阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法、电路及电荷泵技术

本发明专利技术实施例公开了一种阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法、电路及电荷泵，该方法包括：将主MOS管的栅极与辅助MOS管的栅极相连；将所述主MOS管的基极与所述辅助MOS管的源极、所述辅助MOS管的基极相连；将所述主MOS管的源极与所述辅助MOS管的漏极相连。本发明专利技术的技术方案不仅可以彻底阻挡MOS管的寄生二极管导通，而且成本低，适宜推广应用。

Method, circuit and charge pump for blocking parasitic diode of MOS transistor

【技术实现步骤摘要】
阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法、电路及电荷泵
本专利技术实施例涉及电子电路领域，尤其涉及一种阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法、电路及电荷泵。
技术介绍
在当代的电子系统中，大部分集成电路的芯片都是基于场效应晶体管(MOSFET)的设计，其中，MOSFET(金属氧化物-半导体-场效晶体管)是MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor的简称，以下简称MOS管。MOS管按导电沟道可分为P型沟道和N型沟道，无论哪个类型，都有栅极，源极，漏极和基极这4个电极，如图1a和图1b所示。在基极与源极，以及基极与漏极之间存在寄生的二极管。对于P型MOS管(即P型沟道MOS管)，基极是二极管的阴极，源极和漏极是二极管的阳极。对于N型MOS管(即N型沟道MOS管)，基极是二极管的阳极，源极和漏极是二极管的阴极。在实际应用中，4个电极都会连接到相应的电位。基极的电位选择通常需要防止寄生二极管导通。对于N型MOS管，衬底可以连接到最低电位，通常是地。对于P型MOS管，基极可以连接到最高电位，通常是电源。但是，在某些情况下，这样的连接并不可行。例如：电源不是最高电位，P型MOS管的源极或漏极的电压超过电源电压时。或者，N型MOS管的栅极，源极，或者漏极的电位太高时，基极连接到地的话，会超过允许的最大电压，造成MOS管损坏。这种情况下，另一个选择是将基极连接到源极，如图2a至图2d所示，此种连接的效果是短接了源极与基极之间的二极管。需要防止导通的只剩下漏极与基极之间的二极管。对于P型MOS管，需要保持漏极电压始终低于源极和基极电压。对于N型MOS管，需要保持漏极电压始终高于源极和基极电压。然而，在一些特殊电路里，无法满足这个要求，例如：电荷泵电路。电荷泵常用于产生一个高于电源的电位。例如：当N型的功率MOS管连接到电源电位附近时，就需要基于电荷泵的驱动电路进行开启和关断。普通的电荷泵都是在电源电压的基础上翻倍，也就是说输出电压是输入电压的固定倍数，例如：2倍。但是在高压应用里，这个固定倍数的电压有可能过高，从而导致功率MOS管的栅极与源极之间的电压超出安全工作范围而受损。所以电荷泵的输出需要在源极电压的基础上，增加一个固定电压，以保证功率MOS管既可以正常开启又不会损坏。在过压保护的应用中，如图3所示，N型MOS管M1的源极连接到低压的内部电路，漏极连接到需要承受高压的外部电路。电荷泵包含如下部分：I.电容充电电路：工作在输入端和地之间。其负责从输入取得电量并为飞跨电容C1充电。电容C1充好后的电压不高于MOS管M1的栅极和源极之间允许的最大电压。II.电平转换电路：工作在输出端和地之间。其负责调整电容C1的负端的电位。在充电时，负端接近地(0V)。充好电后，负端接近输出端电位，放电给MOS管M1的栅极。III.输出控制电路：工作在MOS管M1的栅极和源极之间。其负责开启和关断为电荷泵提供输出的P型MOS管M2。当电容C1充电时，MOS管M2关断，使得MOS管M1的栅极保持电量。当电容C1放电时，MOS管M2导通，使得电量能够从电容C1转移给MOS管M1的栅极，并不断提高MOS管M1的栅极电压，直至其接近电容C1的充满电压。在这个应用中，当MOS管M1开启后，输出端和输入端电压接近。MOS管M1的栅极电压高于输出端。此时，电荷泵处于正常的工作状态，MOS管M2的寄生二极管D2A不导通。但是在这之前，MOS管M1的栅极电压有可能是0V。因为，内部电路有可能因为电池过放，或者卸载，没有电压。过压保护芯片在输入端接入外部电压之前也不工作。没有电源的情况下，MOS管M1的栅极和源极都为0V。当接入外部电压，过压保护芯片开始工作时，电容充电电路的电压高于电荷泵输出电压，使得寄生二极管D2A导通，分流了本应该给电容C1充电的电流，导致电容C1无法充电。当MOS管的寄生二极管导通，其流经的电流会有一部分泄露到基极。其余的电流有可能会通过输出控制电路泄露到输出端的负载。这是由于MOS管M1的栅极与源极之间的电压很低，输出控制电路不能保证切断栅极与源极之间的导通路径。当没有电流可以给MOS管M1的栅极持续充电时，MOS管M1无法开启。因此，在电荷泵的输出从0V开始慢慢上升到高于输入电压的这个过程中，MOS管M2的寄生二极管不能导通。在任何情况下保证MOS管的寄生二极管不导通，才能保持电路正常工作，传统的解决方案是通过串联两个相同的MOS管来实现。串联时，可以源极与源极相连，或者漏极与漏极相连，使其寄生二极管按照相反方向背靠背连接，如图4a至图4d所示。但是，这样的设计大幅增加了成本。原因是MOS管的源极和漏极之间的电气特性等效于电阻。MOS管的面积越大，等效的电阻值越小，导通时功耗越小。所以需要根据导通时的电流，选择合适的等效电阻，并设计MOS管的面积。当两个相同的MOS管串联后，等效电阻变成两倍大。也就是说，要达到与原来相同的等效电阻，每个MOS管的等效电阻要减半，其面积就要加倍，导致整体的面积就是原来单独一个MOS管的四倍。以上问题亟待解决。
技术实现思路
为解决相关技术问题，本专利技术提供一种阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法、电路及电荷泵，来解决以上
技术介绍
部分提到的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例采用如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供了一种阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法，包括：将主MOS管的栅极与辅助MOS管的栅极相连；将所述主MOS管的基极与所述辅助MOS管的源极、所述辅助MOS管的基极相连；将所述主MOS管的源极与所述辅助MOS管的漏极相连。进一步的，所述主MOS管与所述辅助MOS管均为P型MOS管。进一步的，所述主MOS管与所述辅助MOS管均为N型MOS管。进一步的，所述主MOS管开启阈值电压要小于或者等于所述辅助MOS管的开启阈值电压与寄生二极管的压降之和。第二方面，基于上述实施例提供的阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法，本专利技术实施例还提供了一种阻挡MOS管的寄生二极管导通的电路，该电路包括主MOS管和辅助MOS管；其中，所述主MOS管的栅极与所述辅助MOS管的栅极连接；所述主MOS管的基极与所述辅助MOS管的源极、所述辅助MOS管的基极连接；所述主MOS管的源极与所述辅助MOS管的漏极连接。进一步的，所述主MOS管与所述辅助MOS管均为P型MOS管，其中，所述主MOS管的栅极G1与所述辅助MOS管的栅极G2连接，所述主MOS管的基极B1与所述辅助MOS管的源极S2、所述辅助MOS管的基极B2连接，所述主MOS管的源极S1与所述辅助MOS管的漏极D2连接，所述主MOS管的漏极D1与主MOS管的寄生二极管D1A的阳极连接，所述寄生二极管D1A的阴极与所述主MOS管的二极管D1B的阴极、所述主MOS管的基极B1连接，所述二极管D1B的阳极与所述主MOS管的源极S1连接，所述辅助MOS管的二极管D2A的阳极与辅助MOS管的漏极D2连接，所述二极管D2A的阴极与所述辅助MOS管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法，其特征在于，该方法包括：/n将主MOS管的栅极与辅助MOS管的栅极相连；/n将所述主MOS管的基极与所述辅助MOS管的源极、所述辅助MOS管的基极相连；/n将所述主MOS管的源极与所述辅助MOS管的漏极相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法，其特征在于，该方法包括：
将主MOS管的栅极与辅助MOS管的栅极相连；
将所述主MOS管的基极与所述辅助MOS管的源极、所述辅助MOS管的基极相连；
将所述主MOS管的源极与所述辅助MOS管的漏极相连。


