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1、(10)申请公布号 CN 102832608 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 3 2 6 0 8 A *CN102832608A* (21)申请号 201210149511.0 (22)申请日 2012.05.14 61/485,283 2011.05.12 US 13/424,116 2012.03.19 US H02H 9/04(2006.01) H02H 9/02(2006.01) H02H 3/20(2006.01) (71)申请人凌力尔特有限公司 地址美国加州米尔皮塔斯市 (72)发明人罗伯特C多布金 戴维H宋 (74)专利代理机构北京中博世达专。
2、利商标代理 有限公司 11274 代理人申健 (54) 发明名称 防止电路系统过压的电路 (57) 摘要 本发明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。
3、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。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书4页 说明书8页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 4 页 说明书 8 页 附图 2 页 1/4页 2 1.一种过压保护电路，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。
4、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1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1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1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 包括至少一个电荷泵，所述电荷泵构造成驱动所述MOSF。
5、ET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，其中所述至少一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1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至少一个电阻元件。 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。
6、少一个电阻元件是（i）电阻器或（ii）恒流晶体管中的一个。 8.根据权利要求1所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路还包括至少一个分路 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1所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路还包括至少一个分路 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1所述的过压保护电路，其中所述过压保护电路还包括至少一个分 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。
7、.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 权 利 要 求 书CN 102832608 A 2/4页 3 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 所述至少一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。
8、节点之间的所述预定电压的所述至少一个分路调节器为所 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 路进一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 路进一步构造成如下功能中的至少一项： 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 。
9、保持所述MOSFET关断直到满足以下中的至少一项： （i）检测到所述故障状态后经过了预定时间，和 （ii）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 过至少一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，直到所述负供电节点被所述至少一 个分路调节器钳位在预定电压，所述至少一个分路调节器构造成钳位所述过压保护电路的 所述输出节点和。
