CN110176853A - 电流感测设备以及相关联的方法 - Google Patents

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Abstract

一种电流感测设备包括：参考晶体管，用于电耦合到功率晶体管；感测晶体管，用于电耦合到所述功率晶体管；以及控制电路系统。所述控制电路系统被配置为(a)控制通过所述感测晶体管的电流，使得所述感测晶体管处的电压与所述功率晶体管处的电压具有预定关系，并且(b)根据所述参考晶体管处的一个或多个操作条件来控制通过所述感测晶体管的电流，以便补偿所述功率晶体管的老化。

Description

电流感测设备以及相关联的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年2月20日提交的美国临时专利申请序列号62/632,786的优先权的权益，所述美国临时专利申请通过引用结合在此。
背景技术
电流感测设备感测电气电路中的电流的幅值。电流感测设备用于各种应用中。例如，电流感测设备通常用于确定功率管理应用中的电流幅值，诸如用于过流保护、电流模式控制、功率监测和/或负载相关电压定位。
许多电流感测设备包括分立的电流感测电阻器，其中，通过电阻器的电流生成与通过电阻器的电流幅值成比例的电压。测量电阻器的电压以确定通过电阻器的电流的幅值。尽管这些电流感测设备相对便宜，但是电流感测电阻器中可能会耗散大量功率，从而导致功率损耗和相关联的发热。因此，包括分立电流感测电阻器的电流感测设备不太适合于需要高效率的应用或其中发热是有害的应用。
一些其他电流感测设备依赖于电气电路部件的寄生电阻来感测电流幅值。例如，一些开关功率转换器使用电感器的寄生电阻作为电流感测元件，其中，测量寄生电阻两端的电压降以确定通过电感器的电流幅值。虽然这些电流感测设备不会耗散大量功率，但是它们通常由于寄生电阻的变化而不能精确地感测电流幅值。例如，电感器的寄生电阻可能在电感器样本之间显著变化，并且寄生电阻还可能随着电感器温度显著变化。
许多功率管理应用包括一个或多个晶体管。例如，开关功率转换器通常包括在其导电状态与非导电状态之间重复地切换的一个或多个晶体管。已经开发了非耗散电流感测设备来测量通过这些晶体管的电流。例如，图1展示了现有技术的电流感测设备100，所述电流感测设备被配置为确定通过功率晶体管102的电流IL的幅值。电流感测设备100包括感测晶体管104、差分放大器106和跨导设备108。感测晶体管104的漏极(D)电耦合到功率晶体管102的漏极(D)，并且感测晶体管104的源极(S)在节点Vy处电耦合到跨导设备108。差分放大器106的反相输入和非反相输入分别电耦合到节点Vy和Vx，并且功率晶体管设备102的源极(S)电耦合到节点Vx。差分放大器106驱动跨导设备108以生成通过感测晶体管104的电流Io，使得节点Vy处的电压等于节点Vx处的电压。可以如下确定电流IL与电流Io相关，其中，Rp是功率晶体管102的导通电阻，并且Rs是感测晶体管104的导通电阻：
IL＝Io Rs/Rp (等式1)
感测晶体管104的栅极长度、沟道掺杂和栅极氧化物厚度与功率晶体管102的栅极长度、沟道掺杂和栅极氧化物厚度相匹配，使得感测晶体管104具有与功率晶体管102类似的阈值电压和电流密度。感测晶体管104具有作为功率晶体管102的导通电阻的已知倍数的导通电阻。因此，Rs与Rp之比是已知的，并且电流IL可以使用上文的等式1根据电流Io来确定。
发明内容
在第一方面，一种用于感测通过功率晶体管的电流的幅值的方法包括：(a)至少在所述功率晶体管的切换期间将参考晶体管电耦合到所述功率晶体管，(b)控制通过所述感测晶体管的电流，使得所述感测晶体管处的电压与所述功率晶体管处的电压具有预定关系，(c)根据所述参考晶体管处的一个或多个操作条件控制通过所述感测晶体管的电流，以补偿所述功率晶体管的老化，以及(d)基于通过所述感测晶体管的电流的幅值生成输出信号，所述输出信号表示通过所述功率晶体管的电流的幅值。
