專利名稱：Nmos電池反接保護的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反向電壓保護。
背景技術(shù)：
當電路由電壓源供電時，如果電壓源以反向極性連接則通常是有不利影響的。例如，車輛具有與電池的正、負端相連的正、負電池纜線。如果正纜線與電池負端相連而負纜線與電池正端相連，則電壓源以相反極性連接。
現(xiàn)在參考圖1A，示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)合基于熔絲的極性反接保護系統(tǒng)的電路100的電路圖。該電路包括晶體管102。該實施方案中晶體管102是n-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，具其有柵極、源極、漏極以及體區(qū)，當然也可以使用其他類型的晶體管。電壓源104的第一端子與熔絲106的第一端子相連通。熔絲106的第二端子與第一二極管108的負端以及電感器110的第一端子相連通。第一二極管108的正端與電壓源104的第二端子相連通。電感器110的第二端子與晶體管102的漏極以及第二二極管112的正端相連通。晶體管102的源極和體區(qū)與電壓源104的第二端子相連通。第二二極管112的負端與電容器114的第一端子相連通。電容器114的第二端子與電壓源104的第二端子相連通。
正常工作時，電壓源104的第一端子處的電壓相對于電壓源104的第二端子為正。熔絲106作為小電阻工作，第一二極管108反向偏置。電流流經(jīng)電感器110，然后流入晶體管102和/或第二二極管112。這種方法的一個缺點是電流必須總是流過熔絲106，而不管它后來是否流經(jīng)晶體管102或流經(jīng)第二二極管112。熔絲必須對這種連續(xù)電流是額定的，且連續(xù)地消耗功率。
現(xiàn)在參考圖1B，電路圖120示出了當電壓源以反向極性連接時圖1A的電路。為了使操作更明顯，電路上下顛倒重新畫出。晶體管102的體區(qū)現(xiàn)在處于電路的最高電勢。晶體管102的體區(qū)和晶體管102的源極之間的pn結(jié)現(xiàn)在是正偏的。沒有熔絲106提供的保護，晶體管102的該pn結(jié)傳導(dǎo)電壓源104所能提供的電流。該大電流可能損壞晶體管102。
此外，第一二極管108現(xiàn)在正向偏置，并傳導(dǎo)電壓源104允許的電流。大量的電流使熔絲106快速熔斷，有效地將電壓源104與電路的其他部分斷開。一旦電壓源104被糾正，熔絲106必須被替換，這種方法的一個缺點是替換成本和人工。
現(xiàn)在參考圖2A，示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)合基于PMOS的極性反接保護系統(tǒng)的電路140的電路圖。該電路包括第一和第二晶體管，分別為142和144。該實施方案中第一晶體管142是p-溝道MOSFET，第二晶體管144是n-溝道MOSFET，它們每個都具有柵極、源極、漏極和體區(qū)，當然也可以使用其他類型的晶體管。電壓源146的第一端子與第一晶體管142的漏極相連通。第一晶體管142的柵極與電壓源146的第二端子相連通。第一晶體管142的源極和體區(qū)與電感器148的第一端子相連通。電感器148的第二端子與二極管150的正端以及第二晶體管144的漏極相連通。二極管150的負端與電容器152的第一端子相連通。電容器152的第二端子以及第二晶體管144的源極和體區(qū)與電壓源146的第二端子相連通。
正常工作時，第一晶體管142的柵-源電壓(VGS)小于零，第一晶體管142傳導(dǎo)電流。因為第一晶體管142的電壓降插入在電壓源146和電感器148的第一端子之間，可施加在電容器152上的可能電壓減小。此外，所有的電流流經(jīng)第一晶體管142，而不管它此后是否流經(jīng)第二晶體管144或二極管150。這需要使用更為昂貴的晶體管。
現(xiàn)在參考圖2B，電路圖160示出了當電壓源146以反向極性連接時圖2A的電路。為了使操作更明顯，電路上下顛倒地重新畫出。第一晶體管142的柵極現(xiàn)在與電源電壓相連。第一晶體管142源極的電壓不能大于電源電壓，所以VGS≥0。這樣第一晶體管142截止，沒有電流在電路中流動。

發(fā)明內(nèi)容
提出用于包括正、負端的電壓源的極性反接保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括極性敏感裝置，其具有與電壓源的正端相連通的第一端子，并包括第二端子。該系統(tǒng)還包括低電阻開關(guān)，其與電壓源的正端、電壓源的負端以及極性敏感裝置的第二端子相連通。當電壓源的正端處的第一電壓減去電壓源的負端處的第二電壓大于第一閾值電壓時，該低電阻開關(guān)采取電壓源的負端與極性敏感裝置的第二端子之間的導(dǎo)通狀態(tài)。否則，當?shù)谝浑妷簻p去第二電壓小于第二閾值電壓時，該低電阻開關(guān)采取電壓源的負端和極性敏感裝置的第二端子之間的非導(dǎo)通狀態(tài)。
