專利名稱：浪涌保護電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及浪涌保護電路。具體涉及用于電負載的浪涌保護電路，所述電負載直 接連接至對功率瞬變敏感的電源。
背景技術：
直接與對功率瞬變敏感的電源相連的電負載的例子是干線驅動的LED電路。近來，大多數(shù)由干線供電的LED燈使用DC/DC轉換器以將高干線電壓調適為低LED 電壓。然而，這種方法不是特別方便，包括附加的組件，并且設計相對復雜，尤其是當作為改 型應用到現(xiàn)有燈和燈固定裝置時。因此越來越需要修改LED負載使得LED負載能夠直接根 據干線電壓來工作。專利申請公開W02008-060469公開了一種這樣的可變LED負載。然而，如果LED負載適于直接根據干線來工作，則LED驅動電子器件也應當由干線 電源直接驅動。這樣就出現(xiàn)了問題基于硅的典型的甚至高端的集成電路具有800V左右的最大 允許電壓。相比之下，干線上的浪涌常?？梢允窃诖蟾攀?00V電源AC電壓以上1至2kV 的范圍內。例如在國際電工委員會的文件IEC61000-4中關于瞬變抗擾性要求標準描述了 由于浪涌而引起的瞬變的等級，其中在干線上可以預期所述浪涌。這樣的瞬變典型地發(fā)生 在干線電源所提供的總負載發(fā)生突然變化時。例如，當如傳統(tǒng)馬達之類的電感負載接通時， 會產生大的、短期的反電動勢EMF，該反EMF以尖峰信號或瞬變的形式出現(xiàn)在干線上。當中 斷電感負載時發(fā)生類似情況。在干線浪涌期間，電壓在幾微秒內上升到1至2kV區(qū)域，之后在幾十微秒內衰減。 浪涌保護電路是已知的，典型地包含諸如通常與電阻器相結合的變阻器或電容器之類的能 量吸收器。這種系統(tǒng)笨重且將附加組件引入電路中，增加電路成本，并因此不盡如人意。因此對于直接與對瞬變敏感的電源相連的電負載的浪涌保護問題，目前需要一種 高性價比的解決方案。盡管已經關于直接與干線電源相連的LED負載描述了問題，將容易理解的是，直 接模擬問題與直接連接至電壓源的其他負載共存，其中所述其他負載并入了可以不與電源 中的瞬變浪涌兼容的控制電子器件或驅動電子器件。這種系統(tǒng)的示例包括具有附加功能 的干線電壓風扇電源，所述附加功能例如是依賴于溫度的風扇速度控制、在干線電壓或24V 的典型控制電壓上運行的繼電器控制、或干線定時器。此外，將理解的是，本發(fā)明所應用于的LED負載不限于基于晶體半導體的LED，而 是包括例如但不限于OLED (有機LED) ,P0LYLED (聚合物LED)、smOLED (小分子LED)等基于 備選技術的LED。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種浪涌保護電路。根據本發(fā)明，提供了一種用于電負載的浪涌保護電路，所述電負載直接與對功率瞬變敏感的電源相連，實質上工作在電源電壓上，浪涌保護電路包括多個串聯(lián)的開關，所述 多個串聯(lián)的開關在使用中可與負載和電源相連，所述多個串聯(lián)的開關還包括在第一半導體 管芯上的第一開關以及在第二半導體管芯上的第二開關，所述第一開關在使用中可與電負 載串聯(lián)，浪涌保護電路還包括浪涌檢測裝置以及第一開關驅動器和第二開關驅動器，所述 浪涌檢測裝置在第一和第二半導體管芯中的至少一個上，用于檢測干線電源中的浪涌；所 述第一開關驅動器響應于浪涌檢測裝置而斷開第一開關；所述第二開關驅動器響應于浪涌 檢測裝置而斷開第二開關。因此浪涌的電壓跨過第一和第二管芯而分布，從而每個管芯較 不易受到不可挽回的高電壓損壞。在優(yōu)選實施例中，電負載是LED負載，電源是干線電源。