CN115811034A - 一种新型两级浪涌保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及驱动电路领域，尤其涉及一种新型两级浪涌保护电路，电路包括设置于电源输入端的由钳位电路和第一电阻、第二电阻、电容和驱动管组成的第一级驱动模块，和包括连接于第一级驱动模块和受保护单元之间的第二级泄放模块，钳位电路包括多个串联的稳压二极管且一端接地设置，第二级泄放模块包括泄放管，第一级驱动模块用于在受到电源输入端的浪涌电压的瞬间导通所述驱动管，以使得驱动管同时驱动泄放管将浪涌电压对地泄放。本发明提出一种驱动电路，可以使得浪涌钳位电压为水平零度角钳位，同时又可以大大提升驱动能力，从而在更加有效的保护内部芯片安全的同时，能缩小浪涌保护泄放管本身的尺寸，进而使得芯片面积可以被减小。
Description
技术领域
本发明涉及浪涌保护电路领域，尤其涉及一种新型两级浪涌保护电路。
背景技术
现实世界里，浪涌无处不在。暴露在外部环境的芯片端口会由于电源不稳、设备插拔、负载快速变化产生很大的浪涌电压而破坏芯片。这就要求芯片可以承受一定级别的浪涌，保护自身不被损坏。
为了解决浪涌电压给电子产品带来的风险，通常会在电子产品的输入端口并联一个浪涌保护电路，把浪涌钳位在一个内部芯片可以承受的安全水平。不同应用对浪涌会有不同的级别要求，电源产品的浪涌保护级别一般会要求+-100V/+-200V，图1所示为115V浪涌电压。
现有技术中端口芯片内部的浪涌保护电路多为一级浪涌保护电路，如图2所示，驱动电路为稳压二级管D1-D5串联于输入端口和接地电阻R之间，开关管MN1为泄放管，一般采用N型MOS管，驱动电路控制泄放管的栅极电压从而使输入端口的浪涌箝位在一个相对安全电压。
这种一级结构存在两个缺点：
1、钳位电压不是水平零度角钳位。由于泄放管MN1的面积比较大，所以泄放管GATE的寄生电容很大。当浪涌发生时,栅极电压会对电容充放电，所以栅极电压会呈现为一个弧形上升和下降波形，该波形如图3所示。这就造成浪涌保护的钳位电压是一个弧形电压，它会比水平零度角钳位电压大，弧形电压如图4所示，这就可能会造成内部电路因过压而损坏。
2、传统一级结构浪涌保护电路效率不高。这种结构的浪涌泄放速度纯粹依靠浪涌电压快速上升过程中对泄放管栅极电压交流耦合程度，一般情况下这个泄放管栅极电压不会被耦合的太高，所以这种结构的驱动能力不强，需要更大的泄放管尺寸才能实现相对安全的钳位保护。
发明内容
鉴于以上技术问题，本发明提供了一种新型两级浪涌保护电路，以使得浪涌钳位电压为水平零度角钳位，同时又可以大大提升驱动能力，从而在更加有效的保护内部芯片安全同时又能够有效减小了芯片面积。
本发明的目的是提供一种新型两级浪涌保护电路，所述电路包括设置于电源输入端的由钳位电路和第一电阻、第二电阻、电容和驱动管组成的第一级驱动模块，和包括连接于所述第一级驱动模块和受保护单元之间的第二级泄放模块，所述钳位电路包括多个串联的稳压二极管且一端接地设置，所述第二级泄放模块包括泄放管，所述第一级驱动模块用于在受到电源输入端的浪涌电压的瞬间导通所述驱动管，以使得所述驱动管同时驱动所述泄放管将所述浪涌电压对地泄放。
进一步的，所述驱动管为P型MOS管。
进一步的，所述泄放管为N型MOS管。
进一步的，所述第一电阻的一端连接于电源输入端和所述驱动管的源极之间，其另一端连接于所述钳位电路的一端、所述电容的一端和所述驱动管的栅极，所述第二电阻的一端连接于所述驱动管的漏极和所述泄放管的栅极，所述泄放管的漏极连接于所述驱动管的源极和所述受保护单元的输入端，所述钳位电路的另一端、所述电容的另一端、所述泄放管的源极共端接地设置。
采用上述方案，本发明的有益效果是：
本发明提出一种驱动电路，可以使得浪涌钳位电压为水平零度角钳位，同时又可以大大提升驱动能力，从而在更加有效的保护内部芯片安全的同时，能缩小浪涌保护泄放管本身的尺寸，进而使得芯片面积可以被减少。
附图说明
图1为本发明中一种浪涌电压的波形图；
图2为本发明的现有技术中一级浪涌保护电路的电路原理图；
图3为本发明的现有技术中一级浪涌保护电路的浪涌栅极电压波形图；
图4为本发明的现有技术中一级浪涌保护电路的浪涌电压波形图；
图5为本发明实施例中新型两级浪涌保护电路的电路原理图；
图6为本发明实施例中新型两级浪涌保护电路的驱动管的VSG电压的波形图。
图7为本发明实施例中新型两级浪涌保护电路的驱动管的IS电流的波形图。
图8为本发明实施例中新型两级浪涌保护电路的泄放管的VGATE电压的波形图。