在第一方面的一些实施例中，所述至少在所述功率晶体管的切换期间将所述参考晶体管电耦合到所述功率晶体管的步骤包括：经由二极管设备将所述参考晶体管与所述功率晶体管并联地电耦合。
在第一方面的一些实施例中，所述控制通过所述感测晶体管的电流以使得所述感测晶体管处的所述电压与所述功率晶体管处的所述电压具有所述预定关系的步骤包括：控制通过所述感测晶体管的电流以使得所述感测晶体管处的所述电压基本上等于所述功率晶体管处的所述电压。
在第一方面的一些实施例中，所述根据所述参考晶体管处的一个或多个操作条件控制通过所述感测晶体管的电流的步骤包括：通过校正因子来增大通过所述感测晶体管的电流的幅值。
在第一方面的一些实施例中，所述参考晶体管处的一个或多个操作条件包括所述参考晶体管处的电压。
在第一方面的一些实施例中，所述参考晶体管处的一个或多个操作条件包括通过所述参考晶体管的电流。
第一方面的一些实施例进一步包括：使所述功率晶体管、所述参考晶体管和所述感测晶体管中的每一个同时在各自的导电状态与各自的非导电状态之间切换。
在第一方面的一些实施例中，周期性地执行所述根据所述参考晶体管处的所述一个或多个操作条件来控制通过所述感测晶体管的电流的步骤。
在第一方面的一些实施例中，响应于包括所述功率晶体管的电气电路的操作条件的变化来执行所述根据所述参考晶体管处的所述一个或多个操作条件来控制通过所述感测晶体管的电流的步骤。
在第二方面，一种电流感测设备包括：(a)参考晶体管，用于电耦合到功率晶体管；(b)感测晶体管，用于电耦合到所述功率晶体管；以及(c)控制电路系统，所述控制电路系统被配置为(1)控制通过所述感测晶体管的电流，使得所述感测晶体管处的电压与所述功率晶体管处的电压具有预定关系，并且(2)根据所述参考晶体管处的一个或多个操作条件来控制通过所述感测晶体管的电流，以补偿所述功率晶体管的老化。
第二方面的一些实施例进一步包括：二极管设备，用于在所述参考晶体管与所述功率晶体管之间电耦合，使得所述参考晶体管经由所述二极管设备与所述功率晶体管并联地电耦合。
在第二方面的一些实施例中，所述控制电路系统进一步被配置为控制通过所述感测晶体管的电流，使得所述感测晶体管处的所述电压基本上等于所述功率晶体管处的所述电压。
在第二方面的一些实施例中，所述控制电路系统进一步被配置为通过校正因子来增大通过所述感测晶体管的电流的幅值，以补偿所述功率晶体管的老化。
在第二方面的一些实施例中，所述感测晶体管的导通电阻与所述功率晶体管的导通电阻具有预定关系。
在第二方面的一些实施例中，所述感测晶体管的所述导通电阻与所述参考晶体管的导通电阻具有预定关系。
在第二方面的一些实施例中，所述参考晶体管处的所述一个或多个操作条件包括通过所述参考晶体管的电流。
在第二方面的一些实施例中，所述参考晶体管处的所述一个或多个操作条件包括所述参考晶体管处的电压。
在第二方面的一些实施例中，所述控制电路系统包括：(a)第一差分放大器，被配置为生成表示所述功率晶体管处的所述电压与所述感测晶体管处的所述电压之间的差值的第一差值信号；(b)第二差分放大器，被配置为生成表示所述参考晶体管处的所述电压与所述感测晶体管处的所述电压之间的差值的第二差值信号；以及(c)电流控制电路系统，被配置为至少部分基于所述第一差值信号和所述第二差值信号来控制通过所述感测晶体管的电流的幅值。
第二方面的一些实施例进一步包括：输出电路系统，被配置为至少部分地基于通过所述感测晶体管的电流的幅值来生成输出信号，所述输出信号表示通过所述功率晶体管的电流的幅值。
在第二方面的一些实施例中，所述参考晶体管和所述感测晶体管中的每一个都是金属氧化物半导体场效应晶体管。
