[发明专利]确定负载电流的电路和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定负载电流的电路和方法。特别是，本发明涉及但不只限于这样的电路：其包含可操作地连接到负载上的主晶体管和感测晶体管以使由负载电流决定的电压能被确定。

背景技术

在许多应用中，比如汽车用电路(如发动机、螺线管和灯驱动器)通常需要能够确定负载中流过的电流的电路。比如，可能需要这样的电路去检测可能损坏电子元件的电流电平，比如能够造成过热的电流电平。电流电平一旦被确定，就能够被相应地控制。

确定负载电流的一种方法是使用电流感测功率金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。电流感测功率MOSFET通常包含几千个并联并共用相同的漏极、源极和栅极的晶体管单元。在装置中的每个晶体管单元或者元件是相同的并且应用到装置漏极端子上的电流在它们之间平等均分。在这样的设计中，通常几个晶体管的源极与其余的源极分隔开并被连接到一个单独的源极端子上。因此，所得的电流感测MOSFET能够被认为等同于两个并联的晶体管，它们具有共同的栅极和漏极端子，以及不同的源极端子。这些晶体管中的第一个通常称为主FET，包含电流感测功率MOSFET中的大部分晶体管单元。第二个称为感测FET，包含几个具有单独的源极端子的晶体管单元。

在使用中，感测FET只传导应用到共同的漏极端子上的电流的一小部分，该部分与感测比n成反比，该感测比是由主FET中晶体管单元数量与感测FET中晶体管单元数量之比所决定的电流比。上述的感测比是针对感测FET和主FET的源极端子保持在相同电势下的情形而定义的。主FET的源极端子的Kelvin接点(Kelvin contact)通常被用来使主FET的源极电势的确定准确。当感测比已知时，流过装置的总电流、装置所连接负载的负载电流能够根据漏极和源极之间的感测FET的源极电流(即在感测FET的主电流通路中流过的电流)的测量值中计算得到。

有两种优选的方法，用于提供与感测FET源极电流成比例的输出电压。第一种方法是感测电阻方法，其中感测电阻被连接在感测FET的源极电流通路中并且测量感测电阻的电压以确定感测FET的电流。但是，这个方法有缺点。比如，在这个装置中包含感测电阻会导致感测FET源极电压与主FET(Kelvin)源极电压不同。这会影响电流感测功率MOSFET电路的可见的感测比n，并且也造成电路对温度的依赖性。这些影响也会受到感测电阻的尺寸的影响，为了最小化测量中的误差，因此尺寸在这样的实现中是有限制的。用于确定感测电阻电压的放大器通常要求是真正的差动放大器，并且通常要求使用MOSFET Kelvin源极连接以获得对主FET的源极电势准确的指示读数。

虚接地方法是第二种方法，其提供与感测FET源极电流成比例的输出电压。运算放大器布置在虚接地配置中，具有连接到主FET的MOSFET Kelvin源极端子的正相输入(源极端子也被连接到接地端)和连接到感测FET的源极端子的反相输入。感测电阻提供来自运算放大器的输出的负反馈。该虚接地布置确保感测FET的源极端子与主FET的源极端子保持相同的电势。因此，电流感测功率MOSFET的感测比n不受感测电阻的影响，并且能够获得与温度无关并且与负载电流线性成比例的感测电阻电流的测量值。

但是，虚接地方法有缺点。比如，为了使感测FET的源极端子与通常是接地端电势的主FET的源极端子保持在相同的电势上，要求相对于感测FET的源极电势是负值的电压为运算放大器供电。通常也要求使用MOSFET Kelvin源极连接以获得对主FET源极电势的准确测量，并且需要额外的真正的差动放大器以提供地参考输出电压。

发明内容

本发明的目的是至少解决一些上述的问题中。根据本发明，提供了一种用于确定负载电流的电路，其包含第一和第二晶体管，每个晶体管具有主电流通路和控制端子，主电流通路的每一个可操作地并联在负载和公共参考点之间，其中控制端子连接在一起，以及提供用于把第二晶体管的主电流通路的电压设置为对应于第一晶体管的主电流通路的电压的预定部分的电压电平的方法。

将第二晶体管(如电流感测功率MOSFET的感测FET)的电压设置为不是等于第一晶体管(如电流感测功率MOSFET的主FET)的电压而是其预定的一部分的值，这相对于已知的设计是有优势的。如，电路被配置成没有负电源时能够运行，在考虑到把由复杂性和所需元件的数量引起的电路成本最小化时，这样有明显的好处。

电路还可以包含同第二晶体管的主电流通路串联的感测电阻。