防止电路系统过压的电路技术方案

本发明专利技术提供了一种过压保护方法和电路，该方法和电路不仅保护负载还保护它的内部电路免受过压。所述过压保护电路包括正供电输入节点、输出节点和负供电节点。所述过压保护电路还包括构造成导通MOSFET并保持其在低电阻状态的第一功能电路。第二功能电路构造成检测过压和控制MOSFET的栅极以调节所述输出节点处的电压。第三功能电路构造成提供不损坏过压保护电路的启动和/或构造成调节工作电压以使在过压保护电路上不出现过压。外部部件包括MOSFET，所述MOSFET具有连接到过压保护电路的电荷泵的输出的栅极。过压保护电路基本上随正供电输入节点电压浮动。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及防止电路系统过压，并且更具体地涉及过压保护电路与电源和地隔离的电路系统。
技术介绍
电子电路系统可易于受到瞬变电压尖峰的损坏。如果电压升高到安全阈值以上，则电路系统保护电路试图通过阻隔高于安全阈值的任何不想要的电压或将该不想要的电压短接到地，从而限制供应给电子电路系统的电压。虽然存在保护电子电路系统的电路，但是在高于过压保护电路的击穿电压的电压下的保护可能要求不同的途径。通常，控制该保护的电路受限于其能够保护防范(protect against)的电压的量。因此，需要一种能够在低电压下工作并且能够控制高电压MOSFET以防范电路系统中的高电压瞬变的控制和保护电路。
技术实现思路
提供了一种过压保护电路和方法。保护电路可包括若干不同的工作功能电路。例如，第一功能电路可使传输(PAS S)M0SFET“导通”并且将其保持在低电阻状态，从而产生非常低的跨越MOSFET的电压降。电荷泵(charge pump)可驱动MOSFET的栅极正常工作，并在低的“导通”电阻状态下保持其“导通”。第二功能电路可检测过压，控制MOSFET的栅极以调节输出，启动定时器以防止MOSFET过热卿，由于功率(power)而过热)，并且如果MOSFET在保护周期中过热则提供冷却功能。另外，当电压施加到系统时，第三功能电路可提供内部电路的有序启动以用于保护。该内部电路可调节其工作电压，以使高压不出现在过压保护系统的负载上。在一个实施例中，该保护电路可通过从输入电源到控制电路的电阻器和从控制电路到地的另ー电阻器被供电。内部分路调节器(shunt regulator)可调节跨越控制电路的电压至低电压。该电压可足以对过压保护电路的内部电路供电。该保护电路可包括參考电路、放大器电路、电荷泵电路和用于MOSFET的栅极的控制器。这些以及其它的部件、步骤、特征、目的、益处和优点现在将通过审阅以下对说明性实施例的详细描述以及附图的详细描述而变得清楚。附图说明附图是说明性的实施例。它们没有说明全部的实施例。可另外地或替代地使用其它实施例。可能明显的或不必要的细节可被省略以节省空间或用于更有效的图示。ー些实施例的实践可采用附加的部件或步骤和/或没有采用图示的所有部件或步骤。当不同附图中出现相同的附图标记时，它指代相同的或相似的部件或步骤。图Ia图示了根据本专利技术的一个实施例的处于启动模式的过压保护系统的简图。图Ib图示了根据本专利技术的一个实施例的处于运行模式的过压保护系统的简图。图Ic图示了根据本专利技术的一个实施例的处于调节模式的过压保护系统的简图。图2图示了根据本专利技术的一个实施例的过压保护系统的示例性功能图。图3图示了根据本专利技术的一个实施例的在回路上帯有PNP并且在基极引脚上帯有电阻器的过压保护电路块。具体实施例方式现在描述说明性实施例。可另外地或替代地使用其它实施例。明显的或不必要的细节可被省略以节省空间或更有效的说明。一些实施例的实践可采用附加的部件或步骤和/或没有采用图示的所有部件或步骤。下面讨论的各种例子提供了对于电子系统的过压保护。过压保护电路能够基本独立于其额定电压而工作，由此在电子负载上提供不受限的过压保护。換言之，该过压保护电 路独立于外部过压而工作。该过压保护电路使用可调节的浮动拓扑(floating topology)以能够高压工作。过压保护电路将功率分配到相对于过压瞬变安全的负载。另外，过压保护电路包括两个分路调节器，这两个分路调节器连接到外部降压电阻元件Rss 120和Rin 108以帮助保护过压保护电路本身免受外部过压。该过压保护电路可通过三个工作状态进行最佳地解释。就这一点而言，图Ia至图Ic提供了示出三个工作状态的简图启动模式(例如，当过压保护电路102被加电时)、运行模式(例如，在过压保护电路102正常工作期间)和调节模式(例如，当出现过压事件吋)。