在第三方面，一种电气电路包括功率晶体管和电流感测设备所述电流感测设备包括：(a)参考晶体管，电耦合到所述功率晶体管；(b)感测晶体管，电耦合到所述功率晶体管；以及(c)控制电路系统，所述控制电路系统被配置为(1)控制通过所述感测晶体管的电流，使得所述感测晶体管处的电压与所述功率晶体管处的电压具有预定关系，并且(2)根据所述参考晶体管处的一个或多个操作条件来控制通过所述感测晶体管的电流，以补偿所述功率晶体管的老化。
在第三方面的一些实施例中，所述电流感测设备进一步包括：二极管设备，在所述参考晶体管与所述功率晶体管之间电耦合，使得所述参考晶体管经由所述二极管设备与所述功率晶体管并联地电耦合。
在第三方面的一些实施例中，所述控制电路系统进一步被配置为控制通过所述感测晶体管的电流，使得所述感测晶体管处的所述电压基本上等于所述功率晶体管处的所述电压。
在第三方面的一些实施例中，所述控制电路系统进一步被配置为通过校正因子来增大通过所述感测晶体管的电流的幅值，以补偿所述功率晶体管的老化。
在第三方面的一些实施例中，所述感测晶体管的导通电阻与所述功率晶体管的导通电阻具有预定关系。
在第三方面的一些实施例中，所述感测晶体管的所述导通电阻与所述参考晶体管的导通电阻具有预定关系。
在第三方面的一些实施例中，所述参考晶体管处的所述一个或多个操作条件包括所述参考晶体管处的电压和通过所述参考晶体管的电流中的至少一个。
第三方面的一些实施例进一步包括：输出电路系统，被配置为至少部分地基于通过所述感测晶体管的电流的幅值来生成输出信号，所述输出信号表示通过所述功率晶体管的电流的幅值。
在第三方面的一些实施例中，所述参考晶体管和所述感测晶体管中的每一个都是金属氧化物半导体场效应晶体管。
附图说明
图1展示了现有技术的非耗散电流感测设备。
图2展示了根据实施例的包括能够补偿功率晶体管老化的电流感测设备的电气电路。
图3展示了根据实施例的包括图2的电流感测设备的实施例的电气电路。
图4展示了根据实施例的包括图2的电流感测设备的另一实施例的电气电路。
图5展示了根据实施例的包括电流感测设备和p沟道晶体管的电气电路。
图6展示了根据实施例的包括图2的电流感测设备的两个实例的降压转换器。
图7展示了根据实施例的用于感测通过功率晶体管的电流的幅值的方法。
具体实施方式
申请人已经确定，由于功率晶体管和感测晶体管之间的不匹配，常规的非耗散电流感测设备(诸如图1的电流感测设备)的精度可能随时间推移而劣化。具体地，功率晶体管在操作期间诸如由于热载流子注入(HCI)效应和瞬时电压尖峰而受到显著的应力，这可能瞬间将功率晶体管驱动为击穿(BV)。这种应力使得功率晶体管的电特性(比如晶体管的导通电阻)随时间推移而改变。例如，器件级HCI表征显示，由于HCI效应，影响晶体管导通电阻的晶体管三极管电流可能随着晶体管的寿命偏移10％至20％。另外，模拟显示，晶体管三极管电流响应于高电流切换而最初可能偏移约20％，然后是与HCI效应引起的偏移类似的较慢偏移。因此，功率晶体管和感测晶体管的各自的导通电阻值之间的关系通常会随着功率晶体管的老化而变化，从而使电流幅值感测精度劣化。
申请人已经开发了用于缓解以上讨论的问题的电流感测设备和相关联的方法。这些新的电流感测设备除了感测晶体管之外还包括参考晶体管。参考晶体管经受旨在与功率晶体管的工作电压应力相匹配的工作电压应力，使得参考晶体管以类似于功率晶体管的方式老化。根据参考晶体管处的一个或多个操作条件(诸如根据参考晶体管处的电压和/或通过参考晶体管的电流)来校准通过感测晶体管的电流以补偿功率晶体管的老化。因此，即使在功率晶体管老化时，这些新的电流感测设备的某些实施例也可以准确地感测功率晶体管电流的幅值。
图2展示了包括功率晶体管202和电流感测设备204的电气电路200。电流感测设备204是申请人开发的新电流感测设备的一个实施例。功率晶体管202电耦合到电流感测设备204并电耦合到电路的平衡部分206。电路的平衡部分206象征性地表示电气电路200的除了功率晶体管202和电流感测设备204之外的部分，并且电路的平衡部分206可以根据电气电路200的配置而变化。例如，在电气电路200是开关功率转换器的一部分的实施例中，电路的平衡部分206可以包括开关功率转换器的部件，诸如电感器、电容器和/或一个或多个附加晶体管，以及电源和负载。作为另一示例，在电气电路200是电池管理设备的一部分的实施例中，电路的平衡部分206可以包括电源和一个或多个电池。