因此本發(fā)明尤其適于不用 其他分立電組件而直接連接至干線的干線驅動LED燈，并提供了一種具體節(jié)省空間和成本 的解決方案以因此而提高驅動器電路的魯棒性。優(yōu)選地，浪涌檢測裝置包括用于在檢測到浪涌開始和檢測到浪涌結束之間引入滯 后的裝置。此外，當在電壓域檢測到干線浪涌時，斷開開關使電壓跨過管芯而分布，從而將 該電壓減小到檢測水平以下。這避免了系統(tǒng)在浪涌和非浪涌狀態(tài)之間跳動的風險。有益地， 浪涌檢測裝置被配置為檢測電壓中的浪涌。這允許簡單的分布檢測。優(yōu)選地浪涌保護電路包括用于提供第一與第二半導體管芯之間的電連接的連接 裝置，還包括鉗位二極管，所述鉗位二極管在第一和第二半導體管芯中的每一個上并且連 接在連接裝置與相應的半導體管芯的襯底之間。在一個實施例中，浪涌檢測裝置包括第一半導體管芯上的第一浪涌檢測器和第二 半導體管芯上的第二浪涌檢測器。優(yōu)選地，第一開關驅動器響應于第一浪涌檢測器，第二開 關驅動器響應于第二浪涌檢測器。這使得無需管芯之間的通信，但代價是每個管芯上的組 件更多。備選地但非限制性地，浪涌檢測裝置在第一半導體管芯上，浪涌保護電路還包括 用于在浪涌檢測裝置與第二半導體管芯之間通信的通信裝置。因此本發(fā)明包括單一浪涌檢 測器的使用，因此這可以降低總復雜度。優(yōu)選地，具體考慮到簡單的設計，通信裝置包括電壓耦合(coupling)，有利地，通 信裝置可以包括共源共柵器件。備選地但非限制性地，通信裝置可以包括電容耦合、光耦合或電感耦合中的任何 一個或多個。優(yōu)選地，通信裝置是基于脈沖的并且包括一個或多個脈沖。使用多個脈沖尤其有 利，這是由于因此提高了浪涌保護電路對誤報或甚至漏報的魯棒性。備選地，通信裝置可以 是基于電平的。電源可以是整流后的干線電源。備選地，電源可以是未整流的干線電源，浪涌檢測 裝置還可以包括橋式整流裝置，所述橋式整流裝置用于整流干線電壓并且跨過至少第一半 導體管芯和第二半導體管芯而集成。有利地，橋式整流裝置可以包括全橋式整流器，所述全 橋式整流器在串聯(lián)的第一和第二半導體管芯中的每一個半導體管芯上，全橋式整流器分別 限定第一對和第二對整流端子，第二開關連接在第二對整流端子之間，第一開關在使用中 可以與負載串聯(lián)在第一對整流端子之間。因此橋式整流器被并入浪涌保護電路中，從而節(jié) 省了空間和總體組件個數(shù)，進而節(jié)省了成本。
在便于制造的布置中，第一開關和第二開關是M0SFET。有利地，所述多個開關還包括至少一個另外開關，所述至少一個另外開關在相應 的至少一個另一半導體管芯上并且在使用中可與第二開關和電源相連。因此峰值電壓可以 跨過多于兩個管芯而分布，從而有效地減小了跨過任何一個單獨管芯的電壓。優(yōu)選地，浪涌 包括電路包括橋式整流裝置，其中橋式整流裝置包括全橋式整流器，所述全橋式整流器在 所述至少一個另外半導體管芯中的每一個上。因此全橋式整流可以跨過三個或更多管芯中 的每一個而分布。這種浪涌保護電路還可以包括另外浪涌檢測器，所述另外浪涌檢測器在所述至少 一個另外半導體管芯中的每一個上，所述至少一個另外開關響應于相應的另外浪涌檢測 器。備選地，浪涌保護電路還可以包括用于在浪涌檢測裝置與所述至少一個另外管芯之間 通信的通信裝置。因此分布式浪涌檢測以及利用通信裝置的單一浪涌檢測的構思均可應用 于具有多于兩個管芯的實施例。從一個觀點看來，本發(fā)明基于以下理解可以將功率浪涌中的電壓跨過多個半導 體管芯而分布，使得跨過任何單獨半導體管芯的電壓小于該管芯能夠承受的電壓。通過參考以下描述的實施例，將清楚地說明本發(fā)明的這些和其他方面。


