电流感测功率mosfet中负载电流与感测电流比的调整的制作方法_3

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作在导通状态下的功率MOSFET 12的模型的概念图。在图2中, Rqnjiain表示主电流路径晶体管,并且具体地,主电流路径晶体管的导通电阻。类似地,R ^sense 表示感测电流路径晶体管,并且具体地,感测电流路径晶体管的导通电阻。电流路径晶体管 的导通电阻可以表示为晶体管导通时电流路径晶体管的源极和漏极之间发生的电阻。
[0066] Vmain表示跨主电流路径晶体管的电压,V SENSE表示跨感测电流路径晶体管的电压。 跨电流路径晶体管的电压可以表示为晶体管导通时电流路径晶体管的源极和漏极之间发 生的电压。
[0067] 基于图2所示的模型,感测电流(Isense)和主电流(Imain)可以表示为:
[0068] m
[0069] m
[0070] 其中Vsense对应于跨感测电流路径晶体管的电压,V _对应于跨主电流路径晶体管 的电压,R^sense对应于感测电流路径晶体管的导通电阻,以及Ri^ma in对应于主电流路径晶 体管的导通电阻。
[0071] 由于IVsensWRi3n_MAIN,功率MOSFET 12的实际kILIS因数可以表示为:
[0072] (6)
[0073] 如等式(6)所示,由功率MOSFET 12产生的实际kIUS因数可以取决于每个电流路 径晶体管的导通电阻以及跨每个电流路径晶体管的电压。
[0074] 图3是示出了工作在导通状态下的功率MOSFET 12的模型的概念图,其中主电流 路径晶体管和感测电流路径晶体管的对应末端端子处的电势相同。换言之,图3示出了主 电流路径晶体管和感测电流路径晶体管的源极端子处的电势相同以及主电流路径晶体管 和感测电流路径晶体管的漏极端子处的电势相同的情况。
[0075] 由于主电流路径晶体管和感测电流路径晶体管的对应末端端子处的电势相同,主 电流路径晶体管和感测电流路径晶体管被模型化为并行电耦合的两个电阻。基于图3所示 的模型,感测电流(I sense)可以表示为:
[0076] m
[0077] 其中1_对应于负载电流,R ___对应于主电流路径晶体管的导通电阻,以及R QN_ SENSE对应于感测电流路径晶体管的导通电阻。
[0078] 由于IVSENSE>>IVMAIN,当主电流路径晶体管和感测电流路径晶体管的对应末端端 子的电势相同时功率MOSFET 12的实际kIUS因数可以表示为:
[0079] :的
[0080] 如等式⑶所示,如果跨每个电流路径晶体管的电压近似相等,则功率MOSFET 12 产生的实际kIUS因数(即,负载电流与感测电流的比)可以等于感测电流路径晶体管的导 通电阻与主电流路径晶体管的导通电阻的比。
[0081] 对于每个电流路径晶体管,导通电阻可以取决于晶体管的尺寸(例如,宽长比)。 随着晶体管的有效宽长比增加,晶体管的导通电阻减小。因此,主电流路径晶体管的导通电 阻与感测电流路径晶体管的导通电阻的比近似等于感测电流路径晶体管的宽长比与主电 流路径晶体管的宽长比的比。
[0082] 功率MOSFET 12的晶体管尺寸比可以表示为主电流路径晶体管的宽长比与感测 电流路径晶体管的宽长比的比。如果跨每个电流路径晶体管的电压近似相等,则由功率 MOSFET 12产生的实际kIUS因数可以近似等于功率MOSFET 12的晶体管尺寸比。
[0083] 如果功率MOSFET 12被建立为使得功率MOSFET 12的晶体管尺寸比等于功率 MOSFET 12的目标kIUS因数,则配置功率M0SFET12以实现目标k IUS因数转换为(translate into)调整跨每个电流路径晶体管的电压使得这些电压相等或近似相等。由于感测电流路 径晶体管和主电流路径晶体管共享公共端点(即,公共端子18),跨电流路径的电压相等的 状态转换为电流路径晶体管的非公共端点处的电压彼此相等的状态。