电流感测设备204包括参考晶体管208、感测晶体管210、控制电路系统212和二极管设备214。功率晶体管202、参考晶体管208和感测晶体管210中的每一个都具有各自的栅极G、漏极D和源极S。感测晶体管210的导通电阻R感测与功率晶体管202的导通电阻Rpwr具有预定关系，并且感测晶体管210的导通电阻R感测与参考晶体管208的导通电阻R参考具有预定关系。因此，R感测与Rpwr之比是已知的，R感测与R参考之比也是已知的。
参考晶体管208经由二极管设备214与功率晶体管202并联地电耦合，即，参考晶体管208的漏极D经由二极管设备214电耦合到功率晶体管202的漏极D，并且参考晶体管208的源极S电耦合到功率晶体管202的源极S。在一些实施例中，二极管设备214是单个二极管，如图所示。在一些其他实施例中，二极管设备214包括被配置为提供连接性的多个二极管和/或一个或多个晶体管。二极管设备214可替代地在参考晶体管208的源极S与功率晶体管202的源极S之间电耦合。
感测晶体管210还电耦合到功率晶体管202，即，感测晶体管210的漏极D电耦合到功率晶体管202的漏极D，并且感测晶体管210的源极S电耦合到功率晶体管202的源极S。功率晶体管202、参考晶体管208和感测晶体管210中的每一个的各自的栅极G由公共栅极控制信号(g1)驱动，使得这三个晶体管同时在它们各自的导电状态与非导电状态之间切换。控制电路系统212电耦合到功率晶体管202、参考晶体管208和感测晶体管210中的每一个，并且控制电路系统212被配置为生成表示通过功率晶体管202的电流IL的幅值的输出信号216。尽管为了说明简洁，控制电路系统212被示出为单个元件，但是在不脱离本发明的范围的情况下控制电路系统212可以包括多个元件。另外，虽然控制电路系统212被示出为电耦合到功率晶体管202、参考晶体管208和感测晶体管210中的每一个的源极(S)，并且耦合到参考晶体管208和感测晶体管210中的每一个的漏极(D)，但是在不脱离本发明的范围的情况下，控制电路系统212与电气电路200的其余部分之间的连接可以变化。
控制电路系统212被配置为控制通过感测晶体管210的电流I感测的幅值，使得感测晶体管210处的电压与功率晶体管202处的电压具有预定关系，例如，基本等于其或是其的预定倍数。在本文档中，“基本上等于”是指在正负百分之十范围内相等。例如，在一些实施例中，控制电路系统212被配置为控制通过感测晶体管210的电流I感测的幅值，使得感测晶体管210处的漏极-源极电压与功率晶体管202处的漏极-源极电压具有预定关系。作为另一示例，在一些其他实施例中，控制电路系统212被配置为控制通过感测晶体管210的电流I感测的幅值，使得感测晶体管210的源极S处的电压V感测与功率晶体管202的源极S处的电压Vpwr具有预定关系。在这些特定实施例中，控制电路系统212被配置为确定V感测、Vpwr和I感测中的每一个，并且控制电路系统212进一步被配置为使用以下等式或其变型来确定IL：
在等式2中，V漏极是功率晶体管202和感测晶体管210中的每一个的漏极D处的电压，并且N是V感测与Vpwr之比。例如，在控制电路系统212被配置为控制电流I感测的幅值以使得电压V感测基本上等于电压Vpwr的实施例中，N等于一，并且在控制电路系统212被配置为控制电流I感测的幅值以使得电压V感测是电压Vpwr的两倍的实施例中，N等于二。
参考晶体管208经由二极管设备214与功率晶体管202并联地电耦合，并且因此参考晶体管208经受与功率晶体管202基本相同的工作电压应力。因此，参考晶体管208以类似于功率晶体管202的方式老化。控制电路系统212被配置为根据参考晶体管208处的一个或多个操作条件来校准通过感测晶体管210的电流I感测。
