CN107450014A - 用于半导体晶体管器件的集成线性电流感测电路系统 - Google Patents
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Abstract
用于感测流过晶体管器件的电流的集成电路(IC)，包括基板和电流缩放电路，该电流缩放电路包括第一MOSFET器件和第二MOSFET器件。第一MOSFET器件具有在第一节点处耦接至开关FET的漏极和耦接至基板的源极。第二MOSFET器件具有耦接至基板的源极和耦接至第二节点的漏极。第一MOSFET器件的沟道尺寸比第二MOSFET器件的沟道尺寸大K倍。包括了电路系统，该电路系统使第一MOSFET器件和第二MOSFET器件二者两端的电压相等。
Description
技术领域
本申请总体上涉及半导体开关器件中的电流感测技术；更具体地，涉及感测来自氮化镓(GaN)常导通高电子迁移率场效应晶体管(HEMFET)器件的电流。
背景技术
存在已知的半导体开关器件中的电流感测的方法。例如，一种简单的电流感测电路利用串联连接在电流流动路径中的感测电阻器，其中感测电阻器两端的压降与电流线性地成比例。然而，感测电阻器中的功率损耗以及源极电压对开关电流的变化使得该方法对于某些类型的需要高效率的高性能功率转换器装置而言是不可接受的。
电流感测的另一种常见方法是通过利用已知的开关漏极-源极导通电阻(被称为RDS(on))。功率供应电路中的开关器件(例如MOSFET)通常将电流从输入电源传送到输出负载。当开关传导电流时，开关具有可以用作串联感测电阻器的特性串联电阻。因此，可以通过感测开关两端的电压并知晓其特性阻抗来推断电流，即ID＝VDS/RDS(on)。当开关导通并且其两端的电压因此较小时，MOSFET处于其正常导通状态区并且像线性电阻器那样起作用。
电流感测的又一种已知技术是通过内部内置的感测FET，该感测FET是通过感测通过主开关的导通沟道的一小部分(漂移区)的电流来限定的。如果功率开关是在芯片上的，则通过使用较小的匹配的感测FET(例如，电流镜配置中)来改善感测通过MOSFET的电流的公差。通过将主漏极短接到感测漏极以及将主源极短接到感测源极而使主功率FET和感测FET二者的栅极-源极电压和漏极-源极电压相等。漏极电流ID是栅极-源极电压VGS和漏极-源极电压VDS的函数；因此，相应的电流密度是相等的。这意味着，如果感测FET是具有N倍小的沟道但匹配的器件，则其电流相比于流过功率器件的电流线性地成比例且小N倍(N～1000至10,000)。
用于感测电流的感测FET方法通常比其他现有技术更精确，但是该方法仍然具有缺点。例如，感测FET方法的精确度受到感测FET和功率FET的匹配性能的限制，匹配性能往往随着较大的N值而降低。另外，像RDS(on)感测一样，感测FET方法要求采样保持电容器在关断时间期间将所感测的电流以电压形式进行保持。由于在电容器两端可能发生的瞬态尖峰，可能引入噪声。
附图说明
参考以下附图描述了本发明的非限制性且非穷举性的实施方案，其中，除非另有说明，相同的附图标记在各个视图中指代相同的部件。
图1是具有连续线性感测电流响应的示例性电流感测电路的电路框图。
图2是带有连续线性感测电流响应的示例性电流感测电路的详细电路示意图。
图3是示出了所感测的电流与主开关电流的线性关系的示例性曲线图。
贯穿附图的多个视图，相应的参考字符指示相应的部件。技术人员将认识到，附图中的元件是为了简洁和清楚而被例示出的，并且附图中的元件不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸相对于其他元件可能被放大以帮助增进对本发明的各个实施方案的理解。而且，通常不示出在商业上可行的实施方案中有用或必需的常见但是公知的元件，以便较少地妨碍对本发明的这些不同实施方案的察看。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了具体细节，诸如器件类型、电压、部件值、电路配置等，以便提供对所描述的实施方案的透彻理解。然而，相关领域的普通技术人员将认识到，不必需使用这些具体细节来实践所描述的实施方案。还认识到，为了避免使所描述的实施方案模糊，没有详细描述或以框图形式示出公知的电路结构和元件。
贯穿本说明书提到的“一个实施方案”、“实施方案”、“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在多处出现的短语“在一个实施方案中”、“在实施方案中”、“一个实施例”或“实施例”不一定全都指代相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行组合。具体特征、结构或特性可以包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件中。此外，认识到，本文提供的附图是用于向本领域普通技术人员解释的目的。
