TWI508409B - 用於輸入電力保護的非線性電力管理裝置及用於非線性輸入電力保護之方法 - Google Patents

Description

用於輸入電力保護的非線性電力管理裝置及用於非線性輸入電力保護之方法

本說明係關於一種輸入電力埠保護裝置。

本申請案主張於2011年1月31日提出申請且標題為「Non-Linear Power Management Device for Input Power Protection」之第61/437,863號美國臨時專利申請案之優先權及權益，且主張於2011年9月6日提出申請且標題為「Non-Linear Power Management Device for Input Power Protection」之第13/225,713號美國非臨時專利申請案之優先權及權益，兩個申請案均以全文引用之方式併入本文中。

可使用例如分流裝置(例如，齊納二極體、TVS裝置)等多個外部(例如，板外)及/或內部(例如，板上)離散裝置保護輸入電力埠及/或相關組件免受不期望之電力條件(例如，靜電放電(ESD))。當使用多個裝置保護輸入電力埠免受不期望之電力條件時，不可預測及/或不想要之交互作用可在外部及/或內部裝置之間發生。舉例而言，添加至一積體電路(其已經包括一內部分流保護裝置)之外部分流保護裝置之間之不匹配可在一ESD脈衝之情形下導致不可預測及/或不想要之交互作用。具體而言，具有一較低觸發電壓之一內部分流保護裝置可吸收ESD脈衝之所有能量，從而獨立於外部分流保護裝置之「電力額定值」使外部分流保護裝置不相關。在某些實施例中，外部及內部分 流保護裝置可以可保護或可能不保護積體電路之某種方式共享ESD脈衝之能量。設計避免此等問題中之諸多問題之匹配之內部與外部分流保護裝置可係一耗時、昂貴且/或反覆試驗之過程，其可在某些應用中不可行。另外，常見之平衡方法(例如，添加一串聯電阻器)可在正常操作期間具有一不期望之串聯電阻位準，此可導致(舉例而言)信號衰減。因此，存在對用以解決目前技術之不足且提供其他新穎及創新特徵之系統、方法及設備之一需要。

在一項一般態樣中，一種設備可包括具有經組態以耦合至一輸出分流裝置之一輸出端子之一非線性電力管理裝置，該輸出分流裝置經組態以回應於跨越該輸出分流裝置之一電壓超過該輸出分流裝置之一觸發電壓而分流能量。該非線性電力管理裝置可經組態以回應於與一能量脈衝相關聯之一第一電流穿過該非線性電力管理裝置而改變為一飽和模式。該設備可包括一輸入分流裝置，其耦合至該非線性電力管理裝置之一輸入端子且具有高於該輸出分流裝置之該觸發電壓之一觸發電壓。該輸入分流裝置可經組態以回應於跨越該非線性電力管理裝置之一電壓降而分流與該能量脈衝相關聯之一第二電流。

在另一一般態樣中，一種方法可包括於一非線性電力管理裝置處接收一電流。該電流之至少一第一部分可回應於跨越一第一分流裝置之一電壓超過該第一分流裝置之一觸發電壓而係經由該非線性電力管理裝置傳遞且係經由該第 一分流裝置分流，該第一分流裝置可操作地耦合至該非線性電力管理裝置。該方法亦可包括回應於穿過該非線性電力管理裝置之該電流之大於該第一電流之一第二部分而將該非線性電力管理裝置改變為一飽和模式，且亦可包括於處於該飽和模式時增加該非線性電力管理裝置之一輸入端子處之一電壓，直至該電壓超過一第二分流裝置之一觸發電壓，該第二分流裝置之該觸發電壓大於該第一分流裝置之該觸發電壓。

在又一一般態樣中，一種設備可包括經組態以耦合至一輸入分流裝置之一輸入端子及經組態以耦合至一輸出分流裝置之一輸出端子。該設備亦可包括安置於該輸入端子與該輸出端子之間的一非線性元件。該非線性元件可具有一非線性電流-電壓行為，且該非線性元件可經組態以回應於由該輸出分流裝置經由該非線性元件汲取之一電流而觸發該輸入分流裝置改變為一分流狀態。

在隨附圖式及以下說明中陳述一或多個實施方案之細節。自該說明及圖式且自申請專利範圍將明瞭其他特徵。

圖1A係圖解說明一輸入電力保護裝置100之一外部部分10及一內部部分20之一方塊圖。輸入電力保護裝置100包括輸入分流裝置110及輸出分流裝置130。如圖1A中所展示，一電力管理裝置120串聯耦合於輸入分流裝置110與輸出分流裝置130之間。在此實施例中，輸入分流裝置110及電力管理裝置120包括於輸入電力保護裝置100之外部部分 10中，且輸出分流裝置130包括於輸入電力保護裝置100之內部部分20中。在某些實施例中，電力管理裝置120可稱作一非線性電流裝置或一電流鎮定器裝置。在某些實施例中，輸入分流裝置110、電力管理裝置120及/或輸出分流裝置130可統稱為輸入電力保護裝置100之組件。

輸入電力保護裝置100之內部部分20可稱作一內部部分，乃因內部部分20之組件包括於一裝置(例如，一計算裝置)(未展示)之一積體電路(IC)中(例如，整合於該積體電路內)。輸入電力保護裝置100之外部部分10可稱作一外部部分，乃因外部部分10之組件耦合至(例如，添加至)內部部分20且可不整合至包括內部部分20之積體電路中。因此，外部部分10之組件可包括於與內部部分20之一裝置(例如，離散組件)分離之一裝置(例如，離散組件)中。換言之，輸入分流裝置110及電力管理裝置120可整合至界定外部部分10之一單獨(例如，單個)離散組件(其可包括一單個或共用半導體基板)中。在某些實施例中，輸入電力保護裝置100之內部部分20可與一負載140之至少一部分整合在一起(例如，可與負載140一起在板上)。在某些實施例中，輸入保護裝置100之元件(例如，輸入分流裝置110、電力管理裝置120及輸出分流裝置130)之任一組合可整合至一單獨(例如，單個)離散組件(其可包括一單個或共用半導體基板)中。舉例而言，輸入分流裝置110可為與包括一接面場效應電晶體(JFET)裝置(或一類JFET裝置、一基於JFET之裝置)之一電力管理裝置120整合在一起之一火花隙 裝置。

在某些實施例中，外部部分10可稱作一板外部分且內部部分可一稱作板上部分。在某些實施例中，包括於外部部分10中之輸入分流裝置110可稱作一外部分流裝置，且包括於內部部分20中之輸出分流裝置130可稱作一內部分流裝置。輸入分流裝置110可稱作一輸入分流裝置乃因輸入分流裝置110耦合至(例如，安置於)電力管理裝置120之一輸入側。輸出分流裝置130可稱作一輸出分流裝置乃因輸出分流裝置130耦合至(例如，安置於)電力管理裝置120之一輸出側。

輸入電力保護裝置100經組態以為負載140提供電力(例如，能量)保護以免受(舉例而言)與靜電放電(ESD)(例如，一ESD脈衝)、一電感能量瞬變(例如，一電感尖峰)及/或等等相關之一或多個不期望之電力(例如，能量)條件。在某些實施例中，不期望之電力條件(其可包括一過電壓條件及/或一過電流條件)可由一電源150產生。在某些實施例中，不期望之電力條件可包括電源噪聲、一電流尖峰(由一下游過電流事件(例如，一短路)導致)及/或等等。

舉例而言，負載140可包括可因由電源150產生之電流及/或電壓之相對快速增加而以一不期望之方式損壞之電子組件(例如，感測器、電晶體、微處理器、特殊應用積體電路(ASIC)、離散組件、電路板)。因此，輸入電力保護裝置100可經組態以偵測並防止電流及/或電壓之此等相對快速增加損壞負載140及/或與負載140相關聯之其他組件(例 如，一電路板)。在某些實施例中，電力保護裝置100可與一信號相關聯。換言之，輸入電力保護裝置100可包括於一積體電路(例如，負載140)之一資料線(例如，一發訊線)中。

分流裝置110、130中之一或多者可係經組態以重新引導與一不期望之電力條件(例如，一ESD事件)相關聯之電力(例如，能量)之任何類型之裝置(例如，主動裝置及/或被動裝置)。具體而言，分流裝置110、130可經組態以在一觸發電壓(亦可稱作一箝位電壓、一啟動電壓、一擊穿電壓及/或一轉折電壓)下將電力(例如，能量)分流至接地(例如，一接地節點)以保護負載140。換言之，分流裝置110、130可回應於超過一觸發電壓(例如，超過達到一定程度及/或超過達一指定時間週期)而被啟動。當被啟動(例如，自一停用狀態、不活動狀態或非分流狀態改變)時，分流裝置110、130可謂處於一分流狀態中。在某些實施例中，當分流裝置110、130中之一或多者主動地忙於電力保護(例如，主動地自負載140分流電力)時，分流裝置110、130可謂處於一接通狀態(例如，一活動狀態、接通)中。在某些實施例中，觸發電壓可(舉例而言)介於毫伏與伏之間。舉例而言，觸發電壓可為0.5伏、1.5伏、5伏、50伏及等等。儘管未展示，但在某些實施例中，分流裝置110、130可經組態以將電力(例如，能量)分流至除接地以外之一節點(例如，一非接地節點、一電壓匯流排(V_bus )、一5 V匯流排、一12 V匯流排)以保護負載140。