例如，在一些实施例中，控制电路系统212被配置为根据参考晶体管208处的电压来校准通过感测晶体管210的电流I感测，以补偿功率晶体管202的老化。在这些实施例中的某些实施例中，控制电路系统212被配置为如下校准感测晶体管210。首先，控制电路系统212确定参考晶体管208处的漏极-源极电压Vds_参考，同时驱动电流I参考通过参考晶体管208。控制电路系统212然后根据漏极-源极电压Vds_参考来调整电流I感测的幅值，以补偿功率晶体管202的老化。例如，在特定实施例中，控制电路系统212被配置为使用下文的等式3来确定校正因子Δi，并且控制电路系统212然后通过校正因子Δi来增大电流I感测的幅值以校准感测晶体管210。等式3中的Vds_感测是感测晶体管210处的漏极-源极电压。
在一些其他实施例中，控制电路系统212被配置为根据通过参考晶体管208的电流I参考来校准通过感测晶体管210的电流I感测，以补偿功率晶体管202的老化。在这些实施例中的某些实施例中，控制电路系统212被配置为如下校准感测晶体管210。首先，控制电路系统212确定通过参考晶体管208的电流I参考，同时驱动参考晶体管208两端的漏极-源极电压Vds_参考。控制电路系统212然后根据电流I参考来调整电流I感测的幅值，以补偿功率晶体管202的老化。例如，在特定实施例中，控制电路系统212被配置为使用上文的等式3来确定校正因子Δi，并且控制电路系统212然后通过校正因子Δi来增大电流I感测的幅值以校准感测晶体管210。
在某些实施例中，控制电路系统212周期性地校准电流I感测，诸如在预定时间的持续时间到期之后或者在功率晶体管202的预定数量的切换周期之后。在一些其他实施例中，控制电路系统212响应于电气电路200的操作条件的变化来校准电流I感测。操作条件的这种变化的示例包括但不限于启动电气电路200、关闭电气电路200、电流IL的幅值越过阈值以及电压Vpwr越过阈值。
图3展示了包括具有控制电路系统312的电流感测设备304的电气电路300，其中，电流感测设备304和控制电路系统312分别是电流感测设备204和控制电路系统212的实施例。控制电路系统312包括第一差分放大器318、第二差分放大器320、第一电流控制电路系统322、第二电流控制电路系统324和输出电路系统326。第一差分放大器318生成表示电压V感测与电压Vpwr之间的差值的第一差值信号328，并且第二差分放大器320生成表示电压V感测与电压V参考之间的差值的第二差值信号330。第一电流控制电路系统322与感测晶体管210串联地电耦合，并且至少部分基于第一差值信号328和第二差值信号330来控制电流I感测的幅值。具体地，第一电流控制电路系统322控制电流I感测的幅值，使得电压V感测与电压Vpwr具有预定关系，例如基本上等于其或是其预定倍数，如上文关于图2所讨论的。另外，第一电流控制电路系统322通过经由校正因子(诸如上文等式3的校正因子Δi)增大电流I感测的幅值来控制电流I感测的幅值，以补偿功率晶体管202的老化。诸如当功率晶体管202处于其非导电状态时，第二电流控制电路系统324驱动通过参考晶体管208的电流I参考，并且在一些实施例中，第二电流控制电路系统324被配置为使得电流I参考的幅值基本上等于电流I感测的幅值。
输出电路系统326被配置为至少部分地基于电流I感测的幅值诸如使用上文的等式2来生成表示电流IL的幅值的输出信号216。输出电路系统326包括电流感测电路系统332和缓冲电路系统334。电流感测电路系统332生成表示电流I感测的幅值的信号336，并且缓冲电路系统334对信号336进行缓冲以生成输出信号216。缓冲电路系统334可选地包括数模转换器(未示出)，以将信号336从模拟形式转换为数字形式，使得输出信号216是数字信号。