參考附圖，僅以示例的方式對本發(fā)明的實施例進行描述，在附圖中圖1演示了與電源電壓中的典型浪涌或瞬變相對應的電壓輪廓；圖2演示了與圖1相同的電壓輪廓，并且包括針對示例浪涌檢測電路的時間指 示；圖3示出了在集成到負載中的電路處的浪涌保護的示意圖，所述負載直接由干線 電源驅動；圖4示出了實現(xiàn)圖3的示意圖的示例電路；圖5示出了可與未整流的干線電源一起工作的的本發(fā)明實施例的示意圖，在半導 體管芯邊緣處并入了鉗位；圖6示出了利用多于兩個半導體管芯的本發(fā)明另一實施例的示意圖；圖7示出了振蕩器的示意電路圖，所述振蕩器適于將兩個管芯的電容耦合；圖8示出了與圖7的振蕩器一起使用的窄帶濾波器的示意電路圖。應注意的是，附圖是圖示性的而不是按比例繪制的。為了清楚和便于繪制，這些附 圖的一部分的相關維度和比例在尺寸上被放大或縮小顯示。相同的參考標號一般用于表示 修改的和不同的實施例中的相同或相似特征。
具體實施例方式圖1演示了與電源電壓中的典型浪涌或瞬變相對應的電壓輪廓。應理解的是，已 經擴展了 X軸的一部分，這是因為電壓典型地在1.2μ s中上升而在幾百μ s中下降。當電 壓電平超過正常電壓范圍2 (例如400Vdc)時，在時刻3進行如斷開開關之類的浪涌保護動 作。開關在電壓浪涌時間段內保持斷開，即在電壓超過正常電壓范圍的時間段5期間保持 斷開，當電壓返回正常電壓范圍之內時，在時刻4浪涌保護動作結束——所以在該示例中，開關接通。在圖2中示出了對相同電壓瞬變1的更復雜的響應；在該情況中，盡管在電壓超過 正常電壓范圍2時的時刻3發(fā)起浪涌保護響應，然而由于比較器、開關驅動等的反應時間， 將有特定的響應動作延遲，使得響應直到時刻23時才生效。一定要注意，由于該延遲，沒有 過電壓情況出現(xiàn)。此外，浪涌保護響應沒有在電壓返回正常電壓范圍時的時刻4結束，而是 在稍后的時刻M結束。時刻M被選擇為與電壓回落到某電平時的時間相對應，其中該電 平使得時刻M處的電壓與時刻3處的電壓相差電壓差h。在如以下描述的包括兩個管芯的 本發(fā)明實施例的情況中，時刻M可以被選擇為與電壓回落到某電平時的時間相對應，該電 平最多是時刻23的電壓的一半；類似地，對于三管芯實施例來說，時刻M處的電壓可以比 時刻23處的電壓的三分之一小。該布置確保了系統(tǒng)中有滯后從而沒有跳動發(fā)生。圖3示出了本發(fā)明的第一實施例。圖中示出了用于LED負載302的浪涌保護電路 301，LED負載302直接連接至整流后的干線電源303。因此Led負載302和整流后的干線 電源303不構成浪涌保護電路的一部分。電路包括半導體管芯305上的第一開關304和第 二半導體管芯307上的第二開關306。除第一開關304外，第一半導體管芯305還包括浪 涌檢測器308以及在浪涌檢測器308與第一開關304之間的開關驅動器312。在所示示例 中浪涌檢測器通過檢測電壓中的浪涌來工作；也可以通過檢測電流中的浪涌來進行浪涌檢 測。浪涌檢測器通過通信裝置311連接至開關驅動器309，開關驅動器309構成第二管芯 307的部分。通信裝置311可以是形成流電或電壓通信裝置的簡單有線鏈路；然而，通信裝 置311同樣也可以是諸如光通信或電感通信等不同形式的通信裝置，如在下文中將更詳細 地描述的。在電壓比閾值電壓大或在滯后窗口內的時間段內，即，在時間段25期間，開關保 持斷開。在工作中，浪涌檢測器308檢測超過電源的正常電壓范圍2的電壓。浪涌檢測器 通過相同半導體管芯上的開關驅動器312來斷開開關304 ；此外，浪涌檢測器還通過通信裝 置311與第二半導體管芯307上的開關驅動器309通信。開關驅動器309工作以斷開第二 半導體管芯307上的開關306。因此，當浪涌檢測器308檢測到電源中任何浪涌的開始時， 開關304和開關306都斷開。