CN107850912A - 毫伏功率采集fet控制器 - Google Patents

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Abstract

在所描述的用于控制具有第一(250)、第二(240)和第三(245)端子的晶体管(230)的电路和方法的示例中，在第一端子(250)处的电压水平部分控制从第二端子(240)流到第三端子(245)的电流。控制器(260)接收存在于晶体管(230)的第二(240)和第三(245)端子两端的电压并且使用所述电压为控制器(260)的组件供电。控制器(260)为晶体管(230)的第一端子(250)提供电压。控制器(260)通过调节被提供给第一端子(250)的电压来调节在晶体管(230)的第二(240)和第三(245)端子两端的电压。

Description

毫伏功率采集FET控制器
背景技术
电池供电设备通常包括电子保护设施以防止万一反向电池安装、意外短路或其他不当操作对内部电子器件的损害。这样的电子保护设施确保任何反向电流和反向偏压足够低以防止对电池本身或设备的内部电子器件的损害。制造商通常用来实现反向电池保护的一个前端组件是串联二极管。在较高的功率系统(例如，两安培或更高)中，串联二极管两端的电压降可能导致过量的功耗。最近，场效应晶体管已经被用来实施反向电池保护。最近的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)具有非常低的电阻并且因此非常适合以最小的损耗提供反向电流保护。然而，在反向电流情况期间使用FET来保护电池包括使用控制器来调节FET两端的电压降，并且控制器本身消耗微小的功率。
发明内容
在所描述的示例中，一种电路包括晶体管和控制器。该晶体管具有第一、第二和第三端子。在第一端子处的电压水平部分控制从第二端子流到第三端子的电流。控制器接收存在于晶体管的第二和第三端子两端的电压并且使用该电压为控制器的组件供电。控制器向晶体管的第一端子提供电压。控制器通过调节被提供给第一端子的电压来调节晶体管的第二和第三端子两端的电压。
在进一步的示例中，一种电路包括晶体管和控制器。该晶体管具有第一、第二和第三端子。在第一端子处的电压水平部分控制从第二端子流到第三端子的电流。控制器包括电压转换器和控制电路。电压转换器接收存在于晶体管的第二和第三端子两端的电压并且将该电压转换成电源电压，该电源电压是比接收到的电压更高的电压。控制电路由该电源电压供电。控制电路接收存在于晶体管的第二和第三端子两端的电压并且向晶体管的第一端子提供控制电压。控制电路通过调节被提供给第一端子的控制电压来调节晶体管的第二和第三端子两端的电压。
所描述的示例包括一种控制具有第一、第二和第三端子的晶体管的方法，其中在第一端子处的电压水平部分控制从第二端子流到第三端子的电流。根据该方法，接收存在于晶体管的第二和第三端子两端的电压。存在于晶体管的第二和第三端子两端的电压被用来为控制电路供电。控制电路基于存在于晶体管的第二和第三端子两端的电压产生控制电压。控制电路向晶体管的第一端子提供该控制电压。
附图说明
图1是包括为负载供电的电池并且使用用于反向电流保护的晶体管的电路的示意电路图。
图2是NFET晶体管和相关的控制器的示意电路图。
图3是表示控制晶体管的方法的流程图。
具体实施方式
参照附图描述示例性实施例，其中相同的附图标记被用来表示相似或等效的元件。一些行为或事件可以以不同的顺序发生和/或与其他行为或事件并行地发生。此外，可能不需要一些示出的行为或事件来实施根据本公开的方法。
示例性实施例总体上针对于使用存在于被控制的晶体管的端子两端的电压来为晶体管控制器供电。本文关于控制串联保护FET描述了一般概念。示例实施例的方面可以在各种各样的应用中被应用和实施。
图1是包括为负载120供电的电池110和使用用于反向电流保护的晶体管130的电路100的示意电路图。图1示出在电路100的电源路径中的n沟道FET(NFET)130，但是也可以使用p沟道FET来代替NFET，其中电路操作也相应地改变。除了场效应晶体管之外，反向电流保护晶体管130也可以用其他晶体管类型来实施。在电路100中，NFET 130的体二极管135被定向在正常的电流的方向。NFET 130允许正向方向上的电流，即，从NFET 130的源极140到漏极145(即，从电池110到负载120)，并且阻止反向方向上的电流，即，从NFET 130的漏极145到源极140。控制器160接收来自NFET 130的源极140和漏极145的输入。控制器160基于漏源电压Vds产生控制信号或栅极驱动信号。控制器160向NFET 130的栅极150提供栅极驱动信号。以这种方式，控制器160在控制回路中调节漏源电压Vds。在示例实施例的说明性方面中，控制器160也从NFET 130两端的电压降，即，从漏源电压Vds接收其功率。
