CN110275051A - 具有经扩展的电压范围的电流传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及一种具有经扩展的电压范围的电流传感器。在实施例中，电流感测电路包括复制晶体管，该复制晶体管具有被配置为耦合到输出晶体管栅极的栅极，以及耦合到输入端子的漏极。复制晶体管的漏极被配置为耦合到输出晶体管的漏极。第一晶体管，具有耦合到复制晶体管的电流路径的电流路径。误差放大器，具有耦合到复制晶体管的源极的非反相输入、被配置为耦合到输出晶体管源极的反相输入、耦合到第一晶体管的栅极的输出、耦合到输入端子的正电源端子、以及耦合到参考供应端子的负电源端子。电流‑电压转换器，具有耦合到复制晶体管的电流路径的输入。

Description

具有经扩展的电压范围的电流传感器
相关申请的交叉引用
本申请是于2018年3月14日提交的美国专利申请No.15/920,896的继续申请，该申请通过引用的方式并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及电子系统，并且，在特定实施例中，涉及具有经扩展的电压范围的电流传感器。
背景技术
一些电子电路(诸如电源或功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)电路)包括电流传感器电路。例如，电流传感器电路可用于感测流过负载的电流并当负载电流高于预定阈值时触发过电流保护电路。例如，电子熔丝(e-熔丝)是有源电路，电子熔丝可依赖于电流传感器电路来提供过电流保护。
一些电路可以使用电流传感器电路来调节电流。例如，在发光二极管(LED)驱动器中，电流传感器电路可用于监测通过LED的电流并基于所感测的电流产生反馈信号。控制器可以使用由电流传感器电路产生的反馈信号来调节流过负载的电流，以实现例如恒定电流。
某些电路可能具有宽范围的电源电压的操作条件。例如，尽管汽车电池中的典型操作电压为12V，但在正常操作期间，发生9V与16V之间的变化被预期。在冷启动条件器件，汽车电池的电压可能会降至低于5V的电压。因此，对于为汽车工业设计的设备通常支持低于5V以及高于18V的操作电压。期望具有宽电压范围的操作条件的电流传感器电路来准确感测通过宽电压范围的电流。
发明内容
根据实施例，电流感测电路包括：第一类型的复制晶体管，具有被配置为耦合到第一类型的输出晶体管的栅极端子的栅极端子，以及耦合到输入端子的漏极端子，复制晶体管的漏极端子被配置为耦合到输出晶体管的漏极端子；第一类型的第一晶体管，具有耦合到复制晶体管的电流路径的电流路径；误差放大器，具有耦合到复制晶体管的源极端子的非反相输入端子、被配置为耦合到输出晶体管的源极端子的反相输入端子、耦合到第一晶体管的栅极端子的输出端子、耦合到输入端子的正电源端子、以及耦合到参考供应端子的负电源端子；以及电流-电压转换器，具有耦合到复制晶体管的电流路径的输入。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：
图1A示出了用于由功率MOSFET驱动的负载的示例性电流传感器电路；
图1B示出了具有被短路到地的负载的图1A的电路；
图2A示出了根据本发明的实施例的用于由功率MOSFET202驱动的负载的电流传感器电路；
图2B示出了根据本发明的实施例的具有短路到地的负载的图2A的电路；
图3示出了根据本发明的实施例的用于由功率MOSFET驱动的负载的电流传感器电路；
图4示出了根据本发明的实施例的用于在电流消耗配置中晶体管的输出电流的电流感测的实施例方法的流程图；
图5示出了根据本发明的实施例的在启动和短路条件期间图3的电流传感器电路的数据模拟；
图6示出了根据本发明的实施例的可能的误差放大器实现；以及
图7示出了根据本发明的实施例的包括图3的电流传感器电路的e-熔丝电路。
除非另有说明，否则不同附图中的对应的数字和符号通常指代对应的部分。绘制附图以清楚地说明优选实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。为了更清楚地说明某些实施例，指示相同结构、材料或工艺步骤的变化的字母可以遵循图号。
