CN106786477A - 一种防止电流倒灌电源的保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止外部电路电流流入集成电路电源端口的保护电路，所述保护电路包括第一或门、第一比较器、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第一NMOS管。检测信号CTR作用于第一或门的输入端，控制信号DI通过第一或门和第一NMOS管控制第一PMOS管的开关，从第一PMOS管的漏端向外界负载提供电流。本发明可以在输出端口处于非正常电压时有效阻止电流流入集成电路电源端口，从而保护电路免受损坏。具有结构简单、保护性能好等特点。

Description

一种防止电流倒灌电源的保护电路

技术领域

本发明涉及一种过流保护电路，特别涉及一种防止电流流入电源的保护电路。

背景技术

集成电路应用中，其端口或引脚与外部电路连接，如图1所示,大多条件下，外部电路电压都会低于集成电路内部的电源电压，当电路连接不当，或者外部电路发生异常，或者在集成电路与外部电路不共地，或者有特殊使用等诸多情况下，外部电路的电压有可能高于集成电路内部的电源电压，尤其接口类集成电路应用时常有发生。如果集成电路内部没有做相应的保护电路，如图1所示，则有可能导致外部电路的电流通过寄生二极管流入电源端口VDD，造成电流过大使集成电路本身、外部电路甚至电源烧坏。

发明内容

为解决上述问题，本发明设计了一种防止电流倒灌电源的保护电路，在输出端电压高于电源电压时有效防止电流从信号接口流入电源，避免电流过大损坏电路。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种防止电流倒灌电源的电路。包括第一或门、第一比较器、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第一NMOS管MN1。第一或门输入端接控制信号DI和检测信号CTR。第一比较器反相输入端连接输出端口Vout，同相输入端连接电源VDD，输出端口连接第一NMOS管的栅极和第四PMOS管的栅极。第一NMOS管的漏端连接数字逻辑或门的输出电平，衬底接地，源端连接第一PMOS管的栅极和第四PMOS管的漏极。第四PMOS管的源极接Vout，衬底的电位通过第五PMOS管和第六PMOS管确定。第五PMOS管源极接电源VDD，栅极接Vout，衬底和漏端与第四PMOS管的衬底连接，和第六PMOS管的衬底和漏端连接。第六PMOS管的栅极接电源VDD，源端连接Vout。第一PMOS管的源极连接电源VDD，漏极接输出端口Vout。

上述的防止外部电流流入电源的电路中，所述的第一比较器为PMOS管和NMOS管构成的比较器。第一或门为PMOS管和NMOS管构成的数字逻辑门。

上述的防止外部电流流入集成电路电源的保护电路中，控制信号DI为具有一定频率与占空比的方波。检测信号CTR为检测输出端口Vout的反馈电压，当输出端电平Vout低于0V时，CTR为高电平；当输出端电平Vout高于0V时，CTR为低电平。

由于采用上述技术方案，本发明的技术效果是：当输出端口的电压Vout高于电源电压VDD时，第一PMOS管关闭，阻止电流从输出端口流向电源；当Vout低于0V时，第一NMOS管关闭，以防电流过大烧毁晶体管。仅当Vout介于VDD和0之间时，第一NMOS管受到控制信号DI的控制而正常工作。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1为一般集成电路与外部电路连接的结构示意图。

图2为本发明中实施例的具体结构示意图。

具体实施方式

如图2所示的防电流倒灌保护电路301中，控制信号DI和检测信号CTR通过第一或门OR1和第一NMOS管MN1作用于第一PMOS管MP1的栅极，控制MP1对外界负载的驱动。比较器CMP1反相输入端连接输出端口Vout，同相输入端连接电源VDD，输出端口连接MN1的栅极和MP4管的栅极。MN1的漏端连接控制信号DI，衬底接地，源端连接MP1的栅极和MP4的漏极。MP4的源极接Vout，衬底的电位通过MP5和MP6确定。MP5源极接电源VDD，栅极接Vout，衬底和漏端与MP4的衬底连接，和MP6的衬底和漏端连接。MP6的栅极接电源VDD，源端连接Vout。MP1的源极连接电源VDD，漏极接输出端口Vout。

正常工作状态时，Vout介于0和VDD之间。在防电流倒灌保护电路301中，检测信号CTR为低电平。比较器输出端口为高电位，因此MP4的栅极为高电位。MP4的衬底电位由MP5和MP6决定。MP5源端电压高于栅极电压，MP5打开；MP6源端电压低于栅极电压，MP6关闭，所以MP4的衬底连接到VDD。该情况下MP6的寄生二极管正极接Vout，负极接VDD，由于VDD高于Vout，所以寄生二极管反偏，无电流通过寄生二极管从VDD流向Vout。MP4的衬底电位为VDD，栅极电位等于比较器输出端的高电位，所以MP4关闭，Vout无法通过MP4影响MP1的栅极电位。MN1栅极为高电位，衬底接地，所以MN1打开。故MP1栅极的电位等于控制信号或门输出端A点的电平。MP1的栅极电压等于DI的控制电平。

