[發明專利]形成過電壓保護電路的方法及其結構

有效

• 申請號: 200710180248.0
• 申請日: 2007-10-16
• 公開（公告）號: CN101242089A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 保羅·米格里爾瓦卡
• 申請（專利權）人: 半導體元件工業有限責任公司
• 主分類號: H02H3/20
• 分類號: H02H3/20;H02H3/28
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王永剛

技術領域

本發明一般涉及電子學，更具體地，涉及形成半導體器件的方法和結構。

背景技術

在過去，半導體工業利用各種方法和結構來產生可用于保護各種類型的設備如電壓調節器的過電壓(over-voltage)及電壓瞬變保護電路。這些過電壓和電壓瞬變保護電路一般包括利用旁路(pass)晶體管和運算放大器來控制輸出電壓的線性調節器。在瞬變或過電壓事件期間，過電壓保護電路一般禁止線性調節器并阻止調節，直到瞬變或過電壓情況被消除。因為線性調節器被禁止，線性調節器不提供過電壓保護且需要額外的電路。通常，齊納二極管耦合在輸入和地線之間以幫助防止輸入過電壓情況。然而，齊納二極管傳導的電壓不很精確或者不容易控制，因此，施加至輸出的電壓可能超過輸出電壓的期望最大值。在1997年2月15日授權給Howard?E.Murphy的美國專利號4,008,418中公開了這樣的瞬變保護電路的一個樣例。

因此，期望有一種保護電路，其更精確地調節輸出電壓、最小化在瞬變期間的過沖(overshoot)、并具有更快速的反應時間。

附圖說明

圖1簡要示出了包括根據本發明的過電壓保護電路的系統的一部分的實施例；

圖2為具有根據本發明的圖1的過電壓保護電路的一些元件的工作曲線的圖；

圖3為具有根據本發明的圖1的過電壓保護電路的一些元件的其它工作曲線的圖；以及

圖4簡要示出了包括根據本發明的圖1的電源系統的半導體器件的放大的平面視圖。

為了說明的簡單和明了，圖中的元件不一定按照比例，并且在不同的圖中相同的參考號代表相同的元件。此外，為了說明的簡要，省略了眾所周知的步驟和元件的說明和細節。這里使用的載流電極(current?carrying?electrode)是指器件的元件，例如MOS晶體管的源極或漏極、或雙極晶體管的發射極或集電極、或二極管的正極或負極，其承載通過該器件的電流，控制電極是指器件的元件，例如MOS晶體管的柵極或者雙極晶體管的基極，其控制通過該器件的電流。雖然這里把器件解釋為確定的N-溝道或P-溝道器件，本領域的普通技術人員應認識到，根據本發明，互補器件也是可能的。本領域的普通技術人員應認識到，這里使用的詞匯“在...期間”、“在...的時候”、以及“當...時”不是表示一旦開始操作馬上就會出現反應的準確術語，而是可能會在被初始操作激起的反應之間有一些微小但合理的延遲，例如傳播延遲。

具體實施方式

圖1簡要示出了連接在電路10的一部分的實施例中的過電壓保護電路20的優選實施例。過電壓保護電路20在輸入端子11和公共返回端子12之間接收輸入電壓，并在輸出13和端子12之間提供輸出電壓。例如，電路20的輸入電壓可以從插墻式適配器(wall?adapter)或USB電源中接收，以及負載15可以是移動電話的電路。輸入電壓的期望值一般具有在目標值附近的值域范圍中的目標值。例如，目標值可以為5伏特(5V)，而值域可以在5伏特附近加上或者減去5％。利用輸出13上的輸出電壓來運行負載15的過電壓保護電路20一般耦合至負載15。電路20包括配置成響應于增加至不小于第一值的輸入電壓值而將輸出13從輸入電壓中去耦的第一電路，以及還包括響應于增加至不小于第二值的輸入電壓值而將輸出13從輸入電壓中去耦的第二電路，所述第二值小于所述第一值。此外，第一電路響應于以高速率增加的輸入電壓值而將輸出13從輸入電壓中去耦，而第二電路響應于以較慢的速率增加的輸入電壓值而將輸出13從輸入電壓中去耦。

電路20包括串聯在輸入端子11和輸出13之間的諸如P-溝道MOS晶體管21的旁路元件、快速控制電路28、慢速控制電路41、諸如晶體管22的禁止開關以及電阻器23和24。電路28包括齊納二極管37、雙極晶體管39、包括電阻器33和電阻器35的閾值調節電路、以及包括晶體管30和電阻器31的滯后電路。電路41包括晶體管42、比較器49、電壓參考發生器或參考48、以及包括電阻器44和45的前饋電路。如在下文中將進一步看到的，電路41具有的閾值電壓比電路28的閾值電壓低。此外，電路41比電路28具有更慢的響應時間。因此，只要輸入電壓以比通過電路41的傳播延遲時間更慢的速率增加，電路41就控制晶體管21以增加輸入電壓的值。