CN110233613B - 具有集成温度和电流感测电路的功率开关 - Google Patents

Abstract

本公开涉及具有集成温度和电流感测电路的功率开关。例如，一种集成电路包括：功率开关，包括电流路径和电流感测节点；以及温度感测电路，内部地耦合在电流路径和电流感测节点之间。

Description

具有集成温度和电流感测电路的功率开关

技术领域

本发明总体上涉及一种用于具有集成温度和电流感测电路的功率开关的系统和方法。

背景技术

功率半导体器件是可被用作用于功率电子器件的开关或整流器的半导体器件。功率半导体器件(可称为功率器件)通常被形成为集成电路(“IC”)，以制造出功率IC。功率器件的应用非常广泛，并且技术的进步进一步增加了可能应用的数量，具体是在功率IC领域。

功率器件最常用作功率开关，以便在导通模式(ON)或非导通模式(OFF)下操作。通常，功率器件用于阻止向负载提供大电压或者横跨负载提供大电压。

一些常见的功率器件是功率二极管、晶闸管、功率金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)和绝缘栅型双极晶体管(“IGBT”)。

由于增加的电流或电压通常与功率器件相关联，所以功率器件通常进行结构化设计，以便适应更高的电流密度、更高的功耗或更高的击穿电压。例如，功率器件通常采用垂直结构来构建，并且具有与器件面积成比例的额定电流以及与衬底中的器件的高度或厚度相关的电压阻挡能力。对于垂直功率器件，与横向非功率器件相比，一个器件端子被定位在半导体管芯的底部。

功率器件有时包括电流和温度感测机制，以监控过流或过温操作条件。这种感测机制的输出可以被传送给其他控制和保护电路，用于控制一个或多个功率器件的操作。当检测到过流或过温操作条件时，这种控制和保护电路进行操作以禁用功率器件。

发明内容

根据一个实施例，一种集成电路包括：功率开关，包括电流路径和电流感测节点；以及温度感测电路，内部地耦合在电流路径和电流感测节点之间。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图进行以下描述，其中：