2.根据权利要求1所述的阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法，其特征在于，所述主MOS管与所述辅助MOS管均为P型MOS管。


3.根据权利要求1所述的阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法，其特征在于，所述主MOS管与所述辅助MOS管均为N型MOS管。


4.根据权利要求1至3之一所述的阻挡MOS管的寄生二极管导通的方法，其特征在于，所述主MOS管开启阈值电压要小于或者等于所述辅助MOS管的开启阈值电压与寄生二极管的压降之和。


5.一种阻挡MOS管的寄生二极管导通的电路，其特征在于，该电路包括主MOS管和辅助MOS管；其中，所述主MOS管的栅极与所述辅助MOS管的栅极连接；所述主MOS管的基极与所述辅助MOS管的源极、所述辅助MOS管的基极连接；所述主MOS管的源极与所述辅助MOS管的漏极连接。


6.根据权利要求5所述的阻挡MOS管的寄生二极管导通的电路，其特征在于，所述主MOS管与所述辅助MOS管均为P型MOS管，其中，所述主MOS管的栅极G1与所述辅助MOS管的栅极G2连接，所述主MOS管的基极B1与所述辅助MOS管的源极S2、所述辅助MOS管的基极B2连接，所述主MOS管的源极S1与所述辅助MOS管的漏极D2连接，所述主MOS管的漏极D1与主MOS管的寄生二极管D1A的阳极连接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李征，
申请(专利权)人：江苏应能微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32