[发明专利]共栅极连接的高电压瞬变阻断单元

说明书

发明领域

本申请涉及电气瞬变的抑制。

背景

瞬变阻断单元(TBU)是包括两个或多个正常导通晶体管的电路，所述正常 导通晶体管响应过电流状态快速和自动地切换至高阻电流阻断状态。与负载串 联设置的TBU由此保护负载不受过电流状态的影响。为此，TBU应用作为敏感 电气负载的串联保护元件。一种描述瞬变阻断单元的早期的参考文献是US 5,742,463。

在许多情形中，重要的是使TBU具有高电压处理能力。一种提供这种能力 的方法是简单地制造具有含要求的额定电压的晶体管的基本TBU电路。然而， 这种方法在实践中经常是麻烦的，由于例如TBU门限电流(即高于该电流器件 就会截止的电流)的关键TBU参数取决于TBU晶体管的器件参数。提供高电压 晶体管的器件参数的严密控制通常是困难的和/或高成本的。因此，包括高电 压晶体管以使高电压晶体管的器件参数确定例如门限电流的TBU参数的TBU将 受到产量降低和成本增加的制约。

一种代替性方法可称为“核心TBU”方法。在这种方法中，相对低的电压 TBU连接于高电压晶体管以使整个电路充当高电压TBU。使用低电压TBU内核 以控制高电压晶体管可较为有利地简化TBU设计。例如，通过TBU内核方法， TBU门限电流由TBU内核设定并较为有利地不取决于(不良控制的)高电压晶体 管的器件参数。在US 2006/0098363中考虑TBU内核方法的一些方面。

图1示出如US 2006/0098363中描述的TBU内核电路的一个例子。在 该例中，TBU内核102包括正常导通的晶体管Q1、Q2和Q3以及二极管 D1和D2，它们相互连接以提供瞬变阻断功能。TBU内核102连接于正常 导通的高电压晶体管Q4和Q5以当TBU内核102切换至其高阻状态时， 使Q4和Q5中的至少一个由此而截止。因此，TBU内核102设定电流门限， 而Q4和Q5提供高电压处理能力。

概述

然而，已发现存在许多情形，其中传统TBU核心方法(例如如上所述)不提 供对所保护的应用设备的最优保护。尤其地，当所要阻断的瞬变在高频(例如 大于10MHz)下振荡时，可能产生问题。在实践中频繁发生阻断高频振荡瞬变的 需要，尤其是在TBU与分路保护元件(例如气体放电管)结合使用作为全部瞬变 抑制方法的一部分的情形下。配合于分路电流的气体放电管的放电一般会导致 TBU出现高频振荡瞬变。在其它应用中，例如某些航空应用中，可能需要对甚 高频、高压瞬变的保护以保护某些类型的雷击。

当将高频振荡瞬变提供给传统TBU电路时，与保持在保持低水平恒电流的 TBU阻断状态相反，TBU在瞬变过程中不理想地经历主动切换。作为该行为的 结果，TBU可因高频瞬变而被周期地重置，这导致高频电流流过，这会在瞬变 期间使所保护的负载和TBU本身受到过大的电应力(例如高于额定功耗)，并从 而导致设备损坏。可从图1电路的观察中得出这种行为的原因，TBU核心102 和晶体管Q4一起作用以阻断具有一个极性的晶体管的一部分，而TBU核心102 和晶体管Q5一起作用以阻断具有另一极性的晶体管的一部分。随着电压经过 零伏，TBU重置至其导通状态。因此，周期快于TBU正常反应时间的振荡瞬变 要求TBU核心102比其响应速度更快地在两种状态之间切换，这将导致高电流 瞬变经过TBU并进入所保护的设备。

根据本发明的实施例，通过在多个高电压晶体管的栅极之间提供二端子连 接而可减轻该问题。在操作中，这种经修正的TBU电路具有在高过TBU核心门 限后即使存在振荡瞬变也能使两个高电压晶体管均保持在截止状态的理想性 质。如此，TBU核心受到保护而没有上述主动切换问题。

附图简述

图1示出现有技术的高电压瞬变阻断单元。

图2示出根据本发明一个实施例的高电压瞬变阻断单元。

图3示出根据本发明第一较佳实施例的高电压瞬变阻断单元。

图4示出根据本发明第二较佳实施例的高电压瞬变阻断单元。

图5示出根据本发明第三较佳实施例的高电压瞬变阻断单元。

图6示出根据本发明第四较佳实施例的高电压瞬变阻断单元。

详细说明