10、所述负供电节点之间的预定电压。 19.根据权利要求18所述的过压保护电路，其中在过压事件期间，在所述输出节点处 的电压通过调节所述MOSFET的栅极而被钳位。 20.根据权利要求5所述的过压保护电路： 其中所述过压保护电路还包括过压放大器，所述过压放大器构造成使用第一反馈电阻 器和第二反馈电阻器监测在所述输出节点处的电压； 其中所述过压放大器的负节点连接到所述第一反馈电阻器和所述第二反馈电阻器，所 述第一反馈电阻器的另一端连接到所述输出节点，并且所述第二反馈电阻器的另一端连接 到地；并且 其中，在过压事件期间，所述过压放大器利用预定电流控制所述MOSFET的栅极的放 电，直到在所述输出节点处的。
11、电压被调节。 权 利 要 求 书CN 102832608 A 3/4页 4 21.根据权利要求3所述过压保护电路，其中外部部件包括： 连接在所述过压保护电路的所述正供电节点和正电源之间的至少一个电阻器； 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一个PNP；和 在所述PNP的基极和地之间的至少一个电阻器。 22.一种调节输出电压的方法，所述方法包括： 基本独立于所述过压保护电路的内部电路部件的电压工作范围来调节过压保护电路 的工作电压； 在过压保护电路的输出节点处提供调节后的电压； 监测在所述过压保护电路的正供电输入节点处的输入电压； 随施加到所述正供电节点的电压而浮动所述过压保护电。
12、路；并且 当在所述正供电节点处检测到过压时，防止所述过压到达所述过压保护电路的所述输 出节点。 23.根据权利要求22所述的方法，还包括使MOSFET导通并且将所述MOSFET保持在低 电阻状态。 24.根据权利要求22所述的方法，还包括调节所述过压保护电路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。 25.根据权利要求22所述的方法，还包括驱动所述MOSFET的栅极以将所述导通的 MOSFET保持在低电阻状态，其中通过电荷泵实现所述驱动。 26.根据权利要求24所述的方法，还包括： 驱动所述MOSFET的栅极高于正电源电平并且高于在所述过压保护电路的所述输出节 点。
13、处的预定电平；和 将MOSFET连接到所述过压保护电路的所述输出节点。 27.根据权利要求22所述的方法，还包括： 将至少一个电阻元件连接在所述过压保护电路的所述正供电节点和正电源之间；和 将至少一个电阻元件连接在所述过压保护电路的所述负供电节点和地之间。 28.根据权利要求27所述的方法，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）恒流晶体管中的一个。 29.根据权利要求22所述的方法，还包括钳位所述过压保护电路的所述输出节点和所 述负供电节点之间的预定电压。。
14、 30.根据权利要求22所述的方法，还包括钳位所述过压保护电路的所述输出节点和基 极节点之间的预定电压。 31.根据权利要求22所述的方法，还包括钳位所述过压保护电路的所述正供电节点和 所述负供电节点之间的预定电压。 32.根据权利要求31所述的方法，还包括防止来自逻辑电路的直通电流。 33.根据权利要求24所述的方法，还包括将输出电容器自举到所述电荷泵。 34.根据权利要求24所述的方法，还包括冷却所述MOSFET。 35.根据权利要求34所述的方法，还包括： 调节所述MOSFET的导通时间； 权 利 要 求 书CN 102832608 A 4/4页 5 检测到故障状态后启动至少一个计时器；。
15、和 保持所述MOSFET关断直到满足以下中至少一项： （i）在检测到所述故障状态后经过了预定时间，和 （ii）切断比较器的输入被复位。 36.根据权利要求27所述的方法，还包括将至少一个外部电容器电容性连接在所述负 供电节点和所述输出节点之间。 37.根据权利要求36所述的方法，还包括： 通过MOSFET上拉所述过压保护电路的所述输出节点处的电压；并且 通过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 拉所述负供电节点处的电压，直到所述负供电节点被所述至少一个分路调节器钳位在预定 电压，所述至少一个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和所述负供 电节点之间。
16、的预定电压。 38.根据权利要求37所述的方法，还包括在过压事件期间通过调节所述MOSFET的栅极 来钳位在所述输出节点处的电压。 39.根据权利要求27所述的方法，还包括： 使用第一反馈电阻器和第二反馈电阻器监测在所述输出节点处的电压； 在判定过压事件时，利用预定电流控制MOSFET的栅极的放电直到所述输出节点处的 电压被调节。 权 利 要 求 书CN 102832608 A 1/8页 6 防止电路系统过压的电路 技术领域 0001 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。 背景技术 0002 电子电路系统可易于受到瞬变电压尖峰的损坏。如果电。
17、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。 0003 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。 发明内容 0004 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）MOSFE。
