CN106601818A - 带电流检测功能的场效应管及电流检测电路和检测方法 - Google Patents

带电流检测功能的场效应管及电流检测电路和检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及带电流检测功能的场效应管及电流检测电路和检测方法，该场效应管包括栅极、漏极、源极以及电流检测输出极，电流检测输出极上设有检测电极，所述检测电极与所述源极之间设有隔离板，当电流从所述漏极流入，分别从源极以及检测电极流出。本发明通过在源极上连接一个检测电极，将流入场效应管的漏极的电流分成两路，一路电流从检测电极流出，另一路从源极流出，通过调节检测电极与源极的面积比例，调整两路电流之间的比值，检测电流与漏极电流等比例同时变化，调整经过检测电极的电流较小，经过加入放大器，对检测的电压信息进行放大，实现小功耗、高精度的电流检测，同时不受温度的影响，采样精准度高，更加稳定。

Description

带电流检测功能的场效应管及电流检测电路和检测方法
技术领域
本发明涉及场效应管的技术领域，更具体地说是指带电流检测功能的场效应管及电流检测电路和检测方法。
背景技术
场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。主要有两种类型(junction FET-JFET)和金属-氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductorFET，简称MOS-FET)。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。
一般场效应管的结构中只有gate、source和drain三个电极，如图1所示，其中drain在背面引出，场效应管在驱动应用中，需要外置电阻才能做电流检测；如图3所示，在主回路中串入小阻值大功率电阻作为电流采样，它将电流转换为电压信号再经过运算放大后供给后级控制电路，这样就引入了一个很大的功率损耗；为了减小功率损耗直接采样场效应管的导通内阻作为电流采样电阻，如图4所示，但由于场效应管的导通内阻随结温的变化较大往往电流采样不准，随温度的变化，检测电流会有很大偏差。
因此，有必要设计一种带电流检测功能的场效应管，实现小功耗、高精度的电流检测，同时不受温度的影响，采样精准度高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供带电流检测功能的场效应管及电流检测电路和检测方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：带电流检测功能的场效应管，包括栅极、漏极、源极以及电流检测输出极，所述电流检测输出极上设有检测电极，所述检测电极与所述源极之间设有隔离板，当电流从所述漏极流入，分别从源极以及检测电极流出。
其进一步技术方案为：所述检测电极的电流与所述漏极的电流为等比例变化的关系。
其进一步技术方案为：所述源极为金属片，所述源极上设有供所述检测电极引出的区域。
本发明提供了电流检测电路，包括采样电路，所述采样电路包括上述的带电流检测功能的场效应管以及采样电阻Rsence，所述采样电阻Rsence，所述场效应管的源极接地，所述场效应管的检测电极与所述采样电阻Rsence的一端连接，所述采样电阻Rsence的另一端接地，电流从漏极流入，分别从检测电极以及源极流出，大部分电流从源极流出，小部分电流从检测电极流出，经过采样电阻Rsence转换成电压信息。
其进一步技术方案为：所述采样电阻Rsence为小功率电阻。
其进一步技术方案为：所述电流检测电路还包括放大电路，所述放大电路接收所述采样电阻输出的电压信息，对所述电压信息进行放大输出。
其进一步技术方案为：所述放大电路包括同相放大器，所述同相放大器的正输入端通过电阻R1与所述采样电阻Rsence的一端连接；所述同相放大器的负输入端通过限流电阻R3接地。
其进一步技术方案为：所述同相放大器的正输入端与电阻R1之间连接有接地的滤波电容C1，所述同相放大器的输出端连接有反馈电阻R2,所述反馈电阻R2的一端连接在所述限流电阻R3与同相放大器的负输入端之间。
本发明还提供了电流检测电路的检测方法，所述方法包括：
