電路和用于測量電流的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]各種實施例通常涉及電路、具有過電流保護(hù)的開關(guān)以及用于測量通過功率晶體管的電流的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可能需要經(jīng)由電路來測量流過開關(guān)器件的電流，例如以探測過電流或短路。所述電路應(yīng)該能夠探測短路的第一類型，在其中短路存在于開關(guān)器件被激活之前。它應(yīng)該還能夠探測短路的第二類型，在其中在開關(guān)器件正導(dǎo)通的同時出現(xiàn)短路。優(yōu)選地，電路應(yīng)該是準(zhǔn)確的、在溫度變化和器件變化上是魯棒的、具有低的芯片面積要求并且具有低的功率消耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一個實施例，在本文中描述了被配置為從供應(yīng)電壓提供電流到負(fù)載的電路。所述電路包含第一晶體管、第二晶體管以及探測電路。第一晶體管比第二晶體管具有更大的有源區(qū)域。探測電路被配置為探測通過第二晶體管的電流。相同的電壓被施加在第一晶體管的控制端子與第一晶體管的第一受控端子之間并且被施加在第二晶體管的控制端子與第二晶體管的第一受控端子之間。探測電路被耦合到第二晶體管的第二受控端子并且被耦合到供應(yīng)電壓。
[0004]根據(jù)另一個實施例，在本文中描述了具有過電流保護(hù)的開關(guān)。所述開關(guān)包含功率晶體管、感測晶體管、感測電阻器以及過電流探測電路。功率晶體管和感測晶體管被集成在共同的襯底上作為具有分別的漏極的源極向下(source-down)晶體管。感測電阻器被耦合到感測晶體管的漏極端子。過電流探測電路被配置為探測橫跨感測電阻器的電壓降。
[0005]進(jìn)一步，根據(jù)另一個實施例，描述了用于測量例如通過被配置為從供應(yīng)電壓提供電流到負(fù)載的功率晶體管的電流的方法。所述方法包含:將感測晶體管并聯(lián)耦合到功率晶體管，施加相同的控制信號到感測晶體管和功率晶體管；以及探測通過感測晶體管的電流。相同的控制信號被配置為控制通過感測晶體管的電流流動并且被配置為控制通過功率晶體管的電流流動。
【附圖說明】
[0006]在附圖中，貫穿不同的視圖，類似的參考字符通常指代相同的部分。附圖未必成比例，重點反而通常被放置在圖解公開的原理上。在附圖中，參考數(shù)字的(一個或多個)最左邊的數(shù)可以識別在其中參考數(shù)字第一次出現(xiàn)的附圖。相同的數(shù)字可以貫穿附圖被使用以給類似的特征和元件加參考符號。在下面的描述中，參考下面的附圖描述了各種實施例，在下面的附圖中:
圖1示出電路的實施例；
圖2示出半導(dǎo)體器件的實施例；
圖3示出具有調(diào)整器電路的電路的實施例； 圖4示出另一個電路的實施例；
圖5示出具有IGBT的電路的實施例；
圖6示出具有低壓側(cè)開關(guān)的電路的實施例；
圖7示出另一個電路的實施例；
圖8示出具有P溝道開關(guān)的另一個電路的實施例；
圖9示出另一個電路的實施例；
圖10示出另一個電路的實施例；
圖11示出具有兩個不同的供應(yīng)電壓的電路的實施例；
圖12示出另一個電路的實施例；以及圖13示出方法的實施例。
【具體實施方式】
[0007]下面的具體描述涉及以圖解的方式示出特定的細(xì)節(jié)和實施例的附圖，在所述特定的細(xì)節(jié)和實施例中可以實踐實施例。
[0008]詞語“示例性”在本文中被用于意指“用作示例、例子或圖解”。在本文中描述為“示例性”的任何實施例或設(shè)計未必被解釋為相對于其他實施例或設(shè)計是優(yōu)選的或有益的。
