一种电路包括功率晶体管(M301)，该功率晶体管包括第一控制输入以及第一电流端子和第二电流端子，该第二电流端子耦合到负载(345)以向该负载(345)提供电流。第二晶体管(M302)包括第二控制输入以及第三电流端子和第四电流端子，并且第一控制输入和第二控制输入连接在一起，且第一电流端子和第三电流端子连接在一起。第三晶体管(M303)包括第三控制输入以及第五电流端子和第六电流端子。第四晶体管(M304)包括第四控制输入以及第七电流端子和第八电流端子，并且第七电流端子耦合到第四电流端子和第五电流端子。放大器(351)放大第二电流端子上的电压和第四电流端子上的电压之间的差。放大器(351)的输出耦合到第三控制输入，并且二极管器件(M358)连接在第三控制输入和第四控制输入之间。和第四控制输入之间。和第四控制输入之间。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在负载电流的宽范围内稳定的电流感测电路
技术介绍
[0001]通常由于一个或多个原因感测到负载的电流。例如，过载保护可以包括当负载电流超过阈值时关闭到负载的电源。超过阈值的驱动负载的电源电路的温度可以损坏电源电路。因此，随着温度开始升高，到负载的电流可以减小，以降低温度。由于这种原因(或其他原因)，到负载的电流量经常在从与降低温度相关联的低水平到与过电流状况相关联的高水平的范围内感测。
技术实现思路
[0002]在一个示例中，一种电路包括功率晶体管，该功率晶体管包括第一控制输入以及第一电流端子和第二电流端子，第二电流端子耦合到负载以向该负载提供电流。第二晶体管包括第二控制输入以及第三电流端子和第四电流端子，并且第一控制输入和第二控制输入连接在一起，且第一电流端子和第三电流端子连接在一起。第三晶体管包括第三控制输入以及第五电流端子和第六电流端子。第四晶体管包括第四控制输入以及第七电流端子和第八电流端子，并且第七电流端子耦合到第四电流端子和第五电流端子。放大器放大第二电流端子上的电压和第四电流端子上的电压之间的差。该放大器的输出耦合到第三控制输入，并且二极管器件连接在第三控制输入和第四控制输入。
附图说明
[0003]图1示出了在宽范围内监控到负载的电流的感测电路。
[0004]图2示出了从图1的感测电路的增益变化的对相位裕度的影响。
[0005]图4示出了在整个范围内维持稳定性的同时在宽范围内监控到负载的电流的另一感测电路。
[0006]图5示出了相对于内部节点电压的图4的感测电路中的若干电流的关系。
具体实施方式
[0007]图1显示了包括功率晶体管的系统40的示例，该功率晶体管在此示例中实施为耦合到电源电压节点(VIN)且耦合到负载45的金属氧化物半导体场效应晶体管(在图1中标记为“HSFET”)。负载45可以包括例如可编程逻辑控制器(PLC)、机械臂或微控制器。该系统也包括感测电路50。通过向HSFET的栅极断言控制信号，电流Iout穿过HSFET从电源电压节点VIN提供给负载45。
[0008]感测电路50感测到负载的电流Iout。感测电路50产生与Iout成比例(但通常小于Iout)的感测电流(Isense)，并且可以用于各种目的中的任何目的。例如，可以实施过流保护，以保护负载45和/或HSFET免受过高的输出电流Iout。过高的Iout可以损坏HSFET和负载45中的一个或两个。在一个示例中，通过监控Isense的大小和检测Isense何时超过与例如18A的Iout对应的阈值，可以实施过流保护。一旦Isense超过阈值，HSFET的栅极电压可以降低，以导致Iout降低，或者HSFET的栅极可以下拉至与Vout相等的水平，以完全关断Iout。另
外，可以监控HSFET的温度，并且如果该温度超过阈值，则通过降低HSFET上的栅极电压以导致较少的电流流过HSFET，可以降低到负载45的Iout的水平。例如，通过使用与HSFET相邻的双极结型晶体管产生与所称的绝对温度成比例的电压(PTAT电压)，可以监控HSFET的温度。PTAT电压(ΔVbe)由给出，其中k是玻尔兹曼常数，T是以开尔文为单位的温度，q是电子的电荷，A2和A1是用于产生PTAT电压的双极结型晶体管的面积。随着Iout降低，继续监控由感测电路50生成的Isense电流。为了避免对HSFET的损坏，Iout可以降低到相对低的水平(例如，150mA)。因此，感测电路50应该能够在宽范围内监控从例如150mA到18A的Iout电流。
[0009]在此示例中，感测电路50包括放大器52、电容器CD、晶体管M1和M2和感测晶体管(SNSFET)。晶体管SNSFET和HSFET形成电流镜。SNSFET和HSFET的漏极连接在一起，并且其栅极也连接在一起。如果强迫HSFET和SNSFET的源极上的电压近似相等，则穿过SNSFET的电流(Isense)将跟踪穿过HSFET的电流(Iout)。在此示例中，SNSFET小于HSFET。因此，用于SNSFET的通道宽度(W)与通道长度(L)的比小于HSFET的W/L比。因此，HSFET的W/L与SNSFET的W/L的比是n：1，其中n大于1。这个感测比是指Isense是(1/n)*Iout。在一个示例中，SNSFET的W/L比是HSFET的W/L比的1/7000(即，n＝7000)，并且因此Isense是Iout/7000。Isense也流过M1到地面。M1和M2也形成电流镜。在此示例中，M1和M2的W/L比是近似相等的，并且因此包括M1和M2的电流镜的电流镜比是1：1。因此，穿过M2的电流也等于Isense。
