CN207765952U - 带静电防护功能的电路、高压集成电路以及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种带静电防护功能的电路、高压集成电路以及空调器，所述带静电防护功能的电路包括输入端、电源端、输出端、泄放电路以及钳位电路；所述泄放电路至少包括串联的两泄放管，且所述两泄放管的导通方向相反；所述钳位电路包括相互并联连接于所述信号输入端和接地端之间的第一开关管和钳位元件，本实用新型技术方案通过设置两泄放管分别为正向和反向静电电流提供泄放通道。同时，当输入端发生静电时，第一开关管为静电电流提供泄放通道，以及与钳位元件配合使用，能够更好地实现对信号输入端的钳位，从而提高对待保护电路的静电防护性能；降低待防护电路发生LATCH‑UP(闩锁效应)现象的可能性，提高了整体电路的静电防护能力。

Description

带静电防护功能的电路、高压集成电路以及空调器

技术领域

本实用新型涉及高压集成电路领域，特别涉及一种带静电防护功能的电路、高压集成电路以及空调器。

背景技术

高压集成电路是一种带有欠压保护、逻辑控制等功能的栅极驱动电路，它将电力电子与半导体技术结合，逐渐取代传统的分立元件，越来越多地被应用在IGBT、大功率MOSFET的驱动领域。静电放电(ESD)现象是引起集成电路产品失效的最主要的可靠性问题之一。有关研究调查表明，集成电路失效产品的30％都是由于遭受静电放电现象所引起的。在集成电路芯片的制造、封装、测试、运输等过程中，都会出现不同程度的静电放电事件。在集成电路放电时会产生数百甚至数千伏的等效高压，这会击穿集成电路中输入级的栅氧化层，使集成电路受到损伤。特别是随着集成电路中晶体管尺寸的按比例缩小，输入级的栅氧化层厚度越来越薄，更加容易受到外部静电电荷的影响而损坏。因此，改善集成电路对静电放电防护的可靠性，是在高压集成电路设计时必须考虑的重要环节。

当前大部分高压静电防护器件难以满足功率芯片对高压静电防护方案的诸多要求：如既要有高于工作电压的维持电压，又要有尽量低于栅氧击穿电压的触发电压，同时还要能通过ESD防护的相应标准。由于许多功率集成电路常工作在比较“恶劣”的环境下(如高电压、大电流、强电磁干扰、频繁插拔及高低温工作环境等)，使它们的静电防护设计需要考虑更多因素。目前主流的高压集成电路芯片内静电防护结构如图1所示，其中VH1、VH2为高压端，VL1、VL2为低压端。该防护结构包括输入端的普通二极管。其保护机理为简单的输入输出二极管保护，该电路结构抗冲击能力有限，无法满足现有高压集成电路对静电防护的要求，且占用较大的芯片面积。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种带静电防护功能的电路、高压集成电路以及空调器，旨在提高高压集成电路对静电的防护能力。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种带静电防护功能的电路，包括输入端、电源端、接地端，以及输出端；

待防护电路，所述待防护电路具有信号输入端和信号输出端，所述信号输入端与所述输入端连接；

泄放电路，连接于所述信号输入端和所述接地端之间，所述泄放电路至少包括串联的两泄放管，且所述两泄放管的导通方向相反，以提供输入端和所述接地端之间的低阻通道；

钳位电路，位于所述泄放电路的后级，所述钳位电路包括相互并联连接于所述信号输入端和接地端之间的第一开关管和钳位元件，所述第一开关管的受控端与一基准电压连接，所述第一开关管的输入端与所述信号输入端连接；所述第一开关管的输出端接地，当所述信号输入端发生静电时，所述第一开关管导通；所述钳位元件用于在所述泄放电路工作时，钳位所述信号输入端的电位。

优选地，所述两泄放管分别为第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的阳极与所述信号输入端连接，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极与所述接地端连接。

