见图1所示，本实用新型的集成芯片的电源瞬态过压保护电路的工作原理为：由电阻R4和电阻R5对参考电压Vref分压，实现对运算放大器A1的正向输入端V+端进行调节，根据集成芯片的限压幅度需求可以适当调节V+端电压；在负载集成芯片电流急剧减小的情况下，集成芯片的供电电压Vout快速升高，运算放大器A1的反向输入端电压V-也随之升高，当V-电压高于V+电压，运算放大器A1输出端V0电压降低，场效应管Q1导通，二极管D1、电阻R1和场效应管Q1组成通路对Vout电荷进行电流泄放，Vout电压减缓上升，从而减小正过冲幅度，对负载集成芯片进行过压保护；在负载集成芯片的电流恒定时或者电流增加大时，场效应管Q1处于截止或者微导通状态，不会增大Vout的输出功耗，对集成芯片负载工作状态不会造成影响。

本实施例的集成芯片的电源瞬态过压保护电路应用场景非常广泛，适合所有集成芯片作为负载的应用场景。

具体地，在本实施例中，集成芯片的供电电压Vout为1V时，Vref参考电源为2.5V，通过电阻R4和电阻R5进行分压，运算放大器A1的正向输入端V+电压设置为0.9V；二极管D1选择锗二极管，导通压降为0.3V；当集成芯片的供电电压Vout瞬态电压超过1.2V时，运算放大器A1的反向输入端电压V-高于正向输入端V+，运算放大器A1输出为低，场效应管Q1导通，Vout通过D1、Q1、R1泄放电流，因负载电流增加，Vout电压回落；当Vout电压回落到1.2V以下，运算放大器A1的反向输入端电压V-低于正向输入端V+，运算放大器A1输出为高，场效应管Q1截止，不再有电流通过D1、Q1、R1。

本实用新型不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本实用新型相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。