CN109245507A - 一种防过冲保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防过冲保护电路，包括：第一开关管、栅极驱动电路、输入过冲检测电路和栅极箝位电路，栅极驱动电路用于驱动第一开关管的导通或关断，栅极箝位电路用于控制第一开关管的导通或关断，当防过冲保护电路的输入端接收到的输入电源存在向上的跳变信号时，输入过冲检测电路检测到跳变信号，并发出信号给栅极箝位电路，将第一开关管的栅极电位进行箝位，使输出电源不跟随输入电源向上过冲，保护输出端所连接器件的安全。通过本发明提供的防过冲保护电路，可以使第一开关管的源极受漏极电压过冲影响减小，从而保护源极所连接器件的电压处于安全范围内，避免损坏输出端所连接器件的风险。

Description

一种防过冲保护电路

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，特别是涉及一种防过冲保护电路。

背景技术

在电源管理类芯片中，常见有集成很大尺寸的NMOS(N型金属氧化物晶体管)的电路，例如负载开关芯片中集成了大尺寸的NMOS作为功率开关。有的电源转换电路中也会使用大尺寸的NMOS管进行电源转换，这时NMOS的漏极和源极会分别连接两个电源。在上述使用环境中，NMOS的的漏极都会连接到一个电源，电源波动时就会造成NMOS所连接的源端也产生波动。

如图1所示，图1为现有技术中一种电源转换电路，其中，第一开关管M1，第二开关管M2，第N开关管Mn为NMOS，该电路通过M1，M2，Mn将输入电源VIN转换为三个输出电源VDD1，VDD2，VDDn，输入电源VIN为外部接口电源，容易受到干扰。例如，当VIN端受到浪涌影响时，VIN端的输入电压会急速往上跳变，则输出电源VDD1～VDDn也会跟着向上跳变，若输出电源VDD1～VDDn变得太高，则存在损坏VDD1～VDDn所连接器件的风险。

发明内容

本发明的目的在于提出一种防过冲保护电路，以实现抑制输出电源跟随输入电源的向上过冲，避免损坏输出端所连接器件的风险。

为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种防过冲保护电路，包括：第一开关管、栅极驱动电路、输入过冲检测电路和栅极箝位电路，其中：

所述第一开关管的漏极、所述输入过冲检测电路的第一端与所述栅极驱动电路的第一端相连，其公共端作为所述防过冲保护电路的输入端，接收输入电源，所述第一开关管的源极作为所述防过冲保护电路的输出端，输出转换后的输出电源；

所述第二开关管的栅极与所述栅极箝位电路的第一端相连，所述栅极箝位电路的第二端与所述输入过冲检测电路的第二端相连，所述栅极箝位电路的第三端与所述栅极驱动电路的第二端相连；

所述栅极驱动电路用于驱动所述第一开关管的导通或关断，所述栅极箝位电路用于控制所述第一开关管的导通或关断，当所述防过冲保护电路的输入端接收到的所述输入电源存在向上的跳变信号时，所述输入过冲检测电路检测到所述跳变信号，并发出信号给所述栅极箝位电路，将所述第一开关管的栅极电位进行箝位，使所述输出电源不跟随输入电源向上过冲，保护所述输出端所连接器件的安全。

进一步的，所述输入过冲检测电路包括：电阻、电容、电压源和比较器，其中：

所述电容的一端与所述电阻的一端相连，其公共端作为所述输入过冲检测电路的第一端与所述栅极驱动电路的第一端相连；

所述电容的另一端接地，所述电阻的一端通过所述电压源与所述比较器的反相输入端相连，所述电阻的另一端与所述比较器的正相输入端相连；所述比较器的输出端作为所述输入过冲检测电路的第二端与所述栅极箝位电路的第二端相连。