图1A是根据一个实施例的具有电流感测和温度感测电路的功率开关(在本示例中绘制为具有反并联二极管的IGBT)的示意图；

图1B是图1A的功率开关的功率开关布线的平面图；

图1C是根据一个实施例的功率开关和温度感测电路的示意图；

图1D是在辅助和负载发射极之间具有较高电感的功率开关的示意图，其在瞬态负载切换事件中显示出电气过应力(“EOS”)事件；

图1E是根据一个实施例的功率开关(在本示例中使用MOSFET晶体管绘制)的示意图，但是没有先前所述的附带二极管和感测电路；

图2A是根据一个实施例的功率开关和温度感测电路的示意图；

图2B和图2C是图2A中的功率开关的功率开关布线的平面图；

图3和图4是图2A所示功率开关的示意图，其包括位于印刷电路板上的附加电路装置；

图5是进一步示出瞬态切换操作条件的图3所示功率开关的示意图，包括负载发射极路径中的寄生电感；

图6A、图6B和图6C是用于图1A和图2A所示功率开关的功率开关布线的平面图，进一步示出了顶侧发射极焊盘放置；

图7是图2A所示功率开关的示意图，还包括用于操作的测试模式的附加电路装置；

图8是用于图2A和图7的功率开关实施例的自检和脉宽调制(“PWM”)操作模式的流程图；以及

图9是示出电流感测模式和温度感测模式相对于PWM输入波形执行的相对时间的定时图。

具体实施方式

图1A示出了根据一个实施例的集成电路100A的示意图。集成电路100A包括IGBT102，其具有耦合至集电极节点C和可选辅助集电极节点Ca的集电极、耦合至栅极节点G的栅极以及耦合至发射极节点E和可选辅助发射极节点Ea的发射极。例如，辅助集电极和发射极节点Ca、Ea可通过用于集成电路100A的封装的形状系数来指示。辅助集电极节点Ca和辅助发射极节点Ea通常用于对应的集电极和发射极功率开关电压电位(在集电极节点C和发射极节点E处)必须被精确测量和/或必须快速地切换功率开关的应用，尽管功率芯片(集成电路)在负载电流路径中具有不可忽略的杂散电感(例如，若干nH的杂散电感)的环境中实现。集成电路100A还提供电流镜像功能，其中感测发射极在感测发射极节点S处提供IGBT 102的发射极电流的一小部分。通常，感测发射极电流(由少量感测发射极单元提供)与发射极电流(由相对大量的发射极单元提供)的比率可以约为1/1000，但是具体应用的比率可能有所不同。反并联续流功率二极管104还包括在集成电路100A中，并且耦合在集电极节点C和发射极节点E之间。如图1A所示，集成电路100A还包括片上温度感测电路Ts，其包括耦合在节点Ta和Tk之间的二极管堆叠110和反并联二极管112。在图1A中，在二极管堆叠110中示出三个二极管，但是可以使用任何数量的二极管。串联的多个二极管的使用是为了在测量二极管两端的电压时确保更高的精度，从而在确定集成电路100A的温度时保证更高的精度。二极管堆叠110的电压可根据本领域已知的方程式转换为温度。如下文进一步详细描述的，反并联二极管112用于钳位IGBT 102的发射极节点E处的电压。

下文进一步详细描述集成电路100A的温度和电流感测电路的详细操作。温度感测电路Ts的节点Ta和Tk的电连接可根据实施例以各种方式进行配置。

IGBT集成电路100A的示例IGBT集成电路布线100B如图1B所示。栅极节点G、感测发射极节点S、辅助发射极节点Ea以及温度感测电路节点Tk和Ta被示为在IGBT集成电路布线100B的顶面上沿直线布置的接合焊盘。发射极节点E被示为在IGBT集成电路布线100B的顶面上配置为三个功率条，并且温度感测电路Ts占据图1B所示发射极节点E的三个功率条中处于中心的功率条的一小部分。由于IGBT 102是垂直器件，所以集电极节点C占据布线100B的整个底面，从IGBT集成电路布线100B的顶面只能看到很小的边缘部分。IGBT集成电路布线100B还对应于集成电路100A的物理实施例，其中集成电路100A包括具有顶面和底面的半导体本体，其中，IGBT集成电路布线100B的顶面对应于集成电路100A的实际顶面，并且IGBT集成电路布线100B的底面对应于集成电路100A的实际底面。上述集成电路和布线实施例以及本文描述的其他集成电路和布线实施例对应于具有半导体本体(其具有顶面和底面)的集成电路的等效物理实施例。

图1A所示的集成电路100A的实施例在电路节点的互连中具有最大的灵活性。如前所述，集成电路布线100B具有五个信号焊盘，这导致连接工作量大且封装利用率低。静电放电(“ESD”)鲁棒性较低，因为如前所述，温度感测二极管110和112具有浮置电位。感测发射极节点S的ESD鲁棒性较低，尤其在实现少量的电流感测IGBT单元时。然而，大量的电流感测IGBT单元提高了ESD鲁棒性，从而导致较低的有源区利用率。理想地，电流镜IGBT单元具有较低的外部电感，因为它们通常连接至感测电阻器或等效电路。如果感测发射极节点S具有高杂散电感，则在瞬态切换操作期间会由于对应的高电压而产生对IGBT的破坏。这种事件通常可以描述为电气过应力(EOS)事件。

由于温度感测二极管110的ESD弱点(再次注意，节点Ta和Tk均在图1A的集成电路100A中浮置)，温度感测二极管110的一个分支可以耦合至IGBT 102的发射极电位。因此，在一个实施例中，IGBT集成电路100C被示为具有耦合的Tk和Ea节点。因此，与图1A所示的IGBT集成电路100A相比，图1C所示的IGBT集成电路100C的实施例的ESD鲁棒性得到了改善。温度感测电路Ts的Tk节点在集成电路100C中不具有浮置电位。