具体实施方式
下面详细讨论目前优选实施例的制作和使用。然而，应该理解的是，本发明提供了许多可以在各种具体上下文中实施的可应用的发明概念。所讨论的具体实施例仅说明制造和使用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。
以下描述说明了各种具体细节，以提供对根据本说明书的若干示例实施例的深入理解。可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、组件、材料等获得实施例。在其他情况下，未详细示出或描述已知的结构、材料或操作，以免模糊实施例的不同方面。在本说明书中对“实施例”的引用指示关于该实施例描述的特定配置、结构或特征被包括在至少一个实施例中。因此，可能出现在本说明书的不同点处的诸如“在一个实施例中”的短语不一定完全指代相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定的构造、结构或特征。
将相对于具体上下文中的实施例来描述本发明，具有经扩展的电压范围的电流传感器电路用于各种系统，诸如e-熔丝系统。本发明的实施例可以用在其他类型的电路中，诸如，例如，在电源、电源管理集成电路(PMIC)、电池充电和LED驱动器中，以及可以从电流感测中受益的其他电路中。例如，实施例可以在用于保护可编程逻辑控制器(PLC)或其他系统板的应用中实施。
用于驱动负载的功率MOSFET可以使用电流传感器电路来进行过电流保护和/或进行负载电流调节。图1A示出了示例性电流传感器电路100，用于由功率MOSFET102驱动的负载112。电流传感器电路100包括NMOS晶体管104，PMOS晶体管106，电阻器110和误差放大器108，误差放大器108具有连接到NMOS晶体管104的源极的反相输入和连接到功率MOSFET102的源极的非反相输入。功率MOSFET102的栅极由栅极驱动器(未示出)驱动，栅极驱动器通常由控制器(未示出)控制。
在正常操作期间，电流传感器电路100感测输出电流Iout，基于输出电流Iout生成电流Icopy，并基于电流Icopy产生感测电压Vsense。电流Icopy是基于晶体管104和102之间的尺寸比率而缩放的输出电流Iout的复制。
为了产生电流Icopy，晶体管102和104的栅极、源极和漏极被保持在相同的电压。如图1A所示，晶体管102和104的栅极连接到同一节点Vgate，并且晶体管102和104的漏极连接到同一节点Vin。通过使用误差放大器108和PMOS晶体管106，晶体管102和104的源极被保持在相同的电压。误差放大器108控制PMOS晶体管106的栅极以保持节点VScopy的电压等于节点VSpower的电压。例如，当VSpower高于VScopy时，误差放大器108(Verror)的输出增加，这增加了PMOS晶体管106的导通电阻，这继而增加了VScopy的电压。当VSpower低于VScopy时，误差放大器108(Verror)的输出减小，这降低了PMOS晶体管106的导通电阻，这继而降低了VScopy的电压。
在短路电路条件期间(即，负载112短路到地)，节点VScopy可能不跟踪节点VSpower。图1B示出了具有短路到地的负载112的示例性电流传感器电路100。
如图1B所示，在短路电路条件期间，节点VSpower可以非常低(例如，大约0V)。结果，误差放大器108的输出(Verror)减小，以降低PMOS晶体管106的导通电阻并降低节点VScopy的电压。但是，如图1B所示，误差放大器108具有连接到输入节点Vin(例如，12V)的正电源端子和连接到地的负电源端子。因此，节点Verror可以不低于地。结果，节点VScopy可以在节点Verror之上保持大约一个Vgs电压(例如，0.7V)。由于VScopy与VSpower不同，因此电流Icopy可以不跟踪输出电流Iout。
图1A和图1B的电路可以被修改为包括负电荷泵，以向误差放大器108的负电源端子提供足够的负电压，以允许电流Icopy在输出Vout为低时跟踪输出电流Iout，诸如在短路电路条件期间。
