负载检测电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种负载检测电路，其包括：驱动电路，第一开关，诊断晶体管以及比较器。本实用新型能够提供对于FET电路测试诸如开路之类的系统差错或低负载状态的装置。
【专利说明】负载检测电路
[0001]在先临时申请的优先权要求
[0002]本申请要求在2013年11月24日递交的文档编号为0NS01612的具有共同发明人为Vermeir等人的标题为“LOAD DETECT1N CIRCUIT AND METHOD”的在先递交的第61/908，123号临时申请的优先权权益，该临时申请由此通过引用合并于此。
【背景技术】
[0003]本实用新型总体上涉及电子学，更具体地，涉及半导体及其结构以及形成半导体装置的方法。
[0004]过去，电子工业利用了各种方法和结构来形成场效应晶体管(FET)。FET通常在各种应用中用来控制电流。在一些应用中，例如在汽车中，FET可能已被用于控制通过诸如发光二极管(LED)或灯泡之类的光源的电流，或者已被用于控制功率分配或用于取代机械继电器，或各种其它应用。FET通常具有一些控制电路用于辅助操作FET和确定何时启用和禁用该FET。与控制电路相组合的FET通常被称为智能场效应晶体管(SmartFET)。FET可能已被用于严苛的电子环境中，在该电子环境中负载阻抗以及电源轨均可能是不可预测的和不稳定的。
[0005]一些控制电路也可能已包括保护电路和/或诊断电路，以辅助在应用中可能发生的一些正常和不正常的操作条件下安全地操作FET。在一些应用中，诊断电路可能已被嵌入在控制电路中和/或被用于确定负载的状态。在一些控制电路中，在一定时间内禁用FET，以确定系统是否被适当地操作。一些其它的控制电路可能已将FET控制为开环控制以确定系统是否被适当地操作。一些其它的控制电路可能已将FET两端的电压复制到另一器件，然后测量复制的负载电流。然而，电路的最小参数与最大参数之间的差导致了对系统状态的不准确的评估。
[0006]相应地，期望具有对于FET电路测试诸如开路之类的系统差错或低负载状态的装置和方法。
实用新型内容
[0007]本实用新型旨在针对上述以及其他问题。
[0008]根据本实用新型的一方面，提供了一种负载检测电路，包括:驱动电路，被配置用于形成驱动信号，以利用第一控制信号驱动驱动晶体管的控制电极，以形成所述驱动晶体管的第一载流电极与所述驱动晶体管的第二载流电极之间的电压；第一开关，被耦合成响应于模式信号的第一状态而选择性地将第一信号耦合到所述驱动电路，并响应于所述模式信号的第二状态而选择性地将第二信号耦合到所述驱动电路，其中所述驱动电路被配置用于响应于接收到所述第一信号形成所述电压以具有第一值，并响应于接收到所述第二信号而形成所述电压以具有第二值；诊断晶体管，被配置成并联地与所述驱动晶体管相耦合，所述诊断晶体管具有被配置用于接收第二控制信号的控制电极，所述第二控制信号响应于所述模式信号的第一状态而具有第三值，并响应于所述模式信号的第二状态而具有第四值，其中所述第三值基本上使所述诊断晶体管禁用；以及比较器，被配置用于响应于所述模式信号的第二状态而检测所述驱动晶体管的控制电极具有小于所述驱动晶体管的阈值电压的第五值。
[0009]根据本实用新型的另一方面，提供了一种负载检测电路，包括:电流源；所述负载检测电路被配置为在第一模式中工作，并选择性地禁用所述电流源和选择性地将具有第一值的第一控制信号应用于第一晶体管，以控制所述第一晶体管形成用于负载的负载电流；所述负载检测电路被配置为在第二模式中工作，并选择性地启用所述电流源以形成用于所述负载的负载电流的至少一部分和选择性地将具有第二值的第二控制信号应用于所述第一晶体管，以控制所述第一晶体管和形成所述第一晶体管两端的第一电压，其中所述第一电压不小于所述第二值；以及检测电路，被配置为检测具有基本上小于所述第一晶体管的阈值电压的第二值的所述第二控制信号。
[0010]根据本实用新型的一方面，提供了一种负载检测电路，包括:第一电路，被配置用于控制第一晶体管以在所述负载检测电路的第一工作模式中形成用于负载的负载电流；第二电路，被配置用于响应于所述负载检测电路的第二工作模式而非在所述第一工作模式中，选择性地形成所述负载电流的一部分；所述第一电路被配置用于在闭环结构中控制所述第一晶体管以在所述第二工作模式中在所述第一晶体管两端形成电压降；以及检测电路，被配置用于检测所述负载电流小于所述负载电流的阈值。
[0011]通过上述技术方案，本实用新型能够解决本文中所提出的至少一个技术问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1示意性地示出了根据本实用新型的可被配置用于检测负载的不存在(或者在一些实施例中是检测负载的存在)的系统部分的实施例的示例；
[0013]图2示意性地示出了根据本实用新型的作为图1的系统的替代性实施例的系统部分的实施例的示例；
[0014]图3示意性地示出了根据本实用新型的作为图1和/或图2的系统的替代性实施例的系统部分的实施例的;^例；
[0015]图4是示出了根据本实用新型的具有以一般方式示出可由图3的电路形成的一些信号的曲线的图示；
[0016]图5示意性地示出了根据本实用新型的作为图1-3中任意的负载检测电路的替代性实施例的负载检测电路的实施例的;^例的部分；
[0017]图6示意性地示出了根据本实用新型的作为图1-3和5的电路中任意的诊断电路的至少一部分的替代性实施例的诊断电路的部分的实施例的示例；以及
[0018]图7示出了根据本实用新型的包括图1-3和5-6中任意的负载检测电路的半导体装置的负载放大平面图。
