CN107154792B - 用于开关单元的反向电流保护 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于开关单元的反向电流保护。在一个示例中，电路包括开关单元，开关单元包括第一节点、第二节点、控制节点和主体。开关单元被配置为响应于在开关单元的控制输入处接收到控制信号，来选择性地将开关单元的第一节点耦合到开关单元的第二节点。该电路还包括反向电流保护单元，其被配置为减小从开关单元的第二节点到开关单元的第一节点的电流。反向电流保护单元选择性地耦合开关单元的第一节点和开关单元的主体，并且选择性地将开关单元的第二节点耦合到开关单元的主体。

Description

用于开关单元的反向电流保护
技术领域
本公开涉及开关单元，诸如包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或其他类型的开关的单元。
背景技术
开关单元可以用作驱动器电路中的关口器件。例如，开关单元能够被选择性地切换(例如，使用脉冲宽度调制)以控制电流何时流动通过负载电路(例如，发光二极管)。在一些情况下，电源电压、负载电压或接地电压的改变可能导致反向电流(例如，从负载到电源)流动，导致开关单元的故障。
发明内容
一般地，本公开涉及用于减小或阻断开关单元内的反向电流的技术。例如，反向电流保护可以允许开关元件在负载电压超过电源电压的应用中使用，其中接地电压超过电源电压等。
在一个示例中，一种电路包括开关单元，开关单元包括第一节点、第二节点、控制节点和主体，其中开关单元被配置为响应于在开关单元的控制输入处接收到控制信号，来选择性地将开关单元的第一节点和开关单元的第二节点进行耦合；以及反向电流保护单元，其被配置为减小从开关单元的第二节点到开关单元的第一节点的电流，其中反向电流保护单元选择性地将开关单元的第一节点和开关单元的主体进行耦合，并且选择性地将开关单元的第二节点耦合到开关单元的主体。
在另一示例中，一种集成电路包括：驱动器单元，被配置为在集成电路的输入节点上接收输入信号，并且响应于在集成电路的输入节点上接收的输入信号来生成控制信号；开关单元，其包括耦合到集成电路的电压轨的第一节点、耦合到集成电路的输出节点的第二节点、以及主体，其中开关单元被配置为响应于由驱动单元生成的控制信号来选择性地耦合开关单元的第一节点和开关单元的第二节点；以及反向电流保护单元，被配置为减少从开关单元的第二节点到开关单元的第一节点的电流流动，其中，反向电流保护单元选择性地将开关单元的第一节点耦合到开关单元的主体，并且选择性地将开关单元的第二节点耦合到开关单元的主体。
在另一示例中，一种功率转换器器件包括用于响应于接收控制信号选择性地将开关单元的第一节点和开关单元的第二节点进行耦合的装置；以及用于切换所述开关单元的主体以减少从开关单元的第二节点到开关单元的第一节点的电流流动的装置。
在附图和下面的描述中阐述了这些和其他示例的细节。从说明书和附图以及从权利要求书中，其他特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是示出根据本公开的一个或多个技术的示例性反向电流保护系统的框图。
图2是示出根据本公开的一个或多个技术的、包括开关单元、反向电流保护单元和静电放电保护单元的示例性集成电路的电路图。
图3是示出根据本公开的一个或多个技术的、包括开关单元、反向电流保护单元和静电放电保护单元的另一示例性集成电路的电路图。
图4是示出根据本公开的一个或多个技术的示例性驱动器单元的电路图。
图5是与可以由根据本公开的电路执行的技术一致的流程图。
图6是示出根据本公开的一个或多个技术的、包括开关单元和反向电流保护单元的另一示例性集成电路的电路图。
具体实施方式
图1是示出根据本公开的一个或多个技术的示例性反向电流保护系统1的框图。如图1的示例中所示，反向电流保护系统1可以包括电压源10、负载电路12、集成电路14和微控制器16。
在一些示例中，电压源10可以被配置为向反向电流保护系统1的一个或多个其他部件提供电功率。例如，电压源10可以被配置为向负载电路12供应输入功率。在一些示例中，电压源10可以是可以被配置为存储电能的电池。电池的示例可以包括但不限于镍镉、铅酸、镍金属氢化物、镍锌、氧化银、锂离子、锂聚合物、任何其他类型的可充电电池或其任意组合。在一些示例中，电压源10可以是功率转换器或功率逆变器的输出。例如，电压源10可以是直流(DC)到DC功率转换器、交流(AC)到DC功率转换器、DC到AC功率逆变器等的输出。在一些示例中，电压源10可以表示对供电网的连接。在一些示例中，由电压源10提供的输入功率信号可以是DC输入功率信号。例如，电压源10可以被配置为提供在约5VDC至约40VDC范围内的DC输入功率信号。
在一些示例中，负载电路12可以包括电阻性负载。例如，负载电路12可以包括发光二极管和/或发光二极管阵列。在一些示例中，负载电路12可以是电容性负载。例如，负载电路12可以包括串联或并联连接的电容性元件或电容性元件组。在一些示例中，负载电路12可以包括电感性负载。例如，负载电路12可以包括电机、泵、变压器等。
在一些示例中，集成电路14可以包括开关单元20和反向电流保护单元22。在一些示例中，集成电路14可以可选地包括驱动器单元24。在一些示例中，集成电路14可以可选地包括静电放电保护单元26。在一些示例中，集成电路可以包括不同的单元。例如，集成电路14可以包括热保护单元，用于防止集成电路14过热。在一些示例中，集成电路14的单元可以被形成在单个芯片上。例如，开关单元20和反向电流保护单元22可以被形成在单个芯片基底上。在一些情况下，开关单元20、反向电流保护单元22、驱动器单元24和静电放电保护单元26可以被形成在单个芯片基底上。
在一些示例中，开关单元20可以被配置为响应于接收控制信号来选择性地将电压源10耦合到负载电路12。在一些示例中，开关单元20还被配置为以闭合状态和断开状态操作。例如，在闭合状态期间，开关单元20允许电流在电压源10和负载电路12之间双向流动。在一些示例中，在断开状态期间，开关单元20减少或防止电流在电压源10和负载电路12之间流动。
