CN108054743A - 一种负载开关集成电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种负载开关集成电路及电子设备，当负载开关集成电路的输入端出现浪涌电压时，其浪涌检测电路控制第一泄放单元导通，以将负载开关集成电路的输入端能量泄放至地，同时通过控制电路控制第一开关管和第二泄放单元导通，以将负载开关集成电路的输出端能量泄放至地；也即，相比现有技术中仅能通过浪涌保护电路对浪涌能量进行泄放的情况，本发明将要抵抗的浪涌能量分成两路进行泄放，当要抵抗的浪涌能量较大时，其电路面积明显小于现有技术。

Description

一种负载开关集成电路及电子设备
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种负载开关集成电路及电子设备。
背景技术
浪涌电压是超出正常工作电压的瞬间过电压，其产生的时间非常短，通常在微秒级。浪涌发生时，电压电流的大小可能是正常值的很多倍，当其超过器件的承受能力时，会直接将器件烧毁，且多个小的浪涌积累效应也会导致半导体器件性能的衰退，使其寿命缩短。
现有技术中一般通过负载开关集成电路设置于待保护电路的前级；该负载开关集成电路如图1所示，在浪涌发生时，通过栅极控制电路控制主开关管M1关断，实现对输出端OUT连接的后级电路的保护。但是，当浪涌发生时，该负载开关集成电路输入端IN的电压波形如图2中虚线所示，其浪涌电压Vsurge很高，可能会击穿并烧毁该负载开关集成电路内部元件；因此，现有技术通常还在其输入端IN与地之间加设浪涌保护电路，参见图1；当输入端IN浪涌发生时，该浪涌保护电路能够及时将浪涌能量泄放至地，并将输入端IN的电压钳位在一个能承受的范围内，如图2中的Vclamp，从而保护该负载开关集成电路内部元件，也进一步保护后级电路不被浪涌能量损坏。
然而上述现有技术方案，其要抵抗的浪涌能量越大，就要求浪涌保护电路的泄放能力越强，对应浪涌保护电路的电路面积也就越大，使得该负载开关集成电路的整体面积过大。
发明内容
本发明提供一种负载开关集成电路及电子设备，以解决现有技术中电路面积大的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种负载开关集成电路，包括：第一开关管、浪涌检测电路、控制电路、第一泄放单元及第二泄放单元；其中：
所述第一开关管的输入端、所述浪涌检测电路的输入端及所述第一泄放单元的输入端，均与所述负载开关集成电路的输入端相连；
所述第一开关管的输出端和所述第二泄放单元的输入端，均与所述负载开关集成电路的输出端相连；
所述浪涌检测电路的输出端分别与所述第一泄放单元的控制端及所述控制电路的输入端相连；
所述控制电路的输出端分别与所述第一开关管的控制端及所述第二泄放单元的控制端相连；
所述第一泄放单元的输出端及所述第二泄放单元的输出端均与地相连；
所述浪涌检测电路用于检测所述负载开关集成电路的输入端是否出现浪涌电压，当所述负载开关集成电路的输入端出现浪涌电压时，控制所述第一泄放单元导通，以将所述负载开关集成电路的输入端能量泄放至地，同时通过所述控制电路控制所述第一开关管和所述第二泄放单元导通，以将所述负载开关集成电路的输出端能量泄放至地。
优选的，所述第一泄放单元包括：第二开关管；
所述第二泄放单元包括：第三开关管。
优选的，所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管均为N型金属氧化半导体场效应晶体管。
优选的，所述控制电路包括：第四开关管；
所述浪涌检测电路的第一输出端分别与所述第二开关管的控制端及所述第三开关管的控制端相连；
所述浪涌检测电路的第二输出端与所述第四开关管的控制端相连；
所述第四开关管的输入端与所述第一开关管的控制端相连；
所述第四开关管的输出端与所述第三开关管的控制端相连。
优选的，还包括：电荷泵；所述电荷泵的输出端与所述第一开关管的控制端相连。
优选的，所述第四开关管为N型金属氧化半导体场效应晶体管。
一种电子设备，包括如上述任一所述的负载开关集成电路。