图4展示了包括具有控制电路系统412的电流感测设备404的电气电路400，其中，电流感测设备404和控制电路系统412分别是电流感测设备204和控制电路系统212的实施例。控制电路系统412包括处理器418、存储器420和接口电路系统422。接口电路系统422将处理器418与电气电路400电接口连接，并且在一些实施例中，接口电路系统422包括电平移位电路系统和用于在模拟形式与数字形式之间转换信号的转换电路系统。处理器418通信地耦合到接口电路系统422和存储器420中的每一个，并且处理器418执行存储在存储器420中的指令，以使用上文关于图2所讨论的技术中的一种或多种来生成表示通过功率晶体管202的电流IL的幅值的输出信号216。例如，在一些实施例中，处理器418执行指令以：(a)控制电流I感测的幅值，使得电压V感测与电压Vpwr具有预定关系，(b)使用上文的等式3来确定校正因子Δi的大小，(c)通过校正因子Δi来增大电流I感测的幅值，以补偿功率晶体管202的老化，并且(d)使用上文的等式2来确定电流IL的幅值。
应当理解，控制电路系统212的配置不限于图3和图4的实施例。而是，控制电路系统212可以具有任何配置，只要其能够根据参考晶体管208处的一个或多个操作条件来确定电流IL的幅值并校准电流I感测以便补偿功率晶体管202的老化。
尽管电气电路200、300和400被示出为具有是n型、增强型、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的功率晶体管202、参考晶体管208和感测晶体管210，但是本文所公开的电流感测设备不限于这种类型的晶体管。相反，在不脱离本发明范围的情况下，电流感测设备可以被修改用于与其他类型的晶体管一起使用，包括但不限于耗尽型MOSFET、P型MOSFET或双极结型晶体管(BJT)。例如，图5展示了电气电路500，除了(a)n型功率晶体管202被p型功率晶体管502代替，以及(b)电流感测设备204被电流感测设备504代替之外，其与电气电路200一样。除了(a)n型参考晶体管208和n型感测晶体管210分别被p型参考晶体管508和p型感测晶体管510代替，以及(b)控制电路系统212被控制电路系统512代替之外，电流感测设备504与电流感测设备204相同。控制电路系统512执行与控制电路系统212相同的功能，但是控制电路系统512适用于与p沟道晶体管一起使用，而不是与n沟道晶体管一起使用。
本文所公开的电流感测设备的一种可能应用是用于开关功率转换器中。例如，图6展示了降压转换器600，其包括电流感测设备204的两个实例，下文中称为电流感测设备204(a)和电流感测设备204(b)。为了说明清晰，电流感测设备204(a)和204(b)的细节未在图6中示出。降压转换器600进一步包括电耦合到输入电源(未示出)的输入端口602、输入电容器604、电感器606、输出电容器608、电耦合到负载(未示出)的输出端口610、第一晶体管612、第二晶体管614和控制器616。
输入端口602跨正输入节点618和参考节点620电耦合。输入电容器604跨正输入节点618和参考节点620电耦合，并且输入电容器604为由降压转换器600汲取的输入纹波电流提供路径。第一晶体管612的漏极D电耦合到正输入节点618，并且第一晶体管612的源极S电耦合到切换节点Vx。第一晶体管612的栅极G电耦合到控制器616。第二晶体管614的漏极D电耦合到切换节点Vx，并且第二晶体管614的源极S电耦合到参考节点620。第二晶体管614的栅极G电耦合到控制器616。电感器606在切换节点Vx与正输出节点622之间电耦合，并且输出端口610跨正输出节点622和参考节点620电耦合。输出电容器608跨正输出节点622和参考节点620电耦合，并且输出电容器608为由降压转换器600生成的输出纹波电流提供路径。