优选地，所述第一二极管有多个，且多个所述第一二极管的依次串联，且导通方向均相同；所述第二二极管有多个，且所述第二二极管依次串联，且导通方向均相同。

优选地，所述第一开关管为PNP型三极管，所述第一开关管的受控端为所述PNP型三极管的基极，所述第一开关管的输入端为所述PNP型三极管的发射极，所述第一开关管的输出端为所述PNP型三极管的集电极。

优选地，所述钳位元件包括第三二极管，所述第三二极管的阴极与所述信号输入端连接，所述第三二极管的阳极接地。

优选地，所述带静电防护功能的电路的输入端和所述信号输入端之间串联有至少一限流电阻，且所述限流电阻位于所述泄放电路和所述钳位电路之间。

优选地，所述带静电防护功能的电路还包括第四二极管，所述电源端经过所述第四二极管与所述信号输入端电连接；

所述第四二极管的阳极与所述信号输入端连接，所述第四二极管的阴极与所述电源端连接。

优选地，所述带静电防护功能的电路还有输出防护电路，所述输出防护电路包括第五二极管、第六二极管、第一反向器、第二反相器；

所述第一反向器的输入端与待防护电路的信号输出端连接，所述第一反向器的输出端与第二反相器的输入端连接；所述第二反向器的输出端与第五二极管的阳极以及第六二极管的阴极连接，且所述第二反向器的输出端为所述带静电防护功能的电路的输出端；

所述第五二极管的阴极与所述电源端连接，所述第六二极管的阳极与所述接地端连接。

本实用新型还提出一种高压集成电路，包括至少一个所述的带静电防护功能的电路。

本实用新型还提出一种空调器，包括所述的带静电防护功能的电路，或所述的高压集成电路。

本实用新型技术方案通过设置两泄放管的导通方向相反，无论输入端发生静电冲击是正向或是反向，所述两泄放管分别为正向和反向静电电流提供泄放通道。同时，当输入端发生静电时，会造成第一开关管导通，第一开关管一方面进一步为静电电流提供泄放通道，通过逐级泄放大电流，提高静电保护能力；另一方面，由于所述第一开关管在静电发生时反应较快，与钳位元件配合使用，能够更好地实现对信号输入端的钳位，从而提高对待保护电路的静电防护性能；降低待防护电路发生LATCH-UP(闩锁效应)现象的可能性，提高了整体电路的静电防护能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为现有技术中，带静电防护功能的电路的结构示意图；

图2为本实用新型带静电防护功能的电路一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的带静电防护功能的电路另一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	待防护电路	D2	第二二极管
20	泄放电路	D3	第三二极管
				30	钳位电路	D4	第四二极管
40	输出防护电路	D5	第五二极管
				VIN	输入端	D6	第六二极管
VOUT	输出端	Q1	第一三极管
				INPUT	信号输入端	R1	限流电阻
OUTPUT	信号输出端	Vref	基准电压源
				VCC	电源端	DN1	第一反向器
D1	第一二极管	DN2	第二反相器

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示) 下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种带静电防护功能的电路以及高压集成电路，所述带静电防护功能的电路可以是由分立元件所构成的电路，也可以是集成电路(芯片)；在此不做具体限定。请参阅图2，所述带静电防护功能的电路包括待防护电路10以及用于保护该待防护电路10免受静电冲击的静电防护电路。所述待防护电路10可以为功能性电路，例如斯密特电路；当所述带静电防护功能的电路应用于高压集成电路中时，所述待防护电路10单元通常包括具有欠压保护、逻辑控制等功能的栅极驱动电路。本方案中的静电防护电路包括泄放电路20和钳位电路30。