其他特征中，低電阻開關(guān)包括n-溝道場效應(yīng)晶體管(FET)，該晶體管具有柵極端子、源極端子、漏極端子和體區(qū)端子。其他特征中，第一和第二閾值電壓等于該晶體管的物理閾值電壓。
另外的特征中，該晶體管的柵極端子與電壓源的正端相連通，該晶體管的漏極端子與極性敏感裝置的第二端子相連通，該晶體管的源極和體區(qū)端子與電壓源的負端相連通。
本發(fā)明的進一步的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拇撕筇峁┑脑敿毭枋鲋酗@而易見。應(yīng)當理解詳細描述和特定實例表示本發(fā)明的優(yōu)選實施例，僅起闡述目的而沒有限制本發(fā)明范圍的意思。


從詳細描述和附圖中，本發(fā)明將得到全面的理解，附圖中圖1A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)合基于熔絲的極性反接保護系統(tǒng)的電路的電路圖；圖1B的電路圖示出了圖1A中電壓源以反向極性連接時的電路圖；圖2B是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)合基于PMOS的極性反接保護系統(tǒng)的電路的電路圖；圖2B的電路圖示出了圖2A中電壓源以反向極性連接時的電路圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明原理的結(jié)合極性反接保護系統(tǒng)的示例性電路的電路圖；圖3B是圖3A的示例性電路在電壓源以反向極性連接時的電路圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明原理的結(jié)合極性反接保護系統(tǒng)的示例性系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式
下面優(yōu)選實施例的描述僅是示例性的，并未意圖限制本發(fā)明、其應(yīng)用及用途。為清楚起見，附圖中使用相同的參考數(shù)字指示相似的元件。
現(xiàn)在參考圖3A，示出了結(jié)合基于NMOS的極性反接保護系統(tǒng)的示例性電路180的電路圖。該電路包括第一和第二晶體管，分別為182和184。該實施方案中第一和第二晶體管182和184是n-溝道MOSFET，它們每個都具有柵極、源極、漏極和體區(qū)，當然也可以使用其他類型的晶體管。
電壓源186的第一端子與電感器188的第一端子相連通。電感器188的第二端子與第一晶體管182的漏極以及二極管190的正端相連通。驅(qū)動電路191的第一端子與第一晶體管182的柵極相連通。驅(qū)動電路191的第二端子與第一晶體管182的源極相連通。二極管190的負端與電容器192的第一端子相連通。電容器192的第二端子與電壓源186的第二端子相連通。第一晶體管182的體區(qū)和源極與第二晶體管184的源極和體區(qū)相連通。第二晶體管184的柵極與電壓源186的第一端子相連通。第二晶體管184的漏極與電壓源186的第二端子相連通。
一個實施例中，驅(qū)動電路191輸出脈寬調(diào)制方波信號到第一晶體管182的柵極。這使得示例性電路180用作升壓轉(zhuǎn)換器，該方波信號的占空比控制電容器192上的平均和脈動電壓。
正常工作時，第二晶體管184的柵-源電壓(VGS)為正，第二晶體管184傳導(dǎo)電流。僅當電流流經(jīng)第一晶體管182時第二晶體管184才傳導(dǎo)電流。當?shù)谝痪w管182截止時，被迫流經(jīng)二極管190的電流不流經(jīng)第二晶體管184。因為沒有在從電壓源186到電容器192的電流路徑中插入第二晶體管184的電壓降，這增加了可以在電容器192上產(chǎn)生的可能電壓。此外，第二晶體管184和其在必須維持連續(xù)電流的情況下相比，可以更便宜。
現(xiàn)在參考圖3B，電路圖200示出了當電壓源186以反向極性連接時圖3A的示例性電路。為使操作更明顯，該電路被上下顛倒重新畫出。第二晶體管184的柵極現(xiàn)在處于電路中的最低電壓電勢。第二晶體管184源極處的電壓不低于電路中的最低電壓電勢，所以VGS≤0。這樣第二晶體管184截止，沒有電流在電路中流動。