上述杂散电感问题在图1D的集成电路100D中进一步详细示出。在图1D中示出了IGBT 102和反并联二极管104，以及耦合在发射极和辅助发射极节点E和Ea之间的外部负载电阻器Rl以及耦合在感测发射极和发射极节点S和E之间的外部感测电阻器Rs。图1D中未示出温度感测电路。集成电路100D应用中的问题在于，电流镜单元(电流感测IGBT单元)可能被高压瞬变损坏。在图1D中，感测发射极节点S通过感测电阻器Rs连接至具有较高杂散电感的负载路径。在切换期间，高压瞬变，并且可能导致栅极电压超过电流感测IGBT单元的最大允许栅极-源极电压(Vgs)，这通常在本文描述为电气过应力(EOS)事件。

虽然在图1A的集成电路100A中示出IGBT 102，但是也可以替换功率MOSFET晶体管，其包括位于至少两个源极节点中的一个与漏极节点之间的电流路径，其中通过电流路径流动的电流通过栅极节点控制。至少两个源极节点中的一个可用于以与上述类似的方式提供电流镜像功能，以提供电流的一小部分，而至少两个源极节点中的另一个被配置为提供作为功率MOSFET晶体管的导通状态下的负载的负载电流的电流的主要部分。现在参考图1E，示例MOSFET功率开关140被示为包括具有“N”区域单元的器件面积的第一MOSFET晶体管120以及具有“1”区域单元的器件面积的第二MOSFET晶体管122。MOSFET晶体管120和122的漏极在公共漏极节点142处耦合在一起，并且MOSFET晶体管120和122的栅极在公共栅极节点144处耦合在一起。应注意，第一源极节点146提供功率开关140中的电流的大部分，例如负载电流。第二源极节点148提供功率开关140中的电流的小部分，例如感测电流。感测电流和负载电流根据相应的器件面积成比例。图1E中没有示出感测和二极管电路，但是如果使用，则基本上与之前参考图1A描述的相同。可以为下文描述的实施例进行类似的IGBT和MOSFET功率开关的替换，其中可以仅示出IGBT实现。

下文讨论了解决上述性能和使用问题的进一步功率开关实施例。

在图2A中示出了实现为集成电路200A的功率开关的一个实施例。IGBT 102和续流二极管104以及对应的节点与前文描述的基本相同。然而，感温感测电路Ts的片上温度感测二极管110和112内部地连接在感测发射极节点S和辅助发射极节点Ea或发射极节点E之间。IGBT 102的感测发射极单元以及温度感测二极管110和112以以下这种方式进行设计：温度感测二极管可以在感测发射极节点S外部未连接的情况下承载感测发射极单元的所有电流。在感测发射极节点S处承载所有电流的能力通过足够强(足够大面积)的温度感测二极管110和112或者通过IGBT 102中少量的感测发射极单元(以减少电流流动)或这两者来实现。下文进一步详细地讨论图2A所示集成电路200A及其相关实施例的优点和操作。

集成电路200A的实施例布线200B和200C如图2B和图2C所示。如图2B的布线200B所示，不是强制性地具有物理分离的Ea焊盘。布线200B包括仅用于栅极节点G和感应发射极节点S的接合焊盘。如图所示，辅助发射极节点Ea的接合焊盘合并为三个发射极功率条E的中间一个。与图1B的实施例相同，温度感测电路Ts占据一个发射极功率条E的一部分。集电极节点C位于集成电路的底侧，并且集电极节点C的小边缘部分如图2B所示。

图2C示出了集成电路200A的备选布线200C，其在辅助发射极节点Ea处使用专用接合焊盘。用于栅极节点G和感测发射极节点S的接合焊盘以及发射极节点E和集电极节点C的发射极功率带与图2B所示的布线200B基本相同。