在某些實施例中，分流裝置110、130中之一或多者可為任何類型之瞬變電壓抑制器(TVS)(亦可稱作一瞬變電壓抑制裝置)，例如一齊納二極體、一矽控整流器(SCR)裝置、一主動箝位裝置、一火花隙裝置、一基於聚合物之裝置、一變阻器裝置、任何其他類型之電壓擊穿及/或折回裝置及/或等等。舉例而言，輸入分流裝置110可係一齊納二極體，其經組態以在跨越該齊納二極體之一電壓超過該齊納二極體之一觸發電壓(例如，齊納擊穿電壓)時將電流分流至接地。儘管在圖1A中圖解說明為單個裝置，但分流裝置110、130可各自表示經組態以為負載140提供電力保護之多個裝置(例如，串聯耦合之裝置、並聯耦合之裝置)。在某些實施例中，分流裝置110、130可各自稱作一過電壓保護裝置。在某些實施例中，分流裝置110、130中之一或多者可為。

電力管理裝置120經組態以管理由分流裝置110、130提供之電力保護(例如，觸發一平衡、觸發一指定分佈)，乃因分流裝置110、130之一或多個特性可能不以一期望之方式匹配。具體而言，電力管理裝置120可經組態以觸發由可能不具有匹配之特性之輸入分流裝置(即，內部分流裝置130)及輸出分流裝置(即，外部分流裝置110)提供之電力保護之平衡。舉例而言，輸入分流裝置110可具有不同於(例如，大於、小於)輸出分流裝置130之觸發電壓之一觸發電壓。因此，電力管理裝置120可經組態以觸發輸入分流裝置110及/或輸出分流裝置130以主動地提供電力保護， 儘管存在觸發電壓差異。換言之，電力管理裝置120可經組態以防止或減輕分流裝置110、130之間之接通/觸發競爭條件。

作為一特定實例，若電力管理裝置120不耦合於分流裝置110、130之間且輸出分流裝置130之觸發電壓小於輸入分流裝置110之觸發電壓，則輸出分流裝置130可阻止輸入分流裝置110提供電力保護。在此等例項中，輸出分流裝置130可回應於一ESD事件而在輸出分流裝置130之觸發電壓下開始自負載140分流電力。在輸出分流裝置130之觸發電壓下觸發輸出分流裝置130可將跨越輸入分流裝置110之電壓箝位(例如，保持、維持)成低於輸入分流裝置110之觸發電壓。因此，輸入分流裝置110可能不(且可不)被啟動(例如，改變為一分流狀態)且可能不提供電力保護。因此，在此情景中可致使輸入分流裝置110無用。

在輸出分流裝置130之觸發電壓小於輸入分流裝置110之觸發電壓之情形下，電力管理裝置120可經組態以在輸出分流裝置130已被啟動之後啟動輸入分流裝置110。電力管理裝置120可經組態以即使跨越輸出分流裝置130之電壓被箝位於輸出分流裝置130之較低觸發電壓處亦致使跨越輸入分流裝置110之電壓超過輸入分流裝置110之較高觸發電壓。具體而言，在某些實施例中，在輸出分流裝置130被啟動且可被箝位於輸出分流裝置130之相對低之觸發電壓處之後，電力管理裝置120可經組態以使跨越輸入分流裝置110之電壓飽和且推動跨越輸入分流裝置110之一電壓超 出輸入分流裝置110之觸發電壓，使得輸入分流裝置110被啟動。因此，電力管理裝置120可經組態以防止(或實質上防止)輸出分流裝置130對輸入分流裝置110觸發競爭條件，且可確保輸入分流裝置110將被啟動以吸收ESD能量，儘管輸入分流裝置110與輸出分流裝置130之觸發電壓存在不匹配。

在某些實施例中，在分流裝置110、130被觸發之後(例如，在開始分流電流之後)，跨越分流裝置110、130中之一或多者之電阻可對輸入電力保護裝置100之操作具有一影響。具體而言，當分流裝置觸發時，其可拉動致使其電壓上升之電流(以一電阻方式)。舉例而言，在某些實施例中，當輸入分流裝置110之觸發電壓小於輸入分流裝置130之觸發電壓時，具有一較低觸發電壓之輸入一分流裝置110一旦被觸發則可具有上升至電壓足夠高而觸發輸出分流裝置130之一點之電壓。在此等例項中，輸出分流裝置130可被啟動(例如，可接通)，從而輔助箝位電壓，但僅箝位至電力管理裝置120允許之一電流位準。以此方式，電力管理裝置120與/或輸出分流裝置130可共同操作以減少由輸入分流裝置110吸收之至少某些能量，甚至在輸入分流裝置110具有低於輸出分流裝置130之一觸發電壓之情形下。

在輸出分流裝置130之觸發電壓(即，內部分流裝置之觸發電壓)大於輸入分流裝置110之觸發電壓(即，外部分流裝置之觸發電壓)之情形下，電力管理裝置120可經組態以被 動地准許(例如，不干涉)輸入分流裝置110在輸出分流裝置130啟動之前啟動。舉例而言，回應於一ESD事件，輸入分流裝置110可在已超過輸入分流裝置110之觸發電壓時之一第一時間處啟動。此外，回應於同一ESD事件，輸出分流裝置130之觸發電壓可稍後在第二時間處(在一第一時間之後)啟動。電力管理裝置120可經組態以被動地准許此事件序列發生。在此等實施例中，電力管理裝置120可經組態以限制由輸出分流裝置130分流之電力量。

在某些實施例中，電力管理裝置120可經組態以限制穿過輸出分流裝置130之電力。舉例而言，電力管理裝置120可經組態以在輸出分流裝置130已被啟動(例如，在輸出分流裝置130之觸發電壓下啟動)且正在將電流分流至接地之後限制穿過輸出分流裝置130之電流。在某些實施例中，藉由限制穿過輸出分流裝置130之電流，電力管理裝置120可將電流替代地重新引導穿過輸入分流裝置110。因此，電力管理裝置120可經組態以管理(例如，平衡)由輸入分流裝置110及輸出分流裝置130重新引導(例如，吸收)之電流。在某些實施例中，電力管理裝置120可經組態以飽和，使得穿過輸出分流裝置130之電流受到限制。因此，電力管理裝置120經組態以管理在輸入分流裝置110與輸出分流裝置130之間對一能量脈衝(其可係一過電壓瞬變)之能量共享，從而導致比在無電力管理裝置120之情形下藉由分流裝置(內部及/或外部)可達成之一更強健之輸入電力保護裝置100。

由輸入分流裝置110及電力管理裝置120提供之外部保護在可能不知曉(或可能已獨立地設計)耦合至輸入電力保護裝置100或包括輸入電力保護裝置100之一積體電路(例如，負載140)之擊穿特性之情景中尤其有利。具體而言，電力管理裝置120可經組態以觸發外部分流保護裝置(例如，由輸入分流裝置110提供之外部保護)及/或限制至內部分流保護裝置(例如，輸出分流裝置130)之電力，即使可能不確切地知曉積體電路及/或內部分流保護裝置之確切擊穿電壓且/或積體電路及/或內部分流保護裝置之確切擊穿電壓可能與外部分流保護裝置不匹配。因此，可用與電力管理裝置120一致(例如，受電力管理裝置120限制、受電力管理裝置120之飽和限制)、獨立於輸入分流裝置110之電力額定值、電源150所產生之電力、可能之電力瞬變(例如，ESD事件)及/或等等之一電力額定值來組態輸出分流裝置130。

在某些實施例中，可減小(例如，可最小化)內部分流裝置之大小(例如，面積、電力容量要求)，乃因與一能量脈衝相關聯之能量至少部分地由輸入分流裝置110(例如，外部分流裝置)吸收。具體而言，可減小輸出分流裝置130(例如，內部分流裝置)之大小，乃因電力管理裝置120可限制由輸出分流裝置130吸收之能量且/或可分配能量供輸入分流裝置110吸收(及/或分流)。在某些實施例中，輸出分流裝置130之大小之一減小可導致包括輸出分流裝置130之一電路(例如，一電路板)之空間及/或成本節約。另外，可減 小與輸出分流裝置130相關聯之寄生電容，乃因輸出分流裝置130之大小可小於在無電力管理裝置120及/或輸入分流裝置110之情形下可能之大小。

