一种基于开关来控制ＭＯＳＦＥＴ的电路和方法，该ＭＯＳＦＥＴ基开关包括两个背靠背ＦＥＴ，以便在ＯＦＦ状态不考虑该开关两端的电压差的极性阻断电流。该ＭＯＳＦＥＴ基开关进一步具有通过检测流过该两个ＭＯＳＦＥＴ开关中的一个开关的电流实现的内置的电流限制功能。另外，该双向电流限制开关进一步包括控制共漏或共源结构的Ｐ型和Ｎ型ＦＥＴ所需的电路。
【技术实现步骤摘要】
本文揭示的本专利技术总体涉及功率MOSFET基器件的电路设计和结构。更具体地，本专利技术涉及一种新颖的经改进的电路结构设计以及提供电流限制双向MOSFET开关的制造方法。
技术介绍
用FET基晶体管实施的电流限制双向开关的常规技术和电路设计仍然受到开关电阻高和不能在要求更高的功率效率的器件中实施的技术难题的限制。如下文进一步具体的讨论所示，所采用的能够作为双向开关同时还能限制电流的电路的组合经常无意中增加了开关电阻。开关电阻的增加不可避免地导致浪费功率，损失效率和产生热量的不希望的效果。因此该技术难题限制了FET基双向开关应用到许多应用场合，同时也提高了提供有效和方便的集成FET基功率器件和功率开关的要求。图1A和1B显示了用共源P-FET晶体管Q1和Q2实施的双向功率开关。该功率开关被用来将功率从功率源传递到连接在地电压和Vout之间并且电流Iload从中流过的负载。晶体管Q1是PMOS基开关，该开关在截止状态切断Vin和Vout两端之间的电流。在输入和输出电压之间并联连接到晶体管Q1的第二PMOS晶体管Q2在截止状态期间如图1B所示具有防止电流从Vout端流到Vin端的功能。实际上，在截止状态，两个背靠背的二极管保证电流不能在任何方向流动。为了保证如上所述的双向OFF操作的目的，施加到Q1和Q2的栅极的栅电压被选择为Vin和Vout之间的较高的电压。图2A和2B显示了用NMOS晶体管实施的另一种双向开关。为了保证NMOS晶体管有足够的栅过驱动(Vgs-Vth)，必须要用电荷泵将栅电压提升到两倍的Vin或Vgs＝Vin。通常2×电荷泵已足够。但是取决于FET，有时可能也必须要3×或甚至4×Vin以提供充分的栅过驱动。如图1A，1B和2A，2B所示，在双向功率开关中实施的两个MOSFET晶体管可以连接成共漏或共源的任何一种结构。在如图所示的任何一种双向开关中在OFF状态都能达到相同的阻断效果。虽然由于两倍于用单FET晶体管实施的开关的Rdson使这样的双向开关具有被减小的功率携带能力，但双向的远距离能力使其还是能被折衷地接受。除了完全切断反向电流的要求以外还需要限制流过负载的电流。图3A显示了用P沟道功率MOSFET Q1实施的电流限制开关。当负载开始吸取过多的电流时，电流限制开关不考虑负载电阻而将负载电流稳定到预先设定的值并且长时期地将电流保持在该预设定值，或直至诸如热切断的其他保护电路被启动。主控制电路由传感电阻Rs和放大器A1组成。当负载电流低并且传感电阻两端的电压降小于Vlim时，A1的输出电压(Vdrv)被带动到地电位并且Q1开关完全导通。当Vs升高到Vlim时，放大器A1驱动A1的栅极，或升高到更高的Vdrv，将导致减小Q1的栅驱动并迫使该器件进入运行的饱和区域。由负载持续的拉低作用最后将Vout带动到接近地电位，但负载电流将处于由Vlim/Rs设定的值。一旦负载被去除，Vs减小到零，A1将Q1的栅极返回到地电位并回到完全ON的状态。图3B显示了用N沟道功率晶体管实施的另一种电流限制开关。由于所要求的用于NMOS栅驱动的电荷泵经常具有高输出阻抗，当被集成到IC中去时，通常不可能直接从电荷泵向放大器A1提供电源。频繁使用的一种方法是通过用图3B所示的Ipd驱动器拉低输出来减小电荷泵输出(Vdrv)，或者，精确地进行与如图3A所示和说明的由PMOS开关执行的功能相同的电流调整功能。常规的双向电流限制开关由如图1A，1B，2A和2B所示的双向开关与由图3A和3B所示的电流限制开关中实施的电流限制传感电阻的组合构成。图4A显示了这样的电流限制双向PMOS功率开关，图4B显示了基于NMOS功率晶体管构造的相似的开关。由图4A和4B中显示的这些双向电流限制开关进行的双向开关的操作和电流限制功能通过上文的叙述是不言而喻的。即使如图4A和4B所示的双向电流限制开关的功能是在截止状态期间完全切断电流，其仍能将负载电流限制到预先设定的值。但是，由于开关用这样的电路组合构造时的高开关电阻，这样的开关还是有严重的技术难题。具体地，目前开关电阻被提高到2×Rdson+Rs的值。对于高功率应用，这样的双向开关经常呈现高功率消耗和低工作效率因此不能被接受。因此在技术上仍存在提供经改进的器件结构和制造方法，以提供具有经减小的开关电阻的FET基双向电流限制开关的需要，使上述技术难题能得到解决。