在本申请的上下文中，当晶体管处于“关断状态”或“关断”时，晶体管基本上不传导电流。相反，当晶体管处于“导通状态”或“导通”时，晶体管基本上能够传导电流。举例来说，在一个实施方案中，高压晶体管包括N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS)，其中高压在第一端子即漏极和第二端子即源极之间被承受。高压MOSFET包括由集成控制电路驱动的功率开关，以调节提供给负载的能量。为了本公开内容的目的，“接地”或“接地电位”是指如下参考电压或参考电位：相对于其限定或测量电子电路或集成电路(IC)的所有其他电压或电位。
本公开内容针对可以与任何开关器件集成以提供电流感测的电流感测电路和运行方法。在一个实施方案中，使用氮化镓高迁移率晶体管(GaN HEMT)作为开关器件。在一个实施例中，通过源极耦接至半导体基板的共源共栅(cascode)MOSFET来感测流过GaN HEMT的电流，从而避免了对感测电阻器的需要。在特定的实现方式中，GaN HEMT开关器件被建模为与低压主MOSFET器件共源共栅的常导通(normally on，常通)高压JFET器件。在一个实施方案中，电流感测电路包括带有第二感测MOSFET的电流缩放块，该第二感测MOSFET被以单片形式地制造在与主MOSFET相同的半导体基板上。相对于主MOSFET，感测MOSFET的尺寸按比率K:1缩减，其中K是大于1的整数。
本领域技术人员将认识到，该配置不需要低侧感测MOSFET上的浮置源极引脚；替代地，主MOSFET和感测MOSFET二者的源极均直接连接至基板。消除对浮置低侧MOSFET的需要提供了不需要感测电阻器的额外优点。众所周知，感测电阻器的温度系数与MOSFET的温度系数不同。另外，在芯片上实现精确的多晶硅电阻器通常需要大的面积。使用单片按比率的(缩放的)双低侧MOSFET的另一优点是，相对于低侧共源共栅MOSFET上的主MOSFET，感测MOSFET的栅极-源极电压没有差异(去-偏压)。
在一个实施方案中，电流感测电路还包括电压均衡器和调制块/电路系统。调制电路系统调制流过第二感测MOSFET的电流，这均衡了主MOSFET器件和第二感测MOSFET二者上的漏极-源极电压。
在一个实施方案中，主MOSFET器件和感测MOSFET由相同的栅极驱动信号在相等的漏极电压下控制；因此，如前所述，主MOSFET器件和感测MOSFET二者均以相等的电流密度运行。由于尺寸比率K，流过主MOSFET器件和感测MOSFET的电流各自分别与它们的沟道尺寸成比例。在一个实现方式中，流过感测MOSFET的减小的(缩减的)电流被保持在预定极限以下，以维持电流缩放精确度。
图1是与没有电流感测(例如没有感测FET，或者未使用RDS(ON)或用于电流感测的外部感测电阻器)的半导体开关器件110一起使用的示例性电流感测电路190的电路框图。如图所示，开关电压VSW103和开关电流ISW104被施加至半导体开关器件110。在所示的实施例中，控制/驱动信号105(例如，脉冲宽度调制PWM信号)被施加至半导体开关器件110的控制端子。
在一个实现方式中，半导体开关器件110是宽带GaN HEMT，其可以被建模为带有接地控制端子的常导通高压结型场效应晶体管(JFET)，JFET与接收栅极驱动信号的低压主MOSFET晶体管共源共栅(参见图2)。开关电流104可以以电流传送比率K:1(K＝IA/IB；K＞＞1)流过电流缩放块150。在一个实施例中，可以包括与GaN HEMT共源共栅的低压MOSFET部分作为电流缩放块150的一部分。
到电流缩放块150的输入电流信号154与开关电流104基本上相同。输出的缩减电流信号156连续且线性地跟随输入电流信号154。通过调制器140确保了输出电流信号156与输入电流信号154的线性关系。在运行中，调制器140可以将均衡信号138注入到电流缩放块150的输出电流信号156中。内部IC供电电压Vsupply180提供供电电流165，该供电电流在被调制器140调制之后形成输出电流信号156。
示出了电压均衡器130具有耦接至节点A的第一输入端和耦接至节点B的第二输入端，从而分别接收电压VA和VB。在运行中，电压均衡器块130产生均衡信号138，该均衡信号输入至调制电流信号165的调制器140，使得节点B处的电压VB跟踪并且基本上等于节点A处的电压VA。对于其中电压均衡器块130的第一输入端子可能对存在于输入节点处VA(瞬态或正常)的任何可能的高压脉冲或尖峰敏感的应用，可以添加可选的高压阻断电路120(如图所示)，以防止对电压均衡器130的第一输入端子的可能的损坏。
本领域技术人员将认识到，对通过电流缩放电路块150提供的电流缩放比率存在实际限制。在其中需要非常高的电流减小(大的K值)的情况下，则可以在输出级添加一个或多个电流镜级。举例来说，图1的电路框图示出了供电电压180和调制器140之间的连接路径中包括的具有电流比率M:1的电流镜160。因此，在所示的实施例中，开关电流Isw(104)与感测电流(电流感测信号166)的总比率增加到(K×M):1。这意味着流过感测MOSFET 170的感测电流166是两个因子K和M的倍数。注意，在一个实施方案中，M＝1，而在其他实施方案中，M是大于1的整数。还要注意，图1中示出的所有信号均参考接地电位101。
