具有经扩展的电压范围的电流传感器制造技术

本公开的实施例涉及一种具有经扩展的电压范围的电流传感器。在实施例中，电流感测电路包括复制晶体管，该复制晶体管具有被配置为耦合到输出晶体管栅极的栅极，以及耦合到输入端子的漏极。复制晶体管的漏极被配置为耦合到输出晶体管的漏极。第一晶体管，具有耦合到复制晶体管的电流路径的电流路径。误差放大器，具有耦合到复制晶体管的源极的非反相输入、被配置为耦合到输出晶体管源极的反相输入、耦合到第一晶体管的栅极的输出、耦合到输入端子的正电源端子、以及耦合到参考供应端子的负电源端子。电流‑电压转换器，具有耦合到复制晶体管的电流路径的输入。

Current Sensor with Extended Voltage Range

【技术实现步骤摘要】
具有经扩展的电压范围的电流传感器相关申请的交叉引用本申请是于2018年3月14日提交的美国专利申请No.15/920,896的继续申请，该申请通过引用的方式并入本文。
本专利技术总体上涉及电子系统，并且，在特定实施例中，涉及具有经扩展的电压范围的电流传感器。
技术介绍
一些电子电路(诸如电源或功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)电路)包括电流传感器电路。例如，电流传感器电路可用于感测流过负载的电流并当负载电流高于预定阈值时触发过电流保护电路。例如，电子熔丝(e-熔丝)是有源电路，电子熔丝可依赖于电流传感器电路来提供过电流保护。一些电路可以使用电流传感器电路来调节电流。例如，在发光二极管(LED)驱动器中，电流传感器电路可用于监测通过LED的电流并基于所感测的电流产生反馈信号。控制器可以使用由电流传感器电路产生的反馈信号来调节流过负载的电流，以实现例如恒定电流。某些电路可能具有宽范围的电源电压的操作条件。例如，尽管汽车电池中的典型操作电压为12V，但在正常操作期间，发生9V与16V之间的变化被预期。在冷启动条件器件，汽车电池的电压可能会降至低于5V的电压。因此，对于为汽车工业设计的设备通常支持低于5V以及高于18V的操作电压。期望具有宽电压范围的操作条件的电流传感器电路来准确感测通过宽电压范围的电流。
技术实现思路
根据实施例，电流感测电路包括：第一类型的复制晶体管，具有被配置为耦合到第一类型的输出晶体管的栅极端子的栅极端子，以及耦合到输入端子的漏极端子，复制晶体管的漏极端子被配置为耦合到输出晶体管的漏极端子；第一类型的第一晶体管，具有耦合到复制晶体管的电流路径的电流路径；误差放大器，具有耦合到复制晶体管的源极端子的非反相输入端子、被配置为耦合到输出晶体管的源极端子的反相输入端子、耦合到第一晶体管的栅极端子的输出端子、耦合到输入端子的正电源端子、以及耦合到参考供应端子的负电源端子；以及电流-电压转换器，具有耦合到复制晶体管的电流路径的输入。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：图1A示出了用于由功率MOSFET驱动的负载的示例性电流传感器电路；图1B示出了具有被短路到地的负载的图1A的电路；图2A示出了根据本专利技术的实施例的用于由功率MOSFET202驱动的负载的电流传感器电路；图2B示出了根据本专利技术的实施例的具有短路到地的负载的图2A的电路；图3示出了根据本专利技术的实施例的用于由功率MOSFET驱动的负载的电流传感器电路；图4示出了根据本专利技术的实施例的用于在电流消耗配置中晶体管的输出电流的电流感测的实施例方法的流程图；图5示出了根据本专利技术的实施例的在启动和短路条件期间图3的电流传感器电路的数据模拟；图6示出了根据本专利技术的实施例的可能的误差放大器实现；以及图7示出了根据本专利技术的实施例的包括图3的电流传感器电路的e-熔丝电路。除非另有说明，否则不同附图中的对应的数字和符号通常指代对应的部分。绘制附图以清楚地说明优选实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。为了更清楚地说明某些实施例，指示相同结构、材料或工艺步骤的变化的字母可以遵循图号。具体实施方式下面详细讨论目前优选实施例的制作和使用。然而，应该理解的是，本专利技术提供了许多可以在各种具体上下文中实施的可应用的专利技术概念。所讨论的具体实施例仅说明制造和使用本专利技术的具体方式，并不限制本专利技术的范围。