技术实现思路
因此本专利技术的一个方面是提供具有经减小的开关电阻的FET基双向电流限制开关，使上述技术难题得到解决。开关电阻通过将两个背靠背的共漏或共源FET晶体管中的一个晶体管实施为线性电阻而减小，而且不再需要传感电阻。测量和限制其功能作为线性电阻的该两个背靠背FET晶体管中的一个晶体管两端的电压的电流限制电路被实施来限制通过该双向开关传导的电流。具体地，本专利技术的一个方面是提供一种用于控制MOSFET基开关的经改进的电路和方法，其中包括(1)在OFF状态不考虑该开关两端的电压差的极性阻断电流的两个背靠背FET，(2)通过检测流过该两个MOSFET开关的电流实现的内置电流限制功能，以及(3)控制共漏或共源结构的P型和N型FET所需的电路。简短地说，在优选实施例中本专利技术揭示了一种电流限制双向开关，该开关包括两个背靠背的场效应晶体管(FET)，该两个场效应晶体管用于在OFF状态下不考虑施加到该双向开关的电压极性切断电流，其中该两个背靠背FET晶体管中的一个晶体管进一步具有作为传感线性电阻的功能。该双向开关进一步包括用于检测和限制其功能作为传感线性电阻的该背靠背FET晶体管中的一个晶体管两端的电压的电流限制电路。在优选实施例中，该两个背靠背FET进一步具有Rdson的源漏电阻，并且该电流限制双向开关具有基本等于两倍的电阻Rdson的总电阻。在另一个优选实施例中，该两个背靠背FET进一步包括两个背靠背共源P-FET晶体管。在另一个优选实施例中，该两个背靠背FET进一步包括两个背靠背共漏P-FET晶体管。在另一个优选实施例中，该两个背靠背FET进一步包括两个背靠背共源N-FET晶体管。在另一个优选实施例中，该两个背靠背FET进一步包括两个背靠背共漏N-FET晶体管。在另一个优选实施例中，电流限制电路进一步包括具有限制电压Vlim的电流限制电压发生器，该限制电压Vlim用于将其与功能为传感线性电阻的两个背靠背晶体管中的一个晶体管两端的电压进行比较并限制该电压。在另一个优选实施例中，电流限制电压发生器进一步包括用于提供限制电压Vlim的带隙参考发生器，该限制电压Vlim用于将其与功能为传感线性电阻的两个背靠背晶体管中的一个晶体管两端的电压进行比较并限制该电压。在另一个优选实施例中，电流限制电路进一步包括比较器，该比较器用于将电流限制电压Vlim与功能为传感线性电阻的两个背靠背晶体管中的一个晶体管两端的电压进行比较。在阅读下文结合各个附图对优选实施例的详尽叙述以后，本专利技术的上述的以及其他目的和优点将毫无疑问地对于本领域技术人员变得显而易见。附图说明图1A和1B是说明分别显示为ON和OFF状态的用共源P-FET晶体管实施的常规双向功率开关的电路图；图2A和2B是说明分别显示为ON和OFF状态的用共漏N-FET晶体管实施的常规双向功率开关的电路图；图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电流限制双向开关，其特征在于，该电流限制双向开关包括：用于在ＯＦＦ状态不考虑施加到所述双向开关的电压极性切断电流的两个背靠背的场效应晶体管，其中所述两个背靠背ＦＥＴ晶体管中的一个晶体管进一步具有传感线性电阻的功能；和用于检测和限制具有所述传感线性电阻功能的所述背靠背ＦＥＴ晶体管中的所述一个晶体管两端的电压的电流限制电路。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：张艾伦，韦志南，
申请(专利权)人：万国半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：BM[百慕大]
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