在某些實施例中，在輸入電力保護裝置100內包括電力管理裝置120，輸入分流裝置110(例如，外部分流裝置)可具有比原本將可能之觸發電壓高之一觸發電壓。具體而言，輸入分流裝置110可具有一相對高之觸發電壓，乃因電力管理裝置120經組態以即使在輸入分流裝置110之觸發電壓高於輸出分流裝置130之觸發電壓時觸發(例如，觸發分流)輸入分流裝置110。在不包括電力管理裝置120之情形下，輸入分流裝置110將不被啟動，除非輸入分流裝置110具有低於輸出分流裝置130之觸發電壓之一觸發電壓。電力管理裝置120可賦能外部分流裝置(例如，輸入分流裝置110)之電力保護，儘管用於發訊之穿過輸入電力保護裝置100之相對低之電壓及內部分流裝置(例如，輸出分流裝置130)之相對低電壓(例如，低觸發電壓)板上保護。

由於輸入分流裝置110可具有高於輸出分流裝置130之一觸發電壓，因而可針對電力處置及維持信號完整性進一步最佳化輸入電力保護裝置100。舉例而言，在無電力管理裝置120之情形下，輸入分流裝置110可需要具有與輸出分流裝置130之觸發電壓相比相對低之一觸發電壓。具體而言，輸入分流裝置110可具有一相對低之觸發電壓(例如，大約5 V或更小之一觸發電壓)。因此，輸入分流裝置110將具有一相對顯著之關斷狀態洩漏、一不期望之動態電阻 及一相對高之接地電容。在具有電力管理裝置120之情形下，輸入分流裝置110可係具有一相對低之關斷狀態洩漏、期望之動態電阻特性及一相對低之接地電容之一相對高觸發電壓裝置(當與輸出分流裝置130之觸發電壓比較時)。此外，由於輸入分流裝置110可係具有一相對高之觸發電壓之一裝置，因此輸入電力保護裝置100可包括各種類型之分流裝置，例如接地電壓升高之SCR。

圖1B係圖解說明圖1A中所展示之電力管理裝置120之一實例性電流-電壓(I-V)特性之一曲線圖。如圖1B中所展示，穿過電力管理裝置120之電流隨著跨越電力管理裝置120之電壓增加而線性地(或大約線性地)增加。大約在電壓V1及電流C1下，電力管理裝置120飽和且穿過電力管理裝置120之電流隨著超出電壓V1之增加之電壓而稍微增加(例如，相對恆定)(或可恆定)。在某些實施例中，電壓V1及電流C1可稱作一飽和點。在某些實施例中，電壓V1可稱作一飽和電壓，且電流C1可稱作一飽和電流。當電力管理裝置120正超出飽和點(在飽和點右邊)操作時，電力管理裝置120可謂在一飽和區中操作，且當電力管理裝置120正在飽和點之前(在飽和點左邊)操作時，電力管理裝置120可謂在一非飽和區中操作。在此實施例中，非飽和區可稱作一線性區。在某些實施例中，電力管理裝置120可被稱作一非線性電力管理裝置，乃因電力管理裝置120之總I-V特性係非線性的。此外，電力管理裝置之I-V特性在飽和點之一側上之斜率不同於電力管理裝置之I-V特性在飽和點之 另一側上之斜率。換言之，在飽和點之一側上電力管理裝置之電流隨增加之電壓而增加之速率不同於在飽和點之另一側上電力管理裝置之電流隨增加之電壓而增加之速率。

如圖1B中所展示，電力管理裝置120可經組態以具有相對低之一電阻(當在非飽和區中時)，使得電力管理裝置120可對穿過輸入電力保護裝置100(展示於圖1A中)之一信號之完整性具有一相對小之影響。電力管理裝置120對信號完整性之影響與電力管理裝置120對具有一較高電阻之電力管理裝置120之信號之完整性之影響相比可相對小。在某些實施例中，當在飽和點處或飽和點附近操作時，電力管理裝置120之電阻在某些應用中可小於0.2歐姆(例如，幾毫歐，0.1歐姆)。在某些實施例中，當在飽和點處或飽和點附近操作時，電力管理裝置120之電阻在某些應用中可大約為0.2歐姆，或大於0.2歐姆(例如，0.8歐姆、3歐姆、5歐姆)。

儘管圖1B中未展示，但在某些實施例中，當在非飽和區中操作時，一電力管理裝置之電流-電壓關係可不為線性。舉例而言，在某些實施例中，當跨越電力管理裝置之電壓亦相對低時，穿過電力管理裝置之電流可相對低。在此等實施例中，穿過電力管理裝置之電流可隨著跨越電力管理裝置之電壓接近電壓V1(例如，飽和電壓)而以指數方式增加。因此，電力管理裝置實際上可具有相對高之一電阻，直至跨越電力管理裝置之電壓接近電壓V1。

作為另一實例，在某些實施例中，穿過電力管理裝置之 電流可在跨越電力管理裝置之電壓相對低時相對高。在此等實施例中，當在非飽和區及飽和區中操作時，電力管理裝置實際上可具有相對低之一電阻，且穿過電力管理裝置之電流可僅稍微變化(或可恆定)。因此，電力管理裝置可經組態以具有一相對低之電阻(當在非飽和區中時)，使得電力管理裝置可對一信號之完整性具有一相對小之影響(例如，可不使一信號以一不期望之方式衰減)。

儘管圖1B中未展示，但在某些實施例中，當在飽和區中操作時，一電力管理裝置之電流可不稍微增加。在某些實施例中，當在飽和區中操作時，穿過一電力管理裝置之電流可隨著增加之電壓而係恆定(或實質上恆定)。在某些實施例中，當在飽和區中操作時，穿過一電力管理裝置之電流可隨著增加之電壓而稍微減小。在某些實施例中，一電力管理裝置可經組態以達到一飽和點，但可具有在跨越電力管理裝置之電壓大於V1時下降至低於電流C1之一電流。因此，電力管理裝置可在陰影區B內操作。

圖1C係圖解說明一電力管理裝置(例如，圖1A中所展示之電力管理裝置)之另一實例性電流-電壓(I-V)特性之一曲線圖。如圖1C中所展示，穿過電力管理裝置之電流隨著跨越電力管理裝置之電壓增加而增加。大約在電壓V2及電流C2下，電力管理裝置飽和且穿過電力管理裝置之電流隨著超出電壓V2增加之電壓而稍微增加。

圖1D係圖解說明一電力管理裝置(例如，圖1A中所展示之電力管理裝置)之又一實例性電流-電壓(I-V)特性之一曲 線圖。如圖1D中所展示，穿過電力管理裝置之電流隨著跨越電力管理裝置之電壓增加而增加。大約在電壓V3及電流C3下，電力管理裝置飽和(例如，達到峰值)且接著穿過電力管理裝置之電流隨著超出電壓V3之增加之電壓而減小。在某些實施例中，圖1D中所展示之電力管理裝置之I-V特性可與一砷化鎵(GaAs)半導體相關聯。展現可用於一電力管理裝置中之類似性質(例如，飽和半導體性質)之其他材料(例如，半導體材料)包括AlxGa1-xAs、GaxIn1-xAs、GaN+zinc、GaN、InP、Ge及等等。展現可用於一電力管理裝置中之性質之其他類型之材料包括(舉例而言)SiC、Si、3C-SiC及等等。

返回參照圖1A，當電力管理裝置120具有類似於圖1B中所展示之電流電壓特性之一電流電壓特性時，電力管理裝置120可限制穿過輸出分流裝置130之電流且觸發輸入分流裝置110以主動地提供電力保護，甚至在輸入分流裝置110之觸發電壓高於輸出分流裝置130之一觸發電壓之實施例中。舉例而言，當電力管理裝置120正(回應於一ESD事件)在圖1B中所展示之飽和區中操作時，穿過下游輸出分流裝置130之電流將至少限制至(或大約限制至)電流C1。此外，當電力管理裝置120正在圖1B中所展示之飽和區中操作時，跨越電力管理裝置120之電壓可致使跨越輸入分流裝置110之電壓增加，直至超過輸入分流裝置110觸發電壓，其中穿過電力管理裝置120之電流存在一相對小之增加(來自一ESD事件)。

在某些實施例中，一或多個電抗組件可包括於輸入電力保護裝置100中以抵消(例如，消除)與輸入電力保護裝置100之一或多個組件相關聯之一或多個寄生效應之影響。舉例而言，一電感組件可與電力管理裝置120串聯耦合以抵消分流裝置110、130中之一或多者之一電容性組件之不期望效應(例如，信號降級、信號雜訊)。結合圖9論述與包括於一輸入電力保護裝置中之電抗組件相關之更多細節。

在某些實施例中，當輸入分流裝置110被啟動時，輸入分流裝置110可經組態以為電力管理裝置120提供電力保護。換言之，輸入分流裝置110可經組態以自電力管理裝置120分流電力。在某些實施例中，輸入分流裝置110可經組態以使得輸入分流裝置110在電力管理裝置120受到損壞及/或失效之前被啟動。具體而言，輸入分流裝置110可經組態以使得輸入分流裝置110在達到電力管理裝置120之一臨限破壞電壓(在一指定時間週期上)及/或一臨限破壞電流位準(在一指定時間週期上)之前啟動。