現(xiàn)在參考圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明原理的結(jié)合極性反接保護系統(tǒng)的示例性系統(tǒng)220的框圖。圖3A示出了該示例性系統(tǒng)220的特定實施方案。電壓源222的正端與極性敏感裝置224的第一端子以及低電阻開關(guān)226的第一端子相連通。極性敏感裝置224的第二端子與低電阻開關(guān)226的第二端子相連通。低電阻開關(guān)226的第三端子與電壓源222的負端相連通?？蛇x地，負載228的第一端子與極性敏感裝置224的第三端子相連通，負載228的第二端子與電壓源222的負端相連通。
電壓源222在其正端和負端之間提供電源電壓。極性敏感裝置224是這樣一種裝置，即，優(yōu)選僅當向其施加的電壓為正時它才工作。為達此目的，低電阻開關(guān)226在電源電壓大于閾值電壓時采取導(dǎo)通狀態(tài)，且在電源電壓小于該閾值電壓時采取非導(dǎo)通狀態(tài)。低電阻開關(guān)226設(shè)計成在導(dǎo)通狀態(tài)下在電壓源222和極性敏感裝置224之間提供低電阻連接。從極性敏感裝置224傳輸?shù)截撦d228的任何電流不流經(jīng)低電阻開關(guān)226，而是直接流到電壓源222的第二端子。這樣低電阻開關(guān)226并不由于流經(jīng)負載228的電流產(chǎn)生任何損耗。
現(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員從前面的描述可以理解本發(fā)明廣泛的示范可以以多種形式執(zhí)行。因此，盡管本發(fā)明結(jié)合特定實例描述，本發(fā)明的真實范圍不應(yīng)受此限制，因為對于技術(shù)人員來說，通過研究附圖、說明書和下面的權(quán)利要求，其他的修改是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于包括正負端的電壓源的極性反接保護系統(tǒng)，包括極性敏感裝置，具有與電壓源的正端相連通的第一端子，并包括第二端子；和低電阻開關(guān)，具有與電壓源的正端相連通的第一端子，與電壓源的負端相連通的第二端子，以及與所述極性敏感裝置的所述第二端子相連通的第三端子，其中所述低電阻開關(guān)在電壓源正端處的第一電壓減去電壓源負端處的第二電壓大于第一閾值電壓時，在其第二和第三端子之間采取導(dǎo)通狀態(tài)，且其中所述低電阻開關(guān)在所述第一電壓減去所述第二電壓小于第二閾值電壓時，在其第二和第三端子之間采取非導(dǎo)通狀態(tài)。
2.權(quán)利要求1的極性反接保護系統(tǒng)，進一步包括具有第一和第二端子的驅(qū)動電路，其中所述驅(qū)動電路的所述第一端子與所述極性敏感裝置的控制端子相連通，且所述驅(qū)動電路的所述第二端子與所述極性敏感裝置的所述第二端子相連通。
3.權(quán)利要求2的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動電路在所述驅(qū)動電路的所述第一端子和所述第二端子之間產(chǎn)生脈寬調(diào)制方波信號。
4.權(quán)利要求1的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述低電阻開關(guān)包括第一晶體管。
5.權(quán)利要求4的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述第一晶體管是n-溝道場效應(yīng)晶體管(FET)，其具有柵極端子、漏極端子和源極端子。
6.權(quán)利要求5的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述第一和第二閾值電壓等于所述第一晶體管的物理閾值電壓。
7.權(quán)利要求6的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述第一晶體管的所述柵極端子與電壓源的正端相連通，所述第一晶體管的所述源極端子與所述極性敏感裝置的所述第二端子相連通，且所述第一晶體管的所述漏極端子與電壓源的負端相連通。
8.權(quán)利要求7的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述第一晶體管還包括與所述第一晶體管的所述源極端子相連通的體區(qū)端子。
9.權(quán)利要求1的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述極性敏感裝置包括第二晶體管和電感器，其中所述第二晶體管與所述電感器相連通。
10.權(quán)利要求9的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述第二晶體管是n-溝道場效應(yīng)晶體管(FET)，其具有柵極端子、漏極端子和源極端子。
