功率半导体布置中的电流测量的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及具有电流测量电路的功率半导体布置以及用于测量功率半导体布置中的电流的方法。
【背景技术】
[0002]诸如功率晶体管之类的功率半导体被广泛用于在汽车或工业应用中切换电流。例如，功率晶体管可以应用于任何种类的开关式电源中、应用于用于驱动诸如灯、感应阀或电机之类的负载的驱动电路中以及应用于逆变器中等等。为了调整通过负载的电流或者简单地检测过载情况，期望在许多应用中测量流过晶体管的电流。
[0003]已知用于测量通过晶体管的负载电流的不同的构思。其中，这些构思包括使用霍尔传感器、使用感应电流传感器或将分流电阻器与晶体管的负载路径串联并测量跨电阻器的电压。
[0004]功率半导体通常包括并联连接的多个相同的半导体元件(诸如晶体管单元)。根据又一构思，这些晶体管单元中的至少一个(感测单元)用于测量通过晶体管的其他晶体管单元(负载单元)的电流。在与负载单元相同的操作点中操作感测单元(但是仅测量通过感测单元的电流)，使得通过感测单元的电流与通过负载单元的整体负载电流成比例。比例因数是感测单元的数量与负载单元的数量之间的比率。
[0005]需要在具有低测量损耗的情况下精确地测量通过功率晶体管的电流。
【发明内容】
[0006]—种半导体布置包括具有控制路径和受控路径的多个半导体元件，受控路径具有可控的导电率并且彼此并联连接。电流评估电路被配置为测量受控路径中存在的电流的强度并提供表示测量的电流强度的总和的信号。控制电路被连接至控制路径并且被配置为根据输入信号和表示电流强度的总和的信号控制受控路径的导电率，其中如果表示电流强度的总和的信号低于阈值，则至少一个受控路径被控制以具有最低的导电率。
[0007]另一种半导体布置包括具有控制路径和受控路径的半导体元件，受控路径具有可控的导电率。电流评估电路被配置为测量受控路径中存在的电流的强度并提供表示测量的电流强度的信号，其中电流评估电路包括提供电阻并与受控路径串联连接的至少一个分流电阻器，并且其中跨至少一个分流电阻器的电压表示受控路径中存在的电流。电流评估电路评估跨至少一个分流电阻器的电压，并且控制电路被配置为根据表示电流强度的信号控制由至少一个分流电阻器所提供的电阻。
[0008]—种方法被配置为测量通过半导体布置的电流，半导体布置包括具有控制路径和受控路径的多个半导体元件。受控路径具有可控的导电率并且彼此并联连接。该方法包括测量受控路径中存在的电流的强度以及提供表示测量的电流强度的总和的信号。该方法进一步包括根据输入信号和表示电流强度的总和的信号控制受控路径的导电率，其中如果表示电流强度的总和的信号低于阈值，则至少一个受控路径被控制以具有最低的导电率。
[0009]另一种方法被配置为测量通过半导体布置的电流，半导体布置包括具有控制路径和受控路径的半导体元件。受控路径具有可控的导电率，其中至少一个分流电阻器提供电阻并且与受控路径串联连接。跨至少一个分流电阻器的电压表示受控路径中存在的电流。该方法包括通过评估跨至少一个分流电阻器的电压测量受控路径中存在的电流的强度并提供表示测量的电流强度的总和的信号，以及根据表示电流强度的信号控制由至少一个分流电阻器提供的电阻。
【附图说明】
[0010]图1是用于切换通过负载的电流的功率半导体布置的示意图。
[0011]图2是用于利用多单元P沟道负载晶体管、驱动控制电路和测量电路对通过负载的电流进行高侧切换的功率半导体布置的示意图。
[0012]图3是图2所示的示例性布置的示意布线图。
[0013]图4是用于利用多η沟道负载晶体管、驱动控制电路和测量电路对通过负载的电流进行低侧切换的功率半导体布置的示意图。
[0014]图5是图示应用于图1所示的布置的方法的流程图。