儘管圖1A中未展示，但在某些實施例中，一個以上輸入分流裝置可包括於輸入電力保護裝置100中在電力管理裝置120之輸入側上。類似地，在某些實施例中，一個以上輸出分流裝置可包括於輸入電力保護裝置100中在電力管理裝置120之輸出側上。此外，輸入分流裝置110及/或電力管理裝置120可包括於輸入電力保護裝置100之內部部分20中。在此等例項中，輸入電力保護裝置100可不具有一外部部分10。類似地，輸出分流裝置130可包括於輸入電 力保護裝置100之外部部分10中。在此等例項中，輸入電力保護裝置100可不具有一內部部分20。

如圖1A中所展示，輸入電力保護裝置100、電源150及負載140可包括於(例如，整合至)一計算裝置(未展示)中。在某些實施例中，計算裝置10可為(舉例而言)一電腦、一個人數位助理(PDA)、一記憶體組件(例如，一硬碟機)、一主機電腦、一電子量測裝置、一資料分析裝置、一蜂巢式電話、一電子裝置及/或等等。

在某些實施例中，電源150可為任何類型之電源，例如，舉例而言，一切換模式電力供應源、一直流電(DC)電力供應源、一交流電(AC)電力供應源及/或等等。在某些實施例中，電源150可包括一電源，該電源可係任何類型之電源，例如，舉例而言，一直流電(DC)電源，例如一蓄電池、一燃料電池及/或等等。

在某些實施例中，電源150可係經組態以發射一或多個信號(例如，資料信號)之一信號源，例如一發射器。在某些實施例中，電源150可經由一線或以無線方式耦合至輸入電力保護裝置100。在此等實施例中，輸入電力保護裝置100之一或多個部分可包括於經組態以自電源150接收一或多個信號之一收發器中。

圖2係圖解說明在一輸入電力保護裝置200中包括一電力管理裝置220之一圖式。如圖2中所展示，電力管理裝置220串聯耦合於一輸入齊納二極體210與一輸出齊納二極體230之間。輸入齊納二極體210耦合至輸入電力保護裝置 200之一輸入端子202，輸入端子202可經組態以耦合至一電源(未展示)。輸出齊納二極體230耦合至輸入電力保護裝置200之一輸出端子204，輸出端子204可經組態以耦合至一負載(未展示)。在此實施例中，輸入齊納二極體210、電力管理裝置220及輸出齊納二極體230共同地充當輸入電力保護裝置200。輸入齊納二極體210及輸出齊納二極體230充當經組態以將能量分流至一接地節點(例如，一接地端子)之分流裝置。

如圖2中所展示，電力管理裝置220及輸入齊納二極體210包括於輸入電力保護裝置200之一外部部分中，且輸出齊納二極體230包括於輸入電力保護裝置200之一內部部分中。在某些實施例中，輸入齊納二極體210與輸出齊納二極體230可具有不同之觸發電壓。因此，電力管理裝置220可經組態以管理由輸入齊納二極體210及輸出齊納二極體230提供之電力保護。

在某些實施例中，齊納二極體210、230可各自包括包括一PN接面之至少一部分(或與PN接面之至少一部分相關聯)之一矽基板。在某些實施例中，PN接面可(舉例而言)藉由使用離子植入、摻雜劑之擴散、磊晶生長及/或等等進行摻雜而在半導體之一單個晶體或多個晶體中產生。儘管在一齊納二極體之背景下論述此實施例及本文所闡述之實施例中之諸多實施例，但任何類型之分流裝置(例如，過電壓保護部分)可與齊納二極體一起使用或替代齊納二極體來使用。舉例而言，在某些實施例中，輸入電力保護裝置 200之齊納二極體210、230中之每一者可為任何類型之TVS裝置。

圖3係圖解說明在一輸入電力保護裝置300中包括另一電力管理裝置320之一圖式。如圖3中所展示，電力管理裝置320串聯耦合於一輸入齊納二極體310與一輸出齊納二極體330之間。輸入齊納二極體310耦合至輸入電力保護裝置300之一輸入端子302，輸入端302可經組態以耦合至一電源(未展示)。輸出齊納二極體330耦合至輸入電力保護裝置300之一輸出端子304，輸出端子304可經組態以耦合至一負載(未展示)。在此實施例中，輸入齊納二極體310、電力管理裝置320及輸出齊納二極體330共同地充當輸入電力保護裝置300。輸入齊納二極體310及輸出齊納二極體330充當經組態以將能量分流至一接地節點(例如，一接地端子)之分流裝置。

如圖3中所展示，電力管理裝置320及輸出齊納二極體330包括於輸入電力保護裝置300之一內部部分中，且輸入齊納二極體310包括於輸入電力保護裝置300之一外部部分中。在某些實施例中，輸入齊納二極體310與輸出齊納二極體330可具有不同之觸發電壓。因此，電力管理裝置320可經組態以管理由輸入齊納二極體310及輸出齊納二極體330提供之電力保護。在某些實施例中，電力管理裝置320及輸出齊納二極體330可共同地經組態以使得可針對電力管理裝置320之最大輸出電流最佳化輸出齊納二極體330(當電力管理裝置320正以一飽和狀態操作時)。舉例而 言，輸出齊納二極體330可經組態而具有一相對小之大小、一相對高之觸發電壓以減小電容及/或等等。

圖4A至圖4E係共同圖解說明一輸入電力保護裝置(例如，本文所闡述之輸入電力保護裝置(例如，圖1A中所展示之輸入電力保護裝置100))之曲線圖。儘管結合圖4A至圖4E所闡述之組件之行為被闡述為(舉例而言)在指定電壓、電流下及/或在指定時間進行轉變，但當經實施(例如，使用半導體裝置實施)時，該等組件之轉變可稍微在該等指定電壓、電流及/或指定時間之前發生或稍微在該等指定電壓、電流及/或指定時間之後發生。具體而言，觸發電壓之變化、熱傳導性、處理變化、溫度變化、上游電阻、裝置之切換時間、電路轉變延遲及/或等等可導致可稍微在4A至圖4E中所展示之電壓、電流及/或時間之前或稍微在4A至圖4E中所展示之電壓、電流及/或時間之後觸發組件之轉變之條件(例如，非理想條件)。如圖4B至圖4E中所展示，時間正在向右邊增加。在某些實施例中，與圖4B至圖4E相關聯之事件序列可在相對短之時間週期期間(例如，在幾毫微秒內)發生。

圖4A係圖解說明安置於一輸入分流裝置與一輸出分流裝置之間的一電力管理裝置之一電流-電壓(I-V)特性之一曲線圖。該電力管理裝置可與圖1A中所展示之電力管理裝置120對應，且輸入及輸出分流裝置可分別與圖1A中所展示之輸入分流裝置110及輸出分流裝置130對應。圖4B至圖4D係圖解說明電力管理裝置、輸入分流裝置及輸出分流裝 置回應於一上升之能量脈衝之行為之曲線圖。

具體而言，圖4B係圖解說明輸入分流裝置之行為之一曲線圖，圖4C係圖解說明輸出分流裝置之行為之一曲線圖，且圖4D係圖解說明電力管理裝置之行為之一曲線圖。跨越輸入分流裝置之一電壓410(其用一實線來表示)及穿過輸入分流裝置之一電流412(其用一虛線來表示)展示於圖4B中。類似地，跨越輸出分流裝置之一電壓420(其用一實線來表示)及穿過輸出分流裝置之一電流422(其用一虛線來表示)展示於圖4C中。在此實施例中，輸出分流裝置具有低於輸入分流裝置之一觸發電壓VZ2之一觸發電壓VZ1。穿過電力管理裝置之一電流430圖解說明於圖4D中。在此實施例中，圖4B至圖4D中之曲線假設無接地負載電阻。換言之，此等曲線假設電壓不產生電流，直至啟動(例如，啟動)分流裝置。圖4E係圖解說明一能量脈衝之一實例之一曲線圖。

如圖解說明電力管理裝置之I-V特性之圖4A中所展示，穿過電力管理裝置之電流隨著跨越電力管理裝置之電壓增加而線性地增加。大約在飽和點SP(其在一指定電流及電壓下發生)處，電力管理裝置飽和且穿過電力管理裝置之電流隨著超出飽和點SP增加之電壓而大約恆定。當電力管理裝置正超出飽和點SP操作時，電力管理裝置可謂在一飽和區中操作，且當電力管理裝置正在飽和點之前操作時，電力管理裝置可謂在一非飽和區中操作。

