本發(fā)明涉及集成電路芯片的過壓保護(hù)，特別是一種應(yīng)用于集成電路的輸入過壓保護(hù)電路，通過外置于集成電路芯片的MOS開關(guān)管斷開高壓以避免高壓直接輸入而損壞芯片內(nèi)部電路，從而實(shí)現(xiàn)對芯片內(nèi)部電路的過壓保護(hù)。

背景技術(shù)：

由于電池和電動(dòng)車等的應(yīng)用，加上新的功率工藝GaN,SIC的發(fā)展，半導(dǎo)體能處理的電壓幅度越來越高。連UL認(rèn)證都把安全工作電壓提高到60V。而工業(yè)化4.0,對工業(yè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化和可靠性提出了嚴(yán)格的要求。本身這類高壓直流可能產(chǎn)生于前端的AC-DC電源開環(huán)，帶電插拔，工業(yè)，航空浪涌，還有就是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在拋載的情況下，馬達(dá)大比例速度變化和剎車等產(chǎn)生高電壓。本發(fā)明人認(rèn)為，這么高的電壓如果在半導(dǎo)體電源損壞的情況下，如何保護(hù)高壓電源不直接輸出到低壓控制端而燒毀系統(tǒng)是需要解決的技術(shù)問題。我們知道在雙極性三極管工藝下，由于高壓損壞，三極管CE級間是背對背的，而MOSFET的電壓擊穿下，DS極直接短路，輸入高壓就會直接輸出到電壓側(cè)?，F(xiàn)有技術(shù)中的解決方式包括提高M(jìn)OSFET(半導(dǎo)體的工藝)的耐壓或降額使用；或者采用雙調(diào)整管技術(shù)，當(dāng)一只MOSFET損壞，另一只切入；或者客戶可以外加一只耐更加高壓的loadswitch(負(fù)載開關(guān))，一旦檢測到過壓信號，立刻關(guān)斷l(xiāng)oadswitch。但這一切都是臨時(shí)的，不徹底的解決方案，成本也高,也不是萬全的方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種應(yīng)用于集成電路的輸入過壓保護(hù)電路，通過外置于集成電路芯片的MOS開關(guān)管斷開高壓以避免高壓直接輸入而損壞芯片內(nèi)部電路，從而實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部電路的過壓保護(hù)。由于采用輸入過壓外置保護(hù)方式，對于過壓值用戶可以自己設(shè)置，外置于集成電路芯片的MOS開關(guān)管用戶可以根據(jù)自己預(yù)測的最高的電壓而選擇此電壓下的MOSFET，并且如果損壞，用戶可以再次更換外置的MOSFET過壓保護(hù)開關(guān)。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

應(yīng)用于集成電路的輸入過壓保護(hù)電路，其特征在于，包括集成電路芯片，所述集成電路芯片中具有受保護(hù)芯片電路，所述集成電路芯片的外部設(shè)置有外置過壓保護(hù)MOS開關(guān)管，所述外置過壓保護(hù)MOS開關(guān)管位于外部輸入電壓端與受保護(hù)芯片電路供電電壓端之間。

所述外置過壓保護(hù)MOS開關(guān)管為第三NMOS管，所述第三NMOS管的漏極連接外部輸入電壓端，所述第三NMOS管的源極連接受保護(hù)芯片電路供電電壓端，所述第三NMOS管的柵極通過第一電容接地。

所述受保護(hù)芯片電路供電電壓端通過第二電容接地，所述第二電容即芯片內(nèi)部電源濾波電容。

所述第三NMOS管的柵極通過第一電阻連接所述第三NMOS管的漏極。

所述集成電路芯片中包括第一NMOS管、第二NMOS管和第一倒相放大器。

所述第一NMOS管的漏極和所述第二NMOS管的漏極均連接所述第三NMOS管的柵極，所述第一NMOS管的源極連接所述受保護(hù)芯片電路供電電壓端，所述第一NMOS管的柵極通過第一倒相放大器連接所述第二NMOS管的柵極，所述第一NMOS管的柵極接收所述受保護(hù)芯片電路輸出的過壓控制信號，所述第二NMOS管的源極連接受保護(hù)芯片電路中升壓電路。

第一電阻和第一電容構(gòu)成的RC電路決定所述第三NMOS管柵電壓的啟動(dòng)速度，即受保護(hù)芯片電路供電電壓的上電速度。

第一電阻和第一電容構(gòu)成的RC電路時(shí)間常數(shù)能夠根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定。

所述受保護(hù)芯片電路中升壓電路產(chǎn)生一個(gè)“受保護(hù)芯片電路供電電壓+5伏”的電壓作為所述第三NMOS管的柵極驅(qū)動(dòng)源。