在一些示例中，开关单元20可以包括直通器件。在一些示例中，开关单元20可以包括场效应晶体管(FET)。FET的示例可以包括但不限于，结型场效应晶体管(JFET)、MOSFET、双栅极MOSFET、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、任何其他类型的FET或其任意组合。MOSFETS的示例可以包括但不限于，PMOS、NMOS、DMOS或任何其他类型的MOSFET、或其任意组合。
在一些示例中，反向电流保护系统的一个或多个部件可以被配置为以从电压源10流动到负载电路12的电流18进行操作。例如，电压源10可以是被配置为向负载电路12的发光二极管供电的电池。然而，在一些示例中，当反向电流从负载电路12流动到电压源10时，可能使反向电流保护系统1的一个或多个部件被损坏。例如，负载电路12可以包括电容器组，电容器组在容器组的电压大于电压源10的电压时可以供应能够损坏集成电路14的电流。因此，在一些示例中，反向电流保护单元22可以被配置为减少从负载电路12到电压源10的电流流动。
在一些示例中，反向电流保护单元22可以被配置为将开关单元20的主体切换到最高电位，以便减少或防止反向电流。例如，反向电流保护单元22可以被配置为选择性地将电压轨32耦合到开关单元20的主体。在一些情况下，反向电流保护单元22可以被配置为选择性地将输出节点34耦合到开关单元20的主体。在一些示例中，反向电流保护单元22可以基于反向电流保护系统1的电压选择性地耦合开关单元20的主体。例如，响应于输出节点34的电压大于电压轨32的电压和接地轨36的电压，反向电流保护单元22可以被配置为将输出节点34耦合到开关单元20的主体。在一些情况下，反向电流保护单元22可以被配置为响应于电压轨32的电压大于输出节点34的电压和接地轨36的电压，将电压轨32耦合到开关单元20的主体。
在一些示例中，反向电流保护单元22可以被配置为允许接地轨36使电压偏移，例如以支持汽车应用。例如，接地轨36可以具有约2VDC的电压移位。在一些示例中，反向电流保护单元22可以被配置为选择性地将开关单元20的主体耦合到电压轨32、输出节点34和接地轨36的最高电位，以便减少或防止反向电流。例如，反向电流保护单元22可以被配置为响应于接地轨36的电压大于电压轨32的电压、并且电压轨32的电压大于输出节点34的电压，将开关单元20的主体耦合到接地轨36。
在一些示例中，反向电流保护单元22可以包括双极结晶体管(BJT)。BJT的示例可以包括但不限于PNP、NPN、异质结或任何其他类型的BJT或其任意组合。在一些示例中，反向电流保护单元22可以包括电阻性元件。例如，反向电流保护单元22可以包括电阻器，该电阻器被选择为驱动特定范围的电流到开关单元20的主体，使得开关单元20可以以期望的开关速度切换，同时限制反向电流保护单元22的静态电流。
在一些示例中，驱动器单元24可以被配置为在集成电路14的输入节点30上接收输入信号，并且响应于在输入节点30上接收的输入信号来生成控制信号。例如，驱动器单元24可以被配置为在输入节点30上接收指示以闭合状态操作开关单元20的指令的输入信号(例如，逻辑“0”)，并且响应于该指令，驱动器单元24可以生成控制信号(例如，逻辑“0”)来以闭合状态操作开关单元20。
在一些示例中，驱动器单元24可以被配置为使开关单元20以断开状态下操作，以防止反向电流流过开关单元20的直通器件。在一些示例中，驱动器单元24可以被配置为基于负载电路12的电压和电压源10的比较来生成控制信号。例如，驱动器单元24可以被配置为使用比较器将电压轨32的电压与输出节点34的电压进行比较，并且当电压轨32的电压小于输出节点34的电压时生成控制信号，以断开状态操作开关单元20。这样，驱动器单元24可以防止反向电流从负载电路12通过开关单元20流到电压轨32。在一些示例中，驱动器单元24可以被配置为基于电压轨32和接地轨36的电压差来生成控制信号。例如，驱动器单元24可以被配置为使用二极管，来在电压轨32的电压小于接地轨36的电压时，生成控制信号以断开状态操作开关单元20。这样，驱动器单元24可以防止反向电流从接地轨36通过开关单元20流到电压轨32。
在一些示例中，驱动器单元24可以被配置为基于因素的组合来生成控制信号。在一些示例中，驱动器单元24可以被配置为基于负载电路12的电压和电压源10的比较、电压轨32和接地轨36的电压之间的差以及接收的输入信号来生成控制信号。例如，驱动器单元24可以被配置为当电压轨32的电压小于接地轨36的电压时，当电压轨32的电压小于输出节点34的电压时，或者当在输入节点30上接收的输入信号指示用于以断开状态操作开关单元20的指令时，生成控制信号以断开状态操作开关单元20。
在一些示例中，驱动器单元24可以包括场效应晶体管(FET)。在一些示例中，开关单元20可以包括双极结型晶体管(BJT)。在一些示例中，驱动器单元24可以包括比较器。在一些示例中，驱动器单元24可以包括电阻性元件。例如，驱动器单元24可以包括上拉电阻器。在一些实施例中，驱动器单元24可以包括二极管。
在一些示例中，静电放电保护单元26可以被配置为将电流从输出节点34放电到接地轨36上，以保护集成电路14免受损坏。在一些示例中，静电放电保护单元26可以被配置为使用静电放电(ESD)元件将电流从输出节点34放电到接地轨36上。ESD元件的示例可以包括但不限于瞬态电压抑制二极管、雪崩二极管、钳位器件、齐纳二极管、瞬态电压抑制器、肖特基二极管或任何其他类型的ESD元件或其任意组合。
在一些示例中，静电放电保护单元26可以被配置为输出负载电路12的最高电位。例如，静电放电保护单元26可以被配置为当输出节点34的电压大于接地轨36的电压时在静电放电保护单元26的节点上输出电压输出节点34的电压，并且当接地轨36的电压大于使用ESD元件的输出节点34的电压时输出接地轨36的电压。