图2是NFET晶体管230和相关的控制器260的示意电路图。在图2中，NFET 230对应于图1中的NFET 130，并且控制器260对应于图1中的控制器160。控制器260包括电压转换电路265、振荡器270、存储电容器275、差分放大器280，以及偏置电压源285。控制器260从NFET230两端的电压降，即，从漏源电压Vds接收其功率。在说明性性实施例中，控制器260从漏源电压Vds接收其所有功率，而不从其他电源接收任何额外的功率。电压转换电路265接收NFET230的漏源电压Vds并且将其转换成适合为控制器的组件(例如差分放大器280)供电的电压水平。在某些说明性实施例中，电压转换器265包括电容式电荷泵电路，而在其他说明性实施例中，电压转换器265包括感应式升压电路。振荡器270接收NFET 230的漏源电压Vds、产生振荡信号，并且向电压转换电路265提供振荡信号以驱动电荷泵电路。由振荡器270产生的振荡信号可以是方波、脉冲DC信号，或任何其他类型的振荡信号。存储电容器275储存由电压转换电路265产生的电源电压。存储电容器275可以在控制器260的内部或者可以在外部。控制器260可以在没有存储电容器的一些情况下被实施。由电压转换器265产生的电源电压被用来为在图2中由差分放大器280和偏置电压源285表示的控制电路供电，该控制电路通过在控制回路中基于漏源电压Vds控制被提供给NFET 230的栅极250的控制信号的电压来调节NFET 230的漏源电压Vds。在图2中的说明性实施例中，偏置电压源285的电压被添加到NFET 230的源极电压，并且求和的电压信号被提供给差分放大器280的非反相输入端。偏置电压源285的电压水平对应于漏源电压Vds的目标电压水平。NFET 230的漏极电压被提供给差分放大器280的反相输入端。差分放大器280的输出被提供给NFET 230的栅极250。以这种方式，由差分放大器280和偏置电压源285表示的控制电路用于将漏源电压Vds维持在基本上对应于由偏置电压源285表示的目标电压的电压水平。
在操作中，在启动时，因为n沟道FET 230的体二极管取向，如果负载120接通则将有流过体二极管235的初始电流。因此，即使控制器260没有被供电，这也不会中断电流的流动。然而，当电流开始流过体二极管235时，将在NFET 230的源极240和漏极245两端产生电压，具体为PN结的电压。这个电压可以从NFET到NFET以及跨温度变化，但标称上可能大约为0.5V-0.7V。在NFET 230的源极端子240和漏极端子245两端，控制器260也可以看到该电压。使用这个电压，控制器260将有足够的电压导通并启动它自己的电路，即电压转换电路265和振荡器270。
电压转换电路265使用体电压，即，漏源电压Vds(0.5V-0.7V)来产生内部电源电压。在图2的说明性实施例中，该内部电源电压被显示为大约5V，但是这个电压水平仅仅是说明性的，并且可以使用其他内部电源电压水平。在一个说明性实施例中，电压转换器265产生从大约0.5mW至10mW的任何功率。控制器260然后进入调节模式，其中它在受控回路中改变NFET 230的栅极电压以将漏源电压Vds维持在期望目标水平。在图2的说明性实施例中，目标电压被显示为50mV，但是这个电压水平仅仅是说明性的，并且可以使用其他目标Vds水平。在一个说明性实施例中，控制器260将栅极电压维持在恰好足够高以给出足够的Vds从而保持电压转换电路265运行并产生内部电源电压(5V)的水平。如上所述，该内部电源电压被用来为差分放大器280和/或其他控制电路供电。
NFET 230的经调节的源漏电压Vds取决于所使用的NFET器件的阈值电压(Vthreshold)。因此，当Vthreshold跨温度波动时该调节通过改变栅极电压来进行自调整以匹配Vds。
在图2的说明性实施例中，控制器260被显示为包括单个电压转换电路265。在替代实施例中，控制器260可以包括两个独立的电压转换电路以适应在启动时和在调节模式中存在的两个不同的Vds水平。例如，控制器260可以包括被配置为在启动时接收0.5V-0.7V的Vds并且将该Vds转换成内部电源电压(即，5V)的水平的第一电压转换电路，和被配置为在调节模式中接收大约50mV的Vds并且将Vds转换成内部电源电压的水平的第二电压转换电路。可替换地，单个电压转换电路265可以被配置在启动和调节模式两者的Vds水平下工作。类似地，尽管图2显示单个振荡器270，然而在替代实施例中，控制器260可以包括两个独立的振荡器以适应在启动时和在调节模式中存在的两个不同的Vds水平。
图3是表示控制包括第一、第二和第三端子的晶体管的方法的流程图，其中在第一端子处的电压水平部分控制从第二端子流到第三端子的电流。在步骤300处，接收存在于晶体管的第二和第三端子两端的电压。在步骤310处，使用存在于晶体管的第二和第三端子两端的电压为控制电路供电。在步骤32 0处，控制电路基于存在于晶体管的第二和第三端子两端的电压产生控制电压。在步骤330处，控制电路向晶体管的第一端子提供控制电压。
在权利要求的范围内，所描述的实施例的修改时可能的，并且其他实施例时可能的。

