[发明专利]一种基体分离N型功率管ESD电路和设置方法

说明书

本发明公开了一种基体分离N型功率管ESD电路和设置方法，电路包括功率管的源极或漏极与主体之间存在寄生二极管，寄生二极管的正极连接主体，二极管的负极连接源极或漏极；主基体、地、N型隔离环之间存在有寄生PNP三极管，PNP三极管的发射极连接主体，其集电极连接地，基极连接N型隔离环，其基极与电源端之间连接有单向限流电路，用于限定电源端的电流流向PNP三极管的基极。本申请通过设置单向限流电路，限制流向寄生PNP三极管的电流，保证ESD时寄生PNP三极管截止，实现ESD时不破坏功率管。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其是涉及一种基体分离N型功率管ESD电路和设置方法。

背景技术

常用的N沟道具有四节点结构，包括漏极、栅极、源极和基体，对于各种硅工艺技术，4节点结构在隔离CMOS N沟道Mosfet、隔离漏外延NMOS沟道Mosfet、隔离LDMOS N沟道功率Mosfet中普遍存在。

正常使用时，基体连接到源极，从而产生了一个源/体-漏二极管，当栅源偏置为零时，该二极管在关断状态下可用作正向源/体--漏电压偏置中的续流二极管或反向源/体--漏电压偏置中的反向阻塞二极管。基体分离N型功率管还设置N型隔离环，N型隔离环连接电源，以使N型隔离环电压确定，避免悬空引起的电压漂移。

在双向大电流应用中，如在电池保护、负载共享开关、电源管理和电机驱动中，功率管中的流过的电流是双向的，即一时段从源极流向漏极，另一时段，从漏极流向源极，此时的电路设计如图1所示，图中功率管NM1的基体是分离的，在BM1关闭而BM2打开时，源极与基体连接，功率管NM1中的电流是从VA到VB；而在BM2关闭而BM1打开时，漏极与基体连接，功率管NM1中的电流是从VB到VA。

当引脚VA或/和VB通过焊点连接到外部引脚时，必须进行静电放电（ESD）保护，ESD保护是引脚针对电源（Vdd）或地（Gnd）或其他引脚的保护，包括正向和负向放电。

一般情况下，人体模型ESD保护为2000V，目前典型的ESD保护电路是，如图2所示，在VDD引脚处，设置折返型ESD保护二极管D1，在VB引脚处，设置折返型ESD保护二极管D2，在VA引脚处，设置折返型ESD保护二极管D3， D1/D2/D3的另一端接地，用于提供正负ESD放电路径。为了实现ESD，D1/D2/D3的尺寸通常都很大。

在有些特定应用的情况下，如电池保护中，VA引脚直接连接地，VB的电压可以低于地，此时就不需要D3， 由于D2会将电流从地流向VB，也不适合这种结构，为解决上述问题，在VA引脚直接连接地，VDD通过D1连接到地，从VDD连接折返型保护二极管D4到VB引脚，D4的正端接VB，对于D4就需要耐高压，特定的半导体工艺可能无法提供所需的高压器件，即使有也由于耐高压需要增大面积而使成本增加。因此，如何实现在降低成本的基础上，实现ESD是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基体分离N型功率管ESD电路和设置方法，基于基体分离N型功率管结构，利用基体、地、N型隔离环之间存在的寄生PNP三极管，通过设置单向电流，或限制流向寄生PNP三极管的电流，限制寄生PNP三极管导通，实现ESD时保护功率管。

本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种基体分离N型功率管ESD电路，功率管的源极或漏极与基体之间存在寄生二极管，寄生二极管的正极连接基体，二极管的负极连接源极或漏极；基体、地、N型隔离环之间存在有寄生PNP三极管，PNP三极管的发射极连接基体，其集电极连接地，基极连接N型隔离环，其基极与电源端之间连接有单向限流电路，用于限定电源端的电流流向PNP三极管的基极。

本发明进一步设置为：单向限流电路包括二极管，二极管的正极连接电源端，负极连接到PNP三极管的基极，限制电流单向流动。