电流传感器电路100通过使电流Icopy流过电阻器110来生成电压Vsense。当电流Icopy高时，在跨越电阻器110产生的电压降升高了晶体管106的漏极端子处的电压。通过增加晶体管106的漏极端子处的电压，可以减小可能的摆动VScopy。
在本发明的实施例中，当在n型功率MOSFET源极端子处的电压为低时，流过共漏极配置中的n型功率MOSFET的输出电流在n型功率MOSFET的源极端子处被精确地感测。在不使用负电荷泵电路的情况下实现精确的电流感测，从而降低系统的复杂性。
图2A示出了根据本发明的实施例的用于由功率MOSFET202驱动的负载112的电流传感器电路200。电流传感器电路200包括NMOS晶体管204和206、电流-电压(IV)转换器212和误差放大器208，误差放大器208具有连接到NMOS晶体管204的源极的非反相输入和连接到功率MOSFET202的源极的反相输入。NMOS晶体管204也可以称为复制MOSFET晶体管。
在正常操作期间，电流传感器电路200感测输出电流Iout，基于输出电流Iout生成电流Icopy，并基于电流Icopy产生感测电压Vsense。电流Icopy是基于晶体管204和202之间的尺寸比率而缩放的输出电流Iout的复制。
为了生成电流Icopy，晶体管202和204的栅极、源极和漏极被保持在相同的电压。如图2A所示，晶体管202和204的栅极被连接到同一节点Vgate，晶体管102和104的漏极被连接到同一节点Vin。通过使用误差放大器208和NMOS晶体管206，晶体管202和204的源极被保持在同一电压。误差放大器208控制NMOS晶体管206的栅极以保持节点VScopy的电压等于节点VSpower的电压。例如，当VSpower高于VScopy时，误差放大器208(Verror)的输出减小，这增加了NMOS晶体管206的导通电阻，这继而增加了VScopy的电压。
当VSpower低于VScopy时，误差放大器208(Verror)的输出增加，这降低了NMOS晶体管206的导通电阻，这继而降低了VScopy的电压。当VSpower非常低(例如，接近0V)时，误差放大器208的输出(Verror)被上拉(例如，上拉至输入节点Vin处的电压)，其完全导通NMOS晶体管206并导致VScopy降至约0V，取决于NMOS晶体管206的导通电阻。例如，图2B示出了根据本发明的实施例的具有被短路至地的负载112的电流传感器电路200。如图2B所示，当节点VSpower处的电压为0V时，电流Icopy精确地跟踪输出电流Iout。
负载112可以是例如LED。可以使用其他负载，诸如直流电机，螺线管，电阻性负载或其他负载。负载112也可以是完整的系统，诸如计算机服务器、诸如硬盘驱动器的外围设备、以及具有热交换能力的设备和系统。负载112也可以是例如用于驱动汽车中的窗户的电机，或者是汽车的进气阀的伺服驱动器。可以使用其他负载。
误差放大器208可以以本领域已知的任何方式实现。例如，误差放大器208可以利用运算放大器实施来实现。例如，误差放大器208可以使用运算放大器来实现，以实现低偏移而无需修整，该运算放大器使用斩波技术。在一些实施例中，误差放大器利用具有轨到轨输入共模电压范围的运算放大器来实现。
一些实施例可以利用晶体管而不是MOSFET来实现图2A和图2B的电路。例如，一些实施例可以使用双极结型晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。也可以使用其他晶体管技术。如图2A和图2B所示，晶体管202、204和206利用n型晶体管实现。一些实施例可以替代地使用p型晶体管。可以根据所设计的特定功率转换器的规格和电压电平来选择使用哪种晶体管，并且可以对电路进行适当的调整以适应特定的器件类型。
在一些实施例中，晶体管204和206、误差放大器208和I-V转换器212被集成到单个单片半导体衬底中，而功率晶体管202可以离散地(即，在集成电路外部)实现。在其他实施例中，功率晶体管202可以与晶体管204、206、误差放大器208和I-V转换器212集成。在其他实施例中，晶体管202、204、206、误差放大器208和i-V转换器212中的每一个可以离散地实现。其他实现也是可能的。