[0019]为了图示的简单和清楚起见，图中的元件不一定是按比例的，为了图示的目的，一些元件可以被放大，并且在不同的图中相同的附图标记表示相同的元件，除非另外说明。此夕卜，为了描述的简单起见，可以省略对众所周知的步骤和元件的描述和细节。在此使用的载流元件或载流电极意味着承载通过装置的电流的该装置的元件，例如金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管的源极或漏极、或者双极晶体管的射极或集电极、或者二极管的阴极或阳极，并且控制元件或控制电极意味着控制通过装置的电流的该装置的元件，例如MOS晶体管的栅极或双极晶体管的基极。此外，一个载流元件可以承载沿一个方向通过装置的电流，例如承载进入装置的电流，并且第二载流元件可以承载沿相反方向通过装置的电流，例如承载离开装置的电流。尽管所述装置在此可以被解释为某种N沟道或P沟道器件、或某种N型或P型掺杂区域，但是本领域的普通技术人员应当认识到，根据本实用新型，互补器件也是可行的。本领域的普通技术人员将理解，导电类型表示通过其发生导电的机构，例如通过空穴或电子的导电，因此，该导电类型并不表示掺杂浓度，而是表示掺杂类型，例如P型或N型。本领域的技术人员将认识到，在此使用的与电路工作相关的词语“在…期间”、“同时”、和“当…时”并不是意味着启动动作一发生就立即发生动作的精确的词语，而是在初始动作所启动的反应之间可以存在一些小的但合理的延迟，例如各种传播延迟。此外，词语“同时”意味着某个动作至少在启动动作的持续期间的一些部分之内发生。词语“大约”或“基本上”的使用意味着元件的值具有期望接近于所述的值或位置的参数。然而，如同本领域中众所周知的，总是存在阻止所述值或位置精确地如所述那样的小的变化。在本领域中充分确定的是与精确如所述的理想目标相距直至至少百分之十(10% )(以及对于半导体掺杂浓度的直至百分之二十(20%))的变化是合理的变化。当与信号的状态相关地被使用时，词语“确立(asserted)”意味着信号的激活状态，并且词语“否定(negated) ”意味着信号的非激活状态。信号的实际电压值或逻辑状态(例如“I”或“O”)取决于是使用正逻辑还是负逻辑。因此，取决于是使用正逻辑还是负逻辑，确立可以是高电压或高逻辑、或者低电压或低逻辑，并且取决于是使用正逻辑还是负逻辑，否定可以是低电压或低状态、或者高电压或高逻辑。在此使用正逻辑惯例，但是本领域的技术人员将理解，也可以使用负逻辑惯例。权利要求或/和对附图的详细说明中的在元件的名称的部分中使用的词语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区分相似的元件，而不一定是用于描述时间的、空间的、分级的或任何其它方式的顺序。应当理解，这样使用的词语在适当的场景下是可互换的，并且在此描述的实施例能够以除了在此描述或示出的顺序之外的顺序来操作。对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在本说明书中各处的出现并不一定都是指同一实施例，而是在一些情况下可能是指同一实施例。此外，对于本领域的普通技术人员而言显然的是，在一个或更多个实施例中，特定的特征、结构或特性可以以任何适当的方式组合。为了附图的清楚起见，器件结构的掺杂区域被示出为具有大体上为直线的边缘和精确角度的拐角。但是，本领域的技术人员将理解，由于掺杂物的扩散和活化，掺杂区域的边缘通常可能不是直线，并且拐角可能不是精确的角度。
【具体实施方式】
[0020]图1示意性地示出了可被配置用于检测负载12的不存在(或者在一些实施例中是负载12的存在)的系统65的部分的实施例的示例。系统65包括被配置用于形成可成为用于负载12的负载电流52的电流53的第一晶体管，例如晶体管80。系统65还包括负载检测电路66，被配置用于耦合到晶体管80并控制晶体管80向负载12提供负载电流52。
[0021]电路66的实施例可以包括第一电路或驱动电路74，第一电路或驱动电路74可被配置用于在负载检测电路66的第一工作模式中控制第一晶体管80形成用于负载12的负载电流52。电路66的实施例还可包括可被配置用于在电路66的第二工作模式中选择性地形成电流52的至少一部分的第二电路，例如诊断电路67。实施例可以包括:电路67被配置用于在电路66的第一工作模式中不提供电流52的所述部分。
[0022]在实施例中，电路66可以包括:第一电路74被配置用于在所述第二工作模式中在闭环结构中控制第一晶体管80。在实施例中，第一电路74可被配置用于在所述第二工作模式中控制第一晶体管80以形成晶体管80两端的电压降。实施例还可以包括:第一电路74可以在所述第一工作模式中在闭环结构中控制第一晶体管80。在其它实施例中，第一电路74可以在第一工作模式中在开环结构中控制第一晶体管80。实施例还可以包括被配置用于检测负载12的不存在的检测电路78。电路78的实施例可以被配置用于检测负载电流52小于电流52的阈值。电流52的阈值是小于电流52的期望的最小值的值，所述电流52的期望的最小值是用于负载12，但是可以对应于电流52的泄漏电流的值。电路66的实施例可以包括:检测电路78可以被配置用于检测第一晶体管80的控制电极具有小于第一晶体管80的阈值的值。
[0023]在实施例中，第二电路可以被配置成包括可选电流源，所述可选电流源被配置用于响应于负载检测电路的第二工作模式(而非在第一工作模式中)选择性地将电流54形成为负载电流52的至少一部分。
[0024]形成电路66的方法的实施例可以包括:配置电流源以形成电流，并将负载检测电路66配置成在第一工作模式中工作，以及选择性地禁用所述电流源和选择性地应用第一控制信号，例如信号75，所述第一控制信号具有用于诸如晶体管80之类的第一晶体管的第一值，以控制所述第一晶体管形成用于负载12的第一负载电流。所述方法的实施例还可以包括:将负载检测电路66配置成在第二工作模式中工作，并选择性地启用所述电流源以形成用于负载12的负载电流52的至少一部分54，以及选择性地将控制信号75的第二值应用于第一晶体管80，以控制第一晶体管并形成第一晶体管80两端的第一电压，其中所述第一电压不小于所述第二值。所述方法的实施例还可以包括:配置检测电路78以用于检测具有基本上小于所述第一晶体管的阈值电压的所述第二值的第二控制信号75。
