[發(fā)明專利]阻斷型浪涌保護(hù)器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910199069.0
• 申請(qǐng)日: 2009-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101702509A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇海偉;張關(guān)保;張婷;吳興農(nóng);李星
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海長(zhǎng)園維安微電子有限公司
• 主分類號(hào): H02H3/22
• 分類號(hào): H02H3/22;H02H3/06
• 代理公司: 上海東亞專利商標(biāo)代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及半導(dǎo)體浪涌保護(hù)器件的領(lǐng) 域，為一種阻斷型浪涌保護(hù)器件。

背景技術(shù)

電源浪涌或瞬態(tài)過(guò)壓定義為電子線路中出現(xiàn)顯著超出設(shè)計(jì)值的 電壓。它主要有雷擊、電力線搭接、電力線感應(yīng)、或者地彈。當(dāng)浪 涌足夠高，瞬態(tài)過(guò)壓可以對(duì)計(jì)算機(jī)、電話等電子設(shè)備造成嚴(yán)重的損害。 它同樣也會(huì)造成設(shè)備壽命減少。

瞬態(tài)電壓浪涌抑制器限制了電力浪涌耦合到設(shè)備的能量，從而保 護(hù)電子設(shè)備不被損害。這類的產(chǎn)品包括，浪涌保護(hù)晶閘管、氧化物 壓敏電阻和雪崩二極管。這兩種類型的器件都是并聯(lián)在被保護(hù)電路， 瞬態(tài)電流會(huì)從它們提供的并聯(lián)通路流出。這類并聯(lián)保護(hù)存在較多問(wèn) 題，包括：(1)與具體的浪涌類型有關(guān)，需要選擇繁多的型號(hào)匹配； (2)會(huì)限制系統(tǒng)帶寬(容性負(fù)載限制它們只能用于低帶寬的應(yīng)用)；(3) 需要多個(gè)元件構(gòu)成的復(fù)雜設(shè)計(jì)，導(dǎo)致高的失效率；(4)經(jīng)常需要較大 的空間；(5)針對(duì)保護(hù)設(shè)計(jì)方案而言，單位成本高。

目前得益于不間斷電源供應(yīng)器(UPS)的引入，家用電腦、衛(wèi)星 接收和其他家庭應(yīng)用設(shè)備的已經(jīng)擁有更為安全的保護(hù)。但是，計(jì)算 機(jī)和其他數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線與外部世界相連，這些數(shù)據(jù)線工作在非 常低的電壓信號(hào)而且非常敏感。不幸的是，由于并聯(lián)保護(hù)存在的較 多問(wèn)題，目前的浪涌保護(hù)技術(shù)仍然不能給予這類系統(tǒng)足夠的安全保 證。結(jié)果是，眾多公司在生產(chǎn)率降低和損害設(shè)備的修復(fù)上付出了昂 貴的代價(jià)。

阻斷型浪涌保護(hù)器件(Blocking?Surge?Protector)，以下簡(jiǎn)稱 BSP，是一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，它提供了一種全新的浪涌保護(hù)方法。與傳 統(tǒng)的旁路瞬態(tài)保護(hù)器將能量從負(fù)載轉(zhuǎn)移的工作原理不同，BSP與負(fù)載 串聯(lián)，從而使它能夠特定地保護(hù)單個(gè)負(fù)載。當(dāng)它達(dá)到他的觸發(fā)閾值后， 它會(huì)改變狀態(tài)，然后使浪涌重定向經(jīng)氣體放電管等初級(jí)防護(hù)通路流 過(guò)，從而“阻斷”進(jìn)入被保護(hù)設(shè)備的瞬態(tài)浪涌。

阻斷型浪涌保護(hù)器件(BSP)的全新的浪涌保護(hù)原理解決了傳統(tǒng) 浪涌保護(hù)器件存在的問(wèn)題：(1)能夠適用多種浪涌類型，不存在繁雜 的選型；(2)串聯(lián)應(yīng)用，不影響系統(tǒng)帶寬，可應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)系統(tǒng)的 保護(hù)；(3)應(yīng)用設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，降低保護(hù)設(shè)計(jì)的失效率；(4)同時(shí)實(shí)現(xiàn)過(guò) 流過(guò)壓防護(hù)，替代多個(gè)器件的功能，相應(yīng)減小了空間占用；(5)針對(duì) 保護(hù)設(shè)計(jì)方案而言，單位成本降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于為被保護(hù)系統(tǒng)提供一種阻斷型 浪涌保護(hù)器件(BSP)，該器件類似于可重置保險(xiǎn)絲的可變電阻電路模 塊，不僅可以實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)絲阻斷浪涌的作用，而且還可以重復(fù)阻斷復(fù)位。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種阻斷型浪涌 保護(hù)器件，包括第一耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管、第二耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管 以及第一電阻，所述浪涌保護(hù)器件的第一耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極 與第二耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極相連，構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中，所述 的第一耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極與模塊輸入端相連，柵極與模塊輸 出端相連；第二耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極與模塊輸出端相連，柵極 與第一電阻連接，第一電阻再與模塊輸入端相連。

其原理為：在正常工作情況下兩個(gè)耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管均導(dǎo)通， 整個(gè)電路模塊表現(xiàn)為小電阻的“短路”狀態(tài)，類似于熔絲正常工作下 的特性；當(dāng)輸入端進(jìn)入正向浪涌，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏源電阻增大， 相互反饋形成夾斷，最終輸入端到輸出端形成高阻狀態(tài)，整個(gè)電路模 塊表現(xiàn)為高阻的“阻斷”狀態(tài)，類似于熔絲的熔斷狀態(tài)，從而“阻斷” 正向浪涌經(jīng)過(guò)浪涌保護(hù)電路模塊進(jìn)入被保護(hù)系統(tǒng)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，作為本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)，所述的浪涌保護(hù) 器件還包括第二電阻，第二電阻的兩端分別與第二耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體 管的源極和漏極相連。第二電阻能夠在所述兩個(gè)耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管 都關(guān)斷后，為它們的源極提供穩(wěn)定的電位，避免該節(jié)點(diǎn)在阻斷型浪涌 保護(hù)器件(BSP)“阻斷”狀態(tài)下處于浮空，保證BSP的瞬態(tài)響應(yīng)不受 該節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)電荷的影響。

在上述方案的基礎(chǔ)上，作為本發(fā)明的又一個(gè)改進(jìn)，所述的浪涌保 護(hù)器件還包括反饋分壓器，反饋分壓器并聯(lián)于第二耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體 管的漏極和源極之間，反饋分壓器中間節(jié)點(diǎn)與第一耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體 管的柵極相連，第一耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極經(jīng)該反饋分壓器與模 塊輸出端相連。利用所述反饋分壓器減小了阻斷型浪涌保護(hù)器件在 “短路”狀態(tài)下的串聯(lián)電阻，降低了正常工作情況下BSP對(duì)被保護(hù)系 統(tǒng)的信號(hào)電壓及功耗的影響。