具体地，所述带静电防护功能的电路包括输入端VIN、电源端VCC、接地端，以及输出端VOUT；所述待防护电路10具有信号输入端INPUT和信号输出端OUTPUT，所述信号输入端INPUT与所述带静电防护功能的电路的输入端VIN连接；所述泄放电路20连接于所述信号输入端INPUT和接地端之间，所述泄放电路20至少包括串联的两泄放管，且所述两泄放管的导通方向相反，以提供输入端VIN和地之间的低阻通道；所述钳位电路30位于所述泄放电路20的后级，所述钳位电路30包括相互并联连接于所述信号输入端 INPUT和接地端之间的第一开关管和钳位元件，所述第一开关管的受控端与一基准电压Vref连接，所述第一开关管的输入端VIN与所述信号输入端 INPUT连接；所述第一开关管的输出端接地，当信号输入端INPUT发生静电时，所述第一开关管导通；所述钳位元件用于在所述泄放电路20工作时，钳位所述信号输入端INPUT的电位。

本实用新型技术方案通过设置两泄放管的导通方向相反，无论输入端VIN 发生静电冲击是正向或是反向，所述两泄放管分别为正向和反向静电电流提供泄放通道。同时，当输入端VIN发生静电时，会造成第一开关管导通，第一开关管一方面进一步为静电电流提供泄放通道，通过逐级泄放大电流，提高静电保护能力；另一方面，由于所述第一开关管在静电发生时反应较快，与钳位元件配合使用，能够更好地实现对信号输入端INPUT的钳位，从而提高对待保护电路的静电防护性能；降低待防护电路10发生LATCH-UP(闩锁效应)现象的可能性，提高了整体电路的静电防护能力。

所述两泄放管可以为二极管、三极管、MOS管或者是可控硅，当输入端 VIN发生静电时，突然增大的电压/电流使得所述两泄放管的其中之一导通，从而形成对地的泄放通路。本领域技术人员可以理解的是，当泄放管为上述不同的器件时，电路连接方式有所不同。

于实施例中，所述两泄放管分别为第一二极管D1和第二二极管D2；所述第一二极管D1的阳极与所述信号输入端INPUT连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第二二极管D2的阳极与所述接地端连接。为了使所述泄放二极管具有更快的响应速度以及吸收更多的浪涌功率，优选采用TVS二极管，即为瞬态抑制二极管，当TVS二极管的两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压钳制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

具体地，当所述带有静电防护功能的电路正常工作时，所述两泄放管处于反向截止状态，从而所述输入端VIN对地的泄放通道处于断开状态；此时，两泄放管的存在并不影响所述电路的正常工作；而当所述输入端VIN发生正向静电冲击时，第二二极管D2导通；当所述输入端VIN发生反向静电冲击，所述第一二极管D1导通，静电电流均可以由输入端VIN朝地泄放。同时由于钳位电路30的存在，一方面协助泄放静电电流，另一方面将待防护电路10信号输入端INPUT的电压钳位至一安全值，从而使得待防护电路10的信号输入端 INPUT对地电压处于一较低值，从而保护了所述信号输入端INPUT。在此需要解释的时，根据晶体管原理，较大的静电会引起二极管(在此包括第一二极管D1或第二二极管D2)发生雪崩击穿，即使静电还没有到达待保护电路时，就会引起所述二极管发生击穿。

在此需要说明的时，二极管的击穿分为电击穿和热击穿，电击穿是指雪崩击穿和齐纳击穿，这个电击穿主要是载流子碰撞电力产生新的电子-空穴对，所以它是可恢复的，本方案中的第一二极管D1和第二二极管D2在发生击穿时，就是发生电击穿。

进一步地，为了避免稍大的电压/电流引起所述泄放管误导通，因此本方案中，可以设置所述第一二极管D1有多个，且多个所述第一二极管D1的依次串联，且导通方向均相同；所述第二二极管D2有多个，且所述第二二极管 D2依次串联，且导通方向均相同。通过合理设置所述第一二极管D1和第二二极管D2的个数，一方面使全部第一二极管D1或第二二极管D2在静电发生时，能够全部导通，从而泄放静电电流，达到防护的目的；另一方面也避免因电压不稳定，造成第一二极管D1或第二二极管D2误导通的情况。