跨越輸入分流裝置之電壓410(展示於圖4B中)及跨越輸 出分流裝置之電壓420(展示於圖4C中)回應於在時間T1處開始之能量脈衝而增加。在某些實施例中，跨越輸入分流裝置之電壓410與跨越輸出分流裝置之電壓420可跨越電力管理裝置相差一電壓降。在此實施例中，未展示跨越電力管理裝置之電壓。跨越輸入分流裝置之電壓410及跨越輸出分流裝置之電壓420增加，直至大約在時間T2處超過輸出分流裝置之觸發電壓VZ1。

如圖4C中所展示，在時間T2處，跨越輸出分流裝置之電壓420被限制至(例如，大約限制至、箝位至)輸出分流裝置之觸發電壓VZ1。由於跨越輸出分流裝置之電壓420被限制至觸發電壓VZ1，因此跨越輸入分流裝置之電壓410亦在時間T2處開始受限制，如圖4B中所展示。換言之，對跨越輸出分流裝置之電壓420之箝位導致對跨越輸入分流裝置之電壓410之箝位。跨越輸入分流裝置之電壓410展示為在時間T2與T3之間相對平坦，但在某些實施例中，跨越輸入分流裝置之電壓410在時間T2與T3之間可具有某一斜率(或非線性)，乃因跨越電力管理裝置之電阻隨著穿過電力管理裝置之電流增加而產生相對小之電壓降。此外，如圖4C中所展示，電流422開始流動穿過輸出分流裝置，因為在輸出分流裝置之觸發電壓VZ1下，輸出分流裝置被啟動且開始分流電流。

如圖4D中所展示，回應於輸出分流裝置大約在時間T2處開始分流電流，在時間T2處開始經由電力管理裝置汲取(例如，穿過電力管理裝置產生)電流430。在某些實施例 中，穿過電力管理裝置之電流可謂藉由(或回應於)觸發輸出分流裝置而汲取。假設無負載，穿過電力管理裝置之電流430與穿過輸出分流裝置之電流(展示於圖4C中)相同。在某些實施例中，若一負載耦合至輸入電力保護裝置，則穿過電力管理裝置之電流430之至少一部分可係經由輸出分流裝置分流且電流430之另一部分可係提供至該負載。

如圖4D中所展示，大約在時間T3處，電力管理裝置飽和且穿過電力管理裝置之電流430被限制至(例如，大約限制至)一飽和電流。電力管理裝置在沿圖4A中所展示之I-V曲線之飽和點SP處飽和。由於穿過電力管理裝置之電流被限制至飽和電流，因此穿過輸出分流裝置之電流422亦在時間T3處開始受限制(如圖4C中所展示)。因此，穿過輸出分流裝置之電流422受圖4D中所展示之穿過已飽和電力管理裝置之電流430限制。

如圖4B中所展示，跨越輸入分流裝置之電壓410回應於電力管理裝置達到飽和點SP而大約在時間T3處開始增加。跨越輸入分流裝置之電壓410隨著跨越電力管理裝置之電壓回應於穩態上升之能量脈衝增加而增加。具體而言，電力管理裝置之電壓根據圖4A中所展示之I-V曲線繼續增加，即使穿過電力管理裝置之電流已飽和。跨越電力管理裝置之電壓之增加導致輸入分流裝置之上升電壓410在時間T3處開始。

跨越輸入分流裝置之電壓410增加，直至在時間T4處，達到輸入分流裝置之觸發電壓VZ2，於是輸入分流裝置被 啟動且開始分流電流。具體而言，在彼時間T4處，跨越輸入分流裝置之電壓410被箝位於觸發電壓VZ2處，且電流412由於輸出分流裝置在觸發電壓VZ2下被啟動而開始流動穿過輸出分流裝置。因此，輸入分流裝置經組態以回應於跨越電力管理裝置之一電壓(未展示)與跨越輸出分流裝置之電壓420之一組合超過輸入分流裝置之觸發電壓VZ2而開始分流電流412。

在某些實施例中，穿過輸入分流裝置之電流412最初可小於穿過輸出分流裝置之電流422，但可增加，直至電流412大於穿過輸出分流裝置之電流422。在某些實施例中，穿過輸入分流裝置之電流412可固定為等於穿過輸出分流裝置之電流422之一位準或保持為低於穿過輸出分流裝置之電流422之一位準，且/或穿過輸入分流裝置之電流412可波動。在某些實施例中，電流412及電流422可為進入至輸入電力保護裝置中之一電流之部分(即，一第一部分及一第二部分)。

圖4E係根據一實施例圖解說明一能量脈衝之一曲線圖。在某些實施例中，該能量脈衝可為穿過一接地電阻器之一上升電壓。

圖5係圖解說明在又一輸入電力保護裝置500中包括一電力管理裝置520之一圖式。如圖5中所展示，電力管理裝置520串聯耦合於一輸出齊納二極體530與一輸入齊納二極體540之間。一輸入齊納二極體510並聯耦合至輸入齊納二極體540。在此實施例中，輸入齊納二極體510耦合至輸入電 力保護裝置500之一輸入端子502，輸入電力保護裝置500可經組態以耦合至一電源(未展示)。輸出齊納二極體530耦合至輸入電力保護裝置500之一輸出端子504，輸入電力保護裝置500可經組態以耦合至一負載(未展示)。在此實施例中，輸入齊納二極體510、電力管理裝置520及輸出齊納二極體530共同地充當輸入電力保護裝置500。輸入齊納二極體510及輸出齊納二極體530充當經組態以將能量分流至一接地節點(例如，一接地端子)之分流裝置。如圖5中所展示，電力管理裝置520、輸出齊納二極體530及輸入齊納二極體540包括於輸入電力保護裝置500之一內部部分中，且輸入齊納二極體510包括於輸入電力保護裝置500之一外部部分中。

在此實施例中，輸入齊納二極體540可經組態而具有高於輸入齊納二極體510之一觸發電壓且高於輸出齊納二極體530之一觸發電壓之一觸發電壓。輸入齊納二極體540可經組態而具有高於輸入齊納二極體510及輸出齊納二極體530兩者之一觸發電壓，以使得輸入齊納二極體540可僅回應於一相對大(例如，高電壓、高電流)之能量脈衝(與可啟動輸入齊納二極體510及/或輸入齊納二極體540之一能量脈衝相比)而啟動。

在某些實施例中，輸入齊納二極體540可經組態以在(舉例而言)將一電路板安裝於一計算裝置中及將輸入電力保護裝置500之內部部分耦合至輸入電力保護裝置500之外部部分之前在一故障事件中啟動。換言之，輸入齊納二極體 540可有可能被啟動直至輸入電力保護裝置500之內部部分耦合至(例如，在一製造、安裝及/或組裝過程期間耦合至)輸入電力保護裝置500之外部部分。因此，輸入齊納二極體540可經組態以充當一暫時輸入電力保護裝置直至輸入電力保護裝置500之內部部分耦合至輸入電力保護裝置500之外部部分(例如，在輸入電力保護裝置500之內部部分耦合至輸入電力保護裝置500之外部部分之前充當暫時輸入電力保護裝置之前)。在此等實施例中，輸入齊納二極體540可具有高於輸入齊納二極體510之一觸發電壓且高於輸出齊納二極體530之一觸發電壓之一觸發電壓。在某些實施例中，輸入齊納二極體540可稱作一暫時齊納二極體(或暫時分流裝置)。在某些實施例中，任何類型之主動分流裝置及/或一SCR裝置可結合或取代輸入齊納二極體540使用。

在輸入電力保護裝置500之內部部分耦合至輸入電力保護裝置500之外部部分之後，輸入齊納二極體510及輸出齊納二極體530(其具有相對低之觸發電壓)將在輸入齊納二極體540(其具有一相對高之觸發電壓)之前被啟動。因此，在將內部部分耦合至外部部分之後，輸入齊納二極體540可能不具有被啟動之機會(乃因輸入齊納二極體510將在啟動輸入齊納二極體540之前被啟動)。在某些實施例中，若在將外部部分耦合至內部部分之前無由輸入齊納二極體540提供之此暫時保護，則ESD脈衝可被限制至飽和電流及電力管理裝置520之擊穿電壓(假設ESD脈衝電流超過電力管 理裝置520之飽和點)，且超過此等位準可損壞電力管理裝置520(在缺少輸入齊納二極體540之情形下)。

在某些實施例中，輸入齊納二極體540可經組態而具有相對高之一觸發電壓及一相對低之電容，以使得輸入齊納二極體540可傳遞將被電力保護裝置500吸收之相對小之一能量脈衝(例如，ESD脈衝)。換言之，輸入齊納二極體540可經組態而具有相對高之一觸發電壓及相對低之一電容，以使得僅相對大之能量脈衝會觸發(例如，觸發分流)輸入齊納二極體540。在某些實施例中，輸入齊納二極體540可經組態而具有相對高之一觸發電壓及相對低之一電容，以使得輸入齊納二極體540將傳遞相對小之能量脈衝直至輸入齊納二極體540(其與內部部分相關聯)耦合至輸入齊納二極體510(其與外部部分相關聯)。在輸入齊納二極體540耦合至輸入齊納二極體510之後，輸入齊納二極體510可提供支配輸入齊納二極體540之電力保護(例如，在輸入齊納二極體540之前被啟動)。在某些實施例中，圖5中所展示之組態可允許具有比原本可能之情形低之電容之一板上設計。