图2是带有对主开关电流204的连续线性感测电流响应的示例性电流感测电路的详细电路示意图。在图2所示的实施例中，开关器件210包括由与低压MOSFET 253(例如，硅MOSFET)共源共栅(串联)的高压JFET 206表示的GaN HEMT。JFET 206的控制端子205耦接至接地电位201，这保持JFET 206作为可以缓冲共源共栅低压MOSFET 253上的高开关电压的常导通器件运行。可选的高压阻断电路220——在一个实施例中由其控制端子接地的常导通JFET开关Q1 222组成——被示为耦接至节点VA215。高压阻断电路220可以防止有害影响并防止电压均衡器230上的高电位损坏。
低压MOSFET 253是单片电流缩放电路块250的一部分，该单片电流缩放电路块由在它们的控制端子上接收相同的栅极/驱动信号254的两个MOSFET开关253和255组成。单片MOSFET开关253和255二者均具有相同的特性参数，但是尺寸不同以实现电流比率K:1。
MOSFET开关253和255的漏极电压分别为VA215和VB245，通过调制流过MOSFET开关255的电流256被迫保持相等。调制器240调制电流256。使MOSFET开关253和255上的电压固定为相等意味着通过MOSFET开关253和255的相应沟道的电流密度相等。结果，通过每个MOSFET开关253和255的总电流与它们相应的沟道尺寸(即，MOSFET沟道的宽度/长度)成比例。如图所示，MOSFET开关253和255的相应沟道尺寸被设计成提供K:1的电流比率，其中K是大于1的整数(通常数量级较大)。
在图2的实施例中，电路块230是用作电压均衡器的运算放大器(OpAmp)。OpAmp230分别在正(+)输入端子234和负(-)输入端子236处接收来自MOSFET开关253和255的漏极电压信号VA215和VB245。在一个实施方案中，如果在节点VA215上出现高于约20-25V的电压，则可以可选地在+OpAmp输入端子234和节点A之间连接高压阻断电路220。如图2所示，高压阻断电路220可以由其控制端子接地的常导通JFET开关Q1 222来实现，以防止对+OpAmp输入端子234的潜在损坏。
示出了从OpAmp 235输出的均衡信号238耦接至调制器240的输入处的电阻器242。电阻器242的另一端连接至MOSFET Q2 244的控制端子(栅极)。在该配置中，流过以线性模式运行的MOSFET Q2 244的电流通过施加至Q2 244的控制端子的均衡信号238被调制。在另一实施方案中，MOSFET Q2 244可以用双极结型晶体管(BJT)或其他类型的场效应晶体管代替。如图所示，均衡信号238控制MOSFET Q2 244的主端子之间的压降，以迫使节点B处的电压VB等于节点A处的电压VA。单片MOSFET晶体管M1 253和M2 244——它们接收相同的栅极驱动信号254——上的节点A电压VA和节点B电压VB相等迫使MOSFET晶体管M1 253和M2 244中的电流密度相等。这导致流过MOSFET晶体管M1 253和M2 244的相应电流与它们的所选择/设计的尺寸比成比例。在一个实施例中，流过MOSFET M2 244的电流缩减到流过MOSFET M1253的电流的1/K倍。
继续图2的实施例，缩减的电流265(其与流过MOSFET M2 244的电流256相同)可以流过耦接至供电电压Vsupply280的电流镜260。在一个实施例中，电流镜260包括耦接至节点B的第一侧和耦接至电流感测元件270的第二侧。在所示的实施例中，电流镜包括PMOS晶体管262和264，它们共享公共栅极节点并且被适当地设定尺寸以提供电流镜比率M:1，其中M是大于或等于1的整数。这意味着流过PMOS晶体管264(电流镜的第二侧)的感测电流266与流过PMOS晶体管262(电流镜的第一侧)的电流265相比减小到1/M。注意，电流感测元件或部件270可以用于感测/监测感测电流266。感测元件/部件270可以包括控制器中的电流监测或保护块。总而言之，如在开关电流Isw204和感测电流266之间的总电流减少等于K×M。认识到，在某些高开关电流应用中，可以添加额外的共源共栅电流镜级，以进一步减小缩减的感测电流。
图3是示出了针对图1和图2的示例性实施方案的所感测的电流与主开关电流的线性关系的示例性曲线图。本领域技术人员将认识到，线350所示的线性电流关系延伸超过开关电流电平335(如虚线330所示)，该开关电流电平表示使用固定值电流源的现有技术方法中的过电流检测点。过去的依靠固定值电流源来表示开关器件的电流阈值/极限的方法通常不能维持在电流IFIX335以上或以下的线性响应。
本领域技术人员将理解，所公开的主题可以以不同的形式和变体来实现。开关器件可以由任何分立或集成的Si、SiC、GaN或其他类型的高电子迁移率半导体开关组成。
