CN109709465A - 一种mosfet漏电电流提取电路 - Google Patents

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一种MOSFET漏电电流提取电路，属于电子电路技术。本发明用于提取MOSFET目标管的漏电电流，包括运算放大器、反馈管和采样管，采样管与MOSFET目标管类型相同；运算放大器的正向输入端连接MOSFET目标管的漏极，其负向输入端连接采样管的漏极和反馈管的源极，其输出端连接反馈管的栅极；运算放大器与反馈管构成负反馈环路，将运算放大器正向输入端和负向输入端的电位钳位相等；采样管的衬底电位与MOSFET目标管衬底电位相同；根据采样管漏极到衬底上的电流提取MOSFET目标管的漏电电流。本发明利用钳位运放将目标管和采样管漏端电位钳位相等，同时设置采样管和目标管衬底电位相同，利用采样管漏端到衬底的电流提取MOSFET目标管的漏电电流。

Description

一种MOSFET漏电电流提取电路
技术领域
本发明属于电子电路技术，具体涉及一种MOSFET漏电电流提取电路。
背景技术
在电子电路中，MOSFET的漏电电流会使很多电路的性能降低，比如在基准电路中，MOSFET的漏电电流会使基准电压的温度系数恶化；在采样保持电路中，MOSFET的漏电电流会使保持在电容上的电压信息由于电容放电而逐渐丢失。此外，MOSFET的漏电电流也会显示很多信息，比如在驱动电路中，通过检测体二极管上电流的大小，可以判断功率管何时进入体二极管导通的状态，从而更精确地把握功率管的工作状态。可见提出一种检测提取MOSFET漏电电流的提取电路十分重要。
发明内容
针对上述MOSFET漏电电流在电子电路中导致的各种问题，如采样保持信息由于漏电而丢失、无法准确判断功率管工作状态等，本发明提出了一种MOSFET漏电电流提取电路，能够将MOSFET漏电电流准确的提取出来，当将提取出的MOSFET漏电电流补充到电子电路中能够解决上述由MOSFET漏电电流导致的各种问题。
本发明的技术方案为：
一种MOSFET漏电电流提取电路，用于提取MOSFET目标管的漏电电流，包括运算放大器、反馈管和采样管，所述采样管与所述MOSFET目标管类型相同；
所述运算放大器的正向输入端连接所述MOSFET目标管的漏极，其负向输入端连接所述采样管的漏极和所述反馈管的源极，其输出端连接所述反馈管的栅极；
所述运算放大器与所述反馈管构成负反馈环路，将所述运算放大器正向输入端和负向输入端的电位钳位相等；
所述采样管的衬底电位与所述MOSFET目标管衬底电位相同；
根据所述采样管漏极到衬底上的电流提取所述MOSFET目标管的漏电电流。
具体的，所述运算放大器包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管，
第一NMOS管的栅极作为所述运算放大器的正向输入端，其漏极连接第一PMOS管的栅极和漏极以及第二PMOS管的栅极，其源极连接第二NMOS管的源极和第三NMOS管的漏极；
第二NMOS管的栅极作为所述运算放大器的负向输入端，其漏极作为所述运算放大器的输出端并连接第二PMOS管的漏极；
第四NMOS管的栅漏短接并连接第三NMOS管的栅极和第三PMOS管的漏极，其源极连接第三NMOS管的源极并接地；
第三PMOS管的栅极和源极以及第一PMOS管和第二PMOS管的源极连接电源电压。
具体的，所述提取电路还包括电流镜单元，用于将所述MOSFET目标管的漏电电流镜像并输出。
具体的，所述电流镜单元包括第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管和第七PMOS管，
第六PMOS管栅漏短接并连接第七PMOS管的栅极和所述反馈管的漏极，其源极连接第四PMOS管的栅极和漏极以及第五PMOS管的栅极；
第七PMOS管的漏极作为所述提取电路的输出端，其源极连接第五PMOS管的漏极；
第四PMOS管和第五PMOS管的源极连接电源电压。
具体的，所述MOSFET目标管为N型MOSFET时，所述采样管也为N型，所述采样管的栅极和源极接地。
具体的，所述MOSFET目标管为P型MOSFET时，所述采样管也为P型，所述采样管的栅极和源极接电源电压。
本发明的有益效果为：本发明利用钳位运放将目标管和采样管漏端电位钳位相等，同时设置采样管和目标管衬底电位相同，利用采样管漏端到衬底的电流提取MOSFET目标管的漏电电流，将本发明应用于驱动电路和采样保持电路等电路中能够消除漏电电流的影响。
附图说明
图1为本发明提出的一种MOSFET漏电电流提取电路的目标管及反馈管为N管的电路原理图。
图2为本发明提出的一种MOSFET漏电电流提取电路应用在采样保持电路中的原理图。
图3为本发明提出的一种MOSFET漏电电流提取电路应用在驱动电路中的原理图。
图4为本发明提出的一种MOSFET漏电电流提取电路在实施例中的具体结构图。