儘管圖5中未展示，但在某些實施例中，輸入齊納二極體540可替代地為組態為繞過電力管理裝置520之一分流裝置。換言之，在某些實施例中，不包括一接地分流器(即，輸入齊納二極體540)，而是輸入電力保護裝置500之內部部分可包括繞過電力管理裝置520之一分流裝置。

儘管圖5中未展示，但在某些實施例中，一額外電力管 理裝置(除電力管理裝置520外)可安置於齊納二極體510與齊納二極體540之間。在此等實施例中，額外電力管理裝置可經組態以在齊納二極體540具有低於齊納二極體510之一觸發電壓之一觸發電壓之情景中觸發經由齊納二極體510對電力之分流。在此等實施例中，額外齊納二極體可包括於外部部分或內部部分中。

圖6係圖解說明根據一實施例之一電力管理裝置620之一圖式。如圖6中所展示，電力管理裝置620包括一非線性元件622、一輸入端子623及一輸出端子624。在某些實施例中，非線性元件622可包括使用一或多種半導體處理技術產生之一或多個半導體部分。在某些實施例中，非線性元件622可包括一或多個電晶體(或其部分)、一或多個邏輯部分及/或等等。在某些實施例中，電力管理裝置620可為一單電晶體裝置。在某些實施例中，非線性元件622可係或可包括一砷化鎵(GaAs)半導體(及/或其他類型之半導體材料)之一部分，且/或可包括(舉例而言)由一GaAs半導體(及/或其他類型之半導體材料)製作之一電晶體裝置。在某些實施例中，耦合至輸入端子623之一分流裝置(例如，一齊納二極體)可稱作一輸入分流裝置，且耦合至輸出端子624之一分流裝置(例如，一齊納二極體)可稱作一輸出分流裝置。在某些實施例中，非線性元件622可係具有非線性傳導性質之一被動元件。在某些實施例中，其他元件(例如，電感器、電容器、電阻器等)可整合至具有非線性元件622之電力管理裝置620中或整合至非線性元件622中。 在某些實施例中，其他元件(例如，輸入分流裝置、輸出分流裝置)可與電力管理裝置620一起整合至一輸入電力保護裝置中(作為一單獨(或單個)離散組件)。

圖7係圖解說明包括一接面場效應電晶體(JFET)裝置720作為一電力管理裝置之一輸入電力保護裝置700之一圖式。如圖7中所展示，JFET裝置720串聯耦合於一分流裝置710與一分流裝置730之間。在某些實施例中，JFET裝置720之閘極可連結至JFET裝置720之源極。JFET裝置720可具有類似於(舉例而言)圖1B中所展示之I-V特性之一I-V特性。在此實施例中，分流裝置710耦合至輸入電力保護裝置700之一輸入端子702，輸入端子702可經組態以耦合至一電源(未展示)。分流裝置730耦合至輸入電力保護裝置700之一輸出端子704，輸出端子704可經組態以耦合至一負載(未展示)。在此實施例中，分流裝置710、JFET裝置720及分流裝置730共同充當輸入電力保護裝置700。分流裝置710及分流裝置730充當經組態以將能量分流至一接地節點(例如，一接地端子)之分流裝置。在某些實施例中，JFET裝置720及/或分流裝置730可包括於輸入電力保護裝置700之一內部部分中，且分流裝置710可包括於輸入電力保護裝置700之一外部部分中。

儘管圖7係藉助一JFET裝置720來圖解說明，但可結合或取代JFET裝置720使用任何類型之飽和裝置(例如，電流飽和裝置)。在某些實施例中，JFET裝置720可係具有經修改特徵同時維持電流飽和特性之一類JFET裝置。舉例而言， 可替代JFET裝置720使用經組態而飽和之一個二極體連接式電晶體裝置。在某些實施例中，一雙極電晶體結構、一矽渠溝場效應電晶體、該等裝置之結構變化形式及/或等等可經組態而用作輸入電力保護裝置700內之一電力管理裝置。

圖8係圖解說明在經組態以提供輸入電力保護之一輸入電力保護裝置800中包括多個電力管理裝置之一圖式。如圖8中所展示，輸入電力保護裝置800包括電力管理裝置Q1至Q3、輸入分流裝置810至814、一輸出分流裝置830至834。在此實施例中，輸入電力保護裝置800包括輸入端子802至804，且包括輸出端子805至807。輸出分流裝置830至834各自耦合至一接地(例如，一接地節點)且經組態以分流至接地。相比之下，分流裝置810至814串聯耦合，以使得電力經由分流裝置814分流至接地。如圖8中所展示，輸入分流裝置810及812稱為非接地節點。可藉由此類型之架構達成各種優點，包括大小減小。

在圖8中所展示之架構中，與進入至輸入端子802至804中之任一者中之一能量脈衝(例如，一ESD脈衝)相關聯之能量可經由多個分流裝置耗散。因此，來自該能量脈衝之對輸入端子802至804中之每一者之能量應力可有可能減小。與該能量脈衝相關聯之總電壓及電流量值可相應地下降。圖8中所展示之輸入電力保護裝置800之架構可導致分流裝置810至814及分流裝置830至834中之每一者之大小(例如，面積、電力處置容量)減小而不累及輸入電力保護 裝置800之總電力處置能力。此又可輔助減小線至線及線至接地寄生電容、裝置大小要求及/或洩漏電流。

作為一特定實例，可在輸入端子802至804中之任一者上接收與一12 A之一能量脈衝相關聯之能量。若輸出分流裝置805至807中之每一者經組態以自12 A之能量脈衝分流2 A之電流，則輸入分流裝置810將分流10 A之電流(因為2 A將由輸出分流裝置830分流)，輸入分流裝置812將分流8 A之電流(因為總共4 A將由輸出分流裝置830、832分流)，且輸入分流裝置814將分流6 A(因為總共6 A將由輸出分流裝置830至834分流)。此實例圖解說明無一分流裝置(輸入或輸出)需要處置與該能量脈衝相關聯之全電流12 A。此實例亦圖解說明彼能量脈衝遍佈輸入電力保護裝置800內之所有裝置分佈。在某些實施例中，分流裝置814可經定大小而小於分流裝置812，且分流裝置812可經定大小而小於分流裝置810。在某些實施例中，輸出分流裝置830至834可經定大小而小於所有輸入分流裝置810至814。

圖9係圖解說明在一輸入電力保護裝置900中包括一調諧電感922之一圖式。具體而言，調諧電感922係一串聯電感。如圖9中所展示，一輸入分流裝置910中固有之一去諧電容912係用一虛線來展示且建模為一電容器，且一輸出分流裝置930中固有之一去諧電容932亦用一虛線來展示且建模為一電容器。

在此實施例中，在輸入電力保護裝置900中包括(例如，整合)調諧電感922來抵消來自去諧電容912及/或去諧電容 932之效應(例如，不期望之線阻抗、由電容導致之信號失真)，去諧電容912及去諧電容932分別係固有於輸入分流裝置910及輸出分流裝置930中。調諧電感922可整合至電力管理裝置920或其一部分(例如，電力管理裝置920之一非線性元件)(作為一單獨(例如，單個)離散組件)中。在某些實施例中，輸入電力保護裝置900(包括調諧電感922)可整合為一單獨之離散組件。在某些實施例中，調諧電感922可係(舉例而言)電力管理裝置920(或其部分)之至少一部分之材料性質之部分。

在某些實施例中，調諧電感922可係電力管理裝置920之物理裝置構造(包括用於進行內部連接之相對長之線接合件)之部分、物理裝置實施方案之部分及等等。在某些實施例中，舉例而言，輸入電力保護裝置900或其一部分(例如，電力管理裝置920、非線性元件)之安裝可經組態以使得穿過輸入電力保護裝置900之一信號可遠離輸入電力保護裝置900(或其部分)以下之一接地平面物理升高，以產生(例如，形成)一電抗電感(由調諧電感922表示)。

直列式(例如，串聯耦合)調諧電感922可經組態以為去諧電容912、932提供補償電抗。在具有補償之情形下，包括於輸入電力保護裝置900中之分流裝置(即，分流裝置910、930)可具有比在無調諧電感922之情形下原本可能之更高電容(且可為更大電力吸收裝置)。在某些實施例中，調諧電感922可包括於輸入電力保護裝置中，使得去諧電容912、932之影響可低於一臨限(例如，一臨限線阻抗 值)。換言之，調諧電感922可包括於輸入電力保護裝置900中以改良可與穿過輸入電力保護裝置900之一輸入信號相關聯之一般線信號完整性(例如，減小信號衰減)。在某些實施例中，多個調諧電感可包括於輸入電力保護裝置900中(耦合至電力管理裝置920之輸入或輸出)。