18、T“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（即，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。 0005 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。
19、 路到地的另一电阻器被供电。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。该保护电路可包括参考电 路、放大器电路、电荷泵电路和用于MOSFET的栅极的控制器。 0006 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 0007 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。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。
20、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。 0008 图1a图示了根据本发明的一个实施例的处于启动模式的过压保护系统的简图。 0009 图1b图示了根据本发明的一个实施例的处于运行模式的过压保护系统的简图。 说 明 书CN 102832608 A 2/8页 7 0010 图1c图示了根据本发明的一个实施例的处于调节模式的过压保护系统的简图。 0011 图2图示了根据本发明的一个实施例的过压保护系统的示例性功能图。 0012 图3图示了根据本发明的一个实施例的在回路上带有PNP并且在基极引脚上带有 电阻器的过压保护电路块。 具体实施方式 0013 现在描述。
21、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。 0014 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。换言之，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。 0015 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R。
22、 SS 120和R IN 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1a至图1c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，当出现过压事件时）。 0016 图1a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R IN 108连接的正供电节点（supply node）VDD 222，所述R IN 108连接到外部输入101。图1a的 过压保护电路具有通过外部电阻元件R SS 120连接到地的负供电节点。
23、VSS 130。在第一工 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。 0017 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1b的运行模式和图1c的调节模式中所示，过压 保护电路102的大部分被输出。
24、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。 0018 例如，在启动模式（例如图1a）中，小的涓流电流（trickle current）（例如，15A） 流过输入电阻元件R IN 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。
25、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V SS 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C 1 210），根据输出104处的电压斜 升。当V SS 130电压增大时，电阻元件R SS 120中的电流增大。例如，该电阻元件可以是电阻 说 明 书CN 102832608 A 3/8页 8 器或恒流源装置，比如JFET。R SS 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C 1 210充电。随后，超过过压保护电路的静态 电流的。
26、电流可流经分路调节器Z3（在图1c中示出）。由此，在C 1 210被充电到分路118电 压（例如5.7V）后，超过所述静态电流的R SS 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V SS 130可以由 R SS 120拉低。电容器C1（210）连接在V OUT 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。
27、工作。 0019 这种斜升导致过压保护电路102的运行模式（如图1b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C 1 210（如 图2中所示）被充电至高于预定电压，就可使电荷泵110启用（enabled）。这可使栅极充电 电流增至三倍。例如，所述预定电压可以是4.75V。电荷泵110驱动MOSFET 106的栅极高 于输入101处的输入电源电压第二预定电压，从而确保MOSFET 106的栅极在低导通电阻状 态。所述第二预定电压可以是12V。