[0025]图2示意性地示出了包括作为在图1的描述中说明的电路66的替代性实施例的负载检测电路72的系统70的部分的实施例的示例。除了电路72包括作为图1的电路67的替代性实施例的第二电路或诊断电路76和诸如晶体管82之类的第二晶体管之外，电路72可以与电路66相同。电路76和晶体管82可以与电路67基本上相同地工作。
[0026]电路72的实施例可以包括:晶体管82可以被配置成并联地耦合到第一晶体管80。在实施例中，第二晶体管82可以具有未耦合到第一晶体管80的控制电极的控制电极。电路72的实施例还可以包括:电路76可以被配置用于控制第二晶体管82在负载检测电路72的第二工作模式中形成作为负载电流52的至少一部分的电流54，但在电路72的第一工作模式中不供应电流54。
[0027]形成电路72的方法的实施例可以包括:配置诸如晶体管82之类的第一晶体管以用于并联地耦合到诸如晶体管80之类的第二晶体管。该方法的实施例还可以包括:将负载检测电路72配置成在第一模式中工作，并选择性地禁用第一晶体管，以及选择性地将具有第一值的第一控制信号应用于第二晶体管以控制该第二晶体管形成负载电路52。在实施例中，该方法还可以包括:将负载检测电路72配置成在第二工作模式中工作，并选择性地启用诸如晶体管82之类的第一晶体管以形成对于负载12的负载电流52的至少一部分54，以及选择性地将具有第二值的第二控制信号75应用于所述第二晶体管，以控制所述第二晶体管并形成第二晶体管两端的第一电压，其中所述第一电压不小于所述第二值。该方法的实施例还可以包括:配置检测电路78用于检测具有基本上小于所述第二晶体管的阈值电压的第二值的第二控制信号75。
[0028]图3示意性地示出了作为相应的图1和图2的描述中描述的系统66和70的替代性实施例的系统10的部分的实施例的示例。系统10包括作为在图1和图2的描述中描述的晶体管80的替代性实施例的驱动晶体管13。晶体管13与晶体管80相类似并与晶体管80相类似地工作。在实施例中，晶体管13可以被配置为接收来自连接在供电端子15与公共返回端子16之间的电源的电能的高侧驱动器。
[0029]系统10还包括作为电路66和72(图1和2)的替代性实施例的、与电路66和72基本上相类似地工作的负载检测电路20。电路20被配置用于在第一工作模式中工作以形成驱动信号，以用于控制晶体管13向负载12供应负载电流52。实施例还可以包括:电路20被配置用于在第二工作模式或诊断工作模式中工作，所述第二工作模式或诊断工作模式包括当晶体管13被启用时检测负载12的不存在。实施例可以包括:即使存在流动的泄漏电流，例如与负载12相关的泄漏电流，电路20也可以检测负载12的不存在。例如，负载12的不存在可以包括:负载12可以被关断，并且所述泄漏电流可以是来自可能处于休眠模式或待机模式中的负载12内的电路的电流，或者所述泄漏电流可以是来自将负载12连接到晶体管13的线缆或线束的寄生电阻的泄漏；或者负载12可以被物理上移除，并且所述泄漏电流可以是来自将负载12连接到晶体管13的线缆或线束的寄生电阻的泄漏。
[0030]在实施例中，电路20可以包括连接到晶体管13的一个载流电极的第一输入端子22、以及连接到晶体管13的第二载流电极的第二输入端子23。在实施例中，晶体管13可以是具有连接到端子23的源极和连接到端子22的漏极的N沟道MOS晶体管。电路20的驱动端子25可以被配置成连接到晶体管13的栅极，以控制晶体管13的工作。电路20还包括驱动电路31，被配置用于形成用于控制晶体管13的驱动信号33。电路20的实施例还可以包括在一些实施例中可以辅助控制晶体管13的第一基准生成器或基准电路或Refl 28和第二基准生成器或基准电路或Ref2 27。开关29可以用于使电路31的输入在Refl 28和Ref2 27之间切换。在一个实施例中，电路31可以是运算放大器。电路20还可以包括具有载流电极的诊断晶体管42，所述载流电极并联地与晶体管13的载流电极相耦合。在实施例中，可以在诊断模式或第二工作模式中利用晶体管42，以辅助检测负载12的不存在。在实施例中，电路20还可以包括可用来辅助检测负载12的不存在的比较器37。电路20还可以包括第三基准生成器或基准电路或基准或Ref3 36和第四基准生成器或基准电路或基准或Ref4 39。电路20还可以包括可辅助在第一工作模式中和第二工作模式中操作电路20的控制器电路或控制器45。控制器45的实施例可以包括:控制器45形成可辅助控制器20的工作的第一模式控制信号49和第二模式控制信号50。在实施例中，信号50可以被忽略，并且信号49可以用于控制开关29和40 二者的工作。实施例可以包括:控制器45可以接收来自电路20外部的信号46，以辅助操作控制器45。控制器45可以具有各种不同的实现，包括微处理器电路或组合数字逻辑或其它这种实现。
[0031]图4是具有以一般方式示出可通过电路20形成的一些信号的曲线的图示。横坐标表示时间，纵坐标表示所示出的信号的增大的值。曲线60示出了负载电流52。曲线61以虚线示出了由电流53加上电流54形成的电流52的值。曲线62示出了第二工作模式中的电流53。曲线64示出了电流54。该描述参考图3和图4。