所例示的示例性实施方案的以上描述，包括摘要中所描述的内容，不旨在是对所公开的确切形式或结构进行穷举或限制。虽然出于例示的目的在此描述了主题的具体实施方案和实施例，但是在不脱离本发明的较广泛的精神和范围的情况下，可以进行各种等同修改。实际上，认识到，具体的示例性电流、电压、电阻、器件尺寸等都是为了解释的目的而提供的，并且根据本发明的教导也可以在其他实施方案和实施例中采用其他值。
Claims (20)
1.一种用于感测流过晶体管器件的主电流的集成电路(IC)，所述IC包括：
基板；
电流缩放电路，所述电流缩放电路包括第一MOSFET器件和第二MOSFET器件，所述第一MOSFET器件具有在第一节点处耦接至所述晶体管器件的漏极和耦接至所述基板的源极，所述第二MOSFET器件具有耦接至所述基板的源极和耦接至第二节点的漏极，所述第一MOSFET器件和第二MOSFET器件各自具有被共同耦接以接收栅极驱动信号的栅极，与所述第二MOSFET器件相比，所述第一MOSFET器件具有K倍大的沟道尺寸，其中，K是大于1的整数，从而在运行中在所述第一MOSFET器件和第二MOSFET器件之间产生电流比率K:1；以及
电路系统，所述电路系统耦接至所述第一节点和所述第二节点，所述电路系统使所述第一MOSFET器件和所述第二MOSFET器件二者上的电压相等。
2.根据权利要求1所述的IC，还包括电流镜，所述电流镜具有耦接至所述第二节点的第一侧以及第二侧，次级电流流过所述第一侧，并且感测电流流过所述电流镜的第二侧。
3.根据权利要求1所述的IC，其中，所述第一MOSFET器件的源极和第二MOSFET器件的源极直接连接至所述基板。
4.根据权利要求1所述的IC，其中，所述电路系统包括均衡电路，所述均衡电路具有耦接至所述第一节点的第一输入端和耦接至所述第二节点的第二输入端，所述均衡电路响应于所述第一输入端和所述第二输入端这两端之间的电压差而输出均衡信号。
5.根据权利要求4所述的IC，其中，所述电路系统还包括调制电路，所述调制电路被耦接以接收所述均衡信号，并且响应于所述均衡信号调制流过所述第二MOSFET器件的次级电流，以均衡所述第一MOSFET器件和所述第二MOSFET器件二者上的电压。
6.根据权利要求2所述的IC，其中，所述电流镜的第一侧包括耦接在供电电压和所述第二节点之间的第一PMOS晶体管，所述电流镜的第二侧包括耦接至所述供电电压的第二PMOS晶体管，所述第一PMOS晶体管和所述第二PMOS晶体管各自具有共同耦接至所述第二节点的栅极。
7.根据权利要求6所述的IC，其中，与所述第二PMOS晶体管相比，所述第一PMOS晶体管具有M倍大的尺寸，其中，M是大于或等于1的整数，从而在运行中在所述第一PMOS晶体管和所述第二PMOS晶体管之间产生电流比率M:1。
8.根据权利要求7所述的IC，其中，所述主电流与所述感测电流的总比率为(K×M):1。
9.根据权利要求2所述的IC，其中，所述电流镜还包括一个或多个附加的共源共栅电流镜级。
10.根据权利要求4所述的IC，其中，所述均衡电路包括运算放大器。
11.根据权利要求5所述的IC，其中，所述调制电路包括耦接至所述第二节点的第二晶体管器件。
12.根据权利要求11所述的IC，其中，所述第二晶体管器件是以线性模式运行的MOSFET。
13.根据权利要求11所述的IC，其中，所述第二晶体管器件是以线性模式运行的双极结型晶体管(BJT)。
14.根据权利要求12所述的IC，其中，所述调制电路还包括电阻器，所述电阻器的一端连接至所述MOSFET的栅极并且另一端被耦接以接收所述均衡信号。
15.根据权利要求1所述的IC，其中，所述晶体管器件包括氮化镓(GaN)高电子迁移率FET(HEMFET)。
16.根据权利要求1所述的IC，还包括电流感测部件，所述电流感测部件被耦接以接收所述感测电流。
17.根据权利要求4所述的IC，其中，所述电路系统还包括耦接在所述第一节点和所述均衡电路的第一输入端之间的高压阻断电路。
18.根据权利要求17所述的IC，其中，所述高压阻断电路包括常导通高压JFET。
19.根据权利要求17所述的IC，其中，所述第一MOSFET器件和第二MOSFET器件是具有基本上相同的特性参数的单片器件。
20.根据权利要求7所述的IC，其中，M是大于1的整数。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108226609A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-29 | 上海贝岭股份有限公司 | 用于直流-直流变换器的电流检测电路 |
| CN110095222A (zh) * | 2018-01-29 | 2019-08-06 | 恩智浦美国有限公司 | 具有基于jfet的桥接电路的压阻式转换器 |
| CN110119178A (zh) * | 2018-02-06 | 2019-08-13 | 艾普凌科有限公司 | 基准电压产生装置 |