图9为本发明实施例中新型两级浪涌保护电路的钳位电压的波形图；
图10为本发明实施例中新型两级浪涌保护电路的保护泄放电流的波形图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”是指本发明为实现其技术目的使相关元件按其固有特性和方案逻辑关系而进行的电连接，可以是直接相连而构成的电连接关系，也可以通过中间媒介间接电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解本申请文件中各术语在本发明中的具体含义。
如图5所示，本发明实施例提供一种新型两级浪涌保护电路，所述电路包括设置于电源输入端VIN的由钳位电路和第一电阻R1、第二电阻R2、电容C1和驱动管MP1组成的第一级驱动模块1，和包括连接于所述第一级驱动模块1和受保护单元3之间的第二级泄放模块2，所述钳位电路包括多个串联的稳压二极管且一端接地设置，稳压二极管包括D1至D5的五个，所述第二级泄放模块2包括泄放管MN1，所述第一级驱动模块1用于在受到电源输入端VIN的浪涌电压的瞬间导通所述驱动管MP1，以使得所述驱动管MP1同时驱动所述泄放管MN1将所述浪涌电压对地泄放。
作为补充的，所述第一电阻R1的一端连接于电源输入端VIN和所述驱动管MP1的源极之间，其另一端连接于所述钳位电路的一端、所述电容C1的一端和所述驱动管MP1的栅极，所述第二电阻R2的一端连接于所述驱动管MP1的漏极和所述泄放管MN1的栅极，所述泄放管MN1的漏极连接于所述驱动管MP1的源极和所述受保护单元3的输入端，所述钳位电路的另一端、所述电容C1的另一端、所述泄放管MN1的源极共端接地设置
其中，所述驱动管MP1为P型MOS管，所述泄放管MN1为N型MOS管。
工作原理：当浪涌电压发生时，浪涌电压首先要对电容C1进行充电,由于第一电阻R1的存在,使得浪涌电压对电容C1的充电电流被限制,从而电容C1的上极板电压会从0V慢慢上升,也即驱动管MP1的栅极电压是从0V慢慢上升。所以在电容C1电压从0V慢慢上升的过程中,驱动管MP1会有短暂的导通时间，如图6和图7所示，短暂的导通会使得驱动管MP1的快速导通，使得其漏极快速驱动泄放管MN1，使得泄放管MN1的栅极电压快速升高,从而立即驱动导通泄放管MN1，泄放管MN1的栅极变化如图8所示。MN1会有从电源输入端VIN到地很大的电流通路,从而快速泄放浪涌电压，把浪涌电压钳位在一个安全的范围，如图9和图10所示。
其中，结合图4和图9得知，本发明中的二级浪涌保护电路的钳位电压为水平零度角钳位，相比现有技术中的一级浪涌保护的弧形钳位，可以更加有效的保护内部电路安全。
结合图3和图8得知，本发明中的两级浪涌保护电路的泄放管MN1的栅极电压比现有技术中的一级浪涌保护泄放管栅极电压高，所以泄放管MN1会更充分的导通，从而可以有效减小泄放管的尺寸，从而有效的减小芯片面积。
最后，值得注意的是，在本发明实施例中，包括上述背景技术中，图1至图10都是以115V浪涌电压为标准，钳位电压在33V，在实际应用中，浪涌电压和钳位电压可以是其他数值
虽然已参照几个典型实施方式描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种新型两级浪涌保护电路，其特征在于，所述电路包括设置于电源输入端的由钳位电路和第一电阻、第二电阻、电容和驱动管组成的第一级驱动模块，和包括连接于所述第一级驱动模块和受保护单元之间的第二级泄放模块，所述钳位电路包括多个串联的稳压二极管且一端接地设置，所述第二级泄放模块包括泄放管，所述第一级驱动模块用于在受到电源输入端的浪涌电压的瞬间导通所述驱动管，以使得所述驱动管同时驱动所述泄放管将所述浪涌电压对地泄放。
2.根据权利要求1所述的新型两级浪涌保护电路，其特征在于，所述驱动管为P型MOS管。
3.根据权利要求1所述的新型两级浪涌保护电路，其特征在于，所述泄放管为N型MOS管。
4.根据权利要求1所述的新型两级浪涌保护电路，其特征在于，所述第一电阻的一端连接于电源输入端和所述驱动管的源极之间，其另一端连接于所述钳位电路的一端、所述电容的一端和所述驱动管的栅极，所述第二电阻的一端连接于所述驱动管的漏极和所述泄放管的栅极，所述泄放管的漏极连接于所述驱动管的源极和所述受保护单元的输入端，所述钳位电路的另一端、所述电容的另一端、所述泄放管的源极共端接地设置。
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