CN103427396A - 一种适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于公开一种适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置，它包括一有源低压降反向保护单元、一稳压单元、一比较单元及一功率输出单元；所述有源低压降反向保护单元的输入端连接电源Vin，所述有源低压降反向保护单元的输出端依次连接所述稳压单元、比较单元和功率输出单元；与现有的技术相比，当Vin端输入电压为正电压，霍尔传感器正常工作时，导通压降低于10mV；当霍尔传感器遇到反向输入电压时，在50V负电压下，电流小于1mA，可以将正向导通压降减小至10mV，大幅优化了霍尔传感器的最低工作电压，有效提供反向电压保护，实现本发明的目的。

Description

一种适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置

技术领域

本发明涉及一种有源低压降反向电压保护装置，特别涉及一种适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置。

背景技术

霍尔传感器应用时可能会遇到电源电压反向的情况，若缺少反向保护电路，芯片会流入很大的电流将其烧毁。为了保护霍尔传感器不被反向电压损坏，通常会在电源到地的通路上串联一个二极管10来进行保护。最开始，反向保护二极管作为外围器件来实现，如图1所示。

之后，为了降低应用成本，反向保护二极管被集成到IC内部，如图2所示，其包括：内置反向保护二极管D1，稳压器20，迟滞比较器30和功率输出级40等几个部分。反向保护二极管可以有效的防止反向电压损坏霍尔传感器，但是当输入电源电压为正电压，霍尔传感器正常工作时，反向保护二极管上会产生一个正向导通压降，约0.7V，这将制约霍尔传感器的最低工作电压，影响其应用范围。

因此，特别需要一种适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置，已解决上述现有存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于霍尔传感器集成电路的有源低压反向电压保护装置，针对上述现有的技术存在的缺陷，可以将正向导通降减小至10mV，大幅优化了霍尔传感器的最低工作电压。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置，其特征在于，它包括一有源低压降反向保护单元、一稳压单元、一比较单元及一功率输出单元；所述有源低压降反向保护单元的输入端连接电源Vin，所述有源低压降反向保护单元的输出端依次连接所述稳压单元、比较单元和功率输出单元。

在本发明的一个实施例中，所述有源低压降反向保护单元包括一晶体管M3及一根据电源电压的正负值来控制晶体管M3工作状态的控制电路，晶体管M3的Drain端连接电源Vin，晶体管M3的Gate端连接所述控制电路，晶体管M3的Source端连接所述稳压单元的输入端。

进一步，所述控制电路包括晶体管M1、晶体管M2和齐纳二极管D1；晶体管M1的Drain端连接电源Vin，晶体管M1的Gate端和晶体管M1的Souce端互相连接并与齐纳二极管D1的负端连接，晶体管M2的Drain端连接齐纳二极管D1的正端，晶体管M2的Gate端和晶体管M2的Source端互相连接并接地，齐纳二极管D1的正端与晶体管M3的Gate端互相连接。

在本发明的一个实施例中，晶体管M1是PMOS晶体管，晶体管M2是耗尽型NMOS晶体管，晶体管M3是PMOS晶体管。

本发明的适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置，与现有的技术相比，当Vin端输入电压为正电压，霍尔传感器正常工作时，导通压降低于10mV；当霍尔传感器遇到反向输入电压时，在50负电压下，电流小于1mA，可以将正向导通压降减小至10mV，大幅优了霍尔传感器的最低工作电压，有效提供反向电压保护，实现本发明的目的。

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为现有的外接二极管进行反向保护的霍尔传感器的电路原理图；

图2为传统的内置反向保护二极管的霍尔传感器集成电路的电路原理图；

图3为本发明的适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置的电路原理图；

图4为本发明的有源低压降反向电压保护装置与传统的内置反向保护二极管的电路结构的电压降仿真波形对比的示意图；

图5为反向电压情况时的本发明的电流仿真波形与无反向保护电路的波形对比的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图3所示，本发明的适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置，它包括一有源低压降反向保护单元100、一稳压单元200、一比较单元300及一功率输出单元400；所述有源低压降反向保护单元1的输入端连接电源Vin，所述有源低压降反向保护单元100的输出端依次接所述稳压单元200、比较单元300和功率输出单元400。