Claims (20)

1.一种电路，其包括：
包括第一端子、第二端子和第三端子的晶体管，其中在所述第一端子处的电压水平部分控制从所述第二端子流到所述第三端子的电流；和
控制器，其被配置为接收存在于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压，并且使用所述电压为所述控制器的组件供电，所述控制器进一步被配置为向所述晶体管的所述第一端子提供电压，其中所述控制器可操作以通过调节被提供给所述第一端子的电压来调节所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压。
2.根据权利要求1所述的电路，其中接收到的存在于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压是所述控制器的唯一的功率来源。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述控制器可操作以通过调节被提供给所述晶体管的所述第一端子的电压将所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压维持在预定目标电压。
4.根据权利要求3所述的电路，其中所述预定目标电压对应于为所述控制器的所述组件供电所需要的最小电压。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述晶体管包括场效应晶体管即FET，并且其中所述第一端子包括所述FET的栅极。
6.根据权利要求5所述的电路，其中所述晶体管包括n沟道FET即NFET，所述第二端子包括所述NFET的源极，并且所述第三端子包括所述NFET的漏极。
7.一种电路，其包括：
包括第一端子、第二端子和第三端子的晶体管，其中在所述第一端子处的电压水平部分控制从所述第二端子流到所述第三端子的电流；和
控制器，其包括：被配置为接收存在于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压并且将所述电压转换成电源电压的电压转换器，所述电源电压是比接收到的电压更高的电压；和由所述电源电压供电的控制电路，并且所述控制电路被配置为接收存在于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压并且向所述晶体管的所述第一端子提供控制电压，其中所述控制电路可操作以通过调节被提供给所述第一端子的所述控制电压来调节所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压。
8.根据权利要求7所述的电路，其中所述电压转换器包括被配置为接收存在于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压并且将所述电压转换成电源电压的电荷泵电路，所述电源电压是比接收到的电压更高的电压。
9.根据权利要求8所述的电路，其中所述控制器包括振荡器，所述振荡器被配置为接收存在于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压并且产生振荡信号，并将所述振荡信号提供给所述电荷泵以驱动所述电荷泵电路。
10.根据权利要求8所述的电路，其中所述控制器包括存储电容器，所述存储电容器经耦合以接收和存储由所述电荷泵电路产生的所述电源电压。
11.根据权利要求7所述的电路，其中所述控制电路可操作以通过调节被提供给所述晶体管的所述第一端子的电压将所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压维持在预定目标电压。
12.根据权利要求11所述的电路，其中所述控制电路包括：
由所述电源电压供电的差分放大器，并且所述差分放大器具有耦合到所述晶体管的所述第三端子的反相输入端并且具有耦合到所述晶体管的所述第一端子的输出端；和
耦合在所述晶体管的所述第二端子和所述差分放大器的非反相输入端之间的偏置电压源，所述偏置电压源的电压对应于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的所述目标电压。
13.根据权利要求11所述的电路，其中所述预定目标电压对应于为所述控制电路供电所需要的最小电压。
14.根据权利要求7所述的电路，其中接收到的存在于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压是所述控制电路的唯一的功率来源。
15.根据权利要求7所述的电路，其中所述晶体管包括场效应晶体管即FET，并且其中所述第一端子包括所述FET的栅极。
16.根据权利要求15所述的电路，其中所述晶体管包括n沟道FET即NFET，所述第二端子包括所述NFET的源极，并且所述第三端子包括所述NFET的漏极。
17.一种控制包括第一端子、第二端子和第三端子的晶体管的方法，其中在所述第一端子处的电压水平部分控制从所述第二端子流到所述第三端子的电流，所述方法包括：
接收存在于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压；
使用存在于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压为控制电路供电；
基于存在于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压，利用所述控制电路产生控制电压；和
利用所述控制电路向所述晶体管的所述第一端子提供所述控制电压。
18.根据权利要求17所述的方法，其中产生控制电压包括产生控制电压使得所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子两端的电压基本上被维持在预定目标电压。
19.根据权利要求18所述的电路，其中所述预定目标电压对应于为所述控制电路供电所需要的最小电压。
20.根据权利要求17所述的方法，其中接收到的存在于所述晶体管的所述第二端子和所述第三端子之间的电压是所述控制电路的唯一的功率来源。
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