[0032]假设在时间t0处以及在t0与时间tl之间，电路20在第一工作模式中工作。在第一工作模式中，电路20被配置用于在闭环结构中操作晶体管13以形成成为负载电流52的电流53。电路31的实施例被配置用于接收表示诸如漏极-源极(Vds)电压之类的晶体管13两端的电压降的信号，并将该电压降调节为不小于第一值。实施例可以包括:电路31接收表示晶体管13的一个载流电极上的电压的第一信号、以及表示第二载流电极上的电压减去具有第一值的偏移电压后的电压的第二信号。例如，电路31的反相输入端可以接收晶体管13的源极上的电压，并且开关29可以被启用以耦合电路31的非反相输入端，以用于接收表示晶体管13的漏极上的电压减去来自Refl 28的电压的值的信号。第二开关40可以被启用以将晶体管42的栅极耦合到晶体管42的源极，以禁用晶体管42。因此，晶体管42可以在第一工作模式中被禁用，并且电流54基本上为零。电路31形成驱动信号33，并控制晶体管13具有晶体管13两端的不小于来自Refl 28的电压的电压降并且还形成电流53。因此，在第一工作模式中，晶体管13被启用，并且晶体管13的Vds不小于来自Refl28的电压的值。
[0033]比较器37被配置用于检测具有不大于晶体管13的阈值电压(Vth)的值的、晶体管13的栅极-源极电压(Vgs)的值。本领域的技术人员将认识到，所述阈值电压(Vth)是使晶体管13启用以导通漏极至源极的电流所需的最小的栅极-源极电压。比较器37接收表示晶体管13的栅极电压的信号和表示晶体管13的源极电压减去来自Ref3 36的偏移电压的另一信号。在实施例中，来自Ref3 36的偏移电压的值不大于约晶体管13的阈值电压(Vth) ο在一些实施例中，偏移电压的值可以小于Vth。实施例可以包括:来自Ref3 36的偏移电压约为小于Vth的五至十毫伏(5-lOmv)。由于晶体管13被启用以供应电流52，因此Vgs大于Vth，因此比较器37的输出端上的检测信号38被否定。比较器37的否定状态表示负载12存在。
[0034]在实施例中，控制器45可以被配置用于确立模式控制信号49以及可选的50，以在第二工作模式中改变开关29和40并操作电路20。假设在时间tl处以及在tl与时间t2之间，例如，控制器20开始在第二工作模式中工作。在第二工作模式中，电路20被配置用于还在闭环结构中操作晶体管13。电路20还被配置用于在开环结构中操作晶体管42以供应如曲线64所示的电流54。电流54成为负载电流52的一部分。在一些实施例中，可以期望将晶体管42形成为具有比诸如有效面积尺寸之类的晶体管13的尺寸更小的尺寸，例如更小的有效面积。将晶体管42形成为小于晶体管13可以辅助减少电路20的成本。因为晶体管42可以小于晶体管13，因此可以期望控制晶体管13在第二工作模式中具有较大的漏极-源极电压(Vds)以有利于供应足够大的值的电流54的晶体管42，以确保晶体管42被启用。因此，在第二工作模式中，开关29可以被切换成启用电路31，以接收表示晶体管13的漏极电压减去来自Ref2 27的偏移电压的信号。因此，在一些实施例中，来自Ref2 27的电压的值可以大于Refl 28的值。电路31被配置用于在第二工作模式中将晶体管13两端的电压降调节成不小于约Ref2 27的第二值。
[0035]如果负载12存在，则电流53和54被相加到一起以形成负载电流52，如tl和t2之间的曲线61和62所示。由于晶体管13被启用并供应电流53，因此晶体管13的Vds将不小于来自Ref2 27的值，并且晶体管13的Vgs将大于晶体管13的阈值(Vth)。因此，比较器37的输出将保持否定。
[0036]由于ref2 27的值大于Refl 28的值，因此在第二工作模式中晶体管13可能耗散更多的能量，因此控制器20可以被配置用于在第一工作模式中在第一时间间隔内工作且随后在第二工作模式中在小于第一时间间隔的第二时间间隔内工作。在一些实施例中，控制器45可以被配置用于控制信号49以及可选的信号50，以形成第一时间间隔和第二时间间隔。在一些实施例中，第二时间间隔可以是第一时间间隔的十分之一或更少。实施例可以包括:第二时间间隔介于第一时间间隔的长度的约百分之二至百分之十五之间(2% -15%) ο在其它实施例中，第二工作模式的时间间隔可以更大，特别是在较少关注晶体管13中的功耗的情况下。
[0037]在t2之后，电路20返回以在第一工作模式中工作，如时间t2和时间t4之间的曲线60所示。
[0038]假设在时间t3处，负载12不存在。如曲线60所示，负载电流52将减少。在一些实施例中，负载电流52可以变得基本上为零。在其它实施例中，可以存在一些泄漏电流，使得电流52大于零。电路31被配置用于控制晶体管13以在包括时间t3与t4之间的间隔的第一工作模式中供应电流53作为负载电流52。因此，晶体管13被启用，并且晶体管13的Vgs大于阈值电压，因此，信号38保持否定。
[0039]假设在时间t4处以及在时间t4和时间t5之间，电路20再次在第二工作模式中工作。晶体管42被启用，并供应电流54作为电流52的至少一部分。如果负载12不存在，则电流52的值可以基本上为零，或者如果存在泄漏电流，则电流52的值可以非常小，如时间t4和时间t5之间的曲线61所示。假设在实施例中负载12保持不存在，则来自晶体管13的电流53的值将是小的，如t4和时间t5之间的曲线62所示。由于晶体管13的漏极-源极电压(Vds)被控制成不小于Ref2 27，并且电流53的值非常小，因此晶体管13在饱和下工作以增大导通电阻(Rdson)，以使Vds保持约等于Ref2 27。作为结果，晶体管13的Vgs变得小于阈值电压(Vth)。在一些实施例中，Vgs可以变得基本上为零。相应地，晶体管13的Vgs变得小于Ref3 36的值，这导致了比较器37确立检测信号38。控制器45可以接收检测信号的确立状态作为负载12不存在的表示。控制器45或系统10的替代性的其它部分可被配置用于响应于电路20检测到负载12的不存在而采取其它动作。因此在一个实施例中，晶体管42被启用，以响应于晶体管13的Vds不大于第一值而向负载12供应泄漏电流。例如，该第一值可以是来自Ref2 27的信号的值。在实施例中，驱动信号表不误差信号。如果误差信号大于Vth，则电流52大于阈值负载电流值且负载12存在。如果误差信号小于Vth，则电流52小于阈值负载电流并被假定为泄漏电流，并且检测信号38被确立以表示负载12不存在。
