[发明专利]用于感测电流的方法和装置

说明书

所描述的示例包括通过功率半导体器件的电流感测，该功率半导体器件具有对温度和过程变化的降低的灵敏度。一个示例布置(500)包括：功率开关(510)，其耦合在电压输入和向负载(LOAD)供应电流的输出电压端子之间；第一隔离开关(520)，其耦合在电压输入和第一节点(535)之间；放大器(526)，其具有一对差分输入，该对差分输入耦合到第一节点(535)和第二节点(537)，以响应于差分输入处的差值而输出电压；以及第一电流源(II)，其耦合在正电源电压和第一节点(535)之间，以响应于从放大器(526)输出的电压而输出第一电流。第一电流与通过功率开关(510)的电流成比例，并且与功率开关(510)的导通电阻和第一隔离开关(520)的导通电阻的比值成比例。

技术领域

本申请一般涉及电子电路，并且更具体地涉及用于功率半导体器件中在广泛的温度范围内感测负载电流的方法和电路。

背景技术

场效应晶体管(FET)自从其引入市场以来已经是低阻电子开关的主要器件。在常见的应用中，使用FET实施的功率FET或开关用于将电源电压耦合到输出电压端子处的负载上。测量流过FET的电流是控制电路的常见要求，其被设计为使系统(FET和控制电路是其中的一部分)保持在其操作参数之内，特别地作为在高负载条件下实施限流以防止FET器件损坏或失效的一种安全措施。当FET导通，并且漏极与源极之间的电阻(R_DSon)低时，最大电流发生在导通模式下。在电流路径中加入串联电阻器的常规的电流感测方法可以生成电流测量点，但这种方法在功耗和峰值测量电压之间形成了折衷。串联电阻器值必须足够大，以便感测的信号(测量对应于通过电阻器的电流的电压)在信号本底噪音之上，还尽可能小以降低功耗。另外，分流电阻器的功耗与负载电流的平方成比例，这对系统的效率产生了不利的影响。此外，这种串联电阻元件的寄生电感对于在短时间内切换大电流时确定电路行为具有重要的不利作用，导致电压过冲，使电路负荷过重。另一种常规的方法是使用作为负载一部分的电感器的寄生电阻两端的电压来近似负载电流。

图1示出用于估计来自功率FET的负载电流的常规电路的电路图100。在来自Walters等人的专利号US 5,982,160的示例电路100中，负载电流是通过重新构建来自电阻器-电容器(RC)网络120两端的串联电感器110的电压来近似负载电流。电感器110的变化归因于所使用的机械的导线量和固有温度灵敏度，该电感器110的变化跨广泛的温度范围将对感测精度有显著的影响。在进一步的工作中，如由Walters等人的专利号US 6,870,352的图1所示的，温度补偿电阻器被用于RC网络120中，以帮助遏制温度变化问题。使用这种温度补偿电阻器通常比集成在半导体封装内的电阻器昂贵。

在导通模式下，FET具有稍微(somewhat)线性的RDSon，它吸引人们感测FET两端的电压，并使用适当的RDSon值来估计近似的负载电流。然而，电阻RDSon可以具有与8000ppm/℃一样大的热系数，等于在25℃到125℃的典型操作范围内的大约80％。为了克服由于热变化引起的大的变化，具有匹配热系数(TC)的组件的各种布置已经被采用以抵消由于功率FET的固有TC引起的变化。

图2示出了温度补偿负载电流感测的另一种常规的解决方案的电路图200。在图2中，由Walter等人的专利号6,870,352的图2的示意图示出另一个热补偿感测电阻器220(RSEN)的使用被设置并且基本上匹配于功率FET210的RDSon的热变化。