进一步的，所述栅极箝位电路包括第二开关管，所述第二开关管的漏极作为所述栅极箝位电路的第一端与所述第一开关管的栅极相连，所述第二开关管的源极接地，所述第二开关管的栅极作为所述栅极箝位电路的第二端与所述输入过冲检测电路的第二端相连。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种防过冲保护电路，包括：第一开关管、栅极驱动电路、输入过冲检测电路和栅极箝位电路，栅极驱动电路用于驱动第一开关管的导通或关断，栅极箝位电路用于控制第一开关管的导通或关断，当防过冲保护电路的输入端接收到的输入电源存在向上的跳变信号时，输入过冲检测电路检测到跳变信号，并发出信号给栅极箝位电路，将第一开关管的栅极电位进行箝位，使输出电源不跟随输入电源向上过冲，保护输出端所连接器件的安全。通过本发明提供的防过冲保护电路，可以使第一开关管的源极受漏极电压过冲影响减小，从而保护源极所连接器件的电压处于安全范围内，避免损坏输出端所连接器件的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中提供的一种电源转换电路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种防过冲保护电路结构框图；

图3为本发明实施例提供的一种防过冲保护电路一种具体实施方式示意图；

图4为本发明实施例提供的一种防过冲保护电路另一种具体实施方式示意图。

具体实施方式

术语解释：

集成电路(Integrated Circuit)是一种微型电子器件或部件，采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连在一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构，也称为芯片或IC。

MOSFET：金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(英文全拼：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(Field-Effect Transistor)。MOSFET依照其“通道”(工作载流子)的极性不同，可分为“N型”与“P型”的两种类型，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其简称尚包括NMOS、PMOS。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明实施例提供了一种防过冲保护电路，该防过冲保护电路包括：第一开关管M1、栅极驱动电路11、输入过冲检测电路12和栅极箝位电路13，其中：

上述第一开关管M1的漏极、上述输入过冲检测电路12的第一端与上述栅极驱动电路11的第一端相连，其公共端作为上述防过冲保护电路的输入端IN，接收输入电源V_IN，上述第一开关管M1的源极作为上述防过冲保护电路的输出端OUT，输出转换后的输出电源V_OUT；

上述第二开关管M1的栅极与上述栅极箝位电路13的第一端相连，上述栅极箝位电路13的第二端与上述输入过冲检测电路12的第二端相连，上述栅极箝位电路13的第三端与上述栅极驱动电路11的第二端相连；

上述栅极驱动电路11用于驱动上述第一开关管M1的导通或关断，上述栅极箝位电路13用于控制上述第一开关管M1的导通或关断，当上述防过冲保护电路的输入端IN接收到的上述输入电源V_IN存在向上的跳变信号时，上述输入过冲检测电路12检测到上述跳变信号，并发出信号给上述栅极箝位电路13，将上述第一开关管M1的栅极电位进行箝位，使上述输出电源V_OUT不跟随输入电源向上过冲，保护上述输出端OUT所连接器件的安全。

本发明实施例提供的防过冲保护电路如图2所示，其中，第一开关管M1为NMOS，其漏极为IN，提供供电电源V_IN，源极为OUT，输出转换后的输出电源V_OUT，第一开关管M1将供电电源V_IN转换为V_OUT，栅极驱动电路11用于控制第一开关管M1导通或关断。当V_IN有向上的快速跳变信号时，输入过冲检测电路检测该跳变信号，并发出信号给栅极箝位电路13，将第一开关管M1的栅极电位进行箝位，从而使V_OUT不跟随V_IN向上过冲，得到一个更稳定的V_OUT，保护输出端OUT所连接器件的安全性。

如图3所示，上述输入过冲检测电路12包括：电阻R、电容C、电压源Vd和比较器P，其中：

上述电容C的一端与上述电阻R的一端相连，其公共端作为上述输入过冲检测电路12的第一端与上述栅极驱动电路11的第一端相连；

上述电容C的另一端接地，上述电阻R的一端通过上述电压源Vd与上述比较器P的反相输入端(-)相连，上述电阻R的另一端与上述比较器P的正相输入端(+)相连；上述比较器P的输出端作为上述输入过冲检测电路12的第二端与上述栅极箝位电路13的第二端相连。

如图3所示，上述栅极箝位电路13包括第二开关管M2，上述第二开关管M2的漏极作为上述栅极箝位电路13的第一端与上述第一开关管M1的栅极相连，上述第二开关管M2的源极接地，上述第二开关管M2的栅极作为上述栅极箝位电路13的第二端与上述输入过冲检测电路12的第二端相连。