在一些示例中，微控制器16可以被配置为控制开关单元20以允许功率从电压源10流到负载电路12。在一些示例中，微控制器16可以是与集成电路14分离的单个集成电路(SoC)。在一些示例中，微控制器16和集成电路14可以形成单个集成电路。微控制器16可以被配置为输出控制集成电路14的操作的信号。在一些示例中，微控制器16可以输出脉冲宽度调制信号，其使得集成电路14的开关单元以闭合状态(例如，当信号为低时)和断开状态(例如，当信号为高时)进行操作。在一些示例中，由微控制器16输出的信号可以具有开关频率。在一些示例中，信号的开关频率可以对应于集成电路14的开关单元开关的频率。在一些示例中，开关频率可以在千赫兹范围内。例如，信号可以具有在4KHz和20KHz之间的开关频率。在一些示例中，由微控制器16输出的信号可以具有这样的占空比，该占空比可以对应于信号为高与信号为低的时间的比率。在一些示例中，微控制器16可以被配置为基于接收的信息来设置信号的占空比和/或开关频率。
图2是示出根据本公开的一个或多个技术的、包括开关单元120、反向电流保护单元122和静电放电保护单元126的示例性集成电路100的电路图。以下，在图1的反向电流保护系统1的上下文中对图2进行描述。然而，下面描述的技术能够在任何排列中以及与电压源10、负载电路12、集成电路14和微控制器16的任意组合中使用，以防止或减少由于反向电流而发生的损坏。
在图2的示例中，集成电路100包括如图1所述的电压源10、负载电路12、驱动器单元24、电压轨32、输出节点34和接地轨36。在图2的示例中，集成电路100包括开关单元120，开关单元120可以包括电压控制电路元件140。虽然在图2中示出MOSFET符号作为电压控制电路元件140，如图1中描绘的，可以使用由电压控制的任何电气器件来代替MOSFET。开关单元120还可以包括第一节点142(例如，源极)、第二节点144(例如，漏极)、控制节点146(例如，栅极)和主体148。在一些示例中，控制节点146可以被耦合到驱动器单元24以接收由驱动器单元24生成的控制信号。
在一些示例中，制造开关单元120可以导致寄生元件。例如，开关单元120可以包括基底PNP晶体管150、基底PNP晶体管152、基底二极管154和基底电阻156。在一些示例中，电流可以从第二节点144通过寄生元件流动到第一节点142，其可以损坏开关单元120。例如，电流可以从第二节点144通过基底PNP晶体管150和152流动到第一节点142。在一些情况下，电流可以从接地轨36通过基底电阻156、基底PNP晶体管150和152、以及基底二极管154流动到第一节点142。
在图2的示例中，集成电路100包括反向电流保护单元122，其可以包括第一电压控制电路元件160、第一电阻性元件162、第二电压控制电路元件164和第二电阻性元件166。虽然，PNP符号在图2中被示出为第一电压控制电路元件160和第二电压控制电路元件164，但是可以如图1中所述的，用由电压控制的任何电气设备来替代BJT。在一些示例中，第一电压控制电路元件160包括耦合到第一节点142的发射极、耦合到主体148的集电极、以及耦合到第一电阻性元件162的第一节点的基极。在一些示例中，第一电阻性元件162可以具有选择为限制驱动第一电压控制电路元件160所需要的电流的电阻水平(例如，欧姆)，并且还可以包括耦合到接地轨36的第二节点。在一些示例中，第二电压控制电路元件164包括耦合到第二节点144的发射极、耦合到主体148的集电极、以及耦合到第二电阻性元件166的第二节点的基极。在一些示例中，第二电阻性元件166可以具有被选择为限制驱动第二电压控制电路元件164所需要的电流的电阻水平(例如，欧姆)，并且还可以包括耦合到电压轨32的第一节点。
在一些示例中，反向电流保护单元122可以将主体148耦合到电压轨32和输出节点34的最高电位。例如，在电压轨32的电压大于接地轨36的电压加上跨第一电压控制电路元件160的电压(例如，VBE)期间，第一电压控制电路元件160可以将电压轨32耦合到主体148，使得主体148的电压等于电压轨32的电压减去第一电压控制电路元件160的饱和电压(例如，VCE_SAT)。在一些情况下，在电压轨32的电压小于输出节点34的电压时的反向电压操作期间，第二电压控制电路元件164可以将输出节点34耦合到主体148，使得主体148的电压等于输出节点34的电压减去第二电压控制电路元件164的饱和电压(例如，VCE_SAT)。在一些情况下，在接地轨36的电压高于输出节点34的电压、且大于零伏时的高接地电压操作期间，第二电压控制电路元件164可以将输出节点34耦合到主体148，使得主体148的电压等于输出节点34的电压减去第二电压控制电路元件164的饱和电压(例如，VCE_SAT)。
在一些示例中，反向电流保护单元122可以被配置为允许切换操作模式，例如，用以容许对与一个或多个电容器元件并联连接的发光二极管的负载的脉冲宽度调制切换，或在电压源10的微中断(例如，其中电压输出下降到约0VDC的短尖峰的持续微秒)期间。例如，在输出节点34的电压大于电压轨34的电压的切换操作期间，第二电压控制电路元件160可以将输出节点34耦合到主体148，使得主体148的电压等于输出节点34的电压减去第二电压控制电路元件160的饱和电压(例如，VCE_SAT)，从而防止电流从输出节点34流动到电压轨32。
在图2的示例中，集成电路100包括静电放电保护单元126，其可以包括ESD 170。在一些示例中，ESD 170可以包括耦合到输出节点34的第一节点(例如，阴极)和耦合到接地轨36的第二节点(例如，阳极)。在一些示例中，ESD 170可以被选择用以将在输出节点34处接收的电流放电到接地轨36。例如，如果输出节点34处的电压超过开关单元120的最大电压，则ESD 170可以被配置为以闭合状态进行操作。
