[发明专利]功率晶体管中的电流测量

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及具有功率晶体管和电流测量电路的电路装置，并涉及用于测量功率晶体管中的电流的方法。

背景技术

功率晶体管广泛地用于在汽车或工业应用中切换电流。例如，功率晶体管可用于任何一种开关式电源中、用于驱动负载的驱动电路中（诸如灯具、电感阀门或电机）、用于逆变器中等。为了调节通过负载的电流或者为了简单地检测过载的情况，在多种应用中需要测量流过晶体管的电流。

众所周知用于测量通过晶体管的负载电流的不同概念。这些概念包括例如，将分流电阻器与晶体管的负载路径串联并且测量该电阻器两端的电压、使用霍尔传感器测量电流、或者使用电感电流传感器电感地测量电流。

功率晶体管通常包括多个并联的相同的晶体管单元。根据另一个概念，这些晶体管单元（传感单元）中的至少一个用于测量通过晶体管的其他晶体管单元（负载单元）的电流。传感单元在与负载单元相同的操作点内操作（但是仅测量通过传感单元的电流），从而通过传感单元的电流与通过负载单元的总体负载电流成比例。由传感单元的数量和负载单元的数量之间的比率给出比例系数。

而且，还需要以较低的测量损耗精确地测量通过功率晶体管的电流。

发明内容

第一实施方式涉及一种包括负载晶体管的电路装置。负载晶体管和传感晶体管均包括控制端子、第一负载端子以及第二负载端子。负载晶体管的控制端子与传感晶体管的控制端子耦接。负载晶体管的第一负载端子与传感晶体管的第一负载端子耦接。负载晶体管和传感晶体管被配置为以导通状态或以截止状态进行操作。电路装置还包括测量电路，其包括被配置为提供校准电流的电流源。测量电路被配置为在传感晶体管处于导通状态时测量传感晶体管的第一负载端子和第二负载端子之间的第一电压。测量电路被配置为基于校准电流和第一电压确定传感晶体管的电阻。测量电路被配置为在负载晶体管处于导通状态时测量负载晶体管的第一负载端子和第二负载端子之间的第二电压，以及基于传感晶体管的电阻和第二电压确定通过负载晶体管的负载电流。

第二实施方式涉及一种用于测量通过负载晶体管的电流的方法，该负载晶体管具有控制端子、第一负载端子以及第二负载端子。该方法包括提供包括控制端子、第一负载端子以及第二负载端子的传感晶体管，并且将传感晶体管的控制端子耦接至负载晶体管的控制端子以及将传感晶体管的第一负载端子耦接至负载晶体管的第一负载端子。该方法还包括以导通状态操作传感晶体管、驱动通过传感晶体管的校准电流并且测量传感晶体管的第一负载端子和第二负载端子之间的第一电压。基于校准电流和第一电压确定传感晶体管的电阻。在负载晶体管处于导通状态时，测量负载晶体管的第一负载端子和第二负载端子之间的第二电压。基于传感晶体管的电阻和第二电压确定通过负载晶体管的负载电流。

附图说明

现在将参考附图来说明实例。这些图用于示出基本原理，从而仅示出理解基本原理所需要的方面。并未按比例绘制这些图。在图中，相同的参考标号表示相似的特征。

图1示意性示出了用于切换通过负载的电流的功率晶体管的使用；

图2示出了MOSFET的特征曲线；

图3示出了具有负载晶体管、传感晶体管以及测量电路的电路装置的第一实施方式；

图4示出了用于测量通过负载晶体管的负载电流的方法步骤；

图5更详细地示出了测量电路的一个实施方式；

图6示出了实现根据第一实施方式的负载晶体管和传感晶体管的半导体本体的水平截面图；

图7示出了实现根据第二实施方式的负载晶体管和传感晶体管的半导体本体的水平截面图；

图8示意性示出了在一个半导体本体内实现传感晶体管单元和负载晶体管单元的第一实施方式；

图9示意性示出了在一个半导体本体内实现传感晶体管单元和负载晶体管单元的第二实施方式；

图10示出了实现根据第三实施方式的负载晶体管和传感晶体管的半导体本体的垂直截面图；

图11示出了图10的装置以及根据第一实施方式的偏置电路的电路图；

图12示出了图10的装置以及根据第二实施方式的偏置电路的电路图；

图13示出了图10的实施方式的修改例；

图14示出了在公共的半导体本体内实现图10和图13的装置的负载晶体管单元和传感晶体管单元的第一实施方式；

图15示出了在公共的半导体本体内实现图10和图13的装置的负载晶体管单元和传感晶体管单元的第二实施方式；