在本发明中，所述有源低压降反向保护单元100包括一晶体管M3及一根据电源电压的正负值来控制晶体管M3工作状态的控制电路110，晶体管M3的Drain端连接电源Vin，晶体管M3的Gate端连接所述控制电路110，晶体管M3的Source端连接所述稳压单元200的输入端。

所述控制电路110包括晶体管M1、晶体管M2和齐纳二极管D1；晶体管M1的Drain端连接电源Vin，晶体管M1的Gate端和晶体管M1的Souce端互相连接并与齐纳二极管D1的负端连接，晶体管M2的Drain端连接齐纳二极管D1的正端，晶体管M2的Gate端和晶体管M2的Source端互相连接并接地，齐纳二极管D1的正端与晶体管M3的Gate端互相连接。

电源Vin的电压为正电压时，晶体管M3处于线性区，并且导通压降很低，相当于一个闭合的开关；电源Vin的电压为负电压时，晶体管M3处于截止区，相当于一个打开的开关，从而起到保护内部电路的作用。

在本发明中，晶体管M1是PMOS晶体管，晶体管M2是耗尽型NMOS晶体管，晶体管M3是PMOS晶体管。

工作时，输入电源Vin的电压为正电压时，晶体管M1的栅漏端PN结正向导通，齐纳二极管D1反向偏置，晶体管M2为晶体管M1和齐纳二极管D1提供直流通路，确保晶体管M3工作在线性区。此时晶体管M3的漏源端压降如下式所示：

V_dson＝R_dson*I_dd

上式中R_dson为晶体管M3的导通电阻，I_dd为霍尔传感器的静态电流。

晶体管M3的导通电阻R_dson如下式所示

$R_{\mathrm{dson}}=\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_n\frac{W}{L}(V_{\mathrm{GS}}-V_{\mathrm{TH}})}$

上式中μ_n为载流子迁移速率，

为晶体管M3的宽长比，V_GS为晶体管M3的栅源电压，V_TH为晶体管M3的阈值电压。

从以上两式中可知，通过对晶体管M3采用合适的宽长比，对传感器采用合理的静态电流，可以将M3的压降控制在10mV以内，远低于采用反向保护二极管的导通压降，参见图4两种结构的电压降对比。

当输入电源Vin的电压为负电压时，晶体管M1栅漏端PN结反偏，齐纳二极管D1处于关断状态，晶体管M3进入截止状态。

此时，反向电压由晶体管M1和晶体管M3的栅漏端承受，稳压单元200的输入端电位接近于地，反向漏电流很小，有效保护了内部电路不受反向电压的损坏，参见图5。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置，其特征在于，它包括一有源低压降反向保护单元、一稳压单元、一比较单元及一功率输出单元；所述有源低压降反向保护单元的输入端连接电源Vin，所述有源低压降反向保护单元的输出端依次连接所述稳压单元、比较单元和功率输出单元。

2.如权利要求1所述的适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置，其特征在于，所述有源低压降反向保护单元包括一晶体管M3及一根据电源电压的正负值来控制晶体管M3工作状态的控制电路，晶体管M3的Drain端连接电源Vin，晶体管M3的Gate端连接所述控制电路，晶体管M3的Source端连接所述稳压单元的输入端。

3.如权利要求2所述的适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置，其特征在于，所述控制电路包括晶体管M1、晶体管M2和齐纳二极管D1；晶体管M1的Drain端连接电源Vin，晶体管M1的Gate端和晶体管M1的Souce端互相连接并与齐纳二极管D1的负端连接，晶体管M2的Drain端连接齐纳二极管D1的正端，晶体管M2的Gate端和晶体管M2的Source端互相连接并接地，齐纳二极管D1的正端与晶体管M3的Gate端互相连接。

4.如权利要求2或3所述的适用于霍尔传感器集成电路的有源低压降反向电压保护装置，其特征在于，晶体管M1是PMOS晶体管，晶体管M2是耗尽型NMOS晶体管，晶体管M3是PMOS晶体管。

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