這意味著兩個半導體管芯上的電路都中斷(broken)；從而在 每個管芯的電容和泄漏電流幾乎相等的情況下，功率浪涌期間的電壓幾乎相等地分布在兩 個管芯之間；這是設計所需要考慮的問題以確保情況是這樣。此外，可以用附加的鉗位二極管(未示出)對每個管芯連接進行鉗位，以保證這 些節(jié)點上的電壓保持在管芯的電壓容量之內。為確保有效的鉗位，可以與每個鉗位二極管 (也未示出)一起提供串聯(lián)電阻器(未示出)。如技術人員將立刻理解的，鉗位二極管將管 芯連接與相應的管芯襯底相連接。光耦合可以作為上述電壓耦合的備選來使用。為實現(xiàn)光耦合，可以將光發(fā)射器件 (如非常小的超低功率LED)與密封管芯合并。管芯1305根據浪涌檢測來驅動來驅動該器 件，使得當檢測到浪涌時發(fā)射光。另一管芯2307 (或每一個管芯，如下文將描述的，對于具 有多于兩個管芯的實施例來說)具有光響應器件(如光電二極管)并通過斷開開關306來 響應此光。僅可以產生一個或若干(短)光脈沖，因為在當電壓比正常大時的浪涌部分期 間從電源幾乎不能獲取電流(以防止過多耗散)。若干光脈沖可以用于減少對噪聲的敏感 性并提高魯棒性。應注意的是管芯(包括光發(fā)射和檢測器件)的封裝應當是遮光的，以防止外部光進入封裝。也可以要求對管芯的其他部件(具體地，晶體管和二極管)遮光，使得 發(fā)射的光不影響這些其他部件的性能。電感耦合可以作為電壓耦合的另一非限制性備選來使用為實現(xiàn)這一點，管芯 1305可以包含小的(芯片上)電感器，當檢測到浪涌時該電感器產生小的磁場。由于管芯 2307與管芯1305非常近(< Icm距離)，所以管芯2307可以利用另一電感器拾取該場并 斷開管芯2307的開關306。為提高魯棒性并減小對噪聲的敏感性，應當產生具有特定頻率 (指紋)的脈沖串。由于地球的磁場，依賴于dc場可能并不合適。等同、調整和改變很明顯 適合于具有多個菊花鏈管芯的實施例，例如為每個管芯提供不同的指紋(fingerprint)，然 而應理解，由于管芯之間的通信不需要限制于鄰近的管芯之間，所以并不要求每個管芯上 的開關驅動器都需要由鄰近管芯來唯一地觸發(fā)。圖4示出了實現(xiàn)圖3的實施例的浪涌保護器的電路圖。在該實施例中，LED負載 402與第一半導體管芯405上的第一開關M3串聯(lián)，第一開關M3與第二半導體管芯407上的 第二半導體開關M4串聯(lián)。電壓比較器A9包括浪涌檢測器。電壓比較器A9產生分別指示 浪涌狀態(tài)和非浪涌狀態(tài)的輸出423和424。非浪涌輸出4M連接至晶體管M3的柵極；浪涌 輸出423通過鏈路411和晶體管Ml連接至第二半導體管芯407，晶體管Ml構成了共源共柵 的一部分。在該實施例中，鏈路411是單一有線或流電鏈路；晶體管Ml位于第二半導體管芯 407上，作為源極跟隨器而連接，并與M2和電流產生器12 —起被布置為包括共源共柵。當 沒有浪涌出現(xiàn)時，因此Ml不導通，電阻器R2下拉晶體管M2的柵極以使其非導通。因此，晶 體管M4的柵極節(jié)點上的電容(該電容包括至少晶體管M2的漏極-源極電容和晶體管M4的 柵極-源極電容)由電流源Il來充電，其中鉗位二極管D2限制此柵極節(jié)點上的電壓。類 似地，檔晶體管Ml導通時，二極管Dl對晶體管M2的柵極節(jié)點的電壓進行鉗位。在工作中， 當電壓比較器A9檢測到電壓浪涌時，電壓比較器A9通過鏈路411將此情況傳達給與第二 半導體管芯上的晶體管Ml。包括M1、M2和12的共源共柵緩沖來自管芯1的信號并針對第 二開關M4將該信號轉換為適合的電壓電平M1開始導通，M2的柵極被拉起，因此M2也開始 導通，所以M4的柵極被拉下，從而M4斷開。當檢測到浪涌時迅速啟用M2，因此具有使禁用 M4的過程加速的功能。