11.權(quán)利要求10的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述第二晶體管的所述源極端子與所述低電阻開關(guān)的所述第三端子相連通，所述第二晶體管的所述漏極端子與所述電感器的第一端子相連通，且所述電感器的第二端子與電壓源的正端相連通。
12.權(quán)利要求11的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述第二晶體管還包括與所述第二晶體管的所述源極端子相連通的體區(qū)端子。
13.權(quán)利要求10的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述第二晶體管的所述漏極端子是所述極性敏感裝置的第三端子，所述第二晶體管的所述柵極端子是所述極性敏感裝置的控制端子。
14.權(quán)利要求1的極性反接保護系統(tǒng)，進一步包括負載裝置，其與所述極性敏感裝置的第三端子相連通，并且也與電壓源的負端相連通。
15.權(quán)利要求15的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述負載裝置包括二極管和電容器。
16.權(quán)利要求16的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述電容器的第一端子與所述二極管的負端相連通，所述電容器的第二端子與電壓源的負端相連通，所述二極管的正端與所述極性敏感裝置的所述第三端子相連通。
17.一種用于包括正和負端的電壓源的極性反接保護系統(tǒng)，包括極性敏感裝置，其具有與電壓源的正端相連通的第一端子，并包括第二端子和控制端子；低電阻開關(guān)，其具有與電壓源的正端相連通的第一端子，與電壓源的負端相連通的第二端子，以及與所述極性敏感裝置的所述第二端子相連通的第三端子，其中所述低電阻開關(guān)在電壓源正端處的第一電壓減去電壓源負端處的第二電壓大于第一閾值電壓時，在其第二和第三端子之間采取導(dǎo)通狀態(tài)，并且其中所述低電阻開關(guān)在所述第一電壓減去所述第二電壓小于第二閾值電壓時，在其第二和第三端子之間采取非導(dǎo)通狀態(tài)；以及驅(qū)動電路，具有第一和第二端子，其中，所述驅(qū)動電路的所述第一端子與所述極性敏感裝置的所述控制端子相連通，所述驅(qū)動電路的所述第二端子與所述極性敏感裝置的所述第二端子相連通。
18.權(quán)利要求17的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動電路在所述驅(qū)動電路的第一和第二端子之間產(chǎn)生脈寬調(diào)制方波信號。
19.權(quán)利要求17的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述低電阻開關(guān)包括第一晶體管，所述極性敏感裝置包括第二晶體管和電感器，且其中所述第一和第二晶體管是n-溝道場效應(yīng)晶體管(FET)，它們每個都具有柵極端子、漏極端子、源極端子和體區(qū)端子，且所述第一和第二閾值電壓等于所述第一晶體管的物理閾值電壓。
20.權(quán)利要求19的極性反接保護系統(tǒng)，其中所述第一晶體管的所述柵極端子與電壓源的正端相連通，所述第一晶體管的源極和體區(qū)端子與所述第二晶體管的所述源極和體區(qū)端子并與所述驅(qū)動電路的所述第二端子相連通，所述第二晶體管的所述漏極端子與所述電感器的第一端子相連通，所述電感器的第二端子與電壓源的正端相連通，所述第一晶體管的所述柵極端子與所述驅(qū)動電路的所述第一端子相連通，所述第一晶體管的所述漏極端子與電壓源的負端相連通。
21.權(quán)利要求20的極性反接保護系統(tǒng)，進一步包括負載裝置，其中所述負載裝置包括二極管和電容器，所述電容器的第一端子與所述二極管的負端相連通，所述電容器的第二端子與電壓源的負端相連通，且所述二極管的正端與所述第二晶體管的所述漏極相連通。
全文摘要
一種極性反接保護系統(tǒng)，包括一個電壓源，該電壓源包含正、負端。極性敏感裝置具有與電壓源的正端相連通的第一端子，并包括第二端子。低電阻開關(guān)與電壓源的第一和第二端子相連通，并與極性敏感裝置的第二端子相連通。低電阻開關(guān)在電壓源正端的第一電壓減去電壓源負端的第二電壓大于閾值電壓時在極性敏感裝置的第二端子和電壓源的負端之間采取導(dǎo)通狀態(tài)。否則，低電阻開關(guān)采取非導(dǎo)通狀態(tài)。
文檔編號H02M1/00GK1832285SQ200610059540
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月10日
發(fā)明者K·陳, D·唐 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司