温度感测电路Ts可放置在200B布线的中心，如图2B所示用于精确的集成电路温度测量，或者放置在发射极节点E的发射极功率带的侧面，用于使图2C的布线200C所示的IGBT负载区域的有源区的损失最小化。虽然在图2B和图2C中示出了用于温度感测电路Ts的两个位置，但是也可以使用其他集成电路位置。这也适合于放置在芯片区域上分布的温度感测二极管，以便得到例如芯片中心和芯片边角的平均信号。

图2B和图2C所示的布线200B和200C使用少量的信号焊盘(一个焊盘用于栅极节点G，一个焊盘用于感测发射极节点S，以及可选焊盘用于辅助发射极节点Ea)，这使得访问接合焊盘的封装工作量最小并且有源区利用率高。图2B和图2C所示的布线200B和200C具有最高的ESD鲁棒性，因为集成电路的任何区域都不浮置。此外，由IGBT 102提供的小电流镜功能经由温度感测二极管110和112进行保护。布线200B和200C在高杂散电感回路外部地连接至下文进一步详细描述的感测电阻器外部部件(Rs)的情况下也具有高EOS鲁棒性。

图3示出了实现为集成电路200D的功率开关，该集成电路包括完成温度感测和电流感测功能所需的附加外部电路装置。在一个实施例中，集成电路200D耦合至位于未集成到集成电路200D的印刷电路板(PCB)上的外部感测电阻器Rs和外部晶体管106(其尺寸小于功率晶体管的尺寸)。在一个实施例中，感测电阻器Rs和外部晶体管106耦合在感测发射极节点S和辅助发射极节点Ea之间。在一个实施例中，IGBT 102的栅极节点G1耦合至晶体管106的栅极节点G2。晶体管106在一个实施例中被示为MOSFET，但是还可以使用其他类型的晶体管。

在操作中，当耦合的栅极节点G1和G2都切换为高时，可通过测量感测发射极节点S和辅助发射极节点Ea处的感测电阻器Rs两端的电压除以电阻器Rs的电阻，再乘以发射极尺寸与感测发射极尺寸的比率，来感测IGBT 102的电流(电流感测法)。当耦合的栅节点G1和G2都切换为低时，可以通过向感测发射极节点S和辅助发射极节点Ea注入电流，测量感测发射极节点S和辅助发射极节点Ea处的开发电压，除以所用二极管的数量以及使用本领域技术人员已知的二极管电流方程将电压插值到二极管温度，来感测IGBT 102的温度(温度感测法)。

如上所述，晶体管106可以用与负载IGBT 102相同的栅极电压进行控制。然后，当IGBT 102接通时，集成电路200D自动进入电流感测模式。集成电路200D的优点在于，如果感测发射极节点S的杂散电感导致高压过冲，则这些过冲将被温度感测二极管110和112钳位，由此保护IGBT 102免受EOS事件和破坏。如上所述，当IGBT 102关闭时，感测电阻器Rs断开，并且温度感测二极管110和112可用于温度感测。

图2A和图3所示的集成电路200A和200D的一般优点在于，尽管所有其他焊盘(管脚)都是外部浮置的，但IGBT 102仅通过与栅极节点G、集电极节点C和发射极节点E相关联的外部焊盘进行连接/测试。然而，尽管感测发射极节点S、辅助集电极节点Ca和辅助发射极节点Ea的焊盘可以浮置，但由于这些开路焊盘而不会发生临界电位，这是因为内部电路装置和前文描述的对应电连接。相反，在图1A的集成电路100A中，为了防止浮置节点并克服前文描述的ESD和EOS问题，必须外部地连接这些焊盘中的至少一些。

图4示出了为温度感测模式配置的集成电路200E和附加外部电路装置。电流源108向温度感测二极管110注入电流，并经由pn结下降测量IGBT 102的温度。在温度感测模式下，栅极节点处于OFF。集成电路200E的描述与先前关于图3所描述的集成电路200D的描述类似，除了添加也是外部部件且不与集成电路200E集成在一起的电流源108。