圖5中示出了本發(fā)明的另一實施例。圖5示出了圖3的實施例的改進版本，其中 將橋式整流器集成入器件中。相對于圖3，相似的參考數(shù)字與相似組件相對應，相似的組件 執(zhí)行相同功能。然而，這里橋式整流器分布在兩個管芯之間，即，每個管芯需要四個整流二 極管(第一半導體管芯305上的二極管511a、511b、D3和D5，以及第二半導體管芯307上 的二極管511c、511d、D4和D6)來實現(xiàn)干線電壓的全整流。該實施例與圖3所描述的實施例之間的其他主要不同是半導體管芯的電容耦合。 電容器C3和C4與管芯間(inter-die)鏈路311串聯(lián)；C3位于第一半導體管芯305上，C4 位于第二半導體管芯307上。電容器C3和C4區(qū)分浪涌檢測器的電壓信號，從而去除任何 DC電壓電平。關于第一管芯，應當通過鉗位二極管(未示出)來限制第二管芯的管芯連接節(jié)點 的電壓。在該實施例中，有利的是，構成橋式整流器的二極管均勻且對稱地分布在多個管芯上，在電流的兩個方向上具有同等數(shù)量的二極管。此外，經由二極管的信號路徑取決于輸 入電壓的方向。因此，兩個管芯的高側和低側位置在每個干線循環(huán)內交替。圖5所示的管芯之間的通信依賴于基于脈沖的電容耦合。也就是說，當檢測到浪 涌電壓時產生單一脈沖。在有噪環(huán)境中，這可以導致以下錯誤情況在用管芯(即，驅動LED 的管芯)沒有看到浪涌，但其他管芯由于通信線路上的噪聲而斷開。在改進實施例中，使用 基于電平的通信而不是上述基于脈沖的系統(tǒng)。為了用電容耦合來實現(xiàn)這一點，浪涌檢測器 不應產生單一脈沖而是產生連續(xù)脈沖串。因此當符合浪涌狀態(tài)時，浪涌檢測器啟用振蕩器。 通過采用在正確頻率上的窄帶濾波器，其他的一個或多個管芯檢測這些脈沖并實現(xiàn)對斷開 的判定。這極大地提高了通信的魯棒性，但代價需要時間來檢測若干脈沖，以確保檢測的是 實際信號而不僅僅是來自系統(tǒng)的噪聲。將理解的是，這種基于脈沖的通信不僅限于電容耦 合，而可以應用于其他類型的耦合，例如電感或光耦合。適合于作為根據該實施例的振蕩器和窄帶濾波器的電路對技術人員是顯而易見 的；圖7示出了這種振蕩器的示例，圖8示出了這種窄帶濾波器的示例。圖7的振蕩器包括組件A6、A7、R61和C61。浪涌檢測器A9將該振蕩器接通/斷 開，如節(jié)點0SC_0N/0FF所指示的。該振蕩器包括NAND邏輯A6和INVERTOR A7，NAND邏輯 A6和INVERTOR A7相連，使得在0SC_0N/0FF節(jié)點處對于來自A9的高輸入而言NAND的輸出 無法穩(wěn)定。在0SC_0UT處指示了振蕩器的輸出。類似地，如圖8中所示，示例窄帶濾波器包括組件C72、R71、D71、R72和C72。該濾 波器的輸入由FILT_IN指示，并通過與串聯(lián)的二極管D71和電阻器串聯(lián)并通過電阻器R72 接地的電容器C72連接至輸出FILT_0UT ；輸出FILT_0UT通過電容器C71接地。當跨過C71 的電壓(FILT_0UT)已經上升到足夠高時(因此已經檢測到足夠的脈沖)，開關S3導通。圖6示出了本發(fā)明的另一實施例?？傮w上，該實施例與圖5所示實施例類似；然而， 該實施例將浪涌保護電路擴展至第三半導體管芯607。與圖5的實施例的組件執(zhí)行相同功 能的相似組件具有相似的參考數(shù)字。第三半導體管芯607包括驅動第三開關606的開關驅 動器609，驅動方式與第二半導體管芯307的布置相類似。開關驅動器609可操作用于控制 第三開關606，第三開關606將第三管芯607與電路的其余部分隔離。另一電容器C6將第 二和第三半導體管芯彼此電容耦合，形成管芯的菊花鏈網絡。