图3是示出根据本公开的一个或多个技术的、包括开关单元120、反向电流保护单元222和静电放电保护单元226的另一示例性集成电路200的电路图。下面在图1的反向电流保护系统1的上下文中对图3进行描述。然而，下面描述的技术能够在任何排列中以及与电压源10、负载电路12、集成电路14和微控制器16的任意组合中使用，以防止或减少由于反向电流而发生的损坏。
在图3的示例中，电路200包括如图1所示的电压源10、负载电路12、驱动器单元24、电压轨32、输出节点34和接地轨36。在图3的示例中，电路200包括如图2所述的开关单元120。在图3的示例中，电路200包括静电放电保护单元226，静电放电保护单元226可以包括ESD 270和ESD 272。在一些示例中，ESD 270可以包括耦合到ESD 272的第二节点(例如，阴极)的第一节点(例如，阴极)。在一些示例中，ESD 270可以包括耦合到接地轨36的第二节点(例如，阳极)。在一些示例中，ESD 272可以包括耦合到输出节点34的第一节点(例如，阳极)。在一些示例中，ESD 270可以被选择用于将在输出节点34处接收的电流放电到接地轨36。例如，ESD 270可以被配置为在输出节点34处的电压超过开关单元120的最大电压时以闭合状态进行操作。在一些示例中，静电放电保护单元226可以被配置为当输出节点34的电压大于接地轨36的电压时在静电放电保护单元226的节点274上输出输出节点34的电压，并且在接地轨36的电压大于输出节点34的电压时输出接地轨36的电压。例如，当接地轨36的电压大于输出节点34的电压时，ESD 270可以允许电流从接地轨36流动到节点274，而ESD272可以减少或防止电流从节点274流动到输出节点34。
在图3的示例中，电路200包括反向电流保护单元222，其可以包括第一电压控制电路元件260、第一电阻性元件262、第二电压控制电路元件264和第二电阻性元件266。虽然PNP符号在图3中示出为第一电压控制电路元件260和第二电压控制电路元件264，但是可以使用由电压控制的任何电气器件来代替图3所示的MOSFET。在一些示例中，第一电压控制电路元件260包括耦合到第一节点142的发射极、耦合到主体148的集电极、以及耦合到第一电阻性元件262的第一节点的基极。在一些示例中，第一电阻性元件262可以进一步包括耦合到接地轨36的第二节点。在一些示例中，第二电压控制电路元件264包括耦合到静电放电保护单元226的节点274的发射极、耦合到主体148的集电极、以及耦合到第二电阻性元件266的第二节点的基极。在一些示例中，第二电阻性元件266还可以包括耦合到电压轨32的第一节点。
在一些示例中，反向电流保护单元222可以允许接地移位，从而允许通过开关单元的开关主体148到电压轨32、输出节点34和接地轨36的最高电位的进一步应用(例如，汽车)。例如，当接地轨36的电压大于输出节点34的电压和电压轨32的电压两者时，第二电压控制电路元件264可以将静电放电保护单元226的节点274耦合到主体148，使得主体148的电压等于接地轨36的电压减去第二电压控制电路元件264的饱和电压(例如VCE_SAT)并减去ESD 270的正向电压(例如，VBE)。
图4是图示根据本公开的一个或多个技术的示例性驱动器单元324的电路图。下面在图1的反向电流保护系统1的上下文中对图4进行描述。然而，下面描述的技术能够在任何排列中以及与电压源10、负载电路12、集成电路14和微控制器16的任意组合中使用，以防止或减少由于反向电流而发生的损坏。
在图4的示例中，电路300可以包括如图1所示的电压源10、开关单元20、电压轨32、输出节点34和接地轨36。在图4的示例中，电路300可以包括驱动器单元324。在一些示例中，驱动器单元324可以包括上拉电阻器370、第一电压控制电路元件372、第二电压控制电路元件374、第一比较器376、第二比较器378和二极管380。虽然在图4中示出NMOS符号作为电压控制电路元件372和374，但是如图1所示，可以使用由电压控制的任何电气器件来代替NMOS。
在一些示例中，第一电压控制电路元件372可以包括耦合到接地轨36的源极、耦合到二极管380的第一节点(例如，阴极)的漏极、以及耦合到比较器376的输出的栅极。在一些示例中，第一电压控制电路元件372可以生成用于开关单元20的控制信号。例如，当第一电压控制电路元件372以闭合状态操作时，第一电压控制电路元件372可以使用接地轨36的电压来生成控制信号，其可以驱动开关单元以在闭合状态进行操作。在一些情况下，当第一电压控制电路元件372以断开状态进行操作时，第一电压控制电路元件372可以使用电压轨32的电压来生成控制信号，其可以驱动开关单元以在断开状态进行操作。
在一些示例中，驱动器单元324可以被配置为在输入节点上接收输入信号，并且响应于在输入节点上接收的输入信号来生成控制信号。例如，比较器376可以将在第一输入节点382(例如，负输入)处接收的输入信号与在第二输入节点384(例如，正输入)处接收的参考电压384进行比较，并且比较器376可以响应于比较来驱动第一电压控制电路元件372以生成控制信号。
在一些示例中，当输出节点34的电压大于电压轨32的电压时，驱动器单元324可以生成控制信号来以断开状态操作开关单元20。例如，比较器378可以将在第一输入节点386(例如，负输入)处接收的电压轨32的电压与在第二输入节点388(例如，正输入)处接收的输出节点34的电压作比较，并且比较器378可以驱动第二电压控制电路元件374来以闭合状态进行操作，其驱动第一电压控制电路元件372以生成驱动开关单元20以断开状态进行操作的控制信号。在一些示例中，第二电压控制电路元件374可以包括耦合到接地轨36的源极、耦合到比较器376的输出和第一电压控制电路元件372的栅极的漏极、以及耦合到比较器378的输出的栅极。
在一些示例中，当接地轨36的电压大于电压轨32的电压时，驱动器单元324可以生成控制信号来以断开状态操作开关单元20。例如，二极管380可以减小流过上拉电阻器370的电流，从而防止开关单元20以闭合状态进行操作。如图4所示，上拉电阻器370可以包括耦合到电压轨32的第一节点、以及耦合到开关单元20的输入节点和二极管380的第一节点(例如，阳极)的第二节点。在一些示例中，二极管380可以包括耦合到第一电压控制电路元件372的漏极的第二节点(例如，阴极)。