[0040]在一个示例实施例中，电路20被配置用于将电流52形成为在第一工作模式中具有介于约一安培和约十安培之间(1-10A)的值，并用于即使在存在介于约五毫安和约三十毫安之间(5-30ma)的电流52的泄漏电流的情况下也能检测负载12不存在。
[0041]本领域的技术人员将认识到，在实施例中，晶体管42、开关40和Ref4 39可以作为被配置用于响应于第二工作模式而形成电流54的可选的电流源来工作。在实施例中，开关40将Ref4 39连接到晶体管42的控制电极辅助形成所述可选的电流源。实施例可以包括:可选的电流源被配置成并联地与晶体管13相耦合。晶体管42可以是N沟道晶体管或P沟道晶体管，而与晶体管13是N沟道还是P沟道无关。例如，晶体管42可以是P沟道晶体管，并且ref4 39可以被配置用于形成小于晶体管42的源极电压(来自端子22的电压)的电压。替代性地，晶体管42可以是N沟道晶体管，并且ref4 39可以被配置用于形成大于晶体管42的源极电压(大于端子23上的电压)的电压。此外，本领域的技术人员将认识到，晶体管13可以是P沟道晶体管，并且在信号33的极性方面具有适当的变化。在另一实施例中，晶体管13可以被包括在电路20内，并且可以是电路20的一部分。在替代性实施例中，负载12也可以被包括在电路20内，并且可以是电路20的一部分。在一个实施例中，电路31、开关29、Refl 28和Ref2 27可以是电路74(图1和2)的替代性实施例(反之亦然)。本领域的技术人员将认识到，放大器31、开关29和Ref2 27仅仅是用于控制晶体管13的闭环控制结构的一部分的实施例的示例。在其它实施例中，放大器31、开关29和Ref227可以被实现V33 = A(V22-Voffset)的功能的其它电路取代，并且A>1，其中V33是驱动信号33的电压，V22是从连接到端子22的晶体管13的电极接收到的电压，并且Voffset是从V22减去的偏移电压。此外，比较器37和Ref3 36可以是电路78 (图1和2)的替代性实施例(反之亦然)。晶体管42、开关40和Ref4 39可以是电路76的替代性实施例(反之亦然)。
[0042]为了有利于上文描述的用于电路20的功能，端子22被配置成耦合到晶体管13的第一载流电极，并且端子23被配置用于连接到晶体管13的第二载流电极。电路20的输出端25被配置用于耦合到晶体管13的栅极。晶体管42的第一载流电极共同地连接到端子22、Ref2 27的第一端子、以及Refl 28的第一端子。Refl 28的第二端子连接到开关29的第一输入(A)，并且Ref2 27的第二端子连接到开关29的第二端子(B)。开关29的输出端连接到电路31的非反相输入端。开关29的控制端子被耦合用于接收控制器45的第一输出上的信号49。电路31的反相输入端共同地连接到端子23、Ref3 36的第一输入端、Ref439的第一输入端、开关40的第一输入端㈧、以及晶体管42的第二载流电极。Ref4 39的输出端连接到开关40的第二端子(BV)。开关40的输出端连接到晶体管42的栅极。开关40的控制端子连接到控制器45的第一输出端，或者替代性地被连接以接收控制器45的第二输出端上的第二模式信号。Ref3 36的第一输出端连接到比较器37的非反相输入端。比较器37的反相输入端共同地连接到电路31的输出端和输出端25。比较器37的输出端被耦合到控制器45的输入端。
[0043]图5示意性地示出了作为图3的描述中描述的电路20的替代性实施例的负载检测电路90的实施例的示例的部分。电路90包括作为图3的描述中说明的晶体管42的替代性实施例的诊断晶体管92。除了晶体管92被形成为具有比晶体管42(图3)的尺寸或有效面积更大的尺寸或有效面积之外，电路90类似于电路20。作为结果，在第二工作模式中，晶体管13可以被控制成具有与第一工作模式中相同的Vds。因此，从电路90中省去了Ref2 27和开关29。但是，除了开关29的切换之外，电路90基本上与电路20相同地工作。
[0044]图6示意性地示出了作为电路20(图3)的诊断电路或图1-3和5的诊断电路中任意的诊断电路的至少一部分的替代性实施例的、诊断电路85的部分的实施例的示例。在替代性实施例中，可以用响应于第二工作模式而选择性地供应电流54的可选的电流源取代电路20的晶体管42、开关40和Ref4 39。例如，电流源86可以被配置用于响应于第二工作模式而供应电流54。电路85的实施例可以包括开关87，开关87被配置用于响应于第二工作模式而选择性地向端子23施加电流54。例如，响应于第一模式控制信号49，或者替代性地响应于第二模式控制信号50。在实施例中，电路85可以响应于第二工作模式而供应电流54作为负载电流52的至少一部分。尽管源86的端子被示出为连接到端子22，但是在其它实施例中源86的第一端子可以连接到不同的电源。
[0045]图7示出了在半导体管芯(semiconductor die) 97上形成的半导体器件或集成电路95的实施例的部分的放大平面图。电路20或替代性的电路66、72或90可以形成在管芯97上。在一些实施例中，晶体管13和/或负载12也可以形成在管芯97上，如虚线所示。管芯97也可以包括图5中为了绘图的简单起见未示出的其它电路。通过本领域的技术人员所众所周知的半导体制造技术将电路20和器件或集成电路95形成在管芯97上。