[0010]放大器52的输入耦合到SNSFET和HSFET的源极，并且因此放大器52放大SNSFET和HSFET的源极电压之间的差，以生成到M1和M2的输出电压(VS)。放大器52是控制回路的一部分，该控制回路监控SNSFET和HSFET的源极电压之间的差并且控制M1上的栅极电压，以调节SNSFET的源极电压等于HSFET上的源极电压。SNSFET的源极在识别为VSNS的节点处连接到M1的漏极。HSFET的源极在识别为Vout(用于负载45的输出电压)的节点处耦合到负载45。因此，穿过包括放大器52的控制回路，连续地调整VSNS保持等于Vout。
[0011]在反馈控制回路的稳定状态操作中，穿过SNSFET的漏极电流(Isense)等于(1/n)*Iout，并且VSNS等于Vout。如果例如由于来自相邻电路的噪声耦合，VSNS与Vout略有偏差，则可能发生负载变化，这导致Vout相对于VSNS改变，并且本文所述的反馈回路将VSNS返回到Vout电压水平。例如，如果VSNS略高于VOUT(例如，由于噪声导致的VSNS节点上的寄生电容充电)，则SNSFET的漏极至源极电压(VDS)将减小，并且SNSFET的栅极至源极电压也将减小。因此，随着VSNS增加，穿过SNSFET的电流将减小，从而违反HSFET和SNSFET之间的感测比。VSNS耦合到放大器52的正(+)输入，并且Vout耦合到放大器52的负(
‑
)输入。放大器52的正输入的增加将导致其输出电压VS也增加(假设Vout无变化)。VS的增加表示M1的VGS的增加，这反过来导致穿过M1的漏极电流增加。M1的漏极电流的增加导致VSNS节点上的寄生电容放电，从而将VSNS电压减小回到等于VOUT的水平，并且穿过SNSFET的电流增加回到(1/n)*Iout。此校正的速度取决于控制回路的带宽。对于稳定的控制回路，在稳定状态下，VSNS将等于VOUT。
[0012]如上所述，感测电路50应该具有宽范围的感测电流操作。在上面的示例中，Isense可以在与150mA至18A的Iout范围对应的水平之间变化。然而，图1的感测电路50可以在低Isense电流值下不稳定，并且也在高Isense值下不稳定。在低Isense值下，不稳定性可以是
由于感测电路50的频率响应的主极点随Isense减小而增本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电路，所述电路包括：功率晶体管，所述功率晶体管包括第一控制输入以及第一电流端子和第二电流端子，所述第二电流端子耦合到负载以向所述负载提供电流；第二晶体管，所述第二晶体管包括第二控制输入以及第三电流端子和第四电流端子，所述第一控制输入和第二控制输入连接在一起并且所述第一电流端子和第三电流端子连接在一起；第三晶体管，所述第三晶体管包括第三控制输入以及第五电流端子和第六电流端子；第四晶体管，所述第四晶体管包括第四控制输入以及第七电流端子和第八电流端子，所述第七电流端子耦合到所述第四电流端子和第五电流端子；放大器，以放大所述第二电流端子上的电压和所述第四电流端子上的电压之间的差，其中所述放大的输出耦合到所述第三控制输入；和二极管器件，所述二极管器件连接在所述第三控制输入和所述第四控制输入之间。2.根据权利要求1所述的电路，所述电路还包括连接到所述第八电流端子的电流钳。3.根据权利要求2所述的电路，其中所述电流钳包括电流源器件和电流镜，所述电流镜连接到所述第八电流端子。4.根据权利要求1所述的电路，其中用于所述第三晶体管的通道宽度与通道长度的比大于用于所述第四晶体管的通道宽度与通道长度的比。5.根据权利要求1所述的电路，所述电路还包括补偿电容器，所述补偿电容器耦合到所述放大器的所述输出且耦合到所述第七电流端子。6.根据权利要求1所述的电路，所述电路还包括第五晶体管，所述第五晶体管包括第九电流端子和第十电流端子，所述第九电流端子连接到所述第四电流端子，并且所述第十电流端子连接到所述第五电流端子和所述第七电流端子。7.根据权利要求6所述的电路，所述电路还包括补偿电容器，所述补偿电容器连接到所述放大器的所述输出且连接到第五电流端子和所述第七电流端子。8.根据权利要求1所述的电路，其中所述二极管器件包括二极管连接的晶体管。9.一种电路，所述电路包括：功率晶体管，所述功率晶体管包括第一控制输入以及第一电流端子和第二电流端子，所述第二电流端子耦合到负载以向所述负载提供电流；第二晶体管，所述第二晶体管包括第二控制输入以及第三电流端子和第四电流端子，所述第一控制输入和所述第二控制输入连接在一起，并且所述第一电流端子和第三电流端子连接在一起；第三晶体管，所述第三晶体管包括第三控制输入以及第五电流端子和第六电流端子；放大器，以放大所述第二电流端子上的电压和第四电流端子上的电压之间的差，其中所述放大器的输出耦合到所述第三控制输入；和补偿电容器，所述补偿电容器包括第一电容器端子和第二电容器端子，所述第一电容器端子连接到所述放大器输出，并且所述第二电容器端子连接到所述第五电流端子。10.根据权利要求9所述的电路，所述电路还...
【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。