图Ia图示了过压保护电路102，所述过压保护电路102具有与外部电阻元件Rin108连接的正供电节点(supply node)VDD 222，所述Rin 108连接到外部输入101。图Ia的过压保护电路具有通过外部电阻元件Rss 120连接到地的负供电节点VSS 130。在第一エ作模式(例如，启动)期间，通过由分路器202钳位(clamping)在正供电节点222和负供电节点130之间的电压，保护过压保护电路102中的相关电路块免受输入101处的过压。由此，过压保护电路102随输入101处的电压浮动。由于过压保护电路不受输入101处的过压的影响，该过压保护电路能够有效地调节MOSFET 106，使得可能连接到输出104的任何负载上均没有过压。现有技术的浪涌保护器一般被输入供电断电，由此将浪涌电压限制到过压保护电路的输入引脚的击穿电压。相反，例如如图Ib的运行模式和图Ic的调节模式中所示，过压保护电路102的大部分被输出104断电。这样，MOSFET 106将浪涌与过压保护电路102的电源引脚隔离。这样的隔离允许浪涌电压升高到外部MOSFET 106的击穿电压。例如,在启动模式(例如图Ia)中，小的涓流电流(trickle current)(例如，15 μ A)流过输入电阻元件Rin 108。关于电阻元件108，它可以是电阻器或恒流源晶体管(例如，JFET)。电流220的一半可用以对MOSFET 106的栅极充电，而另一半作为用于逻辑电源204和连接到VCC的全部块(例如，逻辑和计时器232、切断比较器216、计时器比较器230和电流源)的偏置电流。随着MOSFET 106的栅极218处的引脚充电，MOSFET 106升高输出104处的电压。在斜升(ramp-up)期间，MOSFET 106的源极跟随栅极。回复电压Vss 130电容性的连接到输出104 (经由稍后在图2中示出的电容器Q210)，根据输出104处的电压斜升。当Vss 130电压增大时，电阻元件Rss 120中的电流増大。例如，该电阻元件可以是电阻器或恒流源装置，比如JFET。Rss 120中，超过过压保护电路102的静态电流(由过压保护电路102汲取(drawn)的电流)的任何电流可对Q210充电。随后，超过过压保护电路的静态电流的电流可流经分路调节器Z3 (在图Ic中示出)。由此，在Q210被充电到分路118电压(例如5. 7V)后，超过所述静态电流的Rss电流流经分路调节器。例如，分路调节器可以是5.7V。换言之，输出104处的电压可以由MOSFET 106上拉，并且回复电压Vss 130可以由Rss 120拉低。电容器Cl (210)连接在Vqut 104和VSS 130之间，并且由齐纳(Zener) 118钳位在低于输出电压104的预定电压(例如5. 7V)。这是第一构造，在该第一构造中，过压保护电路102调节其自身的工作电压从而使过压保护电路102独立于过压保护电路102的内部部件的额定电压而工作。这种斜升导致过压保护电路102的运行模式(如图Ib中图示的所示)，其中输出104足够高以对过压保护电路102的电荷泵110供给足够的电压。电荷泵110然后可用以对MOSFET 106的栅极充电至高于源极预定的电平(例如，12V)。由此，一旦电容器(^210(如 图2中所示)被充电至高于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过压保护电路，其特征在于，包括：正供电节点；输出节点；负供电节点；第一功能电路，所述第一功能电路包括电荷泵并且构造成导通MOSFET并将所述MOSFET保持在低电阻状态；第二功能电路，所述第二功能电路构造成检测过压并且控制所述MOSFET的栅极以调节在所述输出节点处的电压；和第三功能电路，所述第三功能电路构造成限制施加的跨越所述过压保护电路的过压的大小；其中所述正供电节点和所述负供电节点构造成通过外部部件分别连接到正电源和地，从而所述过压保护电路工作为随施加到所述正供电节点的电压而浮动。

【技术特征摘要】
2011.05.12 US 61/485,283;2012.03.19 US 13/424,1161.一种过压保护电路，其特征在于，包括 正供电节点； 输出节点； 负供电节点； 第一功能电路，所述第一功能电路包括电荷泵并且构造成导通MOSFET并将所述MOSFET保持在低电阻状态； 第二功能电路，所述第二功能电路构造成检测过压并且控制所述MOSFET的栅极以调节在所述输出节点处的电压；和 第三功能电路，所述第三功能电路构造成限制施加的跨越所述过压保护电路的过压的大小； 其中所述正供电节点和所述负供电节点构造成通过外部部件分别连接到正电源和地，从而所述过压保护电路工作为随施加到所述正供电节点的电压而浮动。2.