以下描述说明了各种具体细节，以提供对根据本说明书的若干示例实施例的深入理解。可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、组件、材料等获得实施例。在其他情况下，未详细示出或描述已知的结构、材料或操作，以免模糊实施例的不同方面。在本说明书中对“实施例”的引用指示关于该实施例描述的特定配置、结构或特征被包括在至少一个实施例中。因此，可能出现在本说明书的不同点处的诸如“在一个实施例中”的短语不一定完全指代相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定的构造、结构或特征。将相对于具体上下文中的实施例来描述本专利技术，具有经扩展的电压范围的电流传感器电路用于各种系统，诸如e-熔丝系统。本专利技术的实施例可以用在其他类型的电路中，诸如，例如，在电源、电源管理集成电路(PMIC)、电池充电和LED驱动器中，以及可以从电流感测中受益的其他电路中。例如，实施例可以在用于保护可编程逻辑控制器(PLC)或其他系统板的应用中实施。用于驱动负载的功率MOSFET可以使用电流传感器电路来进行过电流保护和/或进行负载电流调节。图1A示出了示例性电流传感器电路100，用于由功率MOSFET102驱动的负载112。电流传感器电路100包括NMOS晶体管104，PMOS晶体管106，电阻器110和误差放大器108，误差放大器108具有连接到NMOS晶体管104的源极的反相输入和连接到功率MOSFET102的源极的非反相输入。功率MOSFET102的栅极由栅极驱动器(未示出)驱动，栅极驱动器通常由控制器(未示出)控制。在正常操作期间，电流传感器电路100感测输出电流Iout，基于输出电流Iout生成电流Icopy，并基于电流Icopy产生感测电压Vsense。电流Icopy是基于晶体管104和102之间的尺寸比率而缩放的输出电流Iout的复制。为了产生电流Icopy，晶体管102和104的栅极、源极和漏极被保持在相同的电压。如图1A所示，晶体管102和104的栅极连接到同一节点Vgate，并且晶体管102和104的漏极连接到同一节点Vin。通过使用误差放大器108和PMOS晶体管106，晶体管102和104的源极被保持在相同的电压。误差放大器108控制PMOS晶体管106的栅极以保持节点VScopy的电压等于节点VSpower的电压。例如，当VSpower高于VScopy时，误差放大器108(Verror)的输出增加，这增加了PMOS晶体管106的导通电阻，这继而增加了VScopy的电压。当VSpower低于VScopy时，误差放大器108(Verror)的输出减小，这降低了PMOS晶体管106的导通电阻，这继而降低了VScopy的电压。在短路电路条件期间(即，负载112短路到地)，节点VScopy可能不跟踪节点VSpower。图1B示出了具有短路到地的负载112的示例性电流传感器电路100。如图1B所示，在短路电路条件期间，节点VSpower可以非常低(例如，大约0V)。结果，误差放大器108的输出(Verror)减小，以降低PMOS晶体管106的导通电阻并降低节点VScopy的电压。但是，如图1B所示，误差放大器108具有连接到输入节点Vin(例如，12V)的正电源端子和连接到地的负电源端子。因此，节点Verror可以不低于地。结果，节点VScopy可以在节点Verror之上保持大约一个Vgs电压(例如，0.7V)。由于VScopy与VSpower不同，因此电流Icopy可以不跟踪输出电流Iout。图1A和图1B的电路可以被修改为包括负电荷泵，以向误差放大器108的负电源端子提供足够的负电压，以允许电流Icopy在输出Vout为低时跟踪输出电流Iout，诸如在短路电路条件期间。电流传感器电路100通过使电流Icopy流过电阻器110来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流感测电路，包括：第一类型的复制晶体管，具有被配置为被耦合到输出晶体管的控制端子的控制端子、以及被耦合到第一供应端子的第一电流路径端子，所述复制晶体管的所述第一电流路径端子被配置为被耦合到所述输出晶体管的第一电流路径端子；所述第一类型的第一晶体管，具有被耦合到所述复制晶体管的第二电流路径端子的第一电流路径端子；误差放大器，具有被耦合到所述复制晶体管的所述第二电流路径端子的第一输入端子、被配置为被耦合到所述输出晶体管的第二电流路径端子的第二输入端子、被耦合到所述第一晶体管的控制端子的输出端子、被耦合到所述第一供应端子的正电源端子、以及被耦合到第二供应端子的负电源端子；以及电流‑电压转换器，具有被耦合到所述复制晶体管的所述第二电流路径端子的输入。