在該實施例中，電容器C7在 3管芯解決方案中沒有任何用途，但可用于連接第四管芯。因此電容器C7出于可擴展性的 原因而出現(xiàn)。盡管可以使用備選的網絡或管芯，如，其中所有其他管芯都直接連接至第一管 芯的星形網絡，然而在本申請中菊花鏈是優(yōu)選網絡，這是因為菊花鏈避免了管芯之間的電 容不平衡的產生這種不平衡會引起不希望的浪涌電壓傳播的不平衡，優(yōu)選的是將電壓相 等地分布在所有管芯上，以最小化由任何一個管芯所見的最高電壓。除了與開關驅動器309和312通信之外，浪涌檢測器308還與開關驅動器609通 信，以在浪涌檢測器308檢測到電源電壓中的浪涌的情況下通過斷開開關304、306和606 來保護所有半導體管芯607。在該實施例中，要求二極管(例如第二菊花鏈管芯上的D4、D6、D7和D10)在電流 的兩個方向上都沿著正確的路徑弓丨導電流通過所有三個開關。此外，有利的是，這些二極管 相對于其他管芯均勻且對稱地分布。此外，通過管芯的電流路徑取決于輸入電壓的極性。因 此，頂部和底部管芯的高側和低側位置在每個主循環(huán)內交替。
對于技術人員來說顯而易見的是，圖6的實施例可以容易地擴展至第四或更多管 芯，以增加浪涌保護電壓容量。電路中包括的管芯的數(shù)目越大，跨過每個管芯而產生的總峰 值浪涌電壓的分數(shù)越小，從而浪涌保護電壓容量越高。在另一實施例中，每個半導體管芯包括獨立的浪涌檢測器和開關。每個半導體管 芯上的浪涌檢測器操作用于當檢測到電流或電壓中的浪涌時斷開開關。由于每個管芯具有 其自己的浪涌檢測器，所以該實施例中不需要獨立的管芯之間的任何通信裝置。因此可以 認為浪涌檢測是跨過管芯而分布的。單獨管芯上的浪涌檢測器優(yōu)選地檢測電流。針對每個管芯使用電流檢測器是更 復雜的，因為電流的上升時間比電壓的上升時間快(典型地大約200ns而不是大約1 μ s)。 也可以使用比較器來實現(xiàn)這一點，比較器監(jiān)測電流，并將過高的電流解釋為浪涌，使得開關 必須斷開。在該實施例中滯后是沒有用的，因為電流總是降至零，使得不可以檢測浪涌的結 束。取而代之地，可以限定特定的延遲，可以期望該延遲極大地超過浪涌的持續(xù)時間(該時 間可以被選擇為選擇遠遠長于200 μ s，200 μ s是浪涌的典型持續(xù)時間；因此可以選擇例如 400ys或lms)。在延遲之后可以緩慢接通開關。如果電流仍然上升至不可接受的水平，則 浪涌顯然沒有結束，或者另一浪涌在進行中。這樣，需要與每個管芯并聯(lián)的附加齊納二極管 以限制最大電壓。如何可以產生延遲的示例是依賴于管芯上的一個在用器件的泄漏電流。只有在限定的最小等待時間或延遲時間之后才可以進行隔離管芯的動作，以保證 所有管芯都能夠檢測浪涌。否則，一個管芯上的浪涌檢測器可以檢測浪涌并在其他管芯上 的浪涌檢測器能夠識別浪涌之前隔離管芯，從而使得浪涌檢測器無法開始動作以隔離這些 管芯。已經關于包括由干線電源直接驅動的LED的負載描述了上述實施例。然而本發(fā)明 不限于該類型的負載。具體地，對于技術人員來說顯而易見的是，本發(fā)明廣泛地可應用于具 體地具有以下若干特性的系統(tǒng)首先，低涌入電流；第二，低功率或低電流應用；第三，其中 驅動器輸入和輸出電壓彼此非常接近的應用；第四，其中不要求提供干線隔離的應用；以 及第五，其中不期望包括緩沖電容器的應用，因為這種電容器(典型地是電解電容器)會使 得不需要這種浪涌保護方案。此外，本發(fā)明不限于用干線電源來工作的系統(tǒng)具體地，本發(fā) 明可以有利地與備選電源一起使用(如，自動應用或為便攜設備提供MV電源的便攜發(fā)電 機)，更具體地，用在備選電源由于例如電感負載(如馬達)的開始或中斷而對功率浪涌敏 感的情況下。