[發明專利]用于半導體晶體管器件的集成線性電流感測電路系統

在審

• 申請號: 201710335461.8
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107450014A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 羅伯特·梅耶爾
• 申請（專利權）人: 電力集成公司
• 主分類號: G01R31/327
• 分類號: G01R31/327;G01R31/26;G01R19/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 楊勇,李潔

技術領域

本申請總體上涉及半導體開關器件中的電流感測技術；更具體地，涉及感測來自氮化鎵(GaN)常導通高電子遷移率場效應晶體管(HEMFET)器件的電流。

背景技術

存在已知的半導體開關器件中的電流感測的方法。例如，一種簡單的電流感測電路利用串聯連接在電流流動路徑中的感測電阻器，其中感測電阻器兩端的壓降與電流線性地成比例。然而，感測電阻器中的功率損耗以及源極電壓對開關電流的變化使得該方法對于某些類型的需要高效率的高性能功率轉換器裝置而言是不可接受的。

電流感測的另一種常見方法是通過利用已知的開關漏極-源極導通電阻(被稱為R_DS(on))。功率供應電路中的開關器件(例如MOSFET)通常將電流從輸入電源傳送到輸出負載。當開關傳導電流時，開關具有可以用作串聯感測電阻器的特性串聯電阻。因此，可以通過感測開關兩端的電壓并知曉其特性阻抗來推斷電流，即I_D＝V_DS/R_DS(on)。當開關導通并且其兩端的電壓因此較小時，MOSFET處于其正常導通狀態區并且像線性電阻器那樣起作用。

電流感測的又一種已知技術是通過內部內置的感測FET，該感測FET是通過感測通過主開關的導通溝道的一小部分(漂移區)的電流來限定的。如果功率開關是在芯片上的，則通過使用較小的匹配的感測FET(例如，電流鏡配置中)來改善感測通過MOSFET的電流的公差。通過將主漏極短接到感測漏極以及將主源極短接到感測源極而使主功率FET和感測FET二者的柵極-源極電壓和漏極-源極電壓相等。漏極電流I_D是柵極-源極電壓V_GS和漏極-源極電壓V_DS的函數；因此，相應的電流密度是相等的。這意味著，如果感測FET是具有N倍小的溝道但匹配的器件，則其電流相比于流過功率器件的電流線性地成比例且小N倍(N～1000至10,000)。

用于感測電流的感測FET方法通常比其他現有技術更精確，但是該方法仍然具有缺點。例如，感測FET方法的精確度受到感測FET和功率FET的匹配性能的限制，匹配性能往往隨著較大的N值而降低。另外，像R_DS(on)感測一樣，感測FET方法要求采樣保持電容器在關斷時間期間將所感測的電流以電壓形式進行保持。由于在電容器兩端可能發生的瞬態尖峰，可能引入噪聲。

附圖說明

參考以下附圖描述了本發明的非限制性且非窮舉性的實施方案，其中，除非另有說明，相同的附圖標記在各個視圖中指代相同的部件。

圖1是具有連續線性感測電流響應的示例性電流感測電路的電路框圖。

圖2是帶有連續線性感測電流響應的示例性電流感測電路的詳細電路示意圖。

圖3是示出了所感測的電流與主開關電流的線性關系的示例性曲線圖。

貫穿附圖的多個視圖，相應的參考字符指示相應的部件。技術人員將認識到，附圖中的元件是為了簡潔和清楚而被例示出的，并且附圖中的元件不一定按比例繪制。例如，附圖中的一些元件的尺寸相對于其他元件可能被放大以幫助增進對本發明的各個實施方案的理解。而且，通常不示出在商業上可行的實施方案中有用或必需的常見但是公知的元件，以便較少地妨礙對本發明的這些不同實施方案的察看。

具體實施方式

在下面的描述中，闡述了具體細節，諸如器件類型、電壓、部件值、電路配置等，以便提供對所描述的實施方案的透徹理解。然而，相關領域的普通技術人員將認識到，不必需使用這些具體細節來實踐所描述的實施方案。還認識到，為了避免使所描述的實施方案模糊，沒有詳細描述或以框圖形式示出公知的電路結構和元件。

貫穿本說明書提到的“一個實施方案”、“實施方案”、“一個實施例”或“實施例”意味著結合該實施方案或實施例描述的具體特征、結構或特性包括在本發明的至少一個實施方案中。因此，貫穿本說明書在多處出現的短語“在一個實施方案中”、“在實施方案中”、“一個實施例”或“實施例”不一定全都指代相同的實施方案或實施例。此外，具體特征、結構或特性可以在一個或多個實施方案或實施例中以任何合適的組合和/或子組合進行組合。具體特征、結構或特性可以包括在集成電路、電子電路、組合邏輯電路或提供所描述的功能的其他合適的部件中。此外，認識到，本文提供的附圖是用于向本領域普通技術人員解釋的目的。