此外，与温度感测模式相关，如果需要的话，还可以执行感测电阻器Rs和电流源108的诊断。在无负载操作模式或续流(freewheeling)操作模式下执行诊断，其中反并联二极管104传导电流且没有电流流过IGBT 102。只要没有负载电流，IGBT 102就可以在诊断模式下接通。高栅极值还导通晶体管106，并将感测电阻器Rs连接在感测发射极节点S和辅助发射极节点Ea之间。由于R＝U/I欧姆定律，现在可以使用已知的感测电阻值(R)和测量的压降(U)来检查小信号电流源(I)的值。或者，备选地，当电流源具有已知状态时，可以检查感测电阻值Rs。因此，在电流源108和/或感测电阻器Rs的应用时间期间，诊断模式是可能的，这也示出了随寿命的劣化、漂移故障，并且还导致信号错误。

在操作中，电流源诊断根据以下步骤进行：

1.在操作期间，等待无负载、无切换操作阶段(备选地，切换期间的续流阶段)。在该操作阶段中，电流发射极不将电流注入温度感测电路Ts或感测电阻器Rs。

2.通过接通晶体管106的辅助栅极G2来使能电流源108和感测电阻器Rs。

3.测量感测发射极节点S和辅助发射极节点Ea两端的压降。

4.1.利用感测电阻器Rs的已知值(包括晶体管106的寄生MOSFET电阻)，电流源注入电流I＝Voltage_S_Ea/Rs，其中术语Voltage_S_Ea表示感测发射极节点S和辅助发射极节点Ea两端的电压。该测量电流值可与电流源的设定点进行比较。

4.2.通过已知的电流源电流，感测电阻器Rs的值(包括晶体管106的寄生MOSFET电阻)可以计算为Rs＝Voltage_S_Ea/Isource。该电阻值可以与实现的电阻值进行比较，由此可以在集成电路200E的使用寿命期间周期性地检查感测电阻器Rs的漂移和/或感测电阻器Rs的劣化或损坏。

使用集成电路并支持所述实施例的电路装置的反相器系统(未示出)将对ESD事件更加稳健，并且也对电气过应力(EOS)更加稳健。图1D的集成电路100D示出了电流感测与负载路径中的相对高杂散电感相连的实施例。如前文所述，杂散高电感会导致IGBT故障。

图5所示的集成电路200F和支持电路装置在高电感连接的情况下保护集成电路免受Vgs过电压的影响。虽然之前已经相对于图3的电路200D描述了电路200F，但这里用附加的方向箭头重现以进一步示出用于高电感连接应用的EOS鲁棒性改进。

通过图5所示的电路200F，温度感测电路Ts中内部连接的温度感测二极管110和112将感测发射极节点S连接至辅助发射极节点Ea。在发射极节点E上出现瞬态较高电压的情况下，温度感测二极管110和112将钳位或限制过电压，由此保护IGBT 102免受电气过应力事件(“EOS”)的影响。当客户在应用中打开传感器焊盘时，同样的原理将保护IGBT免受过电压的影响，并使集成电路更加稳健。因此，图5示出了栅极节点G1和感测发射极节点S之间由于二极管110在第一方向上的电压钳位动作以及二极管112在第二方向上的电压钳位动作而产生的Vgs的保护值。

图6A、图6B和图6C进一步示出了根据实施例的集成电路区域利用。具体地，示出了顶侧发射极接合线的利用。在图6A中，示出了包括温度感测电路Ts的IGBT电路的布线100E，其中使单独的栅极节点G、感测发射极节点S、辅助发射极节点Ea以及温度感测电路节点Tk和Ta具有各个的接合焊盘。在本实施例中，有十八个接合位置可用于耦合至六个发射极接合线602。在图6B中，示出了包括温度感测电路Ts的IGBT电路的布线200G，其中只有单独的栅极节点G、感测发射极节点S和辅助发射极节点Ea具有各自的接合焊盘。在该实施例中，应注意，具有附加的三个接合位置可用于附加的两条发射极接合线。总计有18个连接位置(布线100E中)，具有8条发射极接合线604。在图6C中，示出了包括温度感测电路Ts的IGBT电路的布线200H，其中只有单独的栅极G和感测发射极节点S具有各自的接合焊盘。在本实施例中，应注意，除了18个接合位置(布线100e中)之外还有附加的6个接合位置可用于耦合至接合线606。因此，图6B和图6C进一步详细示出了：当根据本文所述的实施例使用较少的接合焊盘时，更大的集成电路面积可用于功率分布。