儘管調諧電感922在此實施例中為一串聯電感，但一不同類型之電抗組件(例如，一電容)可耦合於電力管理裝置920與接地之間，以補償(舉例而言)電力管理裝置920內、一閉合連接器或其他裝置中之寄生電感(其可以一不期望之方式影響信號完整性)。在某些實施例中，例如調諧電感922等一電抗組件可包括於輸入電力保護裝置900中以補償與一或多個連接器(其與輸入電力保護裝置900、輸入電力保護裝置900之一封裝、輸入電力保護裝置900外部之一或多個組件(例如，一負載)及/或等等相關聯)相關聯之電抗(例如，由固有電容或電感引入之電抗)。

在某些實施例中，圖9(及以上其他各圖)中所展示之輸入電力保護裝置組態(其包括一電力管理裝置)可賦能設計提供與一單獨分流裝置大約相同之電力保護及信號完整性位準(或更高位準)之一相對低成本輸入電力保護裝置。此可藉由具有比將包括於單獨分流裝置中低之效能之分流裝置(例如，具有相對高之電容及/或相對高之觸發電壓之分流裝置)來達成(此將為唯一之解決方案)。

圖10係圖解說明用於操作一電力管理裝置之一方法之一流程圖。如圖10中所展示，在一非線性電力管理裝置處接 收一電流(方塊1010)。在某些實施例中，該電流可與一能量脈衝相關聯。該非線性電力管理裝置可為包括於本文所闡述之實施例中之任一者中之一非線性電力管理裝置。舉例而言，該非線性電力管理裝置可係結合圖1A所闡述之電力管理裝置120。在某些實施例中，該非線性電力管理裝置可係一內部或一外部非線性電力管理裝置。

該電流之至少一第一部分回應於跨越一第一分流裝置之一電壓超過該第一分流裝置之一觸發電壓而經由該第一分流裝置分流(方塊1020)，該第一分流裝置可操作地耦合至非線性電力管理裝置。在某些實施例中，該電流之該第一部分可穿過該非線性電力管理裝置傳遞。在某些實施例中，該第一分流裝置可係(舉例而言)一齊納二極體。在某些實施例中，該第一分流裝置之觸發電壓可係一擊穿電壓。在某些實施例中，該第一分流裝置可係一內部分流裝置。在某些實施例中，該第一分流裝置可連接至該非線性電力管理裝置之一輸出端子。

回應於該電流之一第二部分而將該非線性電力管理裝置改變為一飽和模式(方塊1030)。在某些實施例中，非線性電力管理裝置可係一個二極體連接式電晶體。在某些實施例中，當處於飽和模式中時，非線性電力管理裝置可經組態以傳遞隨著跨越該非線性電力管理裝置之電壓之相對大之改變而僅稍微增加之一電流。在某些實施例中，該非線性電力管理裝置可經組態以自一非飽和模式改變為飽和模式。當處於非飽和模式中時，在某些實施例中，非線性電 力管理裝置可經組態以具有相對低之一電阻以在實質上減小對穿過該非線性電力管理裝置之一信號之一影響。在某些實施例中，當處於該非飽和模式時，該非線性電力管理裝置可具有一線性或一非線性電流對電壓特性。

當處於飽和模式時，非線性電力管理裝置之一輸入端子處之一電壓增加，直至該電壓超過大於該第一分流裝置之觸發電壓之一第二分流裝置之一觸發電壓(方塊1040)。在某些實施例中，該第二分流裝置可係(舉例而言)一齊納二極體，且該第二分流裝置之觸發電壓可係一擊穿電壓。在某些實施例中，該第二分流裝置可係一外部分流裝置或可係一內部分流裝置。在某些實施例中，該第二分流裝置可耦合至非線性電力管理裝置之一輸入端子。在某些實施例中，非線性電力管理裝置可串聯耦合於第一分流裝置與第二分流裝置之間。

在某些實施例中，輸入電力保護裝置之操作可總結為如下：(1)與一能量脈衝相關聯之電流可接通(例如，啟動、觸發分流)耦合至一電力管理裝置之一輸出之一輸出分流裝置；(2)該電力管理裝置之電阻可產生該輸出分流裝置與耦合至該電力管理裝置之一輸入之一輸入分流裝置之間的一電壓差量；(3)跨越該電力管理裝置之電壓差量可允許(或觸發)該輸入分流裝置接通(例如，啟動、觸發分流)；及(4)該輸入分流裝置及該輸出分流裝置可共同管理與該能量脈衝相關聯之電力。

本文所闡述之各種技術之實施方案實施於數位電子電路 中或實施於電腦硬體、韌體、軟體或其組合中。方法之部分可由專用邏輯電路(例如，一FPGA(現場可程式化閘陣列或一ASIC(特殊應用積體電路))執行，且一設備(例如，輸入電力保護裝置、電力管理裝置)可實施於專用邏輯電路(例如，一FPGA(現場可程式化閘陣列或一ASIC(特殊應用積體電路))內。

某些實施方案可係使用各種半導體處理及/或封裝技術來實施。某些實施例可係使用與半導體基板(包括但不限於(舉例而言)矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、碳化矽(SiC)及/或等等)相關聯之各種類型之半導體處理技術來實施。

雖然已如本文所闡述圖解說明瞭所闡述實施方案之某些特徵，但熟習此項技術者現在將能想出諸多修改、替代、改變及等效形式。因此，應理解，所附申請專利範圍意欲涵蓋歸屬於該等實施例之範疇內之所有此等修改及改變。應理解，已僅藉由實例而非限制方式呈現該等實施例，且可做出形式及細節之各種改變。本文所闡述之設備及/或方法之任一部分可以任一組合形式來組合，除互斥之組合外。本文所闡述之實施例可包括所闡述之不同實施例之功能、組件及/或特徵之各種組合及/或子組合。