在一些实施例中，晶体管206具有相对高的W/L比，使得晶体管206的最小Vds仅为几毫伏，即使当电流Icopy处于其最大值。例如，在一些实施例中，晶体管206的W/L比为1m/1u，这导致当电流Icopy最大为500uA时，Vds最大为30mV。其他W/L比也是可能的。
一些实施例的优点包括电压范围的增加，其中误差放大器能够将功率MOSFET的源极电压复制到复制MOSFET晶体管的源极。因此，在宽电压范围上流过共漏极配置中的n型功率MOSFET的电流路径的输出电流的精确电流感测是可能的。这对于某些MOSFET技术(例如，一些垂直MOSFET技术)特别有利，这些MOSFET技术中，MOSFET的漏极由芯片背侧(衬底)形成，这防止了功率MOSFET和复制MOSFET的漏极端子分离的可能性。在一些实施例中，在不使用负电荷泵电路的情况下实现了精确电流感测，从而降低系统的复杂性。
附加的优点包括：通过避免使用复制电流流过以生成电压Vsense的电阻器，节点VScopy的可能电压摆动不会由于复制电流的大小而降低。
图3示出了根据本发明的实施例的用于由功率MOSFET202驱动的负载112的电流传感器电路300。电流传感器电路300以与电流传感器电路200类似的方式操作，并且包括I-V转换器212的特定实现。
如图3所示，I-V转换器212可以包括NMOS晶体管302、306和310，PMOS晶体管312和314，电阻器316，电压生成器304和误差放大器308。其他I-V转换器实现也是可能的。
在正常操作期间，共源共栅晶体管302由电压生成器304保持导图。电流Icopy以与相对于电流传感器电路200描述的类似方式生成。
如图3所示，误差放大器208的输出被连接到晶体管206和306的栅极。通过保持晶体管306的漏极电压(VD2)等于晶体管206的漏极电压(VD1)，电流Icopy被复制到基于晶体管206和306之间的比率而缩放的电流Icopy2中。通过使用误差放大器308和晶体管310，节点VD2处的电压被保持等于节点VD1处的电压，如图3所示。无论晶体管206是在饱和模式下(即，当Vgd<Vth时)操作，还是在线性模式下(即，当Vgd>Vth时)操作，误差放大器308有利地保持电压VD1等于电压VD2。
通过电流镜311，电流Icopy2被镜像到电流Isense中。通过使电流Isense流过电阻器316来生成电压Vsense。
误差放大器308可以以本领域已知的任何方式实现。例如，误差放大器308可以利用运算放大器实施来实现。例如，误差放大器208可以使用运算放大器来实现，以实现低偏移而无需修整，该运算放大器使用斩波技术。在一些实施例中，误差放大器利用具有轨到轨输入共模电压范围的运算放大器实现。
电压生成器304可以以本领域已知的任何方式实现。例如，电压生成器304可以利用带隙基准、电阻器分压器、使用例如两个二极管的正向电压来实现。电压生成器304还可以利用诸如具有输入电压Vdd的LDO的电压调节器来实现。其他实现也是可能的。作为非限制性示例，电压生成器304可以使用电阻器分压器生成1.2V。
输入节点Vdd通常接收比输入节点Vin更低的电压(例如，1.8V，3.3V或5V)，输入节点Vin通常接收12V的电压。可以使用其他电压。
在一些实施例中，借助于共源共栅配置，节点VD1保持在约0.5V(例如，电压生成器304可以产生例如1.2V，并且晶体管302的Vgs可以是例如700mV)。因此，晶体管206不暴露于输入节点Vin的高电压。一些实施例可以利用低压晶体管(诸如3V晶体管)来实现晶体管206、306、310、312和314、以及误差放大器308的晶体管，同时利用高压晶体管(诸如16V晶体管)来实现晶体管202、204和302。低压晶体管可以是除3V晶体管之外的晶体管。例如，低压晶体管可以是5V晶体管。高压晶体管可以是除16V晶体管之外的晶体管。例如，高压晶体管可以是12V晶体管，20V晶体管，100V晶体管或更高。