图7示出了适合用于自测模式的集成电路200I，下文对其进行更详细的描述。电路200I与先前参照图4的集成电路200E中所描述的相同，除了IGBT 102的栅极G1与晶体管106的栅极G2分开且独立可操作。

当栅极G1断开且栅极G2接通时，可使用电流源108激活温度传感电路Ts的自检。由于电流源108的已知限定电流，可以检查感测电阻值Rs以及附加晶体管106的功能。在电流源108发生故障的情况下，也可以检测到故障。因此，在IGBT或功率开关电路的功能寿命期间，可以根据需要周期性地测试感测电阻器RS和电流源108。

图8所示的流程图800阐述了操作包括根据实施例的片上温度感测电路的电路的方法，除了正常PWM操作模式之外还包括自测或自检模式。在自检模式下，分别控制栅极G1和栅极G2。单独控制能够截止IGBT 102，并且利用电流源108检查电流感测电阻器Rs连接以及电流源108的功能。在正常PWM操作中，栅极G1和栅极G2用相同的信号控制。

在流程图800中，操作电路(包括片上温度感测电路)的方法从步骤802开始。在自检模式步骤804中，首先进入自检。在自检模式步骤804中，栅极G1断开，栅极G2接通，并且电流源接通，其具有1毫安的标称值。1毫安的额定值仅作为示例给出，也可以使用电流源的另一标称值。在检查电压步骤806中，检查感测发射极节点S和辅助发射极节点Ea(如果未使用辅助发射极节点，则为发射极节点E)之间的电压Voltage_S_Ea。如果电压不在预期的电压范围810内，则在步骤808处会出现错误标志。在生产模式下，被测试的IGBT电路可以被确定为故障并且被返工或报废。在应用模式下，可通过周围的操作系统关闭IGBT电路。如果电压在预期的电压范围810内，则该方法在步骤812处进入PWM操作模式。

在检查电压步骤806中使用的示例预期电压范围810由以下方程式给出：

Voltage_S_Ea<CurrentSource*(Rs+RauxTransistor)+Threshold(5％)且

Voltage_S_Ea>CurrentSource*(Rs+RauxTransistor)-Threshold(5％)，

其中，Voltage_S_Ea如前所定义，CurrentSource是电流源108的电流值，Rs是感测电阻器Rs的电阻值，RauxtTransistor是晶体管106的串联电阻值，并且Threshold(5％)是阈值电压值，该值为Voltage_S_Ea的期望电压值的百分之五(仅作为示例)。

在步骤812中，开始正常PWM操作。在正常PWM操作中，栅极G1和栅极G2耦合在一起，形成公共栅极电压，其为ON或OFF。如果栅极G1和G2均断开，则在步骤814中执行温度感测；而如果栅极G1和G2都接通，则在步骤816中执行电流感测。

在步骤814的温度感测模式中，电流源108具有1毫安的标称值并测量电压Voltage_S_Ea。如前文所讨论的，测量的电压Voltage_S_Ea被转换为温度读数。

在步骤816的电流感测模式下，测量电压Voltage_S_Ea。将测量的电压Voltage_S_Ea与过流阈值进行比较。如果比较正常，则PWM模式正常继续。如果比较表明存在过流条件，则IGBT电路可以断开或者可以生成警告信号，或者可以采取其他动作来使功耗降最小，由此不会损坏IGBT。

参考图9的定时图900，进一步解释正常PWM操作期间的电流感测模式和温度感测模式的交互。温度感测和电流感测与PWM信号的控制图案同步。温度信号在PWM断开阶段期间被采样，并且理想地在断开阶段的中间对准PWM信号。