[0084] 使非公共端点处的电压相等的一个方案是将感测电流路径晶体管的非公共端点 处的电压调整至等于主电流路径晶体管的非公共端点处的电压的电压。然而,由于主电流 路径晶体管的相对较大的尺寸,包含在主端子22上的金属化物可以相对较大,以及跨主端 子22上的金属化物的电压可以不均匀地分布。换言之,主端子22的金属化物上的不同位置 可以工作在不同电压下,即便在稳态工作状态期间。由于跨主端子22的电压可以不均匀, 沿主端子22的任何特定位置处的电压可以不表示整个主端子22的总电压。将感测端子20 调整至不表示整个主端子22的总电压的电压可能将误差引入由功率MOSFET 12产生的实 际kIUS因数。
[0085] 另一难点发生在经由感测电流流经的相同端子调整感测电流路径晶体管的非公 共端点的情况下(即,经由非Kelvin连接的调整的情况)。在该情况下,感测电流可以使跨 导线和互连电阻的电压下降,使得在感测端子20处调整的电压与感测电流路径晶体管的 非公共端子处出现的电压之间可能存在轻微的偏离。这可能将误差引入实际k IUS因数,即 便在主端子22的精确总电压处调整感测端子20,除非感测端子20和主端子22处的电压彼 此轻微偏离,以补偿压降。
[0086] 根据本公开,测量电路装置14可以基于可配置函数调整功率MOSFET 12的感测 端子,该可配置函数将参考电压定义为两个以上的主端子电压(例如,VJPV2)的函数,在 形成功率MOSFET 12的主端子22的金属化物上的两个以上的不同位置(例如,位置24和 26)处获取该两个以上的主端子电压。例如,测量电路装置14可以基于可配置函数和两个 以上的主端子电压来生成参考电压,并调整基于参考电压确定的调整电压处的功率MOSFET 12的感测端子20。可配置函数可以被配置为使得测量电路装置14调整感测端子20的电 压使功率MOSFET 12产生近似等于功率MOSFET 12的目标kIUS因数的实际k IUS因数。
[0087] 使用两个以上的主端子电压的可配置函数调整感测端子可以允许调整电压被整 理,使得由功率MOSFET 12实际产生的kIUS因数近似等于功率MOSFET 12的目标kIUS因数, 即便在跨功率MOSFET 12的主端子22的电压分布没有完全均匀的情况下,以及即便在跨感 测端子20的导线和互连电阻发生压降的情况下。由此,可以控制功率MOSFET 12产生具有 相对高精确度的kIUS因数。
[0088] 在图1的系统10的示例中,两个以上的主端子电压可以对应于在主端子22的金 属化物上的第一位置24处感测的第一主端子电压(V 1)以及在主端子22的金属化物上的 第二位置26处感测的第二主端子电压(V2)。每个主端子电压均可以由相应的导线、连接、 或其他电连接至功率MOSFET 12的导体在相应位置处感测。
[0089] 测量电路装置14可以包括实现可配置函数的电路装置,该可配置函数将参考电 压定义为两个以上的主端子电压的函数。测量电路装置14可以调整基于参考电压确定的 电压(V RE(;)处的感测端子20。在一些示例中,调整电压可以等于参考电压。
[0090] 在图1中示出的系统10的示例中,测量电路装置14的可配置函数基于可配置参 数进行配置。可配置参数可以是机械特定的参数或电特定的参数。在一些示例中,可配置 参数可以对应于电位计的孤刷端子(wiper terminal)。
[0091] 在图1的示例系统10中,测试电路装置14还接收流经感测端子20的感测电流 (Ι?Η? Ε),并生成表示感测电流的振幅的测量电流。在一些示例中,测量电流的振幅 可以等于感测电流的振幅。尽管图1中的概念图为了概念性目的示出了用于调整感测端子 20的电压以及接收流经感测端子20的感测电流的不同的箭头,但在一些示例中,测量电路 装置14可以调整感测端子20处的电压以及经由相同导体或连接接收流经感测端子20的 感测电流。
[0092] 图1中所示的示例测量电路装置14执行电压调整函数和电流测量函数两者。在 其他示例系统中,各电路装置可以执行电压调整函数和电流测量函数。具体地,测量电路装 置14和/或执行类似电压调整函数的其他电路装置可以可选地表示为电压调整电路装置。
