孙 叠,严利民,贾 石,高文凯

(1.上海大学机电工程与自动化学院,上海200444;2.上海大学微电子研究与开发中心,上海200444)

在电路设计中,浪涌是指当刚开通电源的那一瞬间电源内部产生的强力脉冲,以及电源和电路中其他部分受到的外来脉冲,包括浪涌电压和浪涌电流[1].电路很可能在浪涌到来的瞬间遭到损坏,如PN结电容击穿、电阻烧毁等,因此需要在电路中加入浪涌保护结构,利用其结构中的元器件泄放、吸收或消耗浪涌能量,从而保护整个电路不受破坏[2].

目前,电路中的浪涌保护结构主要分为被动式和主动式2种.被动式通常采用二极管来泄放浪涌能量,虽然二极管体积小、响应快,但对电路的硬件性能要求高;主动式采用金属-氧化物半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)来吸收浪涌能量,虽然MOSFET结构简单、安全等级高,但对元器件功率等级的要求高[3].目前,Texas Instruments,Maxim Integrated,Silergy Corp等国际公司均采用主动式结构进行浪涌保护.

本工作在主动式的基础上提出了一种低成本带吸收电容的浪涌保护电路,将廉价的电容和电阻并联组成吸收电路,避免了浪涌能量瞬间烧毁MOSFET情况的发生,并使用低廉小功率MOSFET替代高价大功率MOSFET,降低电路成本.如果采用同样功率等级的功率MOSFET,所设计的电路可以大幅提升浪涌电压等级,提高整个电路的稳定性.

1 传统浪涌保护结构

被动式浪涌保护结构通常采用瞬态电压抑制(transient voltage suppressor,TVS)二极管来泄放浪涌能量[4],其具体电路结构如图1所示.图1中,D1为TVS二极管,C1为吸收电容.

图1 被……