在由MP2和MP3构成的衬底电位选择电路302中，驱动管MP1的衬底电位由MP2和MP3确定。MP2源端电压高于栅极电压，MP2打开；MP3源端电压低于栅极电压，MP3关闭，故MP1的衬底连接到VDD。该情况下MP3的寄生二极管正极接Vout，负极接VDD，由于VDD高于Vout，所以寄生二极管反偏，无电流通过寄生二极管从VDD流向Vout。MP1的衬底电位为VDD，MP1正常工作。电流从电源VDD通过MP1流向输出端口Vout。

当输出端口电压Vout高于电源电压VDD时，在防电流倒灌保护电路301中，比较器输出低电平。由于MN1栅极与比较器输出端相连，MN1栅极为低电平。又因为MN1衬底接地，所以MN1无沟道生成，MN1关闭，DI信号无法通过MN1到达MP1的栅极。MP4的衬底电位由MP5和MP6决定。MP5的源极接电源VDD，栅极接输出端口Vout，栅极电压高于源极，MP5关闭。MP6的栅极接电源VDD，源极接输出端口Vout，源极电压高于栅极，MP6打开，故MP4衬底连接到Vout。又因为MP4的栅极与比较器输出端相连，栅极为低电位，故MP4打开。MP1栅极电位等于输出端口Vout的电位。该情况下MP5的寄生二极管正极接VDD，负极接Vout，由于Vout高于VDD，所以寄生二极管反偏，无电流通过寄生二极管从Vout流向VDD。

在由MP2和MP3构成的衬底电位选择电路302中，MP2的源极接电源VDD，栅极接输出端口Vout，栅极电压高于源极， MP2关闭。 MP3的栅极接电源VDD，源极接输出端口Vout，源极电压高于栅极，MP3打开，故MP1的衬底连接到Vout，因此MP1的衬底电压等于输出端口Vout的电压。该情况下MP2的寄生二极管正极接VDD，负极接Vout，由于Vout高于VDD，所以寄生二极管反偏，无电流通过寄生二极管从Vout流向VDD。由于MP1栅极、漏极、衬底电位均等于Vout，MP1关闭，无电流从Vout通过MP1反向流入电源VDD。

当输出端口电压Vout低于0V时，检测信号CTR为高电平，MN1打开，MP1栅极的电压等于或门的输出电压。MP1的栅极电位恒为高电平，因此MP1一致处于关闭状态，无电流通过，不受控制信号DI影响。防止输出电流过大导致MP1管损坏。电路其他器件均与正常工作时的状态相同。

以上方案能够在输出端口电压高于VDD时关闭电路，电流无法通过晶体管或晶体管的寄生二极管从输出端反向流入电源。

以上防止外部电流流入电源的电路和结构仅仅是示例性的，本领域的技术人员现在可以意识到，根据前面的描述，可以将此发明用于任意用PMOS管漏端电流驱动外界负载的电路结构中，而并不限制于应用于示例中的由方波DI控制PMOS驱动外界负载的电路结构中。

Claims (1)

1.一种防止电流倒灌电源的保护电路，其特征在于：包括第一或门OR1、第一比较器CMP1、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第一NMOS管MN1，第一或门OR1输入端接控制信号DI和检测信号CTR，第一比较器CMP1反相输入端连接输出端口Vout，同相输入端连接电源VDD，输出端口连接第一NMOS管MN1的栅极和第四PMOS管MP4的栅极，第一NMOS管MN1的漏端连接第一或门的输出电平，衬底接地，源端连接第一PMOS管MP1的栅极和第四PMOS管MP4的漏极，第四PMOS管MP4的源极接Vout，衬底的电位通过第五PMOS管MP5和第六PMOS管MP6确定，第五PMOS管MP5源极接电源VDD，栅极接Vout，衬底和漏端与第四PMOS管MP4的衬底连接，和第六PMOS管MP6的衬底和漏端连接，第六PMOS管MP6的栅极接电源VDD，源端连接Vout，第一PMOS管MP1的源极连接电源VDD，漏极接输出端口Vout，第二PMOS管MP2和第三PMOS管MP3构成衬底电位选择电路，第一PMOS管MP1的衬底电位由第二PMOS管MP2和第三PMOS管MP3确定。