[發明專利]反向極性保護電路、智能開關及驅動電路

在審

• 申請號: 202210835580.0
• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN115208369A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 周宇捷;陳鎮;陳超
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: H03K17/041
• 分類號: H03K17/041;H03K17/687
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司 11449
• 代理人: 岳丹丹

本申請公開了一種反向極性保護電路、智能開關及驅動電路，智能開關包括主開關管和邏輯電路，反向極性保護電路包括：反向極性保護控制電路，分別與供電端和接地端連接，用于檢測供電端和接地端之間的供電電壓，并根據供電電壓產生第二控制信號；開關電路，連接在供電端和邏輯電路之間，用于根據第三控制信號控制邏輯電路的供電路徑導通與關斷，并向邏輯電路提供邏輯電壓；其中，當檢測到供電電壓為負電壓時，控制邏輯電路的供電路徑關斷。本申請在檢測到供電端和接地端之間的供電電壓為負電壓時，控制開關電路關斷以切斷邏輯電路的供電路徑，實現反向極性保護，并且還控制智能開關中的主開關管導通以降低電池反接時的靜態功耗。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，更具體地，涉及一種反向極性保護電路、智能開關及驅動電路。

背景技術

目前智能功率半導體開關被用于廣闊的各種應用中。不僅在汽車應用中越來越多地使用智能半導體開關來代替電動機械式繼電器。特別是在電池供電系統(例如，汽車的電子設備)中足夠的反向極性保護是必要條件。在通常的汽車應用中，額定電源電壓為+12V。可靠的電子器件通常需要承受多達-16V(反向電壓)的電源電壓達至少兩分鐘。

多通道開關器件通常包括每個輸出通道的一個功率半導體開關(通常是MOSFET)，其中電負載連接到每個輸出通道。因此，每個電負載可使用相應的半導體開關接通和關斷。假定100mΩ的導通電阻和1A的額定負載電流導致每個活動輸出通道的100mW的功率損耗。每個功率半導體開關通常具有與半導體開關的負載電流路徑(例如，MOSFET情況下的漏極-源極路徑)并聯耦合的反向二極管。在正常操作期間，這個反向二極管反向偏置并且處于阻斷狀態。然而，當施加負電源電壓時，該反向二極管變為正向偏置并且負載電流可被從接地通過負載和反向二極管引導到負電源電位。假定二極管的正向電壓至少為0.7V，在反向二極管中(并且因此在開關器件中)產生的功率損耗是每個輸出通道700mW，是在正常操作期間的至少7倍。不用說，這樣的情況對開關器件可能是危險的并且需要適當的反向極性保護電路。

通常，在反向極性的情況下(例如負供電電壓超過-16V)，半導體器件的供電端和接地端之間的電流應當被限制在幾毫安量級。現有技術中的反向極性保護電路通過增加肖特基二極管來提供低電阻電流路徑，但是增加肖特基二極管不僅占用芯片面積，增加成本，而且在反向極性時半導體內部器件的功率損耗大，容易使內部低壓器件被擊穿、甚至燒毀，造成不可逆的影響。另外，肖特基二極管在一定程度上消耗工作電壓裕度，影響芯片在低壓電路中的應用。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的在于提供一種反向極性保護電路、智能開關及驅動電路，在實現反向極性保護的同時還能降低功率管在電池反接時的靜態功耗。

根據本發明的第一方面，提供一種反向極性保護電路，用于智能開關，所述智能開關包括主開關管和邏輯電路，所述反向極性保護電路包括：反向極性保護控制電路，分別與供電端和接地端連接，用于檢測供電端和接地端之間的供電電壓，并根據所述供電電壓產生第二控制信號；開關電路，連接在供電端和邏輯電路之間，用于根據第三控制信號控制邏輯電路的供電路徑導通與關斷，并向邏輯電路提供邏輯電壓；其中，當檢測到所述供電電壓為負電壓時，控制邏輯電路的供電路徑關斷。

優選地，所述反向極性保護控制電路還在檢測到所述供電電壓為負電壓時產生第二控制信號，其中，所述第二控制信號用于控制所述主開關管導通。

優選地，所述開關電路包括：第一開關管，耦接在供電端和邏輯電路之間；第二開關管，耦接在供電端和邏輯電路之間；其中，第一開關管具有本征二極管。

優選地，所述開關電路包括：二極管，耦接在供電端和邏輯電路之間；第二開關管，耦接在供電端和邏輯電路之間。

優選地，所述主開關管為NMOS管，第二開關管為PMOS管。

優選地，第一開關管為NMOS管。