图5是与可以由根据本公开的电路执行的技术一致的流程图。仅为了说明的目的，以下在如图1所示的反向电流保护系统1的上下文内描述示例性操作。然而，下述技术能够以任何排列使用，并且能够以与电压源10、负载电路12、集成电路14和微控制器16的任意组合使用，以防止或减少由于反向电流而发生的损坏。
根据本公开的一个或多个技术，反向电流保护系统1的驱动器单元24可以使用一个或多个有源电路元件来接收输入信号，该输入信号指示以断开状态还是闭合状态操作开关单元(402)。在一些示例中，一个或多个有源电路元件可以包括比较器，诸如图4的比较器376。在一些示例中，输入信号可以与参考电压进行比较。例如，图4的比较器376可以将在第一输入节点382(例如，负输入)处接收的输入信号与在第二输入节点384处接收的参考电压(例如，正输入)作比较。
如图5所示，驱动器单元24可以使用一个或多个有源电路元件来可选地将开关单元20的第一节点的电压与开关单元20的第二节点的电压进行比较(404)。在一些示例中，一个或多个有源电路元件可以包括比较器，诸如图4的比较器378。例如，比较器378可以将在第一输入节点386(例如，负输入)处接收的开关单元20的第一节点的电压与在第二输入节点388(例如，正输入)处接收的开关单元20的第二节点的电压进行比较。
驱动器单元24可以使用一个或多个有源电路元件可选地将开关单元20的电压轨32的电压与开关单元20的接地轨36的电压进行比较(406)。在一些示例中，一个或多个有源电路元件可以包括二极管，诸如图4的二极管380。例如，当接地轨36具有大于电压轨32的电压的电压时，二极管380可以防止开关单元20以闭合状态进行操作。
反向电流保护系统1的驱动器单元24可以使用一个或多个有源电路元件生成响应于输入信号的控制信号(408)。在一些示例中，一个或多个有源电路元件可以包括比较器(诸如图4的比较器376)和电压控制电路元件(诸如图4的电压控制电路元件372)。在一些示例中，驱动器单元24可以响应于比较器376的输出来驱动第一电压控制电路元件372以生成控制信号。例如，可以省略比较器378、二极管380和第二电压控制电路元件374，并且比较器376可以驱动第一电压控制电路元件372以生成控制信号，该控制信号驱动开关单元20以断开状态操作或者以闭合状态操作。在一些示例中，反向电流保护系统1的驱动器单元24可以使用一个或多个有源电路元件，响应于输入信号、并且进一步响应于开关单元20的第一和第二节点的电压的比较和/或接地轨36和电压轨32的电压的比较，来生成控制信号。在一些示例中，一个或多个有源电路元件可以包括比较器(诸如图4的比较器376和378)、电压控制电路元件(诸如图4的电压控制电路元件372和374)、以及二极管(诸如图4的二极管380)。例如，驱动器单元24可以响应于比较器376的输出和/或比较器378的输出来生成控制信号。例如，比较器378和第二电压控制电路元件374可以驱动第一电压控制电路元件372以生成控制信号，其在输出节点34的电压大于电压轨32的电压时驱动开关单元20以断开状态操作。在一些示例中，驱动器单元24可以响应于二极管380的操作来生成控制信号。例如，当接地轨36的电压大于电压轨32的电压时，二极管380可以驱动第一电压控制电路元件372以生成控制信号，该控制信号驱动开关单元20以断开状态操作。
响应于控制信号，反向电流保护系统1的开关单元20可以使用一个或多个有源电路元件选择性地将第一节点和第二节点进行耦合(410)。在一些示例中，一个或多个有源电路元件可以包括电压控制电路元件，诸如图2-3和图6的电压控制电路元件140。在一些示例中，一个或多个有源电路元件可以包括寄生元件，寄生元件包括电压控制电路元件(诸如图2-3的PNP晶体管150和152)、二极管(诸如图2-3和图6的基底二极管154)、以及电阻性元件(诸如图2-3和图6的基底电阻156)。在一些示例中，开关单元20可以响应于控制信号在断开状态操作和以闭合状态操作之间改变，以选择性地将开关单元20的第一节点和第二节点进行耦合。例如，响应于在控制节点146上接收到将控制节点146处的电压驱动到电压轨32的电压的控制信号，电压控制电路元件140可以以断开状态操作。
反向电流保护系统1的反向电流保护单元22可以使用一个或多个有源电路元件和/或一个或多个无源电路元件，来切换开关单元20的主体，以减少从开关单元20的第二节点到开关单元20的第一节点的寄生电流流动(412)。
在一些示例中，用于切换开关单元20的主体以减少从开关单元20的第二节点到开关单元20的第一节点的寄生电流流动的一个或多个有源电路元件可以包括电压控制电路元件，诸如图2的电压控制电路元件160和164，并且一个或多个无源电路元件可以包括电阻性元件，诸如图2的电阻性元件162和166。例如，当电压轨32的电压大于输出节点34的电压时，电压控制电路元件160将电压轨32耦合到主体148，并且当电压轨32的电压小于输出节点34的电压时，电压控制电路元件164将输出节点34耦合到主体148。
在一些示例中，用于切换开关单元20的主体以减少从开关单元20的第二节点到开关单元20的第一节点的寄生电流的一个或多个有源电路元件可以包括电压控制电路元件，诸如图3的电压控制电路元件260和264，并且一个或多个无源电路元件可以包括电阻性元件，诸如图3的电阻性元件262和266。例如，当电压轨32的电压大于节点274的电压时，电压控制电路元件260将电压轨32耦合到主体148，并且当电压轨32的电压小于输出节点34的电压时，电压控制电路元件264将节点274耦合到主体148。在一些示例中，节点274的电压可以由静电放电保护单元226输出。例如，当第二节点144的电压大于接地轨36的电压时，图3的ESD 272可以允许节点274具有第二节点144的电压，并且当第二节点144的电压小于接地轨36的电压时，图3ESD 270可以允许节点274具有接地轨36的电压。