控制器616控制第一晶体管612和第二晶体管614的切换，以将功率从电源(电耦合到输入端口602)传递到负载(电耦合到输出端口610)。具体地，控制器616控制第一晶体管612在其导电状态与非导电状态之间重复切换。控制器616还控制第二晶体管614在其导电状态与非导电状态之间重复切换。控制器616控制第二晶体管614的切换，使得其执行续流功能，或者换言之，使得当第一晶体管612处于其非导电状态时，第二晶体管614为流经电感器606的电流提供路径。在一些实施例中，控制器616控制第一晶体管612和第二晶体管614的切换，以调节降压转换器600的一个或多个参数，诸如输入电压V输入、输入电流I输入、输入功率P输入、输出电压V输出、输出电流I输出和输出功率P输出。
电流感测设备204(a)生成表示通过第一晶体管612的电流的幅值的输出信号216(a)，并且电流感测设备204(b)生成表示通过第二晶体管614的电流的幅值的输出信号216(b)。因此，第一晶体管612和第二晶体管614中的每一个类似于图2至图4的功率晶体管202。控制器616接收输出信号216(a)和216(b)中的每一个，并且控制器616使用输出信号216(a)和216(b)来实现降压转换器600的过流保护、电流模式控制、功率监测和负载相关电压定位中的一个或多个。
应当理解，以上讨论的电流感测设备不限于在降压转换器中使用，或者甚至不限于在开关功率转换器中使用。而是，电流感测设备可以用于许多其他应用中，以感测通过晶体管的电流的幅值。
图7展示了用于感测通过功率晶体管的电流的幅值的方法700。在步骤702中，至少在功率晶体管的切换期间将参考晶体管电耦合到功率晶体管。在步骤702的一个示例中，参考晶体管208经由二极管设备214电耦合到功率晶体管202(图2至图4)。在步骤702的另一示例中，参考晶体管508经由二极管设备214电耦合到功率晶体管502(图5)。在步骤704中，控制通过感测晶体管的电流，使得感测晶体管处的电压与功率晶体管处的电压具有预定关系。在步骤704的一个示例中，控制电路系统212控制通过感测晶体管210的电流的幅值，使得电压V感测基本上等于电压V参考或是其倍数。
在步骤706中，根据参考晶体管处的一个或多个操作条件来控制通过感测晶体管的电流，以补偿功率晶体管的老化。在步骤706的一个示例中，控制电路系统212通过使用等式3根据电压V参考或根据电流I参考确定的校正因子Δi来增大电流I感测的幅值，以便补偿功率晶体管202的老化。在步骤708中，基于通过感测晶体管的电流的幅值来生成表示通过功率晶体管的电流的幅值的输出信号。在步骤708的一个示例中，控制电路系统212基于电流I感测的幅值来生成输出信号216。

Claims (20)

1.一种用于感测通过功率晶体管的电流的幅值的方法，所述方法包括：
至少在所述功率晶体管的切换期间，将参考晶体管电耦合到所述功率晶体管；
控制通过感测晶体管的电流，使得所述感测晶体管处的电压与所述功率晶体管处的电压具有预定关系；
根据所述参考晶体管处的一个或多个操作条件来控制通过所述感测晶体管的电流，以补偿所述功率晶体管的老化；以及
基于通过所述感测晶体管的电流的幅值而生成输出信号，所述输出信号表示通过所述功率晶体管的电流的幅值。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少在所述功率晶体管的切换期间将所述参考晶体管电耦合到所述功率晶体管的步骤包括：经由二极管设备将所述参考晶体管与所述功率晶体管并联地电耦合。
