[发明专利]具有电源极性反接保护的电路

说明书

本发明涉及一种具有电源极性反接保护的电路，尤指一种可保护内部场效应管元件避免受到电源极性反接破坏的电路。

电源极性反接保护措施在许多可能发生电源极性反接情况的装置及电子供电系统中扮演着非常重要的一环。例如，在无刷风扇的驱动电路中，一旦发生电源极性反接的情况，常会产生一极大的电流。如果没有任何保护措施保护电路，其结果通常是将电路烧毁。又，在集成电路中，电源极性反接的情况更是有可能将整个集成电路严重破坏，其损害程度不可谓不小。

举例说明，如图3所示，这是一个广泛应用于集成电路的基本逻辑电路，即反相器。该电路是由一个PMOS场效应管30、一个NMOS场效应管31，以及两个寄生二极管32和33所组成的逻辑电路。其中，PMOS场效应管30与NMOS场效应管31的连接方式为已有技术，在此不作赘述。寄生二极管32的阴极与PMOS场效应管30的衬底和电源VDD相连接，其阳极接至输出端OUT。另一寄生二极管33的阴极接至输出端OUT，其阳极则与NMOS场效应管31的衬底和接地端相连接。

在电源极性正常连接的状态下，该反相器正常动作，并且寄生二极管32和33相对于输入电源均呈现逆向偏压状态。但是一旦发生电源极性反接情况，即原电源端VDD反接为接地端，原接地端反接为电源VDD，那么前述两个寄生二极管32和33均呈现顺向偏压状态，进而产生一极大电流流经寄生二极管32和33，致使寄生二极管烧毁，最后导致电路内部场效应管元件烧毁。

为了避免电路中场效应管元件因电源极性反接而导致损坏，于是在反相器电路中加入如所示的保护措施。与前述反相器电路所不同的是，在该电路的外部增设了一个保护二极管40，二极管40的阳极连接至电源VDD，其阴极则与控制电路的电源输入端相连。一旦发生电源极性反接，保护二极管40的阳极便与接地端相连接，从而导致保护二极管40为逆向偏压状态，藉此阻隔电源VDD至接地端的传导路径，进而避免因电源极性反接产生大电流流经寄生二极管32和33，导致其烧毁。由此，达到保护电路的效果。

但由前述现有保护装置可明显看出，在电源极性正常的状态下，前述保护二极管40上会产生一固定电压降，进而消耗更多功率；又，保护二极管40必须额外增设在集成电路之外，所以无形中提高了整体电路的成本。

因此，有鉴于目前控制电路的电源极性反接保护装置存在着若干缺点，须进一步检讨，本发明人研发设计了一种创新的“具有电源极性反接保护的电路”，希望由此有效地保护电路元件。此为本发明的主要目的。

为达成前述目的，本发明提出了一种具有电源极性反接保护的电路，该电路由一保护用PMOS场效应管构成，其衬底和漏极与被保护电路中PMOS元件的衬底互相连接，且该保护用PMOS场效应管的源极与电源端VDD相接，其栅极连接至接地端。当把前述电源极性反接保护装置应用于反相器电路时，一旦电源发生极性反接，该保护用PMOS场效应管会因极性变化而阻隔电源VDD至接地端的导电路径，防止电流烧毁电路中的场效应管元件。

前述的保护用场效应管也可由NMOS场效应管构成，NMOS场效应管的衬底及漏极与该控制电路中NMSO元件的衬底互相连接，且该保护用NMOS场效应管的源极与接地端相接，其栅极连接至电源端(VDD)。

为使贵审查委员能进一步了解本发明的设备及方法设计以及其他目的，兹附以图式详细说明如后：

图1是本发明一较佳实施例的CMOS集成电路图，它使用PMOS场效应管为电源极性反接保护装置；

图2是本发明另一较佳实施例的CMOS集成电路图，它使用NMOS场效应管为电源极性反接保护装置；

图3是未加任何电源极性反接保护装置的常规反相器电路图；

图4是以二极管为电源极性反接保护装置的常规反相器电路图。

有关本发明提出的具有电源极性反接保护的电路，请参阅图1，它是将本发明应用于CMOS集成电路反相器中的一个较佳实施例，该电路包括：

NMOS场效应管11；PMOS场效应管10，其衬底与寄生二极管12的阴极相连接，寄生二极管12的阳极连接至反相器输出端OUT，另一寄生二极管13的阳极连接至前述NMOS场效应管11的源极及接地端，其阴极连接至反相器输出端OUT；

保护用PMOS场效应管14，其源极连接至电源VDD及前述PMOS场效应管10的源极，其栅极接至接地端，该保护用PMOS晶体14的漏极及衬底连接至前述寄生二极管12的阴极和PMOS场效应管10的衬底。