如关于图6进一步讨论的，在一些示例中，用于切换开关单元20的主体以减少从开关单元20的第二节点到开关单元20的第一节点的寄生电流流动的一个或多个有源电路元件可以包括电压控制电路元件，诸如图6的电压控制电路元件560、564和568，并且一个或多个无源电路元件可以包括电阻性元件，诸如图6的电阻性元件562和566。例如，当接地轨36的电压大于电压轨32的电压时，电压控制电路元件568将接地轨36耦合到主体148。
图6是示出根据本公开的一个或多个技术的、包括开关单元120和反向电流保护单元522的另一示例性集成电路500的电路图。以下在图1的反向电流保护系统1的上下文中对图6进行描述。然而，下面描述的技术能够在任何排列中以及与电压源10、负载电路12、集成电路14和微控制器16的任意组合中使用，以防止或减少由于反向电流而发生的损坏。
在图6的示例中，电路500包括如图1所示的电压源10、负载电路12、电压轨32、输出节点34和接地轨36。电路500可以可选地包括如图1所示的驱动器单元24和/或静电放电保护单元26。例如，电路500可以包括如图2所述的静电放电保护单元126。在图6的示例中，电路500包括如图2所述的开关单元120。
在图6的示例中，电路500包括反向电流保护单元522，其可以包括第一电压控制电路元件560、第一电阻性元件562、第二电压控制电路元件564、第二电阻性元件566和第三电压控制电路元件568。虽然PNP符号在图6中示出为第一电压控制电路元件560、第二电压控制电路元件564和第三电压控制电路元件568，可以使用由电压控制的任何器件来代替图6中所示的MOSFET。在一些示例中，第一电压控制电路元件560包括耦合到第一节点142的发射极、耦合到主体148的集电极以及耦合到第一电阻性元件562的第一节点的基极。在一些示例中，第一电阻性元件562可以进一步包括耦合到接地轨36的第二节点。在一些示例中，第二电压控制电路元件564包括耦合到第二节点144的发射极、耦合到主体148的集电极、以及耦合到第二电阻性元件566的第二节点的基极。在一些示例中，第二电阻性元件566可以进一步包括耦合到电压轨32的第一节点。在一些示例中，第三电压控制电路元件568包括耦合到接地轨36的发射极、耦合到主体148的集电极、以及耦合到第二电阻性元件566的第二节点的基极。
在一些示例中，反向电流保护单元522可以将主体148耦合到电压轨32、输出节点34和接地轨36的最高电位。例如，在电压轨32的电压大于接地轨36的电压加上跨第一电压控制电路元件560的电压(例如，VBE)时的正常操作期间，第一电压控制电路元件560可以将电压轨32耦合到主体148，使得主体148的电压等于电压轨32的电压减去第一电压控制电路元件560的饱和电压(例如，VCE_SAT)。在一些情况下，在输出节点34的电压大于电压轨32的电压加上跨第二电压控制电路元件564的电压(例如，VBE)时的微中断期间，第二电压控制电路元件564可以将输出节点34耦合到主体148，使得主体148的电压等于输出节点34的电压减去第二电压控制电路元件564的饱和电压(例如，VCE_SAT)。在一些情况下，在接地轨36的电压大于输出节点34的电压(其大于电压轨32的电压)的反极性操作期间，第三电压控制电路元件568可以将接地轨36耦合到主体148，使得主体148的电压等于接地轨36的电压减去第三电压控制电路元件568的饱和电压(例如VCE_SAT)。以该方式，反向电流保护单元522可以防止寄生电流在开关单元120中流动。
以下示例可以说明本公开的一个或多个方面。
示例1.一种电路，包括：开关单元，该开关单元包括第一节点、第二节点、控制节点和主体，其中开关单元被配置为响应于在开关单元的控制节点处接收到控制信号，来选择性地将开关单元的第一节点和开关单元的第二节点进行耦合；以及反向电流保护单元，反向电流保护单元被配置为减少从开关单元的第二节点到开关单元的第一节点的电流流动，其中反向电流保护单元选择性地将开关单元的第一节点耦合到开关单元的主体，并且选择性地将开关单元的第二节点耦合到开关单元的主体。
示例2.根据示例1的电路，反向电流保护单元响应于开关单元的第二节点的电压大于开关单元的第一节点的电压，来将开关单元的主体和所述开关单元的第二节点进行耦合。
示例3.根据示例1-2的任意组合的电路，还包括：电压轨，该电压轨被耦合到开关单元的第一节点；接地轨；以及负载电路，负载电路包括耦合到开关单元的第二节点的第一节点和耦合到接地轨的第二节点，其中反向电流保护单元被配置为减少从负载电路到电压轨的电流流动。
示例4.根据示例1-3的任意组合的电路，其中反向电流保护单元包括：第一电阻性元件，该第一电阻性元件包括第一节点和第二节点，第一电阻性元件的第二节点被耦合到接地轨；以及第一晶体管，该第一晶体管包括耦合到电压轨的发射极、耦合到所述开关单元的主体的集电极、以及耦合到第一电阻元件的第一节点的基极。
示例5.根据示例1-4的任意组合的电路，其中反向电流保护单元还包括：第二电阻性元件，该第二电阻性元件包括耦合到电压轨第一节点的第一节点、以及第二节点；以及第二晶体管，该第二晶体管包括耦合到负载电路的第一节点的发射极、耦合到所述开关单元的主体的集电极、以及耦合到第二电阻性元件的第二节点的基极。
示例6.根据示例1-5的任意组合的电路，其中反向电流保护单元还包括：第三晶体管，该第三晶体管包括耦合到接地轨的发射极、耦合到开关单元的主体的集电极、以及耦合到第二电阻性元件的第二节点的基极。
示例7.根据示例1-6中任意组合的电路，其中反向电流保护单元响应于接地轨的电压大于电压轨的电压，来将开关单元的主体和接地轨进行耦合。
示例8.根据示例1-7的任意组合的电路，其中开关单元进一步被配置为以闭合状态和断开状态操作，其中在闭合状态期间，开关单元允许电流在开关单元的第一节点之间和开关单元的第二节点之间双向流动，并且其中在断开状态期间，开关单元减小在开关单元的第一节点和开关单元的第二节点之间的电流流动。