| CN112654946A (zh) * | 2018-07-04 | 2021-04-13 | 德克萨斯仪器股份有限公司 | 在负载电流的宽范围内稳定的电流感测电路 |
| CN112912738A (zh) * | 2018-11-06 | 2021-06-04 | 日立安斯泰莫株式会社 | 负载驱动装置和变速机的驱动系统 |
| TWI776075B (zh) * | 2018-08-08 | 2022-09-01 | 美商高通公司 | 在用於量測經傳送電力之晶粒上直流至直流轉換器中之電流感測 |
| CN115566061A (zh) * | 2022-10-20 | 2023-01-03 | 英诺赛科(苏州)半导体有限公司 | 一种电子装置、电路及其制造方法 |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180149680A1 (en) * | 2016-11-28 | 2018-05-31 | Qualcomm Incorporated | Voltage buffer for current sensor |
| US10673400B2 (en) * | 2017-11-14 | 2020-06-02 | The Regents Of The University Of Colorado, A Body | Gain stabilization for supply modulated RF and microwave integrated circuits |
| CN111656683B (zh) | 2018-01-30 | 2024-03-08 | 电力集成公司 | 具有校准的参考的信号放大器 |
| US10845396B2 (en) * | 2018-09-19 | 2020-11-24 | Texas Instruments Incorporated | Apparatus and system for wide-range current sensing |
| US11955488B2 (en) | 2019-05-07 | 2024-04-09 | Cambridge Gan Devices Limited | III-V semiconductor device with integrated power transistor and start-up circuit |
| DE102019206820A1 (de) * | 2019-05-10 | 2020-11-12 | Robert Bosch Gmbh | Halbleiterleistungsmodul |
| US11469223B2 (en) | 2019-05-31 | 2022-10-11 | Analog Devices International Unlimited Company | High precision switched capacitor MOSFET current measurement technique |
| JP7237774B2 (ja) * | 2019-08-27 | 2023-03-13 | 株式会社東芝 | 電流検出回路 |
| US11223272B2 (en) | 2019-09-13 | 2022-01-11 | Semiconductor Components Industries, Llc | Uninterrupted current sense |
| US10998843B2 (en) | 2019-09-23 | 2021-05-04 | Power Integrations, Inc. | External adjustment of a drive control of a switch |
| US11437911B2 (en) | 2020-12-22 | 2022-09-06 | Power Integrations, Inc. | Variable drive strength in response to a power converter operating condition |
| US11979090B2 (en) | 2021-08-12 | 2024-05-07 | Power Integrations, Inc. | Power converter controller with branch switch |
| US11942900B2 (en) | 2021-10-14 | 2024-03-26 | Power Integrations, Inc. | Signal compensation with summed error signals |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1229922A (zh) * | 1998-01-16 | 1999-09-29 | 日本电气株式会社 | 电流检测电路 |