电流从场效应管的漏极流入，分别从检测电极以及源极流出，大部分电流从源极流出，小部分电流从检测电极流出，经过采样电阻Rsence转换成电压信息，电压信号经过同相放大器放大后，获取检测的电压伏值，根据电压信号和检测电流成一定的比例关系，计算获得检测的电流值。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的带电流检测功能的场效应管，通过在源极上连接一个检测电极，将流入场效应管的漏极的电流分成两路，一路电流从检测电极流出，另一路从源极流出，通过调节检测电极与源极的面积比例，调整两路电流之间的比值，检测电流与漏极电流等比例同时变化，调整经过检测电极的电流较小，经过加入放大器，对检测的电压信息进行放大，实现小功耗、高精度的电流检测，同时不受温度的影响，采样精准度高，更加稳定。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为现有的场效应管的结构示意图；
图2为本发明具体实施例提供的带电流检测功能的场效应管的结构示意图；
图3为现有的第一种电流检测电路的电路原理图；
图4为现有的第二种电流检测电路的电路原理图；
图5为本发明具体实施例提供的电流检测电路的电路原理图。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图2和图5所示的具体实施例，本实施例提供的带电流检测功能的场效应管，可以运用在电流检测或者运用在电流检测转换到电压检测的过程中，实现小功耗、高精度的电流检测，同时不受温度的影响，采样精准度高。
带电流检测功能的场效应管，包括栅极、漏极、源极以及电流检测输出极，所述电流检测输出极上设有检测电极，所述检测电极与所述源极之间设有隔离板，当电流从所述漏极流入，分别从源极以及检测电极流出。
上述的场效应管的栅极以及源极在正面引出，漏极在背面引出，检测电极则依附在源极上，检测电极和漏极电流的变化同步。
更进一步的，所述检测电极的电流与所述漏极的电流为等比例变化的关系。在检测电流变化时，由于温度的变化，会导致检测电流漂移，本实施例中，检测电极的电流和源极的电流等比例变化，因此，在检测电流时，检测电极的电流也是与漏极电流同时变化，更精确更稳定。
在本实施例中，检测电极直接从源极出引出，具有相同的驱动电压，用于各自的芯片的面积比例关系，使得总输入的电流依据各自的面积比例关系，分成两路电流分别从源极以及检测电极流出，通过调节面积比例关系，可以和没有加入检测电极的主场效应管的电流等比例变化，对于温度电压变化影响很小，可以达到同步的目的。
更进一步的，检测电极与所述源极之间设有隔离板。该隔离板用于隔离检测电极与源极，是源极和检测电极在工作时不会互相干扰。
在本实施例中，源极为金属片，上述的源极上设有供检测电极引出的区域，通过增加检测电极，提升采样精度，同时，可以调节检测电极与源极的各自芯片之间的面积比例，从而减少整个场效应管在运用过程的功耗。
当然，于其他实施例，上述的源极还可以是其他形状的金属品。
上述的带电流检测功能的场效应管使用时，因为流入场效应管的电流Id和检测电极的检测电流Is有一定的等比例关系，即：K＝Id/Is,这里的K值是由源极与检测电极之间的面积比例决定的，当场效应管流过一定的电流Id时，则检测电极的检测电流Is和流入场效应管的电流Id成一定的比例关系，即Is＝Id/K，检测电流Is流过小功率电阻Rsence，将电流信号转换为电压信号，由于此电压信号伏值较小，因此再通过同相放大器放大后的伏值为Uo＝(1+R2/R3)*Is*Rsence,此电压信号和流入场效应管的电流Id成一定的比例关系，因此实现了小功率损耗、高精度的电流到电压信号的转换。
上述的带电流检测功能的场效应管，通过在源极上连接一个检测电极，将流入场效应管的漏极的电流分成两路，一路电流从检测电极流出，另一路从源极流出，通过调节检测电极与源极的面积比例，调整两路电流之间的比值，检测电流与漏极电流等比例同时变化，调整经过检测电极的电流较小，经过加入放大器，对检测的电压信息进行放大，实现小功耗、高精度的电流检测，同时不受温度的影响，采样精准度高，更加稳定。
如图5所述，是本实施例提供的电流检测电路，其包括采样电路，所述采样电路包括上述的带电流检测功能的场效应管Q1以及采样电阻Rsence，采样电阻Rsence，场效应管Q1的源极接地，场效应管Q1的检测电极与采样电阻Rsence的一端连接，采样电阻Rsence的另一端接地，电流从漏极流入，分别从检测电极以及源极流出，大部分电流从源极流出，小部分电流从检测电极流出，经过采样电阻Rsence转换成电压信息。
流过场效应管Q1的电流Id和从检测电极流出的检测电流Is有一定的等比例关系，即：K＝Id/Is,当场效应管Q1流过一定的电流Id时，则检测电流Is由于和Id电流成一定的比例关系，即Is＝Id/K，检测电流Is流过采样电阻Rsence，将电流信号转换为电压信号。
更进一步的，采样电阻Rsence为小功率电阻。
具体的，上述的采样电阻Rsence为小功率贴片电阻，当然，于其他实施例，上述的采样电阻Rsence可以为小阻值小功率的电阻。