在图3中，电阻R、电容C、电压源Vd和比较器P共同构成了输入过冲检测电路12，M2为栅极箝位电路13。正常工作时，栅极驱动电路11通过电阻R驱动第一开关管M1的栅极，为第一开关管M1的栅极提供驱动电压，因此，电阻R的两端电压始终有如下关系Vn≥Vp，即启动状态时Vn>Vp；稳定状态时Vn＝Vp。如果电源输入端IN的电压有一个向上的快速跳变，由于第一开关管M1的尺寸较大，寄生电容也很大，通过第一开关管M1的漏极和栅极寄生电容C_gd的耦合，会使第一开关管M1的栅极电压Vp跟随上升，如果不做任何处理，由于NMOS管的导通特性，输出端OUT的输出电压V_OUT会跟随V_IN和Vp电压一起上升。由于Vn点被电容C维持，此时的瞬间状态为Vp>Vn，如果Vp-Vd>Vn，则比较器P输出翻高，判断出电源输入端IN出现向上过冲事件发生，使第二开关管M2对第一开关管M1的栅极电压进行泄放，从而避免第一开关管M1的栅极电压升的太高，从而使输出端OUT的输出电压V_OUT被箝位在安全范围，其中，Vd为一个安全阈值，可设定为几百mV左右，这是为了避免输入端IN细小的波动导致比较器P误翻转，从而错误的对第一开关管M1的栅极进行泄放的行为。

另外，如图4所示，为另一个更为精简而又实用的实例，在图4中，第二开关管M2为PMOS管，其中，第二开关管M2巧妙的同时实现了比较器P和对第一开关管M1的下拉泄放的两种功能。当输入端IN的输入电压V_IN发生向上过冲时，则会导致Vp-Vn>V_{th_M2}时，第二开关管M2导通，将第一开关管M1的栅极电荷泄放到地，箝住第一开关管M1的栅极，从而箝位住输出端OUT的输出电压V_OUT。此处V_{th_M2}是第二开关管M2的开启阈值电压，功效等同于图3中的安全阈值Vd。

本发明实施例中的防过冲保护电路，可以使第一开关管的源极受漏极电压过冲影响减小，从而保护源极所连接器件的电压处于安全范围内，避免损坏输出端所连接器件的风险；同时，该电路属于开环控制，较现有技术中的闭环控制响应速度较快。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种防过冲保护电路，其特征在于，包括：第一开关管、栅极驱动电路、输入过冲检测电路和栅极箝位电路，其中：

所述第一开关管的漏极、所述输入过冲检测电路的第一端与所述栅极驱动电路的第一端相连，其公共端作为所述防过冲保护电路的输入端，接收输入电源，所述第一开关管的源极作为所述防过冲保护电路的输出端，输出转换后的输出电源；

所述第二开关管的栅极与所述栅极箝位电路的第一端相连，所述栅极箝位电路的第二端与所述输入过冲检测电路的第二端相连，所述栅极箝位电路的第三端与所述栅极驱动电路的第二端相连；

所述栅极驱动电路用于驱动所述第一开关管的导通或关断，所述栅极箝位电路用于控制所述第一开关管的导通或关断，当所述防过冲保护电路的输入端接收到的所述输入电源存在向上的跳变信号时，所述输入过冲检测电路检测到所述跳变信号，并发出信号给所述栅极箝位电路，将所述第一开关管的栅极电位进行箝位，使所述输出电源不跟随输入电源向上过冲，保护所述输出端所连接器件的安全。

2.根据权利要求1所述的防过冲保护电路，其特征在于，所述输入过冲检测电路包括：电阻、电容、电压源和比较器，其中：

所述电容的一端与所述电阻的一端相连，其公共端作为所述输入过冲检测电路的第一端与所述栅极驱动电路的第一端相连；

所述电容的另一端接地，所述电阻的一端通过所述电压源与所述比较器的反相输入端相连，所述电阻的另一端与所述比较器的正相输入端相连；所述比较器的输出端作为所述输入过冲检测电路的第二端与所述栅极箝位电路的第二端相连。

3.根据权利要求1所述的防过冲保护电路，其特征在于，所述栅极箝位电路包括第二开关管，所述第二开关管的漏极作为所述栅极箝位电路的第一端与所述第一开关管的栅极相连，所述第二开关管的源极接地，所述第二开关管的栅极作为所述栅极箝位电路的第二端与所述输入过冲检测电路的第二端相连。