28、。 0020 当输出104处的电压基本等于输入101处的电压时，连接到输出104的负载能够 被保护以免受输入101的过压。在调节模式中，如图1c中所示，过压调节放大器112可以 通过参考电压（例如1.23V）被参照（referenced）到输出104。例如，如果跨越上面的反馈 电阻器R FB1 （114）的电压降超过参考电压236（在本示例中为1.23v），过压调节放大器112 将栅极下拉以将R FB1 （114）电压（即，在FB节点224处的电压）调节回到1.23V的参考电压。 由此，通过设定R FB1 （114）与R FB2 （116）之间的适当比率，输出104处的电压被钳位。参考 236。
29、和过压调节放大器112基本上由电容器C 1 210供电。当电容器210被充电至预定电压 （例如，2.55V）时，它们被启用。过压参考放大器112使用两个反馈电阻器R FB1 114和R FB2 116 监测输出（OUT）104电压。 0021 在一个例子中，如果输出104处的电压被调节在100V，则跨越R FB1 （114）的电压降 为98.77V。如果齐纳Z3(118)是5.7V，则跨越R SS （120）的电压降是94.3V（即100V-5.7V）。 由此，当输出为高电压时，大部分的电压降产生在跨越两个电阻器R FB2 （116）和R SS （120）。 因此，过压保护电路102随电源向上。
30、浮动。 0022 图2示出了根据本发明的一个实施例的连接到外部部件的过压保护电路的示例 性功能图。在本例中，外部电阻器R IN 108被连接到过压保护电路102的V DD 引脚222。通 过R IN 108的电流对分路调节器（齐纳202）供电，该分路调节器然后又对逻辑电源204供 电，提供VCC。分路调节器202向逻辑和计时器块232提供“始终带电（alive）的”V CC 电源 242。当过压故障被清除时，该逻辑和计时器块232在电源复位（reset）期间被复位。在确 认切断输入无效时，栅极（GATE）引脚218通过来自V DD 222的预定电流（例如，7.5A）充 电。这与启动模式一致。 。
31、0023 在图2的示例中，一旦V OUT 104至V SS 130之间的电压差超过预定阈值（例如， 2.55V），则过压调节放大器112启用。接着，UVLO2（206）阈值（例如，4.75V的）被穿过 （crossed），电荷泵110导通。UVLO2是在输出104和V SS 130之间的比较器和4.75V的参考 说 明 书CN 102832608 A 4/8页 9 监测电压。例如，电荷泵110用20A对栅极引脚218充电以达到其在输出104的电压（可 由齐纳Z4(208)钳位）之上的12V的最终值。所述对栅极引脚218的充电允许电容器210 充电直到其被Z3（118）钳位至Z3的击穿电压（例如。
32、5.7V）。在该运行模式中，MOSFET 106 构造为低阻抗传输晶体管。在该模式中，MOSFET 106几乎没有电压降和功耗。 0024 一旦被供电，过压保护电路102就准备好保护可能连接到V OUT 104的负载免受过 压瞬变事件。过压调节放大器112通过感测相对于输出104的反馈（FB）引脚224上的电 压作为跨越R FB1 (114)的电压降，来监测在输出104和地之间的负载电压。在过压情形中， 在V OUT 104处的电压上升直到过压调节放大器102驱动MOSFET 106的栅极以调节并限制 V OUT 104处的电压。这与调节模式一致。 0025 在调节MOSFET 106的同时，。
33、根据负载电流以及过压的大小，可能出现发热。就这 一点而言，为保护MOSFET 106，可通过斜升电容器C T 228上的电荷直到计时器（TIMER）引 脚234超过参考电压238（例如2.8V）而限制调节时间。由此，逻辑/计时器块232、比较 器230和电容器C T 228提供低通滤波。在一个例子中，比较器230使用9A/1.8A电流 源（分别为246和248）对电容器C T 228充电/放电。如果过压信号249为噪声，其以9A 对电容器228充电并且以1.8A放电，从而提供对噪声过压信号的低通滤波效应，直到达 到/穿过2.8V阈值。实际的滤波由计时器比较器230利用电容器228提供。电压源2。
34、38 提供了期望的参考电压。 0026 例如，可通过利用流经计时器/逻辑块232的电流（例如，9A）钳位电容器C T 228 而限制调节时间，直到计时器引脚234超过预定电压（例如2.8V）。一旦计时器引脚阈值被 穿过，则可能进入故障状态。这将钳位栅极218至OUT 104MOSFET 106的冷却时间。例如， 该冷却时间可以是10秒。换言之，在故障状态中，逻辑/计时器块232为MOSFET 106提供 了冷却时间。另外，逻辑/计时器块232在切断（SD）比较器216激活切断之前还提供滤波 时间（例如1ms）。该SD比较器216检查引脚的状态。另外，SD比较器21向逻辑/计时 器块232发出请。