10‧‧‧外部部分

20‧‧‧內部部分

100‧‧‧輸入電力保護裝置

110‧‧‧輸入分流裝置

120‧‧‧電力管理裝置

130‧‧‧輸出分流裝置

140‧‧‧負載

150‧‧‧電源

200‧‧‧輸入電力保護裝置

202‧‧‧輸入端子

204‧‧‧輸出端子

210‧‧‧輸入齊納二極體

220‧‧‧電力管理裝置

230‧‧‧輸出齊納二極體

300‧‧‧輸入電力保護裝置

302‧‧‧輸入端子

304‧‧‧輸出端子

310‧‧‧輸入齊納二極體

320‧‧‧電力管理裝置

330‧‧‧輸出齊納二極體

500‧‧‧輸入電力保護裝置

502‧‧‧輸入端子

504‧‧‧輸出端子

510‧‧‧輸入齊納二極體

520‧‧‧電力管理裝置

530‧‧‧輸出齊納二極體

540‧‧‧輸入齊納二極體

620‧‧‧電力管理裝置

622‧‧‧非線性元件

623‧‧‧輸入端子

624‧‧‧輸出端子

700‧‧‧輸入電力保護裝置

702‧‧‧輸入端子

704‧‧‧輸出端子

710‧‧‧分流裝置

720‧‧‧接面場效應電晶體裝置

730‧‧‧分流裝置

800‧‧‧輸入電力保護裝置

802‧‧‧輸入端子

803‧‧‧輸入端子

804‧‧‧輸入端子

810‧‧‧輸入分流裝置

812‧‧‧輸入分流裝置

814‧‧‧輸入分流裝置

830‧‧‧輸出分流裝置

832‧‧‧輸出分流裝置

834‧‧‧輸出分流裝置

805‧‧‧輸出端子

806‧‧‧輸出端子

807‧‧‧輸出端子

900‧‧‧輸入電力保護裝置

910‧‧‧輸入分流裝置

912‧‧‧去諧電容

920‧‧‧電力管理裝置

922‧‧‧調諧電感

930‧‧‧輸出分流裝置

932‧‧‧去諧電容

Q1‧‧‧電力管理裝置

Q2‧‧‧電力管理裝置

Q3‧‧‧電力管理裝置

圖1A係圖解說明一輸入電力保護裝置之一外部部分及一內部部分之一方塊圖。

圖1B係圖解說明圖1A中所展示之電力管理裝置之一實例性電流-電壓(I-V)特性之一曲線圖。

圖1C係圖解說明一電力管理裝置(例如，圖1A中所展示之電力管理裝置)之另一實例性電流-電壓(I-V)特性之一曲線圖。

圖1D係圖解說明一電力管理裝置(例如，圖1A中所展示之電力管理裝置)之又一實例性電流-電壓(I-V)特性之一曲線圖。

圖2係圖解說明在一輸入電力保護裝置中包括一電力管理裝置之一圖式。

圖3係圖解說明在另一輸入電力保護裝置中包括一電力管理裝置之一圖式。

圖4A係圖解說明安置於一外部分流裝置與一內部分流裝置之間的一電力管理裝置之一電流-電壓(I-V)特性之一曲線圖。

圖4B係圖解說明結合圖4A所論述之外部分流裝置之行為之一曲線圖。

圖4C係圖解說明結合圖4A所論述之內部分流裝置之行為之一曲線圖。

圖4D係圖解說明結合圖4A所論述之電力管理裝置之行為之一曲線圖。

圖4E係圖解說明一能量脈衝之一實例之一曲線圖。

圖5係圖解說明在又一輸入電力保護裝置中包括一電力管理裝置之一圖式。

圖6係圖解說明根據一實施例之一電力管理裝置之一圖式。

圖7係圖解說明包括一接面場效應電晶體(JFET)作為一電力管理裝置之一輸入電力保護裝置之一圖式。

圖8係圖解說明在經組態以提供輸入電力保護之一輸入電力保護裝置中包括多個電力管理裝置之一圖式。

圖9係圖解說明在一輸入電力保護裝置中包括一調諧電感之一圖式。

圖10係圖解說明用於操作一電力管理裝置之一方法之一流程圖。

10‧‧‧外部部分

20‧‧‧內部部分

100‧‧‧輸入電力保護裝置

110‧‧‧輸入分流裝置

120‧‧‧電力管理裝置

130‧‧‧輸出分流裝置

140‧‧‧負載

150‧‧‧電源

Claims (34)

1. 一種非線性輸入保護裝置，其包含：一非線性電力管理裝置，其具有經組態以耦合至一輸出分流裝置之一輸出端子，該輸出分流裝置經組態以回應於跨越該輸出分流裝置之一電壓超過該輸出分流裝置之一觸發電壓而分流能量，該非線性電力管理裝置經組態以回應於與一能量脈衝相關聯之一第一電流穿過該非線性電力管理裝置而改變為一飽和模式，該非線性電力管理裝置具有對該輸出端子短路之一閘極；及一輸入分流裝置，其耦合至該非線性電力管理裝置之一輸入端子且具有高於該輸出分流裝置之該觸發電壓之一觸發電壓，該輸入分流裝置經組態以回應於跨越該非線性電力管理裝置之一電壓降而分流與該能量脈衝相關聯之一第二電流。
2. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該非線性電力管理裝置經組態以自一線性模式改變為該飽和模式，該非線性電力管理裝置在處於該線性模式時具有不同於該非線性電力管理裝置在處於該飽和模式時之一電流-電壓特性之一電流-電壓特性。
3. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該非線性電力管理裝置經組態以在該非線性電力管理裝置處於該飽和模式時致使跨越該輸入分流裝置之一電壓超過該輸入分流裝置之該觸發電壓。
4. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該輸入分流裝 置經組態以分流該第二電流且將跨越該非線性電力管理裝置之該電壓箝位成低於該非線性電力管理裝置之一觸發電壓。
5. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中跨越該輸入分流裝置之一電壓回應於該非線性電力管理裝置而增加至大於該輸出分流裝置之該觸發電壓之一電壓。
6. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該輸入分流裝置具有跨越該輸入分流裝置之一電壓，該電壓實質上被限制為該輸出分流裝置之該觸發電壓直至該非線性電力管理裝置改變為該飽和模式。
7. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該輸入分流裝置係一第一輸入分流裝置，該非線性輸入保護裝置進一步包含：一第二輸入分流裝置，其並聯耦合至該第一輸入分流裝置且具有高於該輸入分流裝置之該觸發電壓之一觸發電壓。
8. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中與該能量脈衝相關聯之該第二電流小於與該能量脈衝相關聯之該第一電流。
9. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該能量脈衝包括一靜電放電事件。
10. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該能量脈衝包括一電感能量瞬變。
11. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該非線性電力 管理裝置與該輸入分流裝置共同提供下游過電壓及過電流保護。
12. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該非線性電力管理裝置與該輸入分流裝置係整合成一單個離散組件。
13. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該非線性電力管理裝置包括串聯耦合於該輸入分流裝置與該輸出分流裝置之間的一飽和電晶體結構。
14. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該非線性電力管理裝置包括一砷化鎵半導體。
15. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該非線性電力管理裝置包括一飽和半導體材料。
16. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該非線性電力管理裝置包括包括一導電聚合物之一飽和材料。
17. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該非線性電力管理裝置係一第一非線性電力管理裝置，該非線性輸入保護裝置進一步包含：一第二非線性電力管理裝置，其經由該輸入分流裝置並聯耦合至該第一非線性電力管理裝置。
18. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其進一步包含：一電抗組件，其與該非線性電力管理裝置串聯耦合且經組態以補償與該輸入分流裝置或該輸出分流裝置中之至少一者相關聯之去諧電容。
19. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其進一步包含：一電抗組件，其與該非線性電力管理裝置串聯耦合， 該電抗組件與該非線性電力管理裝置或該輸入分流裝置中之至少一者一起整合成一單個離散組件。
20. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該輸入分流裝置為接地之第一輸入分流裝置，該非線性輸入保護裝置進一步包含：一第二輸入分流裝置，其耦合至該第一輸入分流裝置，該第二輸入分流裝置稱為一非接地節點。
21. 如請求項1之非線性輸入保護裝置，其中該輸入分流裝置經組態以分流該第二電流且將跨越該非線性電力管理裝置之該電壓箝位成低於該非線性電力管理裝置之一失效電壓。
22. 一種用於非線性輸入保護之方法，其包含：在一非線性電力管理裝置處接收一電流，該電流之至少一第一部分回應於跨越一第一分流裝置之一電壓超過該第一分流裝置之一觸發電壓而經由該非線性電力管理裝置傳遞且經由該第一分流裝置分流，該第一分流裝置可操作地耦合至該非線性電力管理裝置；回應於該電流之一第二部分而將該非線性電力管理裝置改變為一飽和模式，該非線性電力管理裝置具有對一源極短路之一閘極；及在處於該飽和模式時增加該非線性電力管理裝置之一輸入端子處之一電壓，直至該電壓超過一第二分流裝置之一觸發電壓，該第二分流裝置之該觸發電壓大於該第一分流裝置之該觸發電壓。
23. 如請求項22之方法，其中該改變包括自一線性模式改變為該飽和模式，當該非線性電力管理裝置處於該線性模式時，該非線性電力管理裝置之一電流-電壓特性具有不同於當該非線性電力管理裝置處於該飽和模式時該非線性電力管理裝置之一電流-電壓特性之一斜率的一斜率。
24. 如請求項22之方法，其中該第一分流裝置經組態以將跨越該第二分流裝置之一電壓實質上限制為該第一分流裝置之該觸發電壓，直至該非線性電力管理裝置至該飽和模式之該改變。
25. 如請求項22之方法，其中回應於該非線性電力管理裝置至該飽和模式之該改變而觸發該非線性電力管理裝置之該輸入端子處之該電壓之該增加。
26. 如請求項22之方法，其中該電流之該第二部分在該增加期間實質上保持為一恆定電流位準。
27. 如請求項22之方法，其中該電流之該第二部分在該增加期間減小。
28. 如請求項22之方法，其中該電流之該第二部分包括於該電流之該第一部分中。
29. 如請求項22之方法，其中由該第一分流裝置產生該電流之該第二部分之至少一部分。
30. 一種非線性輸入保護裝置，其包含：一輸入端子，其經組態以耦合至一輸入分流裝置；一輸出端子，其經組態以耦合至一輸出分流裝置；及一非線性元件，其安置於該輸入端子與該輸出端子之 間，該非線性元件具有一非線性電流-電壓行為，該非線性元件經組態以回應於由該輸出分流裝置經由該非線性元件汲取之一電流而觸發該輸入分流裝置改變為一分流狀態，該非線性元件具有對該輸出端子短路之一閘極。
31. 如請求項30之非線性輸入保護裝置，其進一步包含：一電抗組件，其與該非線性元件串聯耦合且經組態以補償與該輸入分流裝置或該輸出分流裝置中之至少一者相關聯之去諧電容。
32. 如請求項30之非線性輸入保護裝置，其中該輸入分流裝置具有高於該輸出分流裝置之一觸發電壓之一觸發電壓，該非線性元件串聯安置於該輸出分流裝置與該輸入分流裝置之間。
33. 如請求項30之非線性輸入保護裝置，其中該輸入分流裝置具有低於該輸出分流裝置之一觸發電壓之一觸發電壓，該非線性元件串聯安置於該輸出分流裝置與該輸入分流裝置之間。
34. 如請求項30之非線性輸入保護裝置，其中該輸入端子、該輸出端子及該非線性元件共同界定一非線性電力管理裝置，該非線性元件經組態以在觸發該輸入分流裝置改變為該分流狀態之前改變為一飽和模式，該非線性元件經組態以在該非線性元件處於該飽和模式時實質上限制穿過該輸出分流裝置之一電流。