[0046]在一个实施例中，诸如低负载检测电路之类的用于开关(例如场效应晶体管开关)的控制电路可以被配置用于:通过定期地启用与诸如晶体管13之类的功率场效应晶体管相并联的较小的场效应晶体管或低负载场效应晶体管，来检测负载12的低负载状态或不存在。在一个示例实施例中，可以使用二阶段方法来检测负载12的不存在。例如，对于阶段1，利用栅极调节放大器来驱动功率场效应晶体管的栅极，以形成功率场效应晶体管端子之间的不低于驱动阶段基准电压的电压。该驱动阶段基准电压可以大于或等于零。在该阶段中所述低负载场效应晶体管被禁用并且不干涉所述栅极调节，所述功率场效应晶体管的电流等于所述负载电流。
[0047]在用于阶段2的方法的一个示例实施例中，利用栅极调节放大器来驱动功率场效应晶体管的栅极，以产生场效应晶体管端子之间的不低于低负载阶段基准电压的电压。同时，通过将低负载场效应晶体管的栅极切换到适当的电源轨来启用该低负载场效应晶体管。低负载场效应晶体管向等于低负载阶段基准电压除以其Ron(即，低负载电流)的负载阻抗传送电流。如果通过负载的电流大于约低负载电流，则栅极调节放大器可以将功率场效应晶体管的栅极驱动成驱动剩余的电流所需的电压。如果通过负载的电流大于大约零，则功率场效应晶体管栅极电压将大约高于功率场效应晶体管的特征阈值电压。如果通过负载的电流约为零(剩余的负载电流被供应通过低负载场效应晶体管)，则功率场效应晶体管上的栅极电压可以被调节成其源极电压以禁用该功率场效应晶体管。低负载检测比较器监测功率场效应晶体管栅极电压，并响应于该栅极电压下降到低于所述阈值电压而设置所述低负载信号。
[0048]用于检测通过功率场效应晶体管的电流高于或低于阈值或接近于阈值的方法的示例可以包括:例如，检测电流低于或高于阈值电流；通过将功率场效应晶体管两端的电阻性压降调节到限定的最小电压，或者例如通过在功率场效应晶体管两端的压降约等于最小电压的情况下启用向负载提供阈值电流的并联的器件(电流源或低负载场效应晶体管)，或者例如通过对调节环路的误差信号(功率场效应晶体管的栅极电压)进行评估以区分诸如负载电流约低于或约高于阈值电流之类的两种状态。
[0049]该技术的一个优点可以包括:可以根据低负载阶段基准电压和低负载检测场效应晶体管的Ron来仅确定检测阈值。参数的选择允许与功率场效应晶体管的尺寸及其最小负载阻抗和最大负载阻抗无关地对所述阈值进行调整。另一优点可以包括:对检测阈值的不精确的贡献因素是低负载检测场效应晶体管的Ron。可以以良好的精确度设计低负载阶段基准电压。为了最小化Ron变化所导致的不精确，可以用切换的恒定电流源来替换低负载场效应晶体管。另一优点可以包括:用于驱动和观察信号的电路都可以是不需要高精确度的简单的电路(与测量场效应晶体管的电源轨和负载端子之间的电压相比的优点)。不需要在功率场效应晶体管内部集成电流镜(与利用电流镜复制场效应晶体管电流相比的优点)。!
[0050]从所有上述来看，本领域的技术人员可以确定，根据一个实施例，形成负载检测电路的方法可以包括:
[0051]配置第一开关(例如晶体管13)以向负载供应负载电流；配置第二开关(例如晶体管42)以用于选择性地并联地耦合到所述第一开关；配置第一电路(例如包括电路31的电路)以用于在第一模式中工作以选择性地禁用第二开关并控制第一开关具有基本上等于第一值的第一开关两端的电压；
[0052]配置第一电路以在第二模式中工作，以选择性地启用第二开关并控制第一开关具有基本上等于第二值的第一开关两端的电压；以及配置检测电路(例如电路比较器37)以检测具有第三值的第一电路的驱动信号(例如信号33)，所述第三值基本上小于第一开关的阈值电压。
[0053]根据另一实施例，所述方法可以包括:将所述第二值形成为大于所述第一值。
[0054]另一实施例可以包括:将第三开关耦合到第二开关的控制电极，以启用所述第二开关。
[0055]另一实施例可以包括:将所述第三值形成为表示第一开关的阈值。
[0056]从所有上述来看，本领域的技术人员将理解，负载检测电路的实施例可以包括:驱动电路，例如电路31或74，被配置用于形成诸如信号33或75之类的驱动信号，以利用诸如由端子25上的信号33或75形成的控制信号之类的第一控制信号驱动诸如晶体管13之类的驱动晶体管的控制电极，以形成驱动晶体管的第一载流电极与驱动晶体管的第二载流电极之间的电压，例如晶体管13的源极与漏极之间的电压；
[0057]第一开关，例如开关29，被耦合成响应于模式信号的第一状态(例如信号49的第一状态)而选择性地将诸如来自Refl 28的信号之类的第一信号耦合到所述驱动电路，并响应于所述模式信号的第二状态而选择性地将诸如来自Ref2 27的信号之类的第二信号耦合到所述驱动电路，其中所述驱动电路被配置用于响应于接收到所述第一信号形成具有诸如来自Refl 28的值之类的第一值的电压，并响应于接收到所述第二信号而形成具有诸如来自Ref2 27的值或更大的值之类的值的第二值的电压；
[0058]诊断晶体管，例如晶体管42，被配置成并联地与所述驱动晶体管相耦合，所述诊断晶体管具有被配置用于接收第二控制信号的控制电极，所述第二控制信号响应于所述模式信号的第一状态而具有诸如晶体管42的源极的值之类的第三值，并响应于所述模式信号的第二状态而具有诸如来自Ref4 39的值之类的第四值，其中所述第三值基本上使所述诊断晶体管禁用；以及
[0059]比较器，被配置用于响应于所述模式信号的第二状态而检测具有诸如来自Ref336的值之类的第五值的所述驱动晶体管的控制电极，所述第五值小于驱动晶体管的阈值电压。
[0060]另一实施例可以包括:所述驱动电路可以被配置用于响应于接收到所述第一信号以及响应于接收到所述第二信号而形成驱动信号以启用所述驱动晶体管。
[0061 ] 在另一实施例中，所述驱动晶体管和所述驱动电路可以被配置用于形成用于所述模式信号的第二状态的闭合控制环路。