[0009]關(guān)于“在側(cè)或表面之上”形成的沉積材料而使用的詞語“在…之上”，可以在本文中被使用以意指沉積材料可以“直接在暗指的側(cè)或表面上”(例如與暗指的側(cè)或表面直接接觸)被形成。關(guān)于“在側(cè)或表面之上”形成的沉積材料使用的詞語“在…之上”，可以在本文中被使用以意指沉積材料可以“間接地在暗指的側(cè)或表面上”被形成，其中一個或多個附加的層被布置在暗指的側(cè)或表面與沉積的材料之間。
[0010]圖1示出電路101的實施例100。電路101可以具有輸入(或節(jié)點)N1、另一個輸入(或節(jié)點N2)以及輸出(或節(jié)點N3)。它可以進(jìn)一步被耦合到第一參考電勢GND，諸如地電勢。
[0011]電源，諸如電池120或電壓源，可以被耦合到輸入NI。電池120或電壓源可以具有電壓Vbat。信號源124可以被耦合到輸入N2。信號源124可以提供信號Vcontrol，例如脈沖寬度調(diào)制信號。信號Vcontrol可以是具有變化的占空比的數(shù)字信號。負(fù)載122可以被耦合到輸出N3。它可以是具有電阻R_load的電阻器、電動機(jī)、燈或任何其他電負(fù)載。
[0012]電路101可以是具有電流探測的開關(guān)，例如功率開關(guān)。電流探測可以包含測量電流或?qū)㈦娏髋c閾值比較，例如以探測過電流。電流可以被用于開關(guān)功率源、逆變器裝置等。例如取決于信號Vcontrol，它可以開關(guān)電源諸如電池120以為負(fù)載122供應(yīng)可調(diào)節(jié)的功率。
[0013]電路101可以包含第一晶體管Tl、第二晶體管T2、探測電路102以及電荷栗104。
[0014]第一晶體管Tl和第二晶體管T2例如可以開關(guān)高電壓。第一晶體管Tl可以比第二晶體管T2具有更大的有源區(qū)域。即，它可以具有它的柵極寬度Wl與它的柵極長度LI的比例Wl/LI，所述比例W1/L1例如是第二晶體管T2的柵極寬度W2與柵極長度L2的比例W2/L2的k倍。如果第一晶體管Tl和第二晶體管T2以相同的方式被偏置，流過第二晶體管T2的電流12可以是流過第一晶體管TI的電流11的I /k。更小的電流12可以被測量并且通過12=11/k可以確定電流II。為了減少12，可能期望具有大的k值，例如在100至10,000或500至2,000的范圍中或者大約1000的Mt。
[0015]第一晶體管TI可以是功率開關(guān)元件，例如功率晶體管，例如功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。它可以用非常小的開關(guān)和傳導(dǎo)損耗來開關(guān)高電壓。它可以是單個晶體管或者它可以由許多彼此并聯(lián)連接的晶體管組成。并聯(lián)連接的晶體管的數(shù)量可以是k。第二晶體管可以是感測晶體管。它可以是像彼此并聯(lián)連接的第一晶體管的晶體管中的一個的晶體管。
[0016]在各種實施例，第一晶體管Tl的控制端子G(例如柵極)與第二晶體管T2的控制端子G(例如柵極)可以被耦合(例如直接電連接)在一起。第一晶體管Tl的控制端子G可以與第二晶體管T2的控制端子G具有相同的電勢。
[0017]在各種實施例中，第一晶體管Tl的第一受控端子S可以被親合(例如，直接電連接)到第二晶體管T2的第一受控端子S。第一晶體管Tl的第一受控端子S可以與第二晶體管T2的第一受控端子S具有相同的電勢。
