[发明专利]用于从感性负载散热的电路、集成电路和方法

说明书

发明领域

本技术领域通常涉及一种耗散电路，并且特别涉及一种用于感性 负载驱动器的耗散电路。

背景技术

晶体管，特别是场效应晶体管(FET)，被广泛用于驱动感性负 载。例如，在汽车工业中，功率FET用于驱动防抱死刹车系统(ABS) 以及电子稳定程序(ESP)系统中的螺线管阀门。

感性负载具有电感器的特性，即，对抗电流的变化，在电路的电 流上表现出与惯性施加给机械物体的速度相同的效应。

感性负载在磁场中储存能量。当电流改变方向时，或停止时，或 磁场变化时，电动势(emf)通过磁场瓦解(collapsing)被感应回导体 中。与电流中的变化的相对作用被标识为反电动势(反emf)。反电动 势的大小与变化率成比例，即，感性负载上的电压或流经感性负载的 电流的变化率越快，则反电动势越大。

反电动势导致的结果是，当感性负载经历功率的突然变化时，可 引起大的反电动势，从而导致大的电压尖峰。

众所周知，感性负载驱动器电路包含再循环箝位器，以保护电路 不受该种电压尖峰效应的影响。附图1示例了公知的感性负载驱动器 电路100的例子。

电路100包括感性负载L1，其一端耦合到电源电压Vsup，一端耦 合到晶体管M1的漏极。晶体管M1的源极耦合到地。晶体管M1作为 感性负载L1和地之间的开关，有效地驱动感性负载L1。

在这样的电路结构下，当晶体管M1切换为“导通”时，Vox处的电 压基本上为零(即接地)，在感性负载L1上产生电势差，且因此产生 电流流过感性负载L1。如前所述，感性负载具有电感器的特性，其对 抗电流的变化。因此，电流以低电流开始，且随着感性负载L1以磁场 的形式存储能量而增大。

当晶体管M1切换为“关闭”时，Vox不再是接地，且感性负载L1 经历了其上电压的变化。电压的变化产生由磁场的瓦解而导致的反电 动势。随着之前在磁场中储存的能量的释放，反电动势使电流持续地 流经感性负载L1，并且与感性负载上电压的变化率成比例。穿过感性 负载L1的持续电流导致在Vox处的电压以电压尖峰的形式而增大。

如果Vox处的电压增大太多，将超过晶体管M1的击穿(或雪崩) 电压。

为防止晶体管M1在其漏极处的该种电压增大，感性负载驱动器 电路100有时包括形式为齐纳二极管Z1的再循环箝位器。齐纳二极管 Z1的阴极耦合到晶体管M1的漏极，且齐纳二极管Z1的阳极耦合到晶 体管M1的栅极，如图所示。

齐纳二极管Z1被构造为使得，当由于晶体管M1被切换为“关闭” 而在Vox处产生电压增大时，在晶体管M1的击穿电压到达之前，而 先达到齐纳二极管Z1的击穿电压。这样，当达到齐纳二极管Z1的击 穿电压时，电流流过齐纳二极管Z1，从而将Vox处的电压限制在齐纳 二极管Z1的击穿电压。

产生的流经齐纳二极管Z1的电流也流经电阻器R1再到地。流经 电阻器R1的电流在电阻器R1上产生电势差，并且在晶体管M1的栅 极和源极之间产生电势差。因此，如果流经齐纳二极管Z1的电流足够 大，将使在电阻器R1上产生的电势差，以及因此而在晶体管M1的栅 极和源极之间产生的电势差变得足够大而将晶体管M1翻转为“导通”， 从而允许电流从Vox流至地。

如此，当足够大的电压尖峰发生时，齐纳二极管Z1不仅通过将漏 极和栅极之间的电压限制在齐纳二极管Z1的击穿电压来保护晶体管 M1，其还将晶体管M1切换为“导通”，使更多的电流通过晶体管M1 而流至地。这样，电压尖峰产生的能量通过齐纳二极管Z1，并且更为 明显地通过晶体管M1耗散。

技术人员将明白，电流经过晶体管M1产生的能量以热的形式耗 散。因此，为了能耗散足够的热，以使组件不因过热而受影响，晶体 管M1被限制为最小尺寸。

技术人员也将明白，为使成本最小化，期望包括该种感性负载驱 动器电路的集成电路(IC)封装的整个覆盖区域(footprint)是最小化 的。显然，晶体管M1最小尺寸的限制限定了IC封装覆盖区域的最小 化。进一步，由于IC封装一般包括多个感性负载驱动器电路，以及因 此包括多个晶体管，所以前述的覆盖区域尺寸问题进一步复杂化。