通過閱讀本公開，其他變化和修改對技術人員是顯而易見的。這種變化和修改可 以包含等同物以及在浪涌保護電路領域已知的其他特征，這些其他特征可以取代這里已描 述的特征來使用，或與這里已描述的特征一起使用。盡管所附權利要求針對特征的具體組合，然而應理解的是本發(fā)明的公開范圍也包 括任何新特征或任何這里顯式或隱式公開的特征的新組合或其任何概括，無論其是否涉及 與任何權利要求中目前要求保護的發(fā)明相同的發(fā)明，也無論其是否解決了與本發(fā)明所解決 的任何或所有技術問題相同的問題。在分開的實施例的上下文中所描述的特征也可以在單一實施例中以組合的形式 來提供。相反，為簡明起見而在單一實施例中所描述的多種特征也可以單獨地提供或以任 何合適的子組合的形式來提供。
申請人在此給出聲明，在本申請或得子本申請的任何其他申請的訴訟期間可以將 新的權利要求構造為這種特征和/或這種特征的組合。為了完整性，還聲明術語“包括”的使用并不排除其他元件或步驟，術語“一”或“一 種”并不排除多個，單一處理器或其他單元可以實現(xiàn)在權利要求中列舉的若干裝置的功能， 權利要求中的參考標記不應被理解為限制權利要求的范圍。通過以上內容顯而易見，公開了一種用于電負載的浪涌保護電路，所述電負載可 以是例如直接與電源(如，干線電源)相連的LED或OLED負載，所述浪涌保護電路包括跨 過多個半導體管芯而分布的多個開關。浪涌檢測器檢測電源中尖峰的開始并斷開所有開 關，所述尖峰的開始是由于例如附近電感負載的開始或中斷而引起的。與使用單一管芯相 比，通過跨過多個管芯來分布開關，減小了跨過每個管芯的峰值電壓；從而每個管芯可以保 持在絕對最大電壓容量之內。每個管芯可以具有其自己的浪涌檢測器；備選地，可以使用與每個管芯上的開關 通信的單一浪涌檢測器。在擴展中，可以將橋式整流器集成到跨過管芯而分布的電路中。在該實施例中，需 要附加的管芯間(inter-die)鉗位二極管，以防止每個管芯的邊緣連接的不安全浮動。
權利要求
1.一種用于電負載的浪涌保護電路(301)，所述電負載直接與對瞬變敏感的電源相 連，實質上工作在電源電壓上，所述浪涌保護電路(301)包括多個串聯(lián)的開關(304，306,606)，在使用中可與負載和電源相連，所述多個串聯(lián)的開關(304，306，606)包括第一開關(304)，在第一半導體管芯(30 上，在使用中可與電負載串聯(lián)，以及第二開關(306，606)，在第二半導體管芯(307，607)上，所述浪涌保護電路還包括浪涌檢測裝置(308)，在第一和第二半導體管芯中的至少一個上，用于檢測電源中的浪涌，第一開關驅動器(312)，響應于浪涌檢測裝置而斷開第一開關，以及第二開關驅動器(309，609)，響應于浪涌檢測裝置而斷開第二開關。
2.根據權利要求1所述的浪涌保護電路，其中電負載是LED負載。
3.根據權利要求1或2所述的浪涌保護電路，其中電源是干線電源。
4.根據前述任一權利要求所述的浪涌保護電路，其中浪涌檢測裝置包括用于在浪涌開 始的檢測與浪涌結束的檢測之間引入滯后的裝置。
5.根據前述任一權利要求所述的浪涌保護電路，包括用于提供第一和第二半導體管芯 之間的電連接的連接裝置，還包括在第一和第二半導體管芯中的每一個上并連接在連接裝 置與相應半導體管芯的襯底之間的鉗位二極管(D3，D4)。
6.根據前述任一權利要求所述的浪涌保護電路，其中浪涌檢測裝置包括第一半導體管 芯上的第一浪涌檢測器和第二半導體管芯上的第二浪涌檢測器。
7.根據權利要求6所述的浪涌保護電路，其中第一開關驅動器響應于第一浪涌檢測 器，第二開關驅動器響應于第二浪涌檢測器。
8.根據權利要求6或7所述的浪涌保護電路，其中浪涌檢測裝置被配置為檢測電流中 的浪涌。