| US6031777A (en) * | 1998-06-10 | 2000-02-29 | Integrated Silicon Solution, Inc. | Fast on-chip current measurement circuit and method for use with memory array circuits |
| US20020093366A1 (en) * | 2000-05-04 | 2002-07-18 | Exar Corporation | Wide-band replica output current sensing circuit |
| CN102243262A (zh) * | 2010-04-07 | 2011-11-16 | 松下电器产业株式会社 | 电流检测电路 |
| CN102955058A (zh) * | 2011-08-16 | 2013-03-06 | Nxp股份有限公司 | 电流感测电路 |
| CN103795278A (zh) * | 2012-10-31 | 2014-05-14 | 电力集成公司 | 分离式电流镜线路感测 |
| US20150309524A1 (en) * | 2014-04-28 | 2015-10-29 | Microsemi Corp. - Analog Mixed Signal Group Ltd. | Sense current generation apparatus and method |
Family Cites Families (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4553084A (en) | 1984-04-02 | 1985-11-12 | Motorola, Inc. | Current sensing circuit |
| JPS62114459A (ja) | 1985-11-14 | 1987-05-26 | Hitachi Metals Ltd | リニアモ−タ |
| US4951102A (en) | 1988-08-24 | 1990-08-21 | Harris Corporation | Trench gate VCMOS |
| JP3265712B2 (ja) | 1992-05-25 | 2002-03-18 | 松下電器産業株式会社 | 高耐圧半導体装置及びその製造方法 |
| EP0625797B1 (en) | 1993-05-19 | 1999-08-11 | Consorzio per la Ricerca sulla Microelettronica nel Mezzogiorno | Integrated structure current sensing resistor for power MOS devices, particularly for overload self-protected power MOS devices |
| JP3289518B2 (ja) | 1994-11-14 | 2002-06-10 | 日産自動車株式会社 | トランジスタ・ゲート駆動電圧発生回路 |
| JP3303648B2 (ja) | 1996-02-07 | 2002-07-22 | 横河電機株式会社 | 半導体リレー |
| JP3400237B2 (ja) | 1996-04-30 | 2003-04-28 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
| JP3572853B2 (ja) | 1997-03-12 | 2004-10-06 | 株式会社デンソー | 電流検出機能を有する負荷駆動回路 |
| US6323703B1 (en) * | 2000-05-04 | 2001-11-27 | Exar Corporation | Indirect output current sensing |
| US7345342B2 (en) | 2001-01-30 | 2008-03-18 | Fairchild Semiconductor Corporation | Power semiconductor devices and methods of manufacture |
| US7786533B2 (en) | 2001-09-07 | 2010-08-31 | Power Integrations, Inc. | High-voltage vertical transistor with edge termination structure |
| US6573558B2 (en) | 2001-09-07 | 2003-06-03 | Power Integrations, Inc. | High-voltage vertical transistor with a multi-layered extended drain structure |