根据权利要求I所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路调节其自身的工作电压，以使所述过压保护电路基本独立于所述正供电节点处的过压而工作。3.根据权利要求I所述的过压保护电路，其中 所述MOSFET是外部部件，并且 所述MOSFET的栅极连接到所述电荷泵的输出。4.根据权利要求I所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路的所述第一功能电路包括至少ー个电荷泵，所述电荷泵构造成驱动所述MOSFET的栅极并且将所述MOSFET的导通保持在低电阻状态。5.根据权利要求4所述的过压保护电路，其中所述至少ー个电荷泵构造成驱动所述MOSFET的栅极高于正电源电平并且高于所述输出节点处的预定电压电平。6.根据权利要求I所述的过压保护电路，其中所述外部部件包括 连接在所述过压保护电路的所述正供电节点和所述正电源之间的至少ー个电阻元件；和 连接在所述过压保护电路的所述负供电节点和地之间的至少ー个电阻元件。7.根据权利要求6所述的过压保护电路，其中连接在所述过压保护电路的所述正供电节点和所述正电源供应之间的所述至少一个电阻元件和连接在所述过压保护电路的所述负供电节点和地之间的所述至少一个电阻元件是(i)电阻器或(ii)恒流晶体管中的ー个。8.根据权利要求I所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路还包括至少ー个分路调节器，所述至少一个分路调节器被构造为钳位所述过压保护电路的所述输出节点与所述负供电节点之间的预定电压。9.根据权利要求I所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路还包括至少ー个分路调节器，所述分路调节器构造成钳位所述过压保护电路的所述输出节点与基极节点之间的预定电压。10.根据权利要求I所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路还包括至少ー个分路调节器，所述分路调节器构造成钳位所述过压保护电路的所述正供电节点与所述负供电节点之间的预定电压。11.根据权利要求10所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路还包括逻辑和计时器块，所述逻辑和计时器块防止来自逻辑电路的直通电流。12.根据权利要求11所述的过压保护电路，其中 所述过压保护电路的所述第二功能电路包括过压调节放大器，所述过压调节放大器构造成驱动所述MOSFET的栅极；并且 所述至少ー个分路调节器构造成钳位所述输出节点和所述负供电节点之间的所述预定电压并且所述输出节点是所述电荷泵和所述过压调节放大器的供应。13.根据权利要求12所述的过压保护电路，其中构造成钳位所述过压保护电路的所述正供电输入节点和所述负供电节点之间的所述预定电压的所述至少ー个分路调节器为所述逻辑和计时器块提供始终导通的供电。14.根据权利要求10所述的过压保护电路，其中所述输出节点经过所述电荷泵自举到自身，其中 输出电容器对所述电荷泵供电；并且 所述输出电容器被连接在所述输出节点和所述负供电节点之间。15.根据权利要求4所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路的所述第二功能电路进ー步构造成提供冷却功能以防止所述MOSFET过热。16.根据权利要求15所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路的所述第二功能电路进ー步构造成如下功能中的至少ー项 调节所述MOSFET的导通时间； 检测到故障状态后启动至少一个计时器；和 保持所述MOSFET关断直到满足以下中的至少ー项 (i)检测到所述故障状态后经过了预定时间，和 ( )切断比较器的输入被复位。17.根据权利要求6所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路的所述输出节点通过至少ー个外部电容器电容性地连接到所述负供电节点。18.根据权利要求17所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路的所述输出节点处的电压被所述MOSFET上拉并且在所述负供电节点处的电压被连接在所述过压保护电路的所述负供电节点和地之间的所述至少一个电阻器下拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·C·多布金，戴维·H·宋，
申请(专利权)人：凌力尔特有限公司，
类型：发明
国别省市：