所述外置過壓保護(hù)MOS開關(guān)管通過可更換連接結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述集成電路芯片的封裝結(jié)構(gòu)外部，所述封裝結(jié)構(gòu)的內(nèi)部包括所述受保護(hù)芯片電路和附加電路，所述附加電路從所述受保護(hù)芯片電路中獲得過壓控制信號OVP和作為所述外置過壓保護(hù)MOS開關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)源的電壓。

本發(fā)明技術(shù)效果如下：本發(fā)明應(yīng)用于集成電路的輸入過壓保護(hù)電路，采用輸入過壓外置保護(hù)方式，當(dāng)外部輸入電壓非正常升高時(shí)，過壓保護(hù)MOSFET可有效保護(hù)受保護(hù)芯片電路免受損傷，同時(shí)又不影響芯片的正常工作。本發(fā)明利用開關(guān)電源控制IC內(nèi)部的上管驅(qū)動(dòng)的Boost電路產(chǎn)生一個(gè)高于輸入電壓5V的柵極驅(qū)動(dòng)源，而無需客戶另外加電路?？蛻艨梢栽O(shè)置安全的過壓保護(hù)點(diǎn)，并且?guī)в谢販?，比較靈活。這個(gè)電路解決了短時(shí)間高壓后，電路還可以自己恢復(fù)工作，回避了臨時(shí)高壓脈沖問題?？蛻艨梢愿鶕?jù)自己的需要靈活選擇外置的MOSFET的耐壓。

本發(fā)明具有的特點(diǎn)：1、能完全解決高壓這個(gè)危險(xiǎn)；2、成本低廉；3、損壞的情況下，客戶自己都可以更換，系統(tǒng)完全安全。

附圖說明

圖1是實(shí)施本發(fā)明應(yīng)用于集成電路的輸入過壓保護(hù)電路示意圖。

圖2是不同階段中VIN(外部輸入電壓)、VCC(芯片供電電壓)、OVP(過壓控制信號)的波形示意圖。圖2中S1為輸入啟動(dòng)階段，S2為輸入過壓階段，S3為恢復(fù)正常階段，VT1為過壓階段上門限電壓，VT2為過壓階段下門限電壓。

附圖標(biāo)記列示如下：1-受保護(hù)芯片電路；2-集成電路芯片；3-受保護(hù)芯片電路中升壓電路端(驅(qū)動(dòng)信號電壓值VCC+5V)；4-受保護(hù)芯片電路中升壓電路(BST，即Boost電路)；5-附加電路；VIN-外部輸入電壓端或外部輸入電壓或外部輸入電壓值；VCC-芯片供電電壓端或芯片供電電壓或芯片供電電壓值；OVP-過壓控制信號；D1-第一倒相放大器；R1-第一電阻；C1-第一電容；C2-第二電容或芯片內(nèi)部電源濾波電容；M1-第一NMOS管；M2-第二NMOS管；M3-第三NMOS管或外置保護(hù)NMOS管或過壓保護(hù)NMOS管；Vog-柵電壓端或柵電壓或柵電壓值；S1-輸入啟動(dòng)階段；S2-輸入過壓階段；S3-恢復(fù)正常階段；VT1-過壓階段上門限電壓；VT2-過壓階段下門限電壓。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖(圖1-圖2)對本發(fā)明進(jìn)行說明。