| US6998899B2 (en) | 2003-05-12 | 2006-02-14 | Nadd Bruno C | Method and apparatus to remotely sense the temperature of a power semiconductor |
| US7157959B2 (en) | 2004-03-31 | 2007-01-02 | Semiconductor Components Industries, L.L.C. | Method of forming a self-gated transistor and structure therefor |
| US7554152B1 (en) | 2006-01-11 | 2009-06-30 | National Semiconductor Corporation | Versatile system for integrated sense transistor |
| US7859037B2 (en) | 2007-02-16 | 2010-12-28 | Power Integrations, Inc. | Checkerboarded high-voltage vertical transistor layout |
| US8653583B2 (en) | 2007-02-16 | 2014-02-18 | Power Integrations, Inc. | Sensing FET integrated with a high-voltage transistor |
| US7468536B2 (en) | 2007-02-16 | 2008-12-23 | Power Integrations, Inc. | Gate metal routing for transistor with checkerboarded layout |
| JP2009081381A (ja) | 2007-09-27 | 2009-04-16 | Panasonic Corp | 半導体装置 |
| KR101877371B1 (ko) * | 2011-10-14 | 2018-07-12 | 삼성전자주식회사 | 전원 변조기를 보호하기 위한 장치 및 방법 |
| JP5889723B2 (ja) | 2012-06-07 | 2016-03-22 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
| CN103489862B (zh) | 2012-06-12 | 2018-05-22 | 恩智浦美国有限公司 | 功率mosfet电流传感结构和方法 |
| US9195252B1 (en) | 2013-03-14 | 2015-11-24 | Maxim Integrated Products, Inc. | Method and apparatus for current sensing and measurement |
| US9152163B1 (en) | 2014-05-15 | 2015-10-06 | Infineon Technologies Austria Ag | Regulation of a load current-to-sensing current ratio in a current sensing power metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) |
| US9444414B2 (en) | 2014-07-11 | 2016-09-13 | Qualcomm Incorporated | Current sense circuit using a single opamp having DC offset auto-zeroing |
| CN107078161A (zh) | 2014-08-19 | 2017-08-18 | 维西埃-硅化物公司 | 电子电路 |
-
2016
- 2016-05-13 US US15/154,702 patent/US9983239B2/en active Active
-
2017
- 2017-05-08 JP JP2017092413A patent/JP2017208814A/ja active Pending
- 2017-05-12 CN CN201710335461.8A patent/CN107450014A/zh active Pending
- 2017-05-12 EP EP17170829.0A patent/EP3244219A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1229922A (zh) * | 1998-01-16 | 1999-09-29 | 日本电气株式会社 | 电流检测电路 |