35、求切断的信号。 0027 在供电时，逻辑/计时器块232被从VDD引脚222供电，所述VDD引脚222可通过 电阻器RIN 108被供电。逻辑/计时器块232具有小的（例如小于10A）静态电流，以防 止电阻性供电108负载。另外，逻辑/计时器块232阻止逻辑产生的直通（shoot-through） 电流。例如，通过在各个逻辑门和V CC 电源轨之间包括有限流器件（未示出）而限制直通电 流。该限流器件可设定为1至2A。 0028 在调节模式中，提供跨越MOSFET 106的超额（excess）电压。就这一点而言，通过 过压保护电路102防止MOSFET 106的过热。例如，在一个实施例中，过压保。
36、护电路102通 过计时器引脚234限制过压调节时间。计时器引脚234通过电流（例如，9A）被充电，直 到引脚234超过预定阈值（例如2.8V）。当达到/超过预定阈值时，计时器比较器230设定 过压故障信号，MOSFET 106被关闭，并且过压保护电路102进入冷却周期（例如9秒）。在 该冷却周期中，在栅极引脚被拉到与输出104相同的电平的情况下，逻辑和计时器块232工 作（alive）。在一个实施例中，过压故障信号保持被设定，直到引脚翻转（toggled）。一 旦故障被清除，则允许栅极引脚218再次导通MOSFET106。在另一实施例中，过压故障信号 在预定周期（例如，9秒）后被自动复位和重启。
37、。 0029 在一个例子中，过压保护电路102还使用两个与外部电压降电阻器R SS 120和R IN 说 明 书CN 102832608 A 5/8页 10 108连接的分路调节器（即202和118），以在V DD 222和OUT 104引脚处产生内部电源轨。 这些分路调节轨允许过压保护免受与过压保护电路102部件的额定电压无关的高压瞬变。 0030 在一个例子中，在过压事件中，输出104处的电压通过调节MOSFET 106的栅极而 被钳位。随着供电增大，V DD 222电压可由电阻器R IN 108拉高。超过V DD 222静态电流的 R IN 108中的任何电流流过分路调节器Z1（202）。
38、。例如，分路调节器Z1可以是12V。换言 之，V DD 222处的电压被R IN 108拉高直到该电压被钳位在高于回复电压的调节器Z1（202） 的电压（例如12V）。这是过压保护电路102保护它的内部电路的第二构造。 0031 在启动的开始时刻，在切断期间，或者在过压故障之后，栅极引脚218被钳位至 OUT引脚104，由此关断MOSFET 106。这允许V SS 130和OUT 104通过在输出104和R SS 120 处的负载被拉至地。在该状况期间，V DD 引脚222可利用分路调节器202（例如12V）被钳位 至V SS 130。全电源电压减去来自分路调节器的该12V然后被施加到R IN。
39、 电阻器108，这设定 分路202的电流。例如，分路电流可以如10mA高，这可能比通常的V DD 引脚静态电流（例如 9A）高若干个数量级。 0032 在“运行”模式中，输出104处的电压等于输入供电101。当电容器C1（210）被全 充满时，经过电容器210的电流I C1 为零。就这一点而言，在OUT 104和V SS 130引脚之间的 电压通过分路调节器118（例如5.7V）被钳位。例如，输入电压供应101减去5.7V被提供 到R SS 120上。R SS 120电流可以分为三部分：（i）5.7V的分路电流，（ii）在OUT和V SS 之间 的偏置电流和（iii）R IN 108电流。例如。
40、，5.7V分路电流可以如10mA高，这基本超过了通常 的OUT偏置电流（例如160A）。 0033 在一个实施例中，在V DD 222和V SS 130引脚之间的电压在斜升输入供应（101）后 被分路调节（例如至12V）。接着，内部产生的供应V CC 可提供上电复位脉冲（例如，具有30s 的持续时间），该上电复位脉冲清除逻辑和计时器块232中的故障锁存，并初始化内部锁存。 接着，切断比较器216可判决引脚是否被外部下拉，由此请求低偏置电流切断状态。否 则，外部MOSFET 106被允许导通。 0034 例如，从VDD引脚222导通栅极218上拉电流源220（例如7.5A），该导通开始对 MOS。
41、FET 106栅极上电的“自举”（bootstrapped）法。一旦栅极218达到VDD引脚222电压 （减去肖特基（Schottky）二极管240电压降），该7.5A源220失去电压净空（headroom） 并且停止对栅极218充电。在栅极218电压停止增大后，该充电栅极218的自举法依赖于 将电容器C1（210）充电至足够的电压。C1（210）上的电压然后被用作电荷泵110的供电， 该电荷泵110对MOSFET 106的栅极充电至其最终值（例如，高于OUT 104的12V）。如果电 荷泵110电流超过C1（210）充电电流，电容器C1（210）放电。如果该电压降至低于预定 值（例如4.35。
42、V），电荷泵110暂停，允许电容器C1（210）再充电。 0035 分路调节器118和202提供供电电压到过压保护电路102内的不同电路。例如， 分路调节器118充当电荷泵110和过压调节放大器112的供电（由电容器C1 210旁通）。关 于分路调节器202，其为逻辑供电块204提供“始终带电的” V CC 242供电。由此，过压保护 电路102包括在逻辑供电块204和电荷泵110之间的电压供电的分离。例如，电阻器108 和120以及分路调节器202和118被用以将电压供电分离至过压保护电路102的不同块。 这样的分离促进在不同供电之间的隔离并且提供电阻器120和108的独立的大小尺寸。这 允。