本发明提供的负载开关集成电路，当负载开关集成电路的输入端出现浪涌电压时，其浪涌检测电路控制第一泄放单元导通，以将负载开关集成电路的输入端能量泄放至地，同时通过控制电路控制第一开关管和第二泄放单元导通，以将负载开关集成电路的输出端能量泄放至地；也即，相比现有技术中仅能通过浪涌保护电路对浪涌能量进行泄放的情况，本发明将要抵抗的浪涌能量分成两路进行泄放，当要抵抗的浪涌能量较大时，其电路面积明显小于现有技术。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的负载开关集成电路的结构示意图；
图2是现有技术提供的浪涌保护电路的保护效果示意图；
图3是本发明实施例提供的负载开关集成电路的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的负载开关集成电路的泄放电流路径示意图；
图5是本发明另一实施例提供的负载开关集成电路的另一结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种负载开关集成电路，以解决现有技术中电路面积大的问题。
具体的，参见图3，该负载开关集成电路包括：第一开关管M1、浪涌检测电路101、控制电路102、第一泄放单元103及第二泄放单元104；其中：
第一开关管M1的输入端、浪涌检测电路101的输入端及第一泄放单元103的输入端，均与负载开关集成电路的输入端IN相连；
第一开关管M1的输出端和第二泄放单元104的输入端，均与负载开关集成电路的输出端OUT相连；
浪涌检测电路101的输出端分别与第一泄放单元103的控制端及控制电路102的输入端相连；
控制电路102的输出端分别与第一开关管M1的控制端及第二泄放单元104的控制端相连；
第一泄放单元103的输出端及第二泄放单元104的输出端均与地相连；
浪涌检测电路101用于检测负载开关集成电路的输入端IN是否出现浪涌电压，当负载开关集成电路的输入端IN出现浪涌电压时，浪涌检测电路101输出两个信号，其中一个信号能够控制第一泄放单元103导通，以将负载开关集成电路的输入端IN能量泄放至地，同时浪涌检测电路101输出的另一个信号能够通过控制电路102控制第一开关管M1和第二泄放单元104导通，以将负载开关集成电路的输出端OUT能量泄放至地，进而实现双通路泄放。
优选的，如图3所示，其第一泄放单元103包括：第二开关管M2；第二泄放单元104包括：第三开关管M3。
优选的，第一开关管M1、第二开关管M2及第三开关管M3均为NMOS(N-Mental-Oxide-Semiconductor，N型金属氧化半导体)场效应晶体管，都能承受较大功率。
其中，第一开关管M1是负载开关集成电路的主开关管，当负载开关集成电路需要导通时，第一开关管M1导通，将负载开关集成电路的输入端IN和输出端OUT连接，VOUT＝VIN。当负载开关集成电路需要断开时，第一开关管M1关断。
当浪涌检测电路101检测到负载开关集成电路的输入端IN出现浪涌电压时，第二开关管M2的栅极Gate2被抬升到一定电位进而导通，将负载开关集成电路的输入端IN能量通过沟道泄放至地；当浪涌电压消失之后，第二开关管M2的栅极Gate2被短接到地进而关断。在没有浪涌电压的情况下，第二开关管M2一直处于关断状态，不影响其他电路的工作。
图3所示结构中，除第二开关管M2外，第一开关管M1和第三开关管M3也能配合起到浪涌保护功能。具体的，有浪涌发生时，第二开关管M2导通，形成泄放浪涌能量的第一通路(图4中I1所示路径)；同时，第一开关管M1的栅极Gate1被钳位至一定电压进而导通，第三开关管M3的栅极Gate3电压被抬升到一定电位进而导通，第一开关管M1和第三开关管M3串联形成泄放浪涌能量的第二通路(图4中I2所示路径)。在没有浪涌电压的情况下，第二开关管M2和第三开关管M3均一直处于关断状态，不影响其他电路的工作。
相比现有技术中仅能通过浪涌保护电路对浪涌能量进行泄放的情况，本实施例提供的该负载开关集成电路，将要抵抗的浪涌能量分成两路进行泄放，通过增加泄放浪涌能力的第二通路，提升了芯片的总体浪涌保护能力，当要抵抗的浪涌能量较大时，其电路面积明显小于现有技术。
值得说明的是，泄放单元也可以由其他可控器件实现，只要保证一定的泄放能力和较小的面积即可，均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例还提供了一种具体的负载开关集成电路，在上述实施例及图3和图4的基础之上，优选的，参见图5，其控制电路102包括：第四开关管M4；