3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其中，所述控制通过所述感测晶体管的电流以使得所述感测晶体管处的所述电压与所述功率晶体管处的所述电压具有所述预定关系的步骤包括：控制通过所述感测晶体管的电流以使得所述感测晶体管处的所述电压基本上等于所述功率晶体管处的所述电压。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述根据所述参考晶体管处的一个或多个操作条件控制通过所述感测晶体管的电流的步骤包括：通过校正因子来增大通过所述感测晶体管的电流的幅值。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述参考晶体管处的所述一个或多个操作条件包括所述参考晶体管处的电压。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述参考晶体管处的所述一个或多个操作条件包括通过所述参考晶体管的电流。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，进一步包括：使所述功率晶体管、所述参考晶体管和所述感测晶体管中的每一个同时在各自的导电状态与各自的非导电状态之间切换。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，周期性地执行所述根据所述参考晶体管处的所述一个或多个操作条件来控制通过所述感测晶体管的电流的步骤。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，响应于包括所述功率晶体管的电气电路的操作条件变化来执行所述根据所述参考晶体管处的所述一个或多个操作条件来控制通过所述感测晶体管的电流的步骤。
10.一种电流感测设备，包括：
参考晶体管，用于电耦合到功率晶体管；
感测晶体管，用于电耦合到所述功率晶体管；以及
控制电路系统，被配置为(a)控制通过所述感测晶体管的电流，使得所述感测晶体管处的电压与所述功率晶体管处的电压具有预定关系，并且(b)根据所述参考晶体管处的一个或多个操作条件来控制通过所述感测晶体管的电流，以补偿所述功率晶体管的老化。
11.如权利要求10所述的电流感测设备，进一步包括：二极管设备，用于在所述参考晶体管与所述功率晶体管之间电耦合，使得所述参考晶体管经由所述二极管设备与所述功率晶体管并联地电耦合。
12.如权利要求10和11中任一项所述的电流感测设备，其中，所述控制电路系统进一步被配置为控制通过所述感测晶体管的电流，使得所述感测晶体管处的所述电压基本上等于所述功率晶体管处的所述电压。
13.如权利要求10至12中任一项所述的电流感测设备，其中，所述控制电路系统进一步被配置为通过校正因子来增大通过所述感测晶体管的电流的幅值，以补偿所述功率晶体管的老化。
14.如权利要求10至13中任一项所述的电流感测设备，其中，所述感测晶体管的导通电阻与所述功率晶体管的导通电阻具有预定关系。
15.如权利要求14所述的电流感测设备，其中，所述感测晶体管的所述导通电阻与所述参考晶体管的导通电阻具有预定关系。
16.如权利要求10至15中任一项所述的电流感测设备，其中，所述参考晶体管处的所述一个或多个操作条件包括通过所述参考晶体管的电流。
17.如权利要求10至15中任一项所述的电流感测设备，其中，所述参考晶体管处的所述一个或多个操作条件包括所述参考晶体管处的电压。
18.如权利要求17所述的电流感测设备，其中，所述控制电路系统包括：
第一差分放大器，被配置为生成表示所述功率晶体管处的所述电压与所述感测晶体管处的所述电压之间的差值的第一差值信号；
第二差分放大器，被配置为生成表示所述参考晶体管处的所述电压与所述感测晶体管处的所述电压之间的差值的第二差值信号；以及
电流控制电路系统，被配置为至少部分地基于所述第一差值信号和所述第二差值信号来控制通过所述感测晶体管的电流的幅值。
19.如权利要求10至18中任一项所述的电流感测设备，进一步包括：输出电路系统，被配置为至少部分地基于通过所述感测晶体管的电流的幅值来生成输出信号，所述输出信号表示通过所述功率晶体管的电流的幅值。
20.如权利要求10至19中任一项所述的电流感测设备，其中，所述参考晶体管和所述感测晶体管中的每一个都是金属氧化物半导体场效应晶体管。
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