43、许电阻器108具有大的电阻值，以匹配V CC 供电的低电流需求。类似地，在电阻器120仍 说 明 书CN 102832608 A 10 6/8页 11 能够从电阻器108吸收（sink）大的电荷泵电流和VSS电流的情况下，电阻器120的大小可 设置为尽可能大。通过允许两个电阻器的大小可设置为尽可能大，使这些电阻器的功耗和 物理尺寸最小化。 0036 电容器C 1 210旁通在输出节点104和V SS 130之间的供电。电容器C 1 210被用在 启动模式中。两个分路调节器（即202和118）提供在启动模式期间具有特定功能的供电。 例如，分路调节器202为逻辑块提供“始终带电的”（即导通的）的供。
44、电。由此，能够易于判定 不同状态，诸如“切断”或“故障”。另外，分路调节器202还提供涓流充电到栅极节点218， 以用于自举功能。 0037 关于分路调节器118，其提供高的电流供电给电荷泵110和与自举电容器C1 210 连接的过压调节放大器112。 0038 在一个实施例中，电荷泵110使用极大量的电流，并且R IN 108和R SS 120可以是大 的（以分别限制用于V DD 222和V SS 130供电的电流）。电荷泵通过C1 210“自举”。 0039 通过之前对于过压保护电路的概述，可有助于下面提供自举功能的高级别示例。 V DD 引脚222通过分路调节器202提供涓流电流到MOS。
45、FET 106的栅极。MOSFET 106然后用 以对电容器C 1 210充电。电容器C 1 210又向电荷泵110供应电流。电荷泵110提供电流 到MOSFET 106的栅极，MOSFET 106又对C 1 210充电。 0040 尽管浮动过压保护电路102，参考地的电路与过压保护电路102之间的通信是可 实现的。例如，引脚226上的接地电阻器可通过将引脚226下拉到切断比较器216 阈值以下而激活一部分切断。例如，该部分切断可通过将引脚226下拉到SD比较器216 阈值1ms来激活。该切断状态可将栅极引脚218钳位到OUT引脚104，并且可以为全部块降 低静态电流，直到引脚226被复位。该。
46、静态电流可降低至10A。 0041 过压保护电路102防止输入供应101上的过电压到达连接到V OUT 104的负载。在 正常工作期间，MOSFET 106完全导通，从而以几乎没有的电压降对连接到V OUT 104的负载 加电。随着输入101处的电压增大，引脚OUT 104处的电压增大直到OUT 104处的电压达 到调节电平（V REG ）。任意其它的电压增加跨越MOSFET 106提供。MOSFET 106仍为导通，从 而过压保护电路在短的（例如，1ms至300ms）过压事件中提供不间断的工作。 0042 在一个例子中，V REG 电平（即，输出104处的受调节的电压）配置有两个反馈电阻器，。
47、 R FB1 和R FB2 （分别为114和116）。过压调节放大器112将FB引脚224处的电压与低于OUT 104引脚的预定阈值（例如1.23V）比较。在调节期间，当V REG 电压的其余部分被提供到跨越 R FB2 116时，跨越R FB1 114的电压降与预定阈值（例如1.23V）相当。 0043 在一个例子中，当输出104处于调节点时，计时器被启动以防止MOSFET 106中的 过多功耗。通常，用预定的下拉电流（例如1.8A）将计时器引脚212保持为低（LOW）。在 调节期间，计时器引脚212以预定电流（例如9A）充电。如果该调节点被保持足够长使得 计时器引脚212达到预定电压电平（。
48、例如，在图2的示例中为2.8V），则过压故障被锁存在逻 辑和计时器快232中。例如，用于设定能够被电容器C T 228调整的计时电容器的方程： 0044 C T =3.5tnF/ms 0045 如上所述，在一个实施例中，过压保护电路102自启动（例如，通过计时器），而在另 一实施例中，其保持锁存为关（OFF），直到通过翻转引脚226而复位。冷却周期可以是9 秒，这提供了非常低的脉冲功率占空比。 说 明 书CN 102832608 A 11 7/8页 12 0046 图3图示了根据本发明的另一实施例的，在V SS 130返回线路上带有双极型晶体管 （例如PNP306）且在基极引脚308上带有电阻。
49、器R SS 304的过压保护电路102。R SS 304连接 在双极型晶体管306的基极和集电极之间。在一些实施例中，R SS 304的功率电阻器可在物 理上是大的。如图3中所示，较大值的R SS 304（即，较低的功率和小的物理尺寸）可与双极 型晶体管306结合使用。例如，除源自基极引脚308的电流（例如0.8A）之外，来自晶体管 306的基极电流流过R SS 304，这限制了最大R SS 304值。在一些实施例中，最小PNP 306 （Beta）低至35。就这一点而言，当V SS 130电流为350A时，基极电流是10A。因此，与 无双极型晶体管的实施相比，这允许35倍（即，）大的R SS 304。例如，当MOSFET 106在供 应电压101的大的变化下处于低电阻状态时，该PNP 306的选择是有用的。 0047 再参考图2，更为详细地讨论MOSFET 106是有帮助的。MOSFET的考虑包括开态电 阻（R DS(ON) ）、最大漏-源电压（V (BR)DSS ）、阈值电压和安全工作区域（SOA）。 0048 例如，MOSFE。