9.根據權利要求1至5中任一項權利要求所述的浪涌保護電路，其中浪涌檢測裝置在 第一半導體管芯上，所述浪涌保護電路還包括用于在浪涌檢測裝置與第二半導體管芯之間 通信的通信裝置(C3，C4，311)。
10.根據權利要求9所述的浪涌保護電路，其中通信裝置包括電壓耦合。
11.根據權利要求10所述的浪涌保護電路，其中通信裝置包括響應于電壓耦合的共源 共柵器件(M1，M2，12)。
12.根據權利要求9所述的浪涌保護電路，其中通信裝置包括電容耦合。
13.根據權利要求9所述的浪涌保護電路，其中通信裝置包括光耦合。
14.根據權利要求9所述的浪涌保護電路，其中通信裝置包括電感耦合。
15.根據權利要求9至14中任一項權利要求所述的浪涌保護電路，其中通信裝置是基 于脈沖的并且包括一個或多個脈沖。
16.根據權利要求9至15中任一項權利要求所述的浪涌保護電路，其中浪涌檢測裝置 被配置為檢測電壓中的浪涌。
17.根據前述任一項權利要求所述的浪涌保護電路，其中電源是整流后的干線電源。
18.根據權利要求1至16中任一項權利要求所述的浪涌保護電路，其中電源是未整流 的干線電源，所述浪涌保護電路還包括用于整流干線電壓并跨過至少第一半導體管芯和第 二半導體管芯而集成的橋式整流裝置(511a, 511b, D5，D3，D4，D6，511b，511d)。
19.根據權利要求18所述的浪涌保護電路，其中橋式整流裝置包括全橋式整流器，所 述全橋式整流器在串聯(lián)的第一和第二半導體管芯中的每一個上，所述全橋式整流器分別限 定第一對和第二對整流端子，第二開關(306)連接在第二對整流端子之間，第一開關(304) 在使用中可與負載串聯(lián)在第一對整流端子之間。
20.根據前述任一項權利要求所述的浪涌保護電路，其中第一開關和第二開關是 MOSFET。
21.根據前述任一項權利要求所述的浪涌保護電路，其中所述多個開關還包括至少一 個另外開關(306)，所述至少一個另外開關(306)在相應的至少一個另外半導體管芯(307) 上并且在使用中可連接在第二開關(606)與電源之間。
22.根據權利要求21所述的浪涌保護電路，包括橋式整流裝置，其中橋式整流裝置包 括在所述至少一個另外半導體管芯中的每一個另外半導體管芯上的全橋式整流器。
23.根據權利要求21或22所述的浪涌保護電路，還包括在所述至少一個另一半導體管 芯中的每一個另外半導體管芯上的另外浪涌檢測器，所述至少一個另外開關響應于相應的 另外浪涌檢測器。
24.根據權利要求21或22所述的浪涌保護電路，還包括用于在浪涌檢測裝置與所述至 少一個另外管芯之間通信的通信裝置。
全文摘要
公開了一種用于電負載的浪涌保護電路，所述電負載可以是例如直接與電源(如，干線電源)相連的LED負載，所述浪涌保護電路包括跨過多個半導體管芯而分布的多個開關。浪涌檢測器檢測電源中尖峰的開始并斷開所有開關，所述尖峰的開始是由于例如附近電感負載的開始或中斷而引起的。與使用單一管芯相比，通過跨過多個管芯來分布開關，減小了跨過每個管芯的峰值電壓；從而每個管芯可以保持在絕對最大電壓容量之內。每個管芯可以具有其自己的浪涌檢測器；備選地，可以使用與每個管芯上的開關通信的單一浪涌檢測器。在擴展中，可以將橋式整流器集成到跨過管芯而分布的電路中。在該實施例中，需要附加的管芯間鉗位二極管，以防止每個管芯的邊緣連接的不安全浮動。
文檔編號H02H3/08GK102132627SQ200980132126
公開日2011年7月20日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權日2008年8月19日
發(fā)明者G-J·科林, 威廉默斯·辛德瑞庫斯·瑪莉亞·朗厄斯萊格, 彼得·胡貝圖斯·弗朗西斯科·德蘭博格 申請人:Nxp股份有限公司