所述第一开关管可以为三极管、MOS管；于本方案实施例中，所述第一开关管为PNP型三极管，所述受控端为所述PNP型三极管的基极，所述输入端VIN为所述PNP型三极管的发射极，所述输出端为所述PNP型三极管的集电极。本方案中，为了控制三极管能够在静电发生时导通，需要配置基准电压源Vref，当信号输入端INPUT电压大于所述基准电压源Vref的电压值时 (需要超过第一开关管的门槛电压)，所述PNP型三极管导通。可以理解的时， MOS管具有类似的连接方式，在此不再赘述。

为了减小自输入端VIN流向钳位电路30的电流，设置所述带静电防护功能的电路的输入端VIN和信号输入端INPUT之间串联有至少一限流电阻R1，且所述限流电阻R1位于所述泄放电路20和所述钳位电路30之间。

请参阅图3，在上述实施例中，待防护电路10的由单独的供电电源进行供电，因此未阐述当电源线发生静电时，静电防护电路的工作。与本实施例中，所述带静电防护功能的电路还包括第四二极管D4，所述电源端VCC经过所述第四二极管D4与所述信号输入端INPUT电连接；所述第四二极管D4 的阳极与所述信号输入端INPUT连接，所述第四二极管D4的阴极与所述电源端VCC连接。

当所述带有静电防护功能的电路正常工作时，所述第四二极管D4处于反向截止状态；而当有静电由电源端VCC进入时，所述第四二极管D4发生雪崩击穿，静电电流可以通过所述第四二极管D4、分别经过第二二极管D2、第一三极管Q1以及第三二极管D3分别进行泄放，因此可以快速完成对将静电电流的泄放。由于第三三极管在反向击穿时，其两端会保持较低的电压，因此能够对待防护电路10的信号输入端INPUT进行钳位，以保障待防护电路10免受静电冲击。

为了避免信号输出端OUTPUT受到静电冲击，因此，本方案中，设置所述静电防护电路还包括输出防护电路40，所述带静电防护功能的电路还有输出防护电路40，所述输出防护电路40包括第五二极管D5、第六二极管D6、第一反向器DN1、第二反相器DN2；所述第一反向器DN1的输入端与待防护电路10的信号输出端OUTPUT连接，所述第一反向器DN1的输出端与第二反相器DN2的输入端连接；所述第二反向器的输出端、第五二极管D5的阳极、第六二极管D6的阴极连接，且为所述带静电防护功能的电路的输出端 VOUT；所述第五二极管D5的阴极与电源端VCC连接，所述第六二极管D6 的阳极接地。

当没有静电冲击时，所述第五二极管D5和第六二极管D6均处于截止状态，当静电由输出端VOUT进入所述输出防护电路40时，正向的静电电流经过第六二极管D6进行泄放，反向的静电电流经过第五二极管D5进行泄放；从而避免静电电流进入到待防护电路10中。两个串联的反相器的设置，一方面使得待防护电路10单元输出至下一级电路的有效信号保持不变，另一方面当下一级电路对待防护电路10单元的信号输出端OUTPUT发生反向浪涌冲击时，通过第一反相器、第二反相器DN2的共同作用，隔离下一级电路对待防护电路10单元的浪涌冲击，降低待防护电路10单元受到下级电路浪涌冲击而被破坏的可能性。

本实用新型还提出一种高压集成电路，该高压集成电路包括所述的带静电防护功能的电路，该带静电防护功能的电路的具体结构参照上述实施例，由于所述高压集成电路采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。所述高压集成电路可以包括多个所述带静电防护功能的电路，多个所述带静电防护功能的电路为可以是依次级联，也可以是所述带静电防护功能的电路与其他功能的集成电路串联或并联。由于本方案中的带静电防护功能的电路的输入端VIN和输出端VOUT均具有静电防护的功能，因此当该带静电防护功能的电路发生不可逆的静电破坏时，会对下一级电路形成静电防护；同时，当受到下次级的反向浪涌冲击时，由于输出防护电路40的存在，会对本级电路产生保护。因此本方案可以保护来自外部或其他电路所带来的静电对所述待防护电路10的影响，从而提高整体高压集成电路的静电防护能力。