[0018]在各種實施例中，第一晶體管Tl的第二受控端子D和第二晶體管T2的第二受控端子D可以被耦合到相同的供應(yīng)電勢(例如在節(jié)點NI處的電勢)，例如到電勢Vbat。在各種實施例中，第一晶體管Tl的第二受控端子D和第二晶體管T2的第二受控端子D彼此不直接電連接。第一晶體管Tl的第二受控端子D可以被直接連接到節(jié)點NI并且第二晶體管T2的第二受控端子D可以經(jīng)由探測電路102被耦合到節(jié)點NI。
[0019]被配置為控制在第一晶體管Tl的和第二晶體管T2的第一受控端子S與第二受控端子D之間的傳導(dǎo)性的信號可以被耦合在第一晶體管Tl的控制端子G與第一晶體管Tl的第一受控端子S之間并且可以被耦合在第二晶體管T2的控制端子G與第二晶體管T2的第一受控端子S之間。
[0020]在各種實施例中，第一晶體管Tl和第二晶體管T2可以例如是M0SFET?？刂贫俗涌梢允菛艠O端子G，第一受控端子可以是源極端子S并且第二受控端子可以是漏極端子D。
[0021 ]在各種實施例中，功率晶體管Tl的柵極G和感測晶體管T2的柵極G被耦合在一起。被配置為控制在第一受控端子S與第二受控端子D之間的傳導(dǎo)性的信號可以是在第一晶體管Tl和第二晶體管T2的分別的柵極端子G與分別的源極端子S之間的電壓Vgsl、Vgs2。
[0022]在各種實施例中，第一晶體管Tl和第二晶體管T2兩者可以是N溝道器件。第一晶體管Tl和第二晶體管T2可以被配置為高壓側(cè)開關(guān)。高壓側(cè)開關(guān)可以被耦合到比負(fù)載所耦合到的電勢更高的電勢。換言之，它們可以被耦合在供應(yīng)電勢(例如Vbat)與負(fù)載122之間，所述負(fù)載122被耦合到第一參考電勢GND，例如地電勢。
[0023]當(dāng)?shù)谝痪w管Tl和第二晶體管T2是非傳導(dǎo)的時，源極S的電勢可以處于(或靠近)供應(yīng)電勢，例如Vbat。電平位移器104，例如DC至DC轉(zhuǎn)換器或電荷栗，可以對于將信號Vcontrol轉(zhuǎn)換到高于供應(yīng)電勢(例如Vbat)的電壓電平是必要的。電平位移器104可以由在供應(yīng)電勢Vbat與第一參考電勢GND之間的電壓來供電。它可以提供高于供應(yīng)電勢的電壓電平到第一晶體管和第二晶體管T2的控制端子G。被配置為控制在分別的第一受控端子S與分別的第二受控端子D之間的傳導(dǎo)性的信號，例如Vgsl、Vgs2，可以然后致使第一晶體管Tl和第二晶體管T2傳導(dǎo)的。在一些實施例中，電荷栗104可以是可選的。
[0024]探測電路102，例如過電流探測電路，可以被配置為探測通過第二晶體管T2的電流
12。它可以被耦合到第二晶體管T2的第二受控端子D，例如漏極。
[0025]在各種實施例中，探測電路102可以包含串聯(lián)耦合到第二晶體管T2的電阻器106，例如感測電阻器。電阻器106可以被耦合在供應(yīng)電勢(例如Vbat)與第二 (或感測)晶體管T2的第二受控端子(或漏極)D之間。探測電路102可以被配置為探測橫跨電阻器106的電壓降?？梢杂蒊2=Vr/R_sense來給定通過第二晶體管T2的電流。
[0026]電阻器106可以是多晶硅或金屬電阻器。它可以是例如第二晶體管T2的漏極金屬化的漏極電極的部分，或者沿著例如第二晶體管T2的漏極金屬化的漏極電極被形成。它可以是接合導(dǎo)線。電阻器106可以例如使用激光熔絲被校準(zhǔn)以增加電流探測的準(zhǔn)確性。它可以具有正溫度相關(guān)性，即，它的電阻可以隨著溫度增加。在高的溫度處，正溫度相關(guān)性可以減少短路電流閾值(即需要來觸發(fā)過電流信號的電流的量)。
[0027]在一些情況下，可以足夠知道是否出現(xiàn)了過電流。為此，表示電流12的電壓Vr可以被與閾值比較。在各種實施例中，探測電路102可以包含橫跨電阻器106耦合(例如通過橫跨電阻器106的一個端子親合比較器108的第一輸入110并且橫跨電阻器106的另一個端子親合比較器1