图5为文发明提出的一种MOSFET漏电电流提取电路的目标管及反馈管为P管的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的阐述。
本发明提出的一种MOSFET漏电电流提取电路，用于提取MOSFET目标管的漏电电流，通过钳位运算放大器OP将目标管M1和采样管MS的漏端电位钳位相等，再将目标管M1和采样管MS的衬底电位设置相等，从而使得目标管M1和采样管MS体二极管的偏压相等，体二极管电流之比等于PN结面积之比，因此根据采样管MS漏极到衬底上的电流可以将目标管M1体二极管上的漏电电流采样出来。
采样管MS应与MOSFET目标管M1类型相同，如图1所示是采样管MS和目标管M1均为N型管的原理图，反馈管MR与运算放大器OP构成负反馈，使得运算放大器OP正负输入端电位相等，从而将目标管M1和采样管MS的漏极电位钳相等。图1所示为反馈管为N管的示意图，图5所示给出了反馈管为P管的示意图，其中反馈管都与运放构成负反馈。IL为流过目标管M1的电流，为保证目标管M1和采样管MS的衬底电位相同，本实施例中将目标管M1和采样管MS的衬底都接地GND。VG为目标管M1的栅极电压，由目标管M1所在的电路中决定，不由本发明提出的漏电电流提取电路决定，例如应用在驱动电路中，M1为功率管，VG接功率管驱动信号。通过采样管漏极到衬底上的电流能够提取MOSFET目标管的漏电电流。
一些实施例中通过增加一个电流镜单元将目标管的漏端电流镜像并输出，如图1和图4所示给出了电流镜单元的一种实现形式，包括第四PMOS管MC1、第五PMOS管MC2、第六PMOS管MC3和第七PMOS管MC4，第六PMOS管MC3栅漏短接并连接第七PMOS管MC4的栅极和反馈管MR的漏极，其源极连接第四PMOS管MC1的栅极和漏极以及第五PMOS管MC2的栅极；第七PMOS管MC4的漏极作为提取电路的输出端将提取的MOSFET目标管的漏电电流镜像并输出，其源极连接第五PMOS管MC2的漏极；第四PMOS管MC1和第五PMOS管MC2的源极连接电源电压VDD。
本实施例的工作原理为：通过运算放大器OP对目标管M1与采样管MS的漏极进行钳位，使得目标管M1与采样管MS的漏极电位相同，因为目标管M1与采样管MS的衬底电位相同，因此目标管M1与采样管MS体二极管上的电压相同，则二者从漏极到衬底上的电流之比等于二者尺寸之比，因此可以将体二极管上的漏电电流采样出来，并通过电流镜在提取电路的输出端IOUT处输出。
运算放大器OP起着钳位作用，如图4所示给出了实施例中采用的一种具有低功耗特点的钳位运算放大器OP的具体实现形式，包括第一PMOS管MO1、第二PMOS管MO2、第三PMOS管MO7、第一NMOS管MO3、第二NMOS管MO4、第三NMOS管MO5和第四NMOS管MO6，第一NMOS管MO3的栅极作为运算放大器的正向输入端，其漏极连接第一PMOS管MO1的栅极和漏极以及第二PMOS管MO2的栅极，其源极连接第二NMOS管MO4的源极和第三NMOS管MO5的漏极；第二NMOS管MO4的栅极作为运算放大器的负向输入端，其漏极作为运算放大器的输出端并连接第二PMOS管MO2的漏极；第四NMOS管MO6的栅漏短接并连接第三NMOS管MO5的栅极和第三PMOS管MO7的漏极，其源极连接第三NMOS管的源极MO5并接地GND；第三PMOS管MO7的栅极和源极以及第一PMOS管MO1和第二PMOS管MO2的源极连接电源电压VDD。
如图5所示为本发明提出的一种MOSFET漏电电流提取电路的目标管及反馈管为P管的电路原理图，其工作原理与图1相同，反馈管MR与运算放大器OP构成负反馈，使得运算放大器OP正负输入端电位相等，从而将目标管M1和采样管MS的漏极电位钳相等，为保证目标管M1和采样管MS的衬底电位相同，本实施例中将目标管M1和采样管MS的衬底都接电源电压VDD。
本发明提出的一种MOSFET漏电电流提取电路将目标管漏电电流提取出来之后可以通过补偿的方式消除MOSFET漏电电流在其应用的电路中的影响，下面以将本发明的提取电路应用于采样保持电路和驱动电路中为例，图2所示是将本发明提出的MOSFET漏电电流提取电路应用在采样保持电路中的原理图，其中TG1和TG2为传输门，CH为保持电容。当TG1导通，TG2截至时采样信息传输到CH上，假设此时CH上的采样电压VCH为V1。随后TG1截至，TG2截至，采样保持电路进入保持状态，理想情况下传输门TG1和TG2不流过电流，则采样信息V1被保持在电容CH上且固定不变，采样信息不会丢失。但在实际电路中，当传输门关断后，构成传输门的MOSFET上仍然会有电流流过，这个电流等于VGS＝0时的亚阈区电流与体二极管的漏电电流之和，使得电容CH上的电荷被逐渐放掉，从而使得VCH不再等于V1，则采样信息丢失。在这种情况下亚阈区电流的比重要大于体二极管的漏电电流。将本发明提出的漏电电流提取电路应用在采样保持电路的原理是：图1中的目标管M1即为图2传输门中的MOSFET，VG为传输门的时钟输入信号。当传输门关断时，提取电路可以将传输门的漏电电流检测出来，然后通过电流镜将这部分漏电电流补偿回去，使得电容上没有电荷的损失，从而保持电容CH上的采样信息不会丢失。
