[发明专利]负荷开关设备和控制方法

说明书

一种设备，其包括通过负荷开关IC的输出端子耦合到负载的晶体管、连接到晶体管的栅极的栅极驱动电路。其中，栅极驱动电路被配置成：使得在短路事件中，晶体管的栅极上的电压逐渐降低，并且由于晶体管的栅极上的电压逐渐降低，使出现在负荷开关IC的输出端子处的负电压最小化。

技术领域

本发明涉及负荷开关的栅极驱动电路和控制方法，并且在特定实施例中，涉及用于在短路事件期间减少出现在负荷开关集成电路的输出端子处的负电压的栅极驱动电路和控制方法。

背景技术

随着技术进一步发展，诸如移动电话、平板PC、数码相机、MP3 播放器和/或类似装置的各种电子装置变得普及。每个电子装置都需要各种负荷开关来控制电子装置中的功率流。此外，采用负荷开关来保护电源和负载免受诸如短路、过流、过压、过温等异常工作状况的损坏。

在工作中，负荷开关配置成将负载连接到电源或将负载与电源断开连接。负荷开关可由外部信号控制。当负荷开关关断时，负荷开关能够阻止电流从电源流向负载。另一方面，当负荷开关接通时，在负载和电源之间建立导电通路。输出电压近似等于负荷开关的输入电压。负荷开关可作为诸如金属-氧化物-半导体场效应晶体管 (MOSFET)的分立开关实现。备选地，负荷开关也可作为由全集成的IC负荷开关实现。

图1示出包含负荷开关集成电路(IC)的系统的示意图。负荷开关IC耦合在电源(未示出)和负载RL之间。负荷开关IC的输入端子耦合到电源。输出端子耦合到负载RL。为了具有稳定的输入电压，在负荷开关IC的输入端子和地之间耦合输入电容C_IN。同样地，为了具有稳定的输出电压，在负荷开关IC的输出端子和地之间耦合输出电容C_OUT。负荷开关IC的输出端子和负载RL之间的迹线(trace)具有寄生电感值。寄生电感值可表示为L，如图1所示。L又可称为寄生电感。

如图1所示，负荷开关IC包括开关和ESD二极管。开关是晶体管。晶体管是n-型MOSFET。n-型MOSFET的漏极耦合到负荷开关 IC的输入端子。n-型MOSFET的源极耦合到负荷开关IC的输出端子。 n-型MOSFET的栅极由栅极驱动电路控制。负荷开关IC可进一步包括静电放电(ESD)二极管。ESD二极管的阴极耦合到负荷开关IC 的输出端子。ESD二极管的阳极耦合到地。

如图1所示，流入到负荷开关IC中的电流用I_IN表示。负荷开关 IC的输入端子上的电压用V_IN表示。流过负荷开关IC的晶体管的电流用I_OUT表示。流过ESD二极管的电流用I_BD表示。负荷开关IC的输出端子上的电压用V_OUT表示。流过输出电容的电流用I_COUT表示。流过寄生电感的电流用I_LOAD表示。负载RL的两个端子间的电压用 V_LOAD表示。

在运行过程中，当负载RL处发生短路事件时，输出电压V_OUT响应于短路事件而下降。负荷开关IC检测到输出端子处的电压变化。响应于该电压变化，栅极驱动电路关断晶体管，以便保护负荷开关IC 免于在短路事件过程中受损。

图2示出与如图1所示的负荷开关IC相关联的各种波形。图2 的横坐标表示时间间隔，共有六行。其中，第一行表示负载RL的两个端子间的电压(V_LOAD)。第二行表示负荷开关IC的输出端子处的电压(V_OUT)。第三行表示流过负荷开关IC的晶体管的电流(I_OUT)。第四行表示流过负荷开关IC的输出电容的电流(I_COUT)。第五行表示流过耦合在负荷开关IC的输出端子和负载RL之间的寄生电感器的电流(I_LOUT)。第六行表示流过负荷开关IC的ESD二极管的电流(I_BD)。