浪涌检测电路101的第一输出端分别与第二开关管M2的控制端及第三开关管M3的控制端相连；
浪涌检测电路101的第二输出端与第四开关管M4的控制端相连；
第四开关管M4的输入端与第一开关管M1的控制端相连；
第四开关管M4的输出端与第三开关管M3的控制端相连。
优选的，参见图5，该负载开关集成电路，还包括：电荷泵105；电荷泵105的输出端与第一开关管M1的控制端相连。
优选的，第四开关管M4为NMOS场效应晶体管。
参见图5，第一开关管M1需要导通时，由电荷泵105将第一开关管M1的栅极Gate1电压升压到高于输出端OUT的电位，使第一开关管M1导通。第一开关管M1需要关闭时，通过电荷泵105关闭来实现。第二开关管M2和第三开关管M3的栅极短接在一起，都由浪涌检测电路101控制；无浪涌发生时，第三开关管M3的栅极Gate3接地；浪涌发生时，第四开关管M4导通，将第一开关管M1的栅极Gate1短接到第三开关管M3的栅极Gate3，使第三开关管M3的栅极Gate3被浪涌检测电路101控制抬升到一定电压(例如5V)，此时第一开关管M1、第二开关管M2和第三开关管M3全部导通，一起泄放浪涌能量。由于第一开关管M1的栅极Gate1被钳位到比较低的电压，因此浪涌发生时，输出端OUT电压不会升到比较高的水平，从而保护输出端OUT所连接器件不被浪涌损坏。
其余结构及原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述任一实施例所述的负载开关集成电路。
具体的，该电子设备可以是手机、平板电脑等移动终端，或者其他USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)接口设备等等，此处不做具体限定，只要包括上述实施例所述的负载开关集成电路的电子设备均在本申请的保护范围内。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种负载开关集成电路，其特征在于，包括：第一开关管、浪涌检测电路、控制电路、第一泄放单元及第二泄放单元；其中：
所述第一开关管的输入端、所述浪涌检测电路的输入端及所述第一泄放单元的输入端，均与所述负载开关集成电路的输入端相连；
所述第一开关管的输出端和所述第二泄放单元的输入端，均与所述负载开关集成电路的输出端相连；
所述浪涌检测电路的输出端分别与所述第一泄放单元的控制端及所述控制电路的输入端相连；
所述控制电路的输出端分别与所述第一开关管的控制端及所述第二泄放单元的控制端相连；
所述第一泄放单元的输出端及所述第二泄放单元的输出端均与地相连；
所述浪涌检测电路用于检测所述负载开关集成电路的输入端是否出现浪涌电压，当所述负载开关集成电路的输入端出现浪涌电压时，控制所述第一泄放单元导通，以将所述负载开关集成电路的输入端能量泄放至地，同时通过所述控制电路控制所述第一开关管和所述第二泄放单元导通，以将所述负载开关集成电路的输出端能量泄放至地。
2.根据权利要求1所述的负载开关集成电路，其特征在于，所述第一泄放单元包括：第二开关管；
所述第二泄放单元包括：第三开关管。
3.根据权利要求2所述的负载开关集成电路，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管均为N型金属氧化半导体场效应晶体管。
4.根据权利要求2所述的负载开关集成电路，其特征在于，所述控制电路包括：第四开关管；
所述浪涌检测电路的第一输出端分别与所述第二开关管的控制端及所述第三开关管的控制端相连；
所述浪涌检测电路的第二输出端与所述第四开关管的控制端相连；
所述第四开关管的输入端与所述第一开关管的控制端相连；
所述第四开关管的输出端与所述第三开关管的控制端相连。
5.根据权利要求4所述的负载开关集成电路，其特征在于，还包括：电荷泵；所述电荷泵的输出端与所述第一开关管的控制端相连。
6.根据权利要求4所述的负载开关集成电路，其特征在于，所述第四开关管为N型金属氧化半导体场效应晶体管。
7.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的负载开关集成电路。
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