示例9.根据示例1-8的任意组合的电路，驱动器单元被配置为当负载电路的第一节点的电压大于电压轨的电压时，生成在开关单元的控制节点处接收的控制信号，以使得开关单元以断开状态操作。
示例10.根据示例1-9的任意组合的电路，其中驱动器单元进一步被配置为生成在开关单元的控制节点处接收的控制信号，以使得当接地轨的电压大于电压轨的电压时，开关单元以断开状态操作。
示例11.一种集成电路，包括：驱动器单元，该驱动器单元被配置为在集成电路的输入节点上接收输入信号，并且响应于在输入节点上接收的输入信号来生成控制信号；开关单元，开关单元包括耦合到集成电路的电压轨的第一节点、耦合到输出节点的第二节点、和主体，其中开关单元被配置为响应于由驱动器单元生成的控制信号，来选择性地将开关单元的第一节点和开关单元的第二节点进行耦合；以及反向电流保护单元，反向电流保护单元被配置为减少从开关单元的第二节点到开关单元的第一节点的电流流动，其中反向电流保护单元选择性地将开关单元的第一节点耦合到开关单元的主体，并且选择性地将开关单元的第二节点耦合到开关单元的主体。
示例12.根据权利要求11的集成电路，其中：反向电流保护单元选择性地将集成电路的接地导轨和开关单元的主体进行耦合。
示例13.根据示例11-12任意组合的集成电路，其中：反向电流保护单元响应于接地轨的电压大于开关单元的第一节点的电压，来将开关单元的主体和接地轨进行耦合。
示例14.根据示例11-13任意组合的集成电路，其中：驱动器单元被配置为将电压轨的电压与输出节点的电压作比较，并且驱动器单元进一步响应于电压轨的电压与输出节点的电压的比较来生成控制信号。
示例15.根据示例11-14任意组合的集成电路，其中驱动器单元还被配置为生成在开关单元的控制节点处接收的控制信号，以使得当接地轨的电压大于电压轨的电压时，开关单元以断开状态操作。
示例16.根据示例11-15任意组合的集成电路，其中驱动器单元进一步被配置为生成在开关单元的控制节点处接收的控制信号，以使得当集成电路的电压大于电压轨的电压时，开关单元以断开状态操作。
示例17.一种半导体器件，包括：用于响应于接收控制信号来选择性地将开关单元的第一节点和开关单元的第二节点进行耦合的装置；以及用于切换所述开关单元的主体以减少从所述开关单元的第二节点到所述开关单元的第一节点的电流流动的装置。
示例18.根据示例17半导体器件，包括：用于生成控制信号的装置。
示例19.根据示例17至18的任意组合的半导体器件，包括：用于将电流从开关单元的第二节点放电到半导体器件的接地轨的装置。
示例20.根据示例17-19中的任意组合的半导体器件，包括：用于响应于接地轨的电压大于开关单元的第一节点的电压来耦合开关单元的主体和接地轨的装置。
在本公开中描述的技术可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任意组合来实现。例如，所描述的技术的各种方面可以在一个或多个处理器内实现，包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何其他等效集成或离散逻辑电路、以及这些组件的任意组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可以指代单独地或与其他逻辑电路组合的前述逻辑电路中的任何一个或者任何其他等效电路。包括硬件的控制单元还可以执行本公开的一个或多个技术。
这样的硬件、软件和固件可以在相同的设备内或在单独的设备内实现，以支持在本文中描述的各种技术。另外，所描述的单元、模块或组件中的任何一个可以一起或单独实现为离散但可互操作的逻辑设备。将不同特征描述为模块或单元旨在突出不同的功能方面，并且不一定意味着这样的模块或单元必须由单独的硬件、固件或软件组件实现。相反，与一个或多个模块或单元相关联的功能可以由单独的硬件、固件或软件组件来执行，或者被集成在公共或单独的硬件、固件或软件组件内。
在本公开中已经描述了各个方面。这些和其他方面在所附权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种电路，包括：
开关单元，所述开关单元包括第一节点、第二节点、控制节点和主体，其中所述开关单元被配置为响应于在所述开关单元的所述控制节点处接收到控制信号，来选择性地耦合所述开关单元的所述第一节点和所述开关单元的所述第二节点；其中所述开关单元被配置为以闭合状态和断开状态进行操作，其中在所述闭合状态期间，所述开关单元允许电流在所述开关单元的所述第一节点和所述开关单元的所述第二节点之间双向流动，并且其中在所述断开状态期间，所述开关单元减小在所述开关单元的所述第一节点和所述开关单元的所述第二节点之间的电流流动；
反向电流保护单元，所述反向电流保护单元被配置为减少从所述开关单元的所述第二节点到所述开关单元的所述第一节点的电流流动，其中所述反向电流保护单元选择性地将所述开关单元的所述第一节点耦合到所述开关单元的所述主体，并且选择性地将所述开关单元的所述第二节点耦合到所述开关单元的所述主体；
输出节点，耦合到所述开关单元的所述第二节点并且被配置为耦合到负载电路的第一节点；以及
驱动器单元，被配置为生成在所述开关单元的所述控制节点处接收的所述控制信号，以使得当被配置为耦合到所述负载电路的第二节点的接地轨的电压大于所述开关单元的所述第一节点的电压时，所述开关单元以所述断开状态操作。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述反向电流保护单元响应于所述开关单元的所述第二节点的电压大于所述开关单元的所述第一节点的电压，来将所述开关单元的所述第二节点耦合到所述开关单元的所述主体。
3.根据权利要求1所述的电路，进一步包括：
电压轨，所述电压轨被耦合到所述开关单元的所述第一节点；
所述接地轨；以及
所述负载电路。
4.一种电路，包括：