[0062]实施例可以包括:比较器可以具有被耦合用于接收第一控制信号的第一输入端以及被耦合用于接收基准信号的第二输入端，所述基准信号具有表示不大于所述驱动晶体管的阈值电压的第六值。
[0063]在实施例中，驱动电路可以具有:第一输入端，被耦合用于接收驱动晶体管的第一载流电极上的信号；第二输入端，耦合到所述第一开关以接收所述第一信号和所述第二信号；以及输出端，耦合到驱动晶体管的控制电极。
[0064]实施例可以包括:诊断晶体管具有被耦合用于接收来自第二开关的第二控制信号的控制电极，所述第二开关被配置用于响应于所述模式信号的第一状态而将诊断晶体管的控制电极耦合到诊断晶体管的第一载流电极，并响应于所述模式信号的第二状态而将诊断晶体管的控制电极耦合成用于接收来自基准电路的第四值。
[0065]实施例还可以包括被配置用于形成所述模式信号的第一状态和第二状态的控制电路，其中所述模式信号的第一状态具有比所述模式信号的第二状态更长的时间间隔。
[0066]另一实施例可以包括:所述驱动晶体管可以是N沟道MOS晶体管，并且所述诊断晶体管是N沟道晶体管或P沟道晶体管之一。
[0067]在实施例中，诊断晶体管的诸如源极之类的第一载流电极可以被配置用于耦合到驱动晶体管的诸如源极之类的第一载流电极，诊断晶体管的第二载流电极可以被配置用于耦合到驱动晶体管的第二载流电极，并且诊断晶体管的控制电极并不耦合到驱动晶体管的控制电极。
[0068]本领域的技术人员将认识到，形成负载检测电路的方法可以包括:提供电流源，例如电流源85 ；
[0069]配置负载检测电路以用于在第一模式中工作并选择性地禁用所述电流源和选择性地将具有第一值的第一控制信号应用于第一晶体管，以控制所述第一晶体管形成用于负载的负载电流，其中所述第一值例如来自Refl 28的值，所述第一晶体管例如晶体管13 ；
[0070]配置所述负载检测电路以在第二模式中工作并选择性地启用所述电流源以形成用于负载的负载电流的至少一部分(例如电流54)和选择性地将具有第二值的第二控制信号应用于第一晶体管，以控制第一晶体管和形成第一晶体管两端的第一电压，其中所述第一电压不小于所述第二值，所述第二值例如来自Ref2 27的值；以及
[0071]配置检测电路，例如电路37或38，以用于检测具有基本上小于第一晶体管的阈值电压的第二值的第二控制信号。
[0072]该方法的另一实施例可以包括:配置检测电路以在第二模式中工作，以用于检测具有基本上小于所述阈值电压的第二值的第二控制信号。
[0073]在实施例中，所述方法还可以包括:将第二晶体管的诸如源极之类的第一载流电极耦合到被配置用于耦合到第一晶体管的第一载流电极的端子，并将第二晶体管的诸如漏极之类的第二载流电极耦合到被配置用于耦合到第一晶体管的第二载流电极(如漏极)的端子。
[0074]另一实施例可以包括:配置第一晶体管和诸如电路31或74之类的驱动电路以在闭环结构中工作，以控制第一晶体管并形成第一晶体管两端的第一电压，例如源极相对于漏极的两端的电压。
[0075]实施例可以包括:配置负载检测电路以控制第一晶体管形成负载电流的另一部分。
[0076]在实施例中，所述方法还可以包括:配置负载检测电路以选择性地将第二控制信号应用于第一晶体管，其中第二控制信号基本上具有第一值。
[0077]本领域的技术人员还将认识到，负载检测电路的实施例可以包括:
[0078]第一电路，例如电路31或74，被配置用于控制诸如晶体管13之类的第一晶体管以形成用于负载检测电路的第一工作模式中的负载的负载电流，例如电流52 ；
[0079]第二电路，例如电路67或85，被配置用于响应于负载检测电路的第二工作模式而非在第一工作模式中、选择性地形成负载电流的一部分，例如电流54 ；
[0080]第一电路可以被配置用于在闭环结构中控制第一晶体管以在第二工作模式中形成第一晶体管两端的电压降，例如Vds ;以及
[0081]检测电路，被配置用于检测负载电流小于负载电流的阈值。
[0082]另一实施例可以包括:第一电路包括放大器，所述放大器被配置用于响应于第一工作模式而选择性地将具有第一值的第一信号应用于第一晶体管的控制电极，并响应于第二工作模式而将具有第二值的第二信号应用于第一晶体管的控制电极。
[0083]在实施例中，所述第一值可以小于所述第二值。
[0084]另一实施例可以包括:第二电路包括具有诸如晶体管42之类的第二晶体管的诸如源85之类的可选的电流源、以及诸如电路39和40之类的被配置用于控制第二晶体管以应用负载电流的一部分的第三电路，其中所述第三电路可以被配置用于:响应于第一工作模式而将第二晶体管的控制电极耦合到具有小于第二晶体管的阈值的第一值的第一控制信号，例如耦合到晶体管42的源极，并将第二晶体管的控制电极耦合到具有大于第二晶体管的阈值的第二值的第二控制信号，例如来自Ref4 39的信号。
[0085]在实施例中，检测电路可以包括比较器，所述比较器具有:第一输入端，耦合到第一晶体管的控制电极；以及第二输入端，被耦合用于接收具有小于第一晶体管的阈值的基准值的基准信号。
[0086]考虑到所有上述内容，显然公开了新颖的装置和方法。在其它特征之中尤其包括了:形成负载检测电路，以用于在诊断模式中工作，并在闭环工作模式中控制晶体管以形成第一导通电阻，以及控制第二晶体管形成用于负载的负载电流的一部分，使得第一晶体管形成有利于检测负载的不存在的驱动信号。该电路有利于即使在存在流至负载的一些泄漏电流的情况下也能检测到负载不存在。本领域的技术人员将认识到，来自Ref2 27的信号的值可以被精确地控制，并且比其它用于检测负载不存在的方法更精确。