一些实施例的优点包括：通过将低压晶体管用于晶体管206、306、310、312和314以及误差放大器308的晶体管，当与使用高电平器件相比，由电流传感器电路300占用的面积可以被减小。其他优点包括：复制电流Icopy而不减小节点VScopy的摆动范围(例如，因为没有电阻器与晶体管206串联使用)。
图4示出了根据本发明的实施例的用于在电流消耗配置中晶体管的输出电流的电流感测的实施例方法400的流程图。方法400可以在电流传感器电路300中实现。方法400还可以在其他电路架构中实现并且以本领域已知的其他方式实现。下面的讨论假设电流传感器电路300实现电流感测的方法400，如图3所示。
在步骤402期间，共漏极配置中的诸如功率MOSFET202的输出晶体管向诸如负载112的负载，例如，提供输出电流。在步骤404期间，通过保持第一复制晶体管(例如，晶体管204)的源极端子的电压等于输出晶体管的源极端子的电压，将输出电流复制到第一复制电流中。在一些实施例中，误差放大器(例如，误差放大器208)可用于保持第一复制晶体管和输出晶体管的漏极端子相等。
在步骤406期间，通过保持第二复制晶体管(例如，晶体管306)的漏极端子的电压等于承载第一复制电流的晶体管(例如，晶体管206)的漏极端子的电压，将第一复制电流复制到第二复制电流中。在一些实施例中，误差放大器(例如，误差放大器308)可用于保持第一复制晶体管的漏极端子和承载第一复制电流的晶体管的漏极端子相等。
在步骤408期间，使用电流镜(例如，电流镜311)将第二复制电流镜像到感测电流中。在步骤410期间，基于第二复制电流生成感测电压。在一些实施例中，由通过第二复制电流流过电阻器(例如，316)来生成感测电压。
图5示出了根据本发明的实施例的在启动和短路电路条件期间的电流传感器电路300的数据的模拟。模拟数据在e-熔丝电路(未示出)中执行，该e-熔丝电路除了电流传感器电路300之外还包括软启动电路(未示出)和过电流保护电路(未示出)。图5中模拟和示出的电流传感器电路的灵敏度是10uA/A.
在时间t0(即，0ms)处，输入电压Vin从0V斜升到12V，如曲线502所示。输出电压Vout在时间t1处开始增加，直到在时间t3处稳定在12V，如曲线504所示。从时间t1到时间t2，软启动电路通过限制输出电流来操作，如曲线506所示。如曲线506和508所示，即使在非常低的电压下(例如，在启动期间)，电流Isense也精确地跟踪输出电流Iout。在理想电流Isense和模拟电流Isense之间从时间t0到时间t4获得的最大误差是2.47％。
在时间t4处，负载112短路到地。结果，输出电压下降到0V，并且输出电流尖峰超过80A，如曲线504和506所示。一旦在时间t5处激活过电流保护，输出电流被钳位在约58.8A处，如曲线506所示。如曲线506和508所示，即使在短路电路条件期间，电流Isense也精确地跟踪输出电流Iout。虽然在图5中很难看到，模拟数据显示当Vout低至15mV时，电流传感器300能够提供准确的感测电流。在理想电流Isense和模拟电流Isense之间从时间t0到模拟结束获得的最大误差约为13％。
图6示出了根据本发明的实施例的误差放大器600。误差放大器208或308或两者都可以实现为误差放大器600。误差放大器600包括正输入IN+、负输入IN-、输出Verrorout、时钟输入CLK、供应端子Vcc、开关602和604、电流生成器606、晶体管608、610、612和614、以及反相器618。
在正常操作期间，为实现斩波技术，误差放大器在时钟信号CLK(参见信号P1)的第一周期期间，通过分别使用开关602和604以将节点IN+连接到N1、将IN-连接到N2、将N3连接到N4、以及将N5连接到N6，以及在时钟信号CLK(参见信号P2)的第二周期期间，通过分别使用开关602和604以将节点IN+连接至N2、将IN-连接至N1、将N3连接至N6、以及将N5连接至N4。