| US6031777A (en) * | 1998-06-10 | 2000-02-29 | Integrated Silicon Solution, Inc. | Fast on-chip current measurement circuit and method for use with memory array circuits |
| US20020093366A1 (en) * | 2000-05-04 | 2002-07-18 | Exar Corporation | Wide-band replica output current sensing circuit |
| US6624671B2 (en) * | 2000-05-04 | 2003-09-23 | Exar Corporation | Wide-band replica output current sensing circuit |
| CN102243262A (zh) * | 2010-04-07 | 2011-11-16 | 松下电器产业株式会社 | 电流检测电路 |
| CN102955058A (zh) * | 2011-08-16 | 2013-03-06 | Nxp股份有限公司 | 电流感测电路 |
| CN102955058B (zh) * | 2011-08-16 | 2015-07-08 | Nxp股份有限公司 | 电流感测电路 |
| CN103795278A (zh) * | 2012-10-31 | 2014-05-14 | 电力集成公司 | 分离式电流镜线路感测 |
| US20150309524A1 (en) * | 2014-04-28 | 2015-10-29 | Microsemi Corp. - Analog Mixed Signal Group Ltd. | Sense current generation apparatus and method |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108226609A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-29 | 上海贝岭股份有限公司 | 用于直流-直流变换器的电流检测电路 |
| CN108226609B (zh) * | 2017-12-27 | 2020-02-07 | 上海贝岭股份有限公司 | 用于直流-直流变换器的电流检测电路 |
| CN110095222A (zh) * | 2018-01-29 | 2019-08-06 | 恩智浦美国有限公司 | 具有基于jfet的桥接电路的压阻式转换器 |
| CN110095222B (zh) * | 2018-01-29 | 2022-11-22 | 恩智浦美国有限公司 | 具有基于jfet的桥接电路的压阻式转换器和压阻式压力传感器 |
| CN110119178A (zh) * | 2018-02-06 | 2019-08-13 | 艾普凌科有限公司 | 基准电压产生装置 |
| CN112654946A (zh) * | 2018-07-04 | 2021-04-13 | 德克萨斯仪器股份有限公司 | 在负载电流的宽范围内稳定的电流感测电路 |
| TWI776075B (zh) * | 2018-08-08 | 2022-09-01 | 美商高通公司 | 在用於量測經傳送電力之晶粒上直流至直流轉換器中之電流感測 |
| US11637494B2 (en) | 2018-08-08 | 2023-04-25 | Qualcomm Incorporated | Current sensing in an on-die direct current-direct current (DC-DC) converter for measuring delivered power |
| CN112912738A (zh) * | 2018-11-06 | 2021-06-04 | 日立安斯泰莫株式会社 | 负载驱动装置和变速机的驱动系统 |
| CN112912738B (zh) * | 2018-11-06 | 2023-11-17 | 日立安斯泰莫株式会社 | 负载驱动装置和变速机的驱动系统 |
| CN115566061A (zh) * | 2022-10-20 | 2023-01-03 | 英诺赛科(苏州)半导体有限公司 | 一种电子装置、电路及其制造方法 |
| CN115566061B (zh) * | 2022-10-20 | 2024-01-02 | 英诺赛科(苏州)半导体有限公司 | 一种电子装置、电路及其制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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