[0087]虽然利用特定的优选实施例和示例实施例描述了说明书的主题，但是上述的附图及其描述仅仅描述了本主题的典型实施例和实施例的示例，因此并不被认为是对本主题的范围的限定，显然，对于本领域的技术人员而言许多替换和变化是显然的。本领域的技术人员将认识到，电路20的示例形式被用作用于说明检测负载的不存在的工作方法的工具，但是其它实施例是可行的。例如，在实施例中，电路66、72、20或90中任一电路可以被配置用于在第一工作模式中在开环结构中操作晶体管13。例如，电路66、72、20或90中的对应的一个电路的驱动电路可以被配置用于在第一工作模式中在开环结构中操作晶体管13。实施例可以包括:在第一时间间隔的至少一部分期间，晶体管13可以被充分地启用。例如，响应于具有用于启用晶体管13的第一值和用于禁用晶体管13的第二值的数字控制信号，晶体管13可以被充分地启用。实施例可以包括:电路66、72、20或90中的任一个可以被配置用于在第一工作模式中在闭环结构中操作晶体管13。在实施例中，响应于在闭环结构中操作晶体管13，例如当在第一工作模式中工作时，来自Refl 28的电压的值可以约为零伏特。本领域的工作人员将认识到，控制器20、65和/或70可以具有在第一工作模式中以各种方式控制晶体管13的各种实施例，包括在开环结构或闭环结构中和/或利用用于应用于晶体管13的栅极电压的各种设定值控制晶体管13。
[0088]如同下文中的权利要求所反映的，本实用新型的方面可以在于少于单个前述的公开的实施例的所有特征。因此，下文表述的权利要求由此清楚地合并入本附图详细说明中，并且每个权利要求独自作为实用新型的单独的实施例。此外，虽然在此描述的一些实施例包括一些特征而不是其它实施例中包括的其它特征，但是本领域的技术人员将理解，不同实施例的特征的组合旨在在本实用新型的范围之内，并形成了不同的实施例。
【权利要求】
1.一种负载检测电路，包括: 驱动电路，被配置用于形成驱动信号，以利用第一控制信号驱动驱动晶体管的控制电极，以形成所述驱动晶体管的第一载流电极与所述驱动晶体管的第二载流电极之间的电压； 第一开关，被耦合成响应于模式信号的第一状态而选择性地将第一信号耦合到所述驱动电路，并响应于所述模式信号的第二状态而选择性地将第二信号耦合到所述驱动电路，其中所述驱动电路被配置用于响应于接收到所述第一信号形成所述电压以具有第一值，并响应于接收到所述第二信号而形成所述电压以具有第二值； 诊断晶体管，被配置成并联地与所述驱动晶体管相耦合，所述诊断晶体管具有被配置用于接收第二控制信号的控制电极，所述第二控制信号响应于所述模式信号的第一状态而具有第三值，并响应于所述模式信号的第二状态而具有第四值，其中所述第三值基本上使所述诊断晶体管禁用；以及 比较器，被配置用于响应于所述模式信号的第二状态而检测所述驱动晶体管的控制电极具有小于所述驱动晶体管的阈值电压的第五值。
2.如权利要求1所述的负载检测电路，其中所述比较器具有被耦合用于接收所述第一控制信号的第一输入端以及被耦合用于接收基准信号的第二输入端，所述基准信号具有表示不大于所述驱动晶体管的阈值电压的第六值。
3.如权利要求1所述的负载检测电路，其中所述诊断晶体管具有被耦合用于接收来自第二开关的所述第二控制信号的所述控制电极，所述第二开关被配置用于响应于所述模式信号的第一状态而将所述诊断晶体管的控制电极耦合到所述诊断晶体管的第一载流电极，并响应于所述模式信号的第二状态而将所述诊断晶体管的控制电极耦合成接收来自基准电路的所述第四值。
4.一种负载检测电路，包括: 电流源； 所述负载检测电路被配置为在第一模式中工作，并选择性地禁用所述电流源和选择性地将具有第一值的第一控制信号应用于第一晶体管，以控制所述第一晶体管形成用于负载的负载电流； 所述负载检测电路被配置为在第二模式中工作，并选择性地启用所述电流源以形成用于所述负载的负载电流的至少一部分和选择性地将具有第二值的第二控制信号应用于所述第一晶体管，以控制所述第一晶体管和形成所述第一晶体管两端的第一电压，其中所述第一电压不小于所述第二值；以及 检测电路，被配置为检测具有基本上小于所述第一晶体管的阈值电压的第二值的所述第二控制信号。
5.如权利要求4所述的负载检测电路，包括:第二晶体管的第一载流电极耦合到被配置用于耦合到所述第一晶体管的第一载流电极的端子，以及所述第二晶体管的第二载流电极耦合到被配置用于耦合到所述第一晶体管的第二载流电极的端子。
6.如权利要求4所述的负载检测电路，包括:所述第一晶体管和驱动电路被配置为在闭环结构中工作，以控制所述第一晶体管并形成所述第一晶体管两端的所述第一电压。
7.如权利要求4所述的负载检测电路，包括:所述负载检测电路被配置为控制所述第一晶体管以形成所述负载电流的另一部分。
8.如权利要求4所述的负载检测电路，包括:所述负载检测电路被配置为选择性地将所述第二控制信号应用于所述第一晶体管，其中所述第二控制信号基本上具有所述第一值。
9.一种负载检测电路，包括: 第一电路，被配置用于控制第一晶体管以在所述负载检测电路的第一工作模式中形成用于负载的负载电流； 第二电路，被配置用于响应于所述负载检测电路的第二工作模式而非在所述第一工作模式中，选择性地形成所述负载电流的一部分； 所述第一电路被配置用于在闭环结构中控制所述第一晶体管以在所述第二工作模式中在所述第一晶体管两端形成电压降；以及 检测电路，被配置用于检测所述负载电流小于所述负载电流的阈值。
10.如权利要求9所述的负载检测电路，其中所述第二电路包括具有第二晶体管的电流源，以及第三电路被配置用于控制所述第二晶体管以提供所述负载电流的所述部分，其中所述第三电路被配置用于:响应于所述第一工作模式而将所述第二晶体管的控制电极耦合到具有小于所述第二晶体管的阈值的第一值的第一控制信号，并将所述第二晶体管的控制电极耦合到具有大于所述第二晶体管的阈值的第二值的第二控制信号。
【文档编号】H02M1/08GK204216774SQ201420711736
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2013年11月24日
【发明者】S·维尔梅尔, L·艾彻瑞尔德勒 申请人:半导体元件工业有限责任公司