供电端子V可以连接到任何合适的电源。例如，如果误差放大器208利用误差放大器600实现，则供应端子Vcc可以耦合到图3的输入节点Vin。作为另一示例，如果误差放大器308利用误差放大器600实现，则供应端子Vcc可以耦合到图3的输入节点Vdd。
在一些实施例中，时钟信号可具有约100kHz或更高的频率。可以使用其他频率。
在一些实施例中，可以在没有开关602和604的情况下实现误差放大器600。
图7示出了根据本发明的实施例的包括电流传感器电路300的e-熔丝电路700。e-熔丝电路700类似于用于获得图5所示的模拟数据的电路。e-熔丝电路700包括电流传感器电路300、负载112、栅极驱动器706、控制器704和过电流保护电路708。一个包括电流感测电路的一般方面包括：第一类型的复制晶体管，具有被配置为耦合到第一类型的输出晶体管的栅极端子的栅极端子，以及耦合到输入端子的漏极端子，复制晶体管的漏极端子被配置为耦合到输出晶体管的漏极端子；第一类型的第一晶体管，具有耦合到复制晶体管的电流路径的电流路径；误差放大器，具有耦合到复制晶体管的源极端子的非反相输入端子、被配置为耦合到输出晶体管的源极端子的反相输入端子、耦合到第一晶体管的栅极端子的输出端子、耦合到输入端子的正电源端子、以及耦合到参考供应端子的负电源端子；以及电流-电压转换器，具有耦合到复制晶体管的电流路径的输入。
实现可以包括以下特征中的一个或多个。电流感测电路，其中电流-电压转换器被配置为感测流过第一晶体管的电流路径的复制电流，并基于复制电流产生感测电压。电流感测电路进一步包括输出晶体管，其中输出晶体管的栅极端子耦合到复制晶体管的栅极端子。电流感测电路，其中输出晶体管是功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。电流感测电路，其中第一类型是n型。电流感测电路进一步包括耦合到输出晶体管的源极端子的负载。电流感测电路，其中电流-电压转换器包括：共源共栅晶体管，具有耦合在复制晶体管的电流路径和第一晶体管的电流路径之间的电流路径；第二复制晶体管，具有耦合到第一晶体管的栅极端子的栅极端子；第三晶体管，具有耦合到第二复制晶体管的电流路径的电流路径；第二误差放大器，具有耦合到第三晶体管的源极端子的第一输入端子、耦合到共源共栅晶体管的源极端子的第二输入端子、以及耦合到第三晶体管的栅极端子的输出端子；以及耦合到第三晶体管的电流镜。电流感测电路，其中电流镜被配置为将流过第二复制晶体管的电流复制到感测电流中。电流感测电路进一步包括耦合到电流镜的电阻器和输出电压端子。电流感测电路，其中电阻器被配置为基于流过电流镜的感测电流，在输出电压端子处生成感测电压。电流感测电路进一步包括耦合到共源共栅晶体管的栅极端子的电压生成器。电流感测电路，其中复制晶体管和共源共栅晶体管是高压晶体管，其中第一晶体管、第二复制晶体管和第三晶体管是低压晶体管。电流感测电路，其中低压晶体管是利用3V器件实现的晶体管，其中高压晶体管是利用16V器件实现的晶体管。
另一个一般方面包括一种感测电流的方法，该方法包括：利用第一类型的输出晶体管向负载提供输出电流，该输出晶体管具有耦合到第一供应端子的漏极端子，以及耦合到负载的源极端子；通过保持第一类型的复制晶体管的源极端子的电压等于输出晶体管的源极端子的电压，将输出电流复制到第一复制电流中，其中复制晶体管具有耦合到输出晶体管的漏极端子的漏极端子和耦合到输出晶体管的栅极端子的栅极端子；通过保持第二复制晶体管的漏极端子的电压等于第一类型的第一晶体管的漏极端子的电压，将第一复制电流复制到第二复制电流中，其中第一晶体管包括耦合到复制晶体管的电流路径的电流路径和耦合到第二复制晶体管的栅极端的栅极端子；将第二复制电流复制到感测电流中；以及基于感测电流生成感测电压。
实现可以包括以下特征中的一个或多个。方法，其中第一类型是n型。该方法进一步包括：向共源共栅晶体管提供第一电压，该共源共栅晶体管具有耦合在第一晶体管的电流路径和复制晶体管的电流路径之间的电流路径。方法，其中将第二复制电流复制到感测电流中包括使用耦合到第二供应端子的电流镜将第二复制电流复制到感测电流中。该方法进一步包括：在第一电源端接收12V；以及在第二电源端接收3.3V电压，其中第一电压等于1.2V.
