[發明專利]負載開關柵極保護電路

在審

• 申請號: 201711111411.8
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN109787597A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 朱冬勇;叢鋒;詹福春
• 申請（專利權）人: 恩智浦有限公司
• 主分類號: H03K17/081
• 分類號: H03K17/081
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張小穩

本公開涉及負載開關柵極保護電路。柵極保護電路系統保護諸如MOSFET之類的晶體管不受可以永久損壞晶體管的柵極氧化物層的大的柵極至源極電壓差的影響。源極電壓檢測器基于晶體管的源極電壓選擇性地啟用柵極保護電路系統。柵極保護電路在沒有任何齊納二極管的情況下實現。晶體管可以是被選擇性地控制以向負載施加電源電壓的負載開關。

技術領域

本發明總體上涉及數字電路，并且更具體地涉及用于保護在諸如負載開關之類的應用中使用的諸如MOSFET的晶體管免于過電壓狀況的電路系統。

背景技術

圖1是用于控制對負載120施加電源電壓Vsupply的包括負載開關驅動器110的常規負載開關電路100的示意性電路圖。負載開關電路100還包括用作電源電壓Vsupply和負載120之間的可控負載開關的n型MOSFET(金屬-氧化物半導體場效應晶體管)MN1。負載開關驅動器110具有接收開關控制信號108的輸入和連接到負載開關MN1的柵極的輸出112。當MN1要被接通時，開關控制信號108被激活以使得負載開關驅動器110在其輸出112處向MN1的柵極提供足夠高的輸出電壓。當MN1要被關斷時，開關控制信號108被去激活，以使得負載開關驅動器110在其輸出112處向MN1的柵極提供足夠低的輸出電壓。

在一些應用中，實現具有相對薄的柵極氧化物層的負載開關MN1以使得MN1具有相對低的閾值電壓是有利的。例如，在一些高電壓應用中，MN1需要具有超低接通電阻以用于大負載能力。制造這種器件的最有效和最容易的方法是通過減小柵極氧化物層的厚度來獲得較低的閾值電壓。不幸的是，如果柵極至源極電壓差Vgs(即，MN1的柵極和源極處的電壓電平之間的差值的大小)變得太高，例如，當MN1最初被關斷時，則柵極氧化物層可能由于靜電擊穿而遭受永久性損壞。當柵極電壓足夠大于源極電壓時或當源極電壓足夠大于柵極電壓時，柵極氧化物層可能遭受永久性損壞。為了避免這種損壞，已知增加保護電路系統以使Vgs保持在MN1的擊穿電壓以下。

圖2是用于控制對負載220施加電源電壓Vsupply的包括負載開關驅動器210和負載開關MN1的常規負載開關電路200的示意性電路圖，其中負載開關電路200還具有柵極保護電路系統230。除了增加了柵極保護電路系統230之外，負載開關電路200與圖1的負載開關電路100相同。柵極保護電路系統230包含背靠背串聯連接在負載開關MN1的源極端子和柵極端子之間的兩個齊納二極管Z1和Z2。

當負載開關驅動器210被控制以將MN1的柵極電壓驅動為高時，為了接通負載開關MN1，MN1的源極電壓也被驅動為高(即，接近Vsupply)。當MN1要被關斷時，負載開關驅動器210被控制以將MN1的柵極電壓驅動為低。在某些情況下，諸如當負載220是高電容性時，MN1的源極電壓可以在相對長的持續時間內保持相對高。在這種情況下，齊納二極管Z1和Z2通過防止柵極電壓下降太快來限制MN1的柵極至源極電壓差Vgs，這允許源極電壓降低的時間，同時保持Vgs在擊穿電壓以下。

代替兩個背靠背的齊納二極管Z1和Z2，其它已知的柵極保護電路具有背靠背配置在負載開關的柵極端子和源極端子之間的兩個齊納二極管中的一個和非齊納二極管(取代Z1或Z2，取決于特定的實現)。

然而，在一些集成電路(IC)工藝技術中，齊納二極管需要一個或多個額外的掩模層，這增加了成本。此外，一些IC工藝設計庫甚至不支持齊納二極管。因此，具有不需要任何齊納二極管的柵極保護電路將是有利的。

附圖說明

根據下面的詳細描述、所附權利要求和附圖，本發明的實施例將變得更加明顯，在附圖中相同的附圖標記標識相似或相同的元件。

圖1是用于控制對負載施加電源電壓的常規負載開關電路的示意性電路圖；

圖2是用于控制對負載施加電源電壓的常規負載開關電路的示意性電路圖，其中負載開關電路具有常規的柵極保護電路系統；