[0093] 现在描述系统10的示例操作。开始,控制功率MOSFET 12的栅极源极电压使得功 率MOSFET 12工作在截止状态。例如,可以将栅极源极电压控制为小于功率MOSFET 12的阈 值电压。功率MOSFET 12的阈值电压可以表示为栅极源极电压,在该电压之上,功率MOSFET 12开始在功率MOSFET 12的源极端子和漏极端子之间传导电流。
[0094] 当功率MOSFET 12工作在截止状态时,没有电流流经功率MOSFET 12的主电流路 径和感测电流路径。当功率MOSFET 12工作在截止状态时,测量电路装置14可以调整或不 调整感测端子20。然而,没有电路由测量电路装置14测量,因为没有电流流经功率MOSFET 12。
[0095] 为了转换至导通状态,功率MOSFET 12的栅极源极电压被控制使得栅极源极电压 大于功率MOSFET 12的阈值电压。当功率MOSFET 12工作在导通状态时,电流流经主电流 路径和感测电流路径。功率MOSFET 12可以将流入公共端子18的负载电流(即,Iumd)划 分为流经主电流路径的主电流(即,Imain)和流经感测电流路径的感测电路(即,I sense)。
[0096] 流经主电流路径的电流使电压分布沿主端子22的金属化物形成。在一些示例中, 沿主端子22的金属化物的电压分布可以不均匀。即,形成主端子22的沿金属化物的不同 位置(例如,第一位置24和第二位置26)处的电压可以不同。
[0097] 可以在系统10的操作之前或操作期间基于可配置参数配置实现可配置函数的测 量电路装置14中的电路装置。在一些示例中,可以将可配置函数配置为实现特定函数,使 得功率MOSFET 12产生的实际kIUS因数符合功率MOSFET 12的目标k IUS因数。
[0098] 测量电路装置14感测形成主端子22的金属化物的第一位置24和第二位置26处 的电压。测量电路装置14基于可配置函数生成参考电压。可配置函数可以将参考电压定 义为在主端子22的金属化物上的第一位置24处感测的第一主端子电压(V1)和主端子22 的金属化物上的第二位置26处感测的第二主端子电压(V2)的函数。
[0099] 测量电流装置14调整基于由可配置函数定义的参考电压确定的电压(VRE(;)处的 感测端子20。在一些示例中,调整电压(V RE(;)可以与参考电压相同。在另一示例中,调整电 压可以与参考电压不同。
[0100] 测量电路装置14响应于调整电压(VRE(;)处的调整感测端子20而检测流经感测端 子20的感测电流(I sense)。测量电路装置14输出表示感测电流(Isense)的振幅的测量电流 (I_ TJ。在一些示例中,测量电流的振幅可以与感测电流的振幅相同。在另一示例中,测 量电流的振幅可以不同于感测电流的振幅。
[0101] 在一些示例中,第一位置24和第二位置26中的一个可以对应于主端子22的金属 化物上的位置,其被确定以承载跨形成主端子22的金属化物的最大电压。在该示例中,第 一位置24和第二位置26中的另一个可以对应于主端子22的金属化物上的位置,其被确定 以承载跨形成主端子22的金属化物的最小电压。在该示例中,分压器可以生成金属化物的 最小和最大电压之间的任何参考电压,从而允许可以使用适当参考电压的相对较宽的电压 范围来实现目标k IUS因数。
[0102] 图4是示出图1的示例系统10的概念图,其中功率MOSFET 12具有公共漏极配置。 在图4的示例功率MOSFET 12中,公共漏极端子28对应于图1的公共端子18,感测源极端 子30对应于图1中的感测端子20,主源极端子32对应于图1中的主端子22,第一位置34 对应于图1中的第一位置24,以及第二位置36对应于图1中的第二位置26。
[0103] 主电流路径可以形成在公共漏极端子28和主源极端子32之间,以及感测电流路 径可以形成在公共漏极端子28和感测源极端子30之间。主电流路径可以包括主电流路径 晶体管,该晶体管的漏极电耦合至公共漏极端子28,以及源极电耦合至主源极端子32。类 似地,感测电流路径可以包括感测电流路径晶体管,该晶体管
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