本实用新型还提出一种空调器，该空调器包括所述的带静电防护功能的电路，和/或所述的高压集成电路。该带静电防护功能的电路和高压集成电路的具体结构参照上述实施例，由于所述空调器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。所述的带静电防护功能的电路，和/或所述的高压集成电路可以用于所述空调器的主控板、显示板以及其他功能电路板，在此不做具体限定；所述空调器可以是空调挂机、空调柜机等。由于所述带静电防护功能的电路，和/或所述的高压集成电路能够提高电路板的静电防护能力，因而能够提高所述空调器运行的安全性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种带静电防护功能的电路，其特征在于，所述带静电防护功能的电路包括输入端、电源端、接地端，以及输出端；

待防护电路，所述待防护电路具有信号输入端和信号输出端，所述信号输入端与所述输入端连接；

泄放电路，连接于所述信号输入端和所述接地端之间，所述泄放电路至少包括串联的两泄放管，且所述两泄放管的导通方向相反，以提供输入端和所述接地端之间的低阻通道；

钳位电路，位于所述泄放电路的后级，所述钳位电路包括相互并联连接于所述信号输入端和接地端之间的第一开关管和钳位元件，所述第一开关管的受控端与一基准电压连接，所述第一开关管的输入端与所述信号输入端连接；所述第一开关管的输出端接地，当所述信号输入端发生静电时，所述第一开关管导通；所述钳位元件用于在所述泄放电路工作时，钳位所述信号输入端的电位。

2.如权利要求1所述的带静电防护功能的电路，其特征在于，所述两泄放管分别为第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的阳极与所述信号输入端连接，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极与所述接地端连接。

3.如权利要求2所述的带静电防护功能的电路，其特征在于，所述第一二极管有多个，且多个所述第一二极管的依次串联，且导通方向均相同；所述第二二极管有多个，且所述第二二极管依次串联，且导通方向均相同。

4.如权利要求1所述的带静电防护功能的电路，其特征在于，所述第一开关管为PNP型三极管，所述第一开关管的受控端为所述PNP型三极管的基极，所述第一开关管的输入端为所述PNP型三极管的发射极，所述第一开关管的输出端为所述PNP型三极管的集电极。

5.如权利要求1所述的带静电防护功能的电路，其特征在于，所述钳位元件包括第三二极管，所述第三二极管的阴极与所述信号输入端连接，所述第三二极管的阳极接地。

6.如权利要求1所述的带静电防护功能的电路，其特征在于，所述带静电防护功能的电路的输入端和所述信号输入端之间串联有至少一限流电阻，且所述限流电阻位于所述泄放电路和所述钳位电路之间。

7.如权利要求1所述的带静电防护功能的电路，其特征在于，所述带静电防护功能的电路还包括第四二极管，所述电源端经过所述第四二极管与所述信号输入端电连接；

所述第四二极管的阳极与所述信号输入端连接，所述第四二极管的阴极与所述电源端连接。

8.如权利要求1至7任意一项所述的带静电防护功能的电路，其特征在于，所述带静电防护功能的电路还有输出防护电路，所述输出防护电路包括第五二极管、第六二极管、第一反向器、第二反相器；

所述第一反向器的输入端与待防护电路的信号输出端连接，所述第一反向器的输出端与第二反相器的输入端连接；所述第二反向器的输出端与第五二极管的阳极以及第六二极管的阴极连接，且所述第二反向器的输出端为所述带静电防护功能的电路的输出端；

所述第五二极管的阴极与所述电源端连接，所述第六二极管的阳极与所述接地端连接。

9.一种高压集成电路，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至8任意一项所述的带静电防护功能的电路。

10.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的带静电防护功能的电路，或如权利要求9所述的高压集成电路。