圖1是實(shí)施本發(fā)明應(yīng)用于集成電路的輸入過壓保護(hù)電路示意圖。圖2是不同階段中VIN、VCC、OVP的波形示意圖。如圖1至圖2所示，應(yīng)用于集成電路的輸入過壓保護(hù)電路，包括集成電路芯片2，所述集成電路芯片2中具有受保護(hù)芯片電路1，所述集成電路芯片2的外部設(shè)置有外置過壓保護(hù)MOS開關(guān)管，所述外置過壓保護(hù)MOS開關(guān)管位于外部輸入電壓端VIN與受保護(hù)芯片電路供電電壓端VCC之間。所述外置過壓保護(hù)MOS開關(guān)管為第三NMOS管M3，所述第三NMOS管M3的漏極連接外部輸入電壓端VIN，所述第三NMOS管M3的源極連接受保護(hù)芯片電路供電電壓端VCC，所述第三NMOS管M3的柵極通過第一電容接地C1。所述受保護(hù)芯片電路供電電壓端VCC通過第二電容C2接地，所述第二電容C2即芯片內(nèi)部電源濾波電容。所述第三NMOS管M3的柵極通過第一電阻R1連接所述第三NMOS管M3的漏極。所述集成電路芯片2中包括第一NMOS管M1、第二NMOS管M2和第一倒相放大器D1。所述第一NMOS管M1的漏極和所述第二NMOS管M2的漏極均連接所述第三NMOS管M3的柵極，所述第一NMOS管M1的源極連接所述受保護(hù)芯片電路供電電壓端VCC，所述第一NMOS管M1的柵極通過第一倒相放大器D1連接所述第二NMOS管M2的柵極，所述第一NMOS管M1的柵極接收所述受保護(hù)芯片電路1輸出的過壓控制信號OVP，所述第二NMOS管M2的源極連接受保護(hù)芯片電路中升壓電路4。第一電阻R1和第一電容C1構(gòu)成的RC電路決定所述第三NMOS管M3柵電壓Vog的啟動(dòng)速度，即受保護(hù)芯片電路供電電壓VCC的上電速度。第一電阻R1和第一電容C1構(gòu)成的RC電路時(shí)間常數(shù)能夠根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定。所述受保護(hù)芯片電路中升壓電路4產(chǎn)生一個(gè)“受保護(hù)芯片電路供電電壓+5伏”即VCC+5V的電壓作為所述第三NMOS管M3的柵極驅(qū)動(dòng)源。所述外置過壓保護(hù)MOS開關(guān)管通過可更換連接結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述集成電路芯片2的封裝結(jié)構(gòu)外部，所述封裝結(jié)構(gòu)的內(nèi)部包括所述受保護(hù)芯片電路1和附加電路5，所述附加電路5從所述受保護(hù)芯片電路1中獲得過壓控制信號OVP和作為所述外置過壓保護(hù)MOS開關(guān)管M3柵極驅(qū)動(dòng)源的電壓。

當(dāng)電路正常工作時(shí)，隨著外部輸入電壓VIN的上升，受保護(hù)芯片電路供電電壓VCC開始上升，此時(shí)芯片外部保護(hù)作用的MOSFET即第三NMOS管M3柵電壓Vog連接到受保護(hù)芯片電路產(chǎn)生的VCC+5V的電壓即受保護(hù)芯片電路中升壓電路端3的驅(qū)動(dòng)信號電壓值VCC+5V，MOSFET完全導(dǎo)通，VCC＝VIN。

當(dāng)輸入電壓VIN上升到一定值，檢測到受保護(hù)芯片電路供電電壓VCC大于設(shè)置的OVP上門限電壓時(shí)，外部MOSFET柵電壓Vog將會接到VIN，MOSFET關(guān)斷，并關(guān)斷受保護(hù)芯片電路內(nèi)部的主要環(huán)路。之后受保護(hù)芯片電路的輸入電壓VCC會持續(xù)降低，當(dāng)輸入電壓VCC低于設(shè)置的OVP下門限電壓VT2時(shí)，受保護(hù)芯片電路重新開始工作，MOS FET柵電壓Vog重新被連接到VCC+5V的電壓，輸入電壓VCC繼續(xù)上升，直至VCC＝VIN。在此過程中如果VCC大于OVP上門限電壓，說明輸入過壓狀態(tài)一直持續(xù)，受保護(hù)芯片電路將會重復(fù)上述過程。如果VCC＝VIN<過壓上門限電壓VT1，則說明輸入過壓狀態(tài)解除，受保護(hù)芯片電路將繼續(xù)正常工作。其中R1和C1構(gòu)成的RC電路決定外部保護(hù)MOSFET即第三NMOS管M3柵電壓的啟動(dòng)速度，即受保護(hù)芯片電路供電電壓的上電速度，R1和C1構(gòu)成的RC電路時(shí)間常數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要選取，C2是受保護(hù)芯片電路電源的濾波電容。圖2給出了輸入啟動(dòng)階段S1，輸入過壓階段S2，輸入恢復(fù)正常階段S3這三個(gè)階段的外部電壓VIN，芯片電壓VCC和OVP信號的波形。通過仿真波形(例如，設(shè)定仿真條件：R1＝100K，C1＝4.7n，C2＝1u)得到的結(jié)論：當(dāng)外部輸入電壓非正常升高時(shí)，過壓保護(hù)MOSFET可有效保護(hù)受保護(hù)芯片電路免受損傷，同時(shí)又不影響芯片的正常工作。

在此指明，以上敘述有助于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明創(chuàng)造，但并非限制本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。任何沒有脫離本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)質(zhì)內(nèi)容的對以上敘述的等同替換、修飾改進(jìn)和/或刪繁從簡而進(jìn)行的實(shí)施，均落入本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。