[发明专利]形成过电压保护电路的方法及其结构

说明书

技术领域

本发明一般涉及电子学，更具体地，涉及形成半导体器件的方法和结构。

背景技术

在过去，半导体工业利用各种方法和结构来产生可用于保护各种类型的设备如电压调节器的过电压(over-voltage)及电压瞬变保护电路。这些过电压和电压瞬变保护电路一般包括利用旁路(pass)晶体管和运算放大器来控制输出电压的线性调节器。在瞬变或过电压事件期间，过电压保护电路一般禁止线性调节器并阻止调节，直到瞬变或过电压情况被消除。因为线性调节器被禁止，线性调节器不提供过电压保护且需要额外的电路。通常，齐纳二极管耦合在输入和地线之间以帮助防止输入过电压情况。然而，齐纳二极管传导的电压不很精确或者不容易控制，因此，施加至输出的电压可能超过输出电压的期望最大值。在1997年2月15日授权给Howard E.Murphy的美国专利号4,008,418中公开了这样的瞬变保护电路的一个样例。

因此，期望有一种保护电路，其更精确地调节输出电压、最小化在瞬变期间的过冲(overshoot)、并具有更快速的反应时间。

附图说明

图1简要示出了包括根据本发明的过电压保护电路的系统的一部分的实施例；

图2为具有根据本发明的图1的过电压保护电路的一些元件的工作曲线的图；

图3为具有根据本发明的图1的过电压保护电路的一些元件的其它工作曲线的图；以及

图4简要示出了包括根据本发明的图1的电源系统的半导体器件的放大的平面视图。

为了说明的简单和明了，图中的元件不一定按照比例，并且在不同的图中相同的参考号代表相同的元件。此外，为了说明的简要，省略了众所周知的步骤和元件的说明和细节。这里使用的载流电极(current carrying electrode)是指器件的元件，例如MOS晶体管的源极或漏极、或双极晶体管的发射极或集电极、或二极管的正极或负极，其承载通过该器件的电流，控制电极是指器件的元件，例如MOS晶体管的栅极或者双极晶体管的基极，其控制通过该器件的电流。虽然这里把器件解释为确定的N-沟道或P-沟道器件，本领域的普通技术人员应认识到，根据本发明，互补器件也是可能的。本领域的普通技术人员应认识到，这里使用的词汇“在...期间”、“在...的时候”、以及“当...时”不是表示一旦开始操作马上就会出现反应的准确术语，而是可能会在被初始操作激起的反应之间有一些微小但合理的延迟，例如传播延迟。

具体实施方式

图1简要示出了连接在电路10的一部分的实施例中的过电压保护电路20的优选实施例。过电压保护电路20在输入端子11和公共返回端子12之间接收输入电压，并在输出13和端子12之间提供输出电压。例如，电路20的输入电压可以从插墙式适配器(wall adapter)或USB电源中接收，以及负载15可以是移动电话的电路。输入电压的期望值一般具有在目标值附近的值域范围中的目标值。例如，目标值可以为5伏特(5V)，而值域可以在5伏特附近加上或者减去5％。利用输出13上的输出电压来运行负载15的过电压保护电路20一般耦合至负载15。电路20包括配置成响应于增加至不小于第一值的输入电压值而将输出13从输入电压中去耦的第一电路，以及还包括响应于增加至不小于第二值的输入电压值而将输出13从输入电压中去耦的第二电路，所述第二值小于所述第一值。此外，第一电路响应于以高速率增加的输入电压值而将输出13从输入电压中去耦，而第二电路响应于以较慢的速率增加的输入电压值而将输出13从输入电压中去耦。

电路20包括串联在输入端子11和输出13之间的诸如P-沟道MOS晶体管21的旁路元件、快速控制电路28、慢速控制电路41、诸如晶体管22的禁止开关以及电阻器23和24。电路28包括齐纳二极管37、双极晶体管39、包括电阻器33和电阻器35的阈值调节电路、以及包括晶体管30和电阻器31的滞后电路。电路41包括晶体管42、比较器49、电压参考发生器或参考48、以及包括电阻器44和45的前馈电路。如在下文中将进一步看到的，电路41具有的阈值电压比电路28的阈值电压低。此外，电路41比电路28具有更慢的响应时间。因此，只要输入电压以比通过电路41的传播延迟时间更慢的速率增加，电路41就控制晶体管21以增加输入电压的值。