开关单元，所述开关单元包括第一节点、第二节点、控制节点和主体，其中所述开关单元被配置为响应于在所述开关单元的所述控制节点处接收到控制信号，来选择性地耦合所述开关单元的所述第一节点和所述开关单元的所述第二节点；
反向电流保护单元，被配置为减少从所述开关单元的所述第二节点向所述开关单元的所述第一节点的电流流动，其中所述反向电流保护单元选择性地将所述开关单元的所述第一节点耦合到所述开关单元的所述主体，并且选择性地将所述开关单元的所述第二节点耦合到所述开关单元的所述主体，以及；
输出节点，耦合到所述开关单元的所述第二节点并且被配置为耦合到负载电路的第一节点；其中所述反向电流保护单元包括：
第一电阻性元件，所述第一电阻性元件包括第一节点和第二节点，所述第一电阻性元件的所述第二节点被耦合到接地轨，所述接地轨被配置为耦合到所述负载电路的第二节点；以及
第一晶体管，所述第一晶体管包括耦合到所述开关单元的所述第一节点的发射极、耦合到所述开关单元的所述主体的集电极、以及耦合到所述第一电阻性元件的所述第一节点的基极。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述反向电流保护单元进一步包括：
第二电阻性元件，所述第二电阻性元件包括第二节点以及耦合到所述开关单元的所述第一节点的第一节点；以及
第二晶体管，所述第二晶体管包括耦合到所述开关单元的所述第二节点的发射极、耦合到所述开关单元的所述主体的集电极、以及耦合到所述第二电阻性元件的所述第二节点的基极。
6.根据权利要求5所述的电路，其中所述反向电流保护单元进一步包括：
第三晶体管，所述第三晶体管包括耦合到所述接地轨的发射极、耦合到所述开关单元的所述主体的集电极、以及耦合到所述第二电阻性元件的所述第二节点的基极。
7.根据权利要求6所述的电路，其中所述反向电流保护单元响应于所述接地轨的电压大于所述开关单元的所述第一节点的电压，而将所述开关单元的所述主体和所述接地轨进行耦合。
8.根据权利要求3所述的电路，其中所述开关单元进一步被配置为以闭合状态和断开状态进行操作，其中在所述闭合状态期间，所述开关单元允许电流在所述开关单元的所述第一节点和所述开关单元的所述第二节点之间双向流动，并且其中在所述断开状态期间，所述开关单元减小在所述开关单元的所述第一节点和所述开关单元的所述第二节点之间的电流流动。
9.根据权利要求3所述的电路，其中所述驱动器单元进一步被配置为生成在所述开关单元的所述控制节点处接收的所述控制信号，以使得当所述负载电路的所述第一节点的电压大于所述电压轨的电压时，所述开关单元以所述断开状态进行操作。
10.一种集成电路，包括：
驱动器单元，所述驱动器单元被配置为在所述集成电路的输入节点上接收输入信号，并且响应于在所述输入节点上接收的所述输入信号来生成控制信号；
开关单元，所述开关单元包括耦合到所述集成电路的电压轨的第一节点、耦合到所述集成电路的输出节点的第二节点、以及主体，其中所述开关单元被配置为响应于由所述驱动器单元生成的控制信号，来选择性地将所述开关单元的所述第一节点和所述开关单元的所述第二节点进行耦合；以及
反向电流保护单元，所述反向电流保护单元被配置为减少从所述开关单元的所述第二节点向所述开关单元的所述第一节点的电流流动，其中所述反向电流保护单元被配置为选择性地将所述开关单元的所述第一节点耦合到所述开关单元的所述主体，并且选择性地将所述开关单元的所述第二节点耦合到所述开关单元的所述主体，并且其中所述反向电流保护单元选择性地将所述集成电路的接地轨耦合到所述开关单元的所述主体。
11.根据权利要求10所述的集成电路，其中：
所述反向电流保护单元响应于所述接地轨的电压大于所述开关单元的所述第一节点的电压，而将所述开关单元的所述主体和所述接地轨进行耦合。
12.一种集成电路，包括：
驱动器单元，被配置为在所述集成电路的输入节点上接收输入信号，并且响应于在所述输入节点上接收的所述输入信号来生成控制信号；
开关单元，所述开关单元包括耦合到所述集成电路的电压轨的第一节点、耦合到所述集成电路的输出节点的第二节点、以及主体，其中所述开关单元被配置为响应于由所述驱动器单元生成的控制信号而选择性地耦合所述开关单元的所述第一节点和所述开关单元的所述第二节点；以及
反向电流保护单元，所述反向电流保护单元被配置为减少从所述开关单元的所述第二节点向所述开关单元的所述第一节点的电流流动，其中所述反向电流保护单元被配置为选择性地将所述开关单元的所述第一节点耦合到所述开关单元的所述主体，并且选择性地将所述开关单元的所述第二节点耦合到所述开关单元的所述主体，其中所述驱动器单元被配置为将所述电压轨的电压与所述输出节点的电压进行比较，并且其中所述驱动器单元进一步响应于所述电压轨的电压与所述输出节点的电压的比较来生成所述控制信号。
13.根据权利要求12所述的集成电路，其中当所述输出节点的电压大于所述电压轨的电压时，所述驱动器单元生成所述控制信号用于以断开状态操作所述开关单元，其中在所述断开状态期间，所述开关单元减小在所述电压轨和所述输出节点之间的电流流动。
14.根据权利要求13所述的集成电路，其中所述驱动器单元进一步被配置为生成在所述开关单元的所述控制节点处接收的所述控制信号，以使得当所述集成电路的接地轨的电压大于所述电压轨的电压时，所述开关单元以所述断开状态操作。
15.一种半导体器件，包括：
用于响应于控制信号而选择性地将开关单元的第一节点和开关单元的第二节点进行耦合的装置；
用于切换所述开关单元的主体以减少从所述开关单元的第二节点到所述开关单元的第一节点的电流流动的装置；以及
用于响应于接地轨的电压大于所述开关单元的所述第一节点的电压而耦合所述开关单元的所述主体和所述接地轨的装置。
16.根据权利要求15所述的半导体器件，包括：
用于生成所述控制信号的装置。
17.根据权利要求15所述的半导体器件，包括：
用于将电流从所述开关单元的所述第二节点放电到所述半导体器件的所述接地轨的装置。
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