在计数器零点，功率开关处于续流阶段的中间，并且理想地，在该阶段期间对温度信号进行采样。在正常PWM模式下，在整体接通模式期间，通过被测量电流信号与故障阈值的连续比较来激活电流感测电路。在记录电流信号的情况下，其将在最大计数器值下完成。在续流模式的中心，以最小计数器值进行温度感测。温度信号通常通过模拟-数字(“ADC”)电路(未示出)进行采样。在切换瞬态和噪声消失后的栅极断开之后，或者备选地在续流阶段的中间(即，在PWM计数器零点)的中心对准PWM中，优选在短时间内触发采样。

因此，图9的定时图900示出了在零计数值和最大计数值之间交替的PWM计数器信号。如果计数器值902高于PWM比较阈值904，则组合栅极G1和G2为ON，否则如栅极定时信号906所示，栅极G1和G2为OFF。当栅极在时间t1和t2之间以及t3和t4之间为ON时，电流感测被使能，如电流感测信号908所示。当栅极在时间t2和t3之间为OFF时，温度感测被使能，如温度感测信号910所示。温度感测的触发发生在t2之后的短时间内，或者在最小计数值的OFF模式的中心处(在时间(t3-t2)/2)处)。

总之，已经描述了功率半导体(可以是MOSFET、IGBT、栅极关断晶闸管(“GTO”)或其他类型的功率器件)，具有片上电流和温度传感器，内部耦合(“内部”和“内部地”被定义为集成电路内部的耦合，而不是与一个或多个器件以及集成电路外的对应连接耦合)在感测发射极节点S与辅助发射极节点Ea或发射极节点E之间。片上电流传感器可以实现为：为电流镜功能提供所述的分裂发射极布置或者根据需要提供单独的pn二极管结构。温度传感器由连接在电流传感器(感测发射极)和负载焊盘(发射极)之间的反并联二极管实现。由于这种内部连接，提高了ESD和静电过应力(“EOS”)鲁棒性。此外，信号焊盘的数量被最小化，从而使有源集成电路的利用率更高。

在一个实施例中，一种集成电路包括：功率开关，包括电流路径和电流感测节点；以及温度感测电路，内部地耦合在功率开关的电流路径和电流感测节点之间。在一个实施例中，电流路径包括漏极节点和第一源极节点，并且电流感测节点包括第二源极节点。在一个实施例中，电流路径包括集电极节点和发射极节点，并且电流感测节点包括感测发射极节点。在一个实施例中，温度感测电路包括多个串联连接的二极管和与多个串联连接的二极管反并联耦合的附加二极管。在一个实施例中，该电路还包括电流感测电阻器和耦合在电流感测节点与电流路径之间的附加开关，其中该功率开关进一步包括第一控制节点，并且附加开关包括耦合至功率开关的第一控制节点的第二控制节点。在一个实施例中，温度感测电路被配置为在第一操作模式下操作，其中第一操作模式包括续流模式。在一个实施例中，该电路被配置为在第二操作模式下操作为电流感测电路，其中第二操作模式包括功率开关的接通状态。

在另一实施例中，一种集成电路包括：功率开关，包括第一电流节点、第二电流节点和第三电流节点；以及温度感测电路，耦合在功率开关的第二电流节点和第三电流节点之间，其中第一电流节点包括集成电路的底面上的功率连接，第二电流节点包括集成电路的顶面上的多个功率连接带，并且第三电流节点包括集成电路的顶面上的第一接合焊盘。在一个实施例中，功率开关还包括控制节点，该控制节点包括集成电路的顶面上的第二接合焊盘。在一个实施例中，温度感测电路被配置为在续流操作模式下操作。在一个实施例中，该电路被配置为在功率开关的接通状态下操作为电流感测电路。在一个实施例中，第一电流节点包括集电极节点，第二电流节点包括发射极节点，并且第三电流节点包括感测发射极节点。第一电流节点包括漏极节点，第二电流节点包括第一源极节点，并且第三电流节点包括第二源极节点。在一个实施例中，温度感测电路包括多个串联连接的二极管以及与多个串联连接的二极管反并联耦合的附加二极管。