更进一步的，电流检测电路还包括放大电路，放大电路接收采样电阻输出的电压信息，对电压信息进行放大输出。检测电流Is流过采样电阻Rsence，将电流信号转换为电压信号，由于此电压信号伏值较小，因此再通过放大电路放大后，实现了小功率损耗、高精度的电流到电压信号的转换。
另外，放大电路包括同相放大器，同相放大器的正输入端通过电阻R1与采样电阻Rsence的一端连接；所述同相放大器的负输入端通过限流电阻R3接地。检测电流Is流过采样电阻Rsence，将电流信号转换为电压信号，由于此电压信号伏值较小，因此再通过同相放大器放大后的伏值为Uo＝(1+R2/R3)*Is*Rsence，此电压信号和Id电流成一定的比例关系，因此实现了小功率损耗、高精度的电流到电压信号的转换。
具体的，同相放大器的正输入端与电阻R1之间连接有接地的滤波电容C1，同相放大器的输出端连接有反馈电阻R2,反馈电阻R2的一端连接在限流电阻R3与同相放大器的负输入端之间。
上述的电流检测电路，通过采用带电流检测功能的场效应管Q1，流过场效应管Q1的电流Id和检测电流Is有一定的等比例关系，即：K＝Id/Is,当MOSFET流过一定的电流Id时，则检测电流Is由于和Id电流成一定的比例关系，即Is＝Id/K，检测电流Is流过采样电阻Rsence，将电流信号转换为电压信号，再通过同相放大器放大后的伏值为Uo＝(1+R2/R3)*Is*Rsence,此电压信号和Id电流成一定的比例关系，实现小功率损耗、高精度的电流到电压信号的转换，不受温度的影响，采样精准度高。
本实施例还提供了电流检测电路的检测方法，该方法包括：电流从场效应管Q1的漏极流入，分别从检测电极以及源极流出，大部分电流从源极流出，小部分电流从检测电极流出，经过采样电阻Rsence转换成电压信息，电压信号经过同相放大器放大后，获取检测的电压伏值，根据电压信号和检测电流成一定的比例关系，计算获得检测的电流值。
具体的，过场效应管Q1的电流Id和检测电流Is有一定的等比例关系，即：K＝Id/Is,当MOSFET流过一定的电流Id时，则检测电流Is由于和Id电流成一定的比例关系，即Is＝Id/K，检测电流Is流过采样电阻Rsence，将电流信号转换为电压信号，再通过同相放大器放大后的伏值为Uo＝(1+R2/R3)*Is*Rsence,此电压信号和Id电流成一定的比例关系，通过计算，获取检测电流的大小。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.带电流检测功能的场效应管，其特征在于，包括栅极、漏极、源极以及电流检测输出极，所述电流检测输出极上设有检测电极，所述检测电极与所述源极之间设有隔离板，当电流从所述漏极流入，分别从源极以及检测电极流出。
2.根据权利要求1所述的带电流检测功能的场效应管，其特征在于，所述检测电极的电流与所述漏极的电流为等比例变化的关系。
3.根据权利要求2所述的带电流检测功能的场效应管，其特征在于，所述源极为金属片，所述源极上设有供所述检测电极引出的区域。
4.电流检测电路，其特征在于，包括采样电路，所述采样电路包括权利要求1至3任一项所述的带电流检测功能的场效应管以及采样电阻Rsence，所述采样电阻Rsence，所述场效应管的源极接地，所述场效应管的检测电极与所述采样电阻Rsence的一端连接，所述采样电阻Rsence的另一端接地，电流从漏极流入，分别从检测电极以及源极流出，大部分电流从源极流出，小部分电流从检测电极流出，经过采样电阻Rsence转换成电压信息。
5.根据权利要求4所述的电流检测电路，其特征在于，所述采样电阻Rsence为小功率电阻。
6.根据权利要求5所述的电流检测电路，其特征在于，所述电流检测电路还包括放大电路，所述放大电路接收所述采样电阻输出的电压信息，对所述电压信息进行放大输出。
7.根据权利要求6所述的电流检测电路，其特征在于，所述放大电路包括同相放大器，所述同相放大器的正输入端通过电阻R1与所述采样电阻Rsence的一端连接；所述同相放大器的负输入端通过限流电阻R3接地。
8.根据权利要求7所述的电流检测电路，其特征在于，所述同相放大器的正输入端与电阻R1之间连接有接地的滤波电容C1，所述同相放大器的输出端连接有反馈电阻R2,所述反馈电阻R2的一端连接在所述限流电阻R3与同相放大器的负输入端之间。
9.电流检测电路的检测方法，其特征在于，所述方法包括：
电流从场效应管的漏极流入，分别从检测电极以及源极流出，大部分电流从源极流出，小部分电流从检测电极流出，经过采样电阻Rsence转换成电压信息，电压信号经过同相放大器放大后，获取检测的电压伏值，根据电压信号和检测电流成一定的比例关系，计算获得检测的电流值。
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