[0015]图6是图示应用于图2和图4所示的布置的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016]在以下详细描述中，参考形成描述的一部分且其中通过图示的方式示出可以实践本发明的具体实施例的附图。就这点而言，参照所描述的附图的定向使用诸如顶部、底部、前、后、头部、尾部等方向术语。由于元件可以以多种不同的定向来定位，所以方向术语仅仅是为了说明的目的而绝不是限制。应当理解，可以使用其他实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应当以限制的意义理解，并且本发明的范围由所附权利要求限定。应当理解，除非另外特别指出，否则本文描述的各个示例性实施例的特征可以与彼此组合。附图不一定成比例。在附图中，相同的参考标号表示类似的元件。
[0017]图1不意性图不了被用作电子开关的不例性功率晶体管Ml，其将负载Z切换到电源电压来生成流过负载Z的负载电流IL。负载Z可以是任何种类的电负载，诸如电感负载、电阻负载、电容负载或其组合。负载Z可以包括具有多个电子器件的复杂电路，并且可以进一步包括功率晶体管。在图1所示的示例性布置中，功率晶体管Ml被实施为M0SFET，具体为P型耗尽M0SFET。然而，这仅是为了说明的目的。用作电子开关的功率晶体管不需要必须为P型MOSFET或耗尽M0SFET。作为替代可以使用其他类型的M0SFET，诸如η型M0SFET、IGBT (绝缘栅双极晶体管)、功率JFET (结型场效应晶体管)或功率BJT (双极结型晶体管)。
[0018]功率晶体管Ml被连接为高侧开关，这意味着其被连接在负载Z和用于诸如电源电势VS之类的高侧电势的端子之间。功率晶体管Ml具有控制路径(例如，控制端子)、两个负载端子以及在两个负载端子之间的受控路径，其中栅极端子G是控制端子，漏极端子D是一个负载端子，源极端子S是另一个负载端子并且漏极源极路径为受控路径。为了使负载电流IL流过负载Ζ，在用于高侧(正)电源电势VS和低侧(负)电源电势GND的端子之间，功率晶体管Ml的负载路径与负载Z串联连接。功率晶体管Ml可以通过在控制端子G和负载端子S之间施加适当的驱动电压被接通和关断。输入信号INP被提供给栅极端子G以控制半导体布置的导电率(例如，将半导体布置接通或关断)。
[0019]电流评估电路测量受控路径中存在的电流的强度(S卩，负载电流IL)，并且提供表示负载电流IL的强度的信号。电流评估电路包括电阻器R1，其被连接在电源电势VS和功率晶体管Ml的源极端子S之间。电阻器Rl处存在的电压被提供给运算放大器Al的一个输入，其另一个输入经由电阻器R2连接至电源电势VS。电阻器R2和运算放大器Al的另一个输入之间的节点被连接至晶体管M2的源极端子S，晶体管M2的栅极端子G被耦合至运算放大器Al的输出且漏极端子D经由电阻器R3连接至参考电势GND。在图1所示的示例性布置中，晶体管M2被实施为M0SFET，具体为P型耗尽M0SFET。然而，任何其他类型的晶体管也是适用的。
[0020]电阻器R1、电阻器R2、运算放大器Al和晶体管M2形成特定类型的电流镜，但是可以使用任何其他类型的电流镜。任何电流镜提供输出电流IS (向电阻器R3，其将电流IS转换为对应的电压)，其根据以下公式表示负载电流IL:
[0021]IL = k.IS，其中 k 乒 O。
[0022]在图1所示的电流镜中，k可以表示为
[0023]k = IL/IS = R2/R1。
[0024]电阻器Rl (也被称为分流电阻器)可以由接合线来提供并且具有例如I欧姆的电阻，而电阻器R2可以被配置为具有10欧姆的电阻使得k可以为10000。可以看出，在较小的负载电流IL时，电阻器Rl处的电压(其为Rl -1L)可以非常小，并且运算放大器Al的输入处存在的噪声可以阻碍较小负载电流IL的电流评估或者甚至致使其不可能进行。可以增加电阻器Rl的电阻，使得较小的负载电流IL也在电阻器Rl处生成足够的电压。然而，电阻器Rl的较大的电阻导致电阻器Rl的功耗的不期望的增加。在较大负载电流IL时，电阻器Rl的功耗可以引起显著的效率和热量问题。
[0025]在图1所示电流镜中，电阻器Rl和R2被设计为可以由控制信号CS控制，使得由电阻器Rl提供的电阻适应于负载电流IL的强度卩，电阻器Rl的电阻在较小的负载电流IL时较高且在较大的负载电流IL时较低。为了提供线性输出电流IS，电阻器R2的电阻根据以下公式适应于电阻器Rl的可变电阻，电阻器Rl的可变电