在另一实施例中，一种方法包括：配置功率开关以包括电流路径和电流感测节点；以及在功率开关内部，在功率开关的电流路径和电流感测节点之间耦合温度感测电路。根据实施例，该方法包括：在第一操作模式下确定温度感测电路的温度；以及在第二操作模式下确定在电流感测节点中流动的电流。

虽然参照说明性实施例描述了本发明，但本说明书并不以限制性的意义来解释。本领域技术人员在参考说明书之后将清楚说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例。因此，所附权利要求包括任何这种修改或实施例。

Claims (16)

1.一种集成电路，包括：

功率开关，包括电流路径和电流感测节点；以及

温度感测电路，内部地耦合在所述功率开关的所述电流路径和所述电流感测节点之间；以及

电流感测电阻器和附加开关，耦合在所述电流感测节点与所述电流路径之间，

其中所述电流路径包括集电极节点和发射极节点，并且所述电流感测节点包括感测发射极节点，并且其中所述温度感测电路包括在所述感测发射极节点与所述发射极节点之间的多个串联连接的二极管。

2.根据权利要求1所述的集成电路，还包括与所述多个串联连接的二极管反并联耦合的附加二极管。

3.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述功率开关还包括第一控制节点，并且所述附加开关包括耦合至所述功率开关的所述第一控制节点的第二控制节点。

4.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述温度感测电路被配置为在第一操作模式下进行操作。

5.根据权利要求4所述的集成电路，其中所述第一操作模式包括续流模式。

6.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述集成电路被配置为在第二操作模式下操作为电流感测电路。

7.根据权利要求6所述的集成电路，其中所述第二操作模式包括所述功率开关的接通状态。

8.一种集成电路，具有半导体本体，所述半导体本体具有顶面和底面，所述集成电路包括：

功率开关，包括第一电流节点、第二电流节点和第三电流节点；以及

温度感测电路，内部地耦合在所述功率开关的所述第二电流节点和所述第三电流节点之间，

其中所述第一电流节点包括位于所述集成电路的所述底面上的功率连接，所述第二电流节点包括位于所述集成电路的所述顶面上的多个功率连接带，并且所述第三电流节点包括位于所述集成电路的所述顶面上的第一接合焊盘，

其中所述第一电流节点包括漏极节点，所述第二电流节点包括第一源极节点，并且所述第三电流节点包括第二源极节点，

其中所述温度感测电路包括在所述感测发射极节点与所述发射极节点之间的多个串联连接的二极管，以及

其中所述集成电路还包括耦合在所述电流感测节点与所述电流路径之间的附加开关和电流感测电阻器。

9.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述功率开关还包括控制节点，所述控制节点包括位于所述集成电路的所述顶面上的第二接合焊盘。

10.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述温度感测电路被配置为在续流操作模式下进行操作。

11.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述集成电路被配置为在所述功率开关的接通状态下操作为电流感测电路。

12.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述第一电流节点包括漏极节点，所述第二电流节点包括第一源极节点，并且所述第三电流节点包括第二源极节点。

13.根据权利要求8所述的集成电路，还包括与所述多个串联连接的二极管反并联耦合的附加二极管。

14.一种操作电路的方法，包括：

配置功率开关以包括电流路径和电流感测节点；以及

在所述功率开关内部，在所述功率开关的所述电流路径和所述电流感测节点之间耦合温度感测电路；以及

将电流感测电阻器和附加开关耦合在所述电流感测节点与所述电流路径之间，

其中所述电流路径包括集电极节点和发射极节点，并且所述电流感测节点包括感测发射极节点，并且其中所述温度感测电路包括在所述感测发射极节点与所述发射极节点之间的多个串联连接的二极管。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：在第一操作模式下确定所述温度感测电路的温度。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括：在第二操作模式下确定在所述电流感测节点中流动的电流。

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