【技术特征摘要】
2018.03.14 US 15/920,8961.一种电流感测电路，包括：第一类型的复制晶体管，具有被配置为被耦合到输出晶体管的控制端子的控制端子、以及被耦合到第一供应端子的第一电流路径端子，所述复制晶体管的所述第一电流路径端子被配置为被耦合到所述输出晶体管的第一电流路径端子；所述第一类型的第一晶体管，具有被耦合到所述复制晶体管的第二电流路径端子的第一电流路径端子；误差放大器，具有被耦合到所述复制晶体管的所述第二电流路径端子的第一输入端子、被配置为被耦合到所述输出晶体管的第二电流路径端子的第二输入端子、被耦合到所述第一晶体管的控制端子的输出端子、被耦合到所述第一供应端子的正电源端子、以及被耦合到第二供应端子的负电源端子；以及电流-电压转换器，具有被耦合到所述复制晶体管的所述第二电流路径端子的输入。2.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述复制晶体管和所述第一晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管，并且其中所述第一类型为n型。3.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述复制晶体管的所述第一电流路径端子为漏极端子，所述复制晶体管的所述第二电流路径端子为源极端子，以及所述第一晶体管的所述第一电流路径端子为漏极端子，所述第一晶体管具有被耦合到所述第二供应端子的源极端子。4.根据权利要求1所述的电流感测电路，进一步包括所述输出晶体管，所述输出晶体管具有被配置为被耦合到负载的所述第二电流路径端子。5.根据权利要求4所述的电流感测电路，其中所述输出晶体管是功率金属氧化物半导体场效应晶体管。6.根据权利要求4所述的电流感测电路，进一步包括所述负载。7.根据权利要求6所述的电流感测电路，其中所述负载包括发光二极管(LED)。8.根据权利要求6所述的电流感测电路，其中所述负载包括电机。9.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述误差放大器包括被耦合到所述第一供应端子的一对p型晶体管。10.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述电流-电压转换器包括第二误差放大器，所述第二误差放大器具有被耦合到所述第二供应端子的一对p型晶体管。11.根据权利要求10所述的电流感测电路，其中所述第一供应端子被配置为接收第一电压，并且所述第二供应端子被配置为接收比所述第一电压低的第二电压。12.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述误差放大器包括：电流源；第一高侧晶体管和第二高侧晶体管，被耦合到所述电流源；第一低侧晶体管和第二低侧晶体管，分别被耦合在所述第一高侧晶体管与所述第二供应端子之间、以及所述第二高侧晶体管与所述第二供应端子之间；以及第一开关，具有：第一输入，被配置为接收时钟信号，第二输入，被配置为接收反相时钟信号，第一端子，被耦合到所述第一高侧晶体管和所述第一低侧晶体管，第二端子，被耦合到所述误差放大器的所述输出端子，第三端子，被耦合到所述第二高侧晶体管和所述第二低侧晶体管，以及第四端子，被耦合到所述第一低侧晶体管和所述第二低侧晶体管的控制端子。13.根据权利要求12所述的电流感测电路，其中所述时钟信号具有100kHz或更高的频率。14.一种电流感测方法，所述方法包括：利用第一类型的输出晶体管将输出电流提供给负载，所述输出晶体管具有被耦合到第一供应端子的第一电流路径端子、以及被耦合到所述负...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·皮特伊，
申请(专利权)人：意法设计与应用股份有限公司，
类型：发明
国别省市：捷克,CZ