图3所示是将本发明提出的MOSFET漏电电流提取电路应用在驱动电路中的原理图。图3中MH和ML分别为功率管上管与功率管下管；DH和DL分别为上管驱动信号与下管驱动信号；MR为反馈管，OP为钳位运算放大器，将目标管即功率管下管ML与采样管MS的漏极电压钳相等，下管ML与采样管MS的衬底电位相同都为地电位；由于功率管尺寸通常非常大，而采样管的尺寸和功率管相同的话，版图上会非常占面积，因此本实施例中选择远小于功率管尺寸的采样管MS；VIN为驱动电路功率级的输入信号。在从上管关到下管开的过程中，当上管关断后，下管ML的漏极电位逐渐降低，流过下管ML的电流逐渐减小，当下管ML的漏极电位降低到小于零时，下管ML的电流减小到零并反向，下管ML的体二极管导通。当体二极管导通时，流过下管ML的电流将反向，由于运放的输出不能为负(这里只考虑两条电源轨)，故反馈管MR将被关断，反馈管MR漏端电流ISOUT将为零。可见在从上管关到下管开的过程中，ISOUT将逐渐减小最终为零，当ISOUT为零时，下管ML的体二极管将导通，故可以将ISOUT为零作为下管体二极管导通的标志。
综上所述，本发明通过运算放大器和反馈管形成负反馈结构，将目标管和采样管漏端电位钳位相等，反馈管可以为P管或N管；另外本发明还给出了一个低功耗的运算放大器实现电路，用漏电流做偏置电流。同时将采样管和目标管衬底电位设置相同，目标管和采样管类型相同，当目标管为N管时，采样管同样为N管，将目标管和采样管的衬底接地；目标管为P管时，采样管同样为P管，此时可以将目标管和采样管的衬底连接电源电压。随后利用目标管和采样管漏端电位和衬底电位均相同的特点，能够从采样管漏端到衬底的电流提取MOSFET目标管的漏电电流，提取出来的漏电电流还可以通过电流镜单元镜像并输出，应用于驱动电路和采样保持电路等电路中消除漏电电流的影响。
本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种MOSFET漏电电流提取电路，用于提取MOSFET目标管的漏电电流，其特征在于，包括运算放大器、反馈管和采样管，所述采样管与所述MOSFET目标管类型相同；
所述运算放大器的正向输入端连接所述MOSFET目标管的漏极，其负向输入端连接所述采样管的漏极和所述反馈管的源极，其输出端连接所述反馈管的栅极；
所述运算放大器与所述反馈管构成负反馈环路，将所述运算放大器正向输入端和负向输入端的电位钳位相等；
所述采样管的衬底电位与所述MOSFET目标管衬底电位相同；
根据所述采样管漏极到衬底上的电流提取所述MOSFET目标管的漏电电流。
2.根据权利要求1所述的MOSFET漏电电流提取电路，其特征在于，所述运算放大器包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管，
第一NMOS管的栅极作为所述运算放大器的正向输入端，其漏极连接第一PMOS管的栅极和漏极以及第二PMOS管的栅极，其源极连接第二NMOS管的源极和第三NMOS管的漏极；
第二NMOS管的栅极作为所述运算放大器的负向输入端，其漏极作为所述运算放大器的输出端并连接第二PMOS管的漏极；
第四NMOS管的栅漏短接并连接第三NMOS管的栅极和第三PMOS管的漏极，其源极连接第三NMOS管的源极并接地；
第三PMOS管的栅极和源极以及第一PMOS管和第二PMOS管的源极连接电源电压。
3.根据权利要求1或2所述的MOSFET漏电电流提取电路，其特征在于，所述提取电路还包括电流镜单元，用于将所述MOSFET目标管的漏电电流镜像并输出。
4.根据权利要求3所述的MOSFET漏电电流提取电路，其特征在于，所述电流镜单元包括第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管和第七PMOS管，
第六PMOS管栅漏短接并连接第七PMOS管的栅极和所述反馈管的漏极，其源极连接第四PMOS管的栅极和漏极以及第五PMOS管的栅极；
第七PMOS管的漏极作为所述提取电路的输出端，其源极连接第五PMOS管的漏极；
第四PMOS管和第五PMOS管的源极连接电源电压。
5.根据权利要求1或4所述的MOSFET漏电电流提取电路，其特征在于，所述MOSFET目标管为N型MOSFET时，所述采样管也为N型，所述采样管的栅极和源极接地。
6.根据权利要求1或4所述的MOSFET漏电电流提取电路，其特征在于，所述MOSFET目标管为P型MOSFET时，所述采样管也为P型，所述采样管的栅极和源极接电源电压。
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