又一个一般方面包括电子熔丝电路，电子熔丝电路包括：第一类型的功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，具有耦合到输入端子的漏极端子和被配置为耦合到负载的源极端子；栅极驱动电路，耦合到功率m MOSFET的栅极端子；电流传感器电路，耦合到功率MOSFET；以及控制器，耦合至栅极驱动电路，并进一步耦接至电流传感器电路，其中电流传感器电路包括：第一类型的复制晶体管，具有耦合至功率MOSFET的栅极端子的栅极端子，以及耦合到输入端子和功率MOSFET的漏极端子的漏极端子；第一类型的第一晶体管，具有耦合到复制晶体管的电流路径的电流路径；误差放大器，具有耦合到复制晶体管的源极端子的非反相输入端子、耦合到功率MOSFET的源极端子的反相输入端子、耦合到第一晶体管的栅极端子的输出端子、耦合到输入端子的正电源端子以及耦合到参考供电端子的负电源端子；以及电流-电压转换器，被配置为：感测流过第一晶体管的电流路径的复制电流，并基于复制电流生成感测电压。
实现可以包括以下特征中的一个或多个。电子熔丝电路，其中第一类型是n型。电子熔丝电路进一步包括耦合到电流传感器电路和栅极驱动器电路的过流保护电路，其中过电流保护电路被配置为将流过功率MOSFET的电流路径的输出电流钳位到预定值。电流感测电路，其中电流-电压转换器包括：共源共栅晶体管，具有耦合在复制晶体管的电流路径和第一晶体管的电流路径之间的电流路径；第二复制晶体管，具有耦合到第一晶体管的栅极端子的栅极端子；第三晶体管，具有耦合到第二复制晶体管的电流路径的电流路径；第二误差放大器，具有耦合到第三晶体管的源极端子的第一输入端子、耦合到共源共栅晶体管的源极端子的第二输入端子和耦合到第三晶体管的栅极端子的输出端子；以及电流镜，被配置为将流过第二复制晶体管的电流复制到感测电流中。电流感测电路，其中复制晶体管和共源共栅晶体管是高压晶体管，以及其中第一晶体管、第二复制晶体管和第三晶体管是低压晶体管。
虽然已经参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述并不旨在以限制意义来解释。参考说明书，本领域技术人员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，所附权利要求旨在涵盖任何这样的修改或实施例。

Claims (22)

1.一种电流感测电路，包括：
第一类型的复制晶体管，具有被配置为被耦合到输出晶体管的控制端子的控制端子、以及被耦合到第一供应端子的第一电流路径端子，所述复制晶体管的所述第一电流路径端子被配置为被耦合到所述输出晶体管的第一电流路径端子；
所述第一类型的第一晶体管，具有被耦合到所述复制晶体管的第二电流路径端子的第一电流路径端子；
误差放大器，具有被耦合到所述复制晶体管的所述第二电流路径端子的第一输入端子、被配置为被耦合到所述输出晶体管的第二电流路径端子的第二输入端子、被耦合到所述第一晶体管的控制端子的输出端子、被耦合到所述第一供应端子的正电源端子、以及被耦合到第二供应端子的负电源端子；以及
电流-电压转换器，具有被耦合到所述复制晶体管的所述第二电流路径端子的输入。
2.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述复制晶体管和所述第一晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管，并且其中所述第一类型为n型。
3.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述复制晶体管的所述第一电流路径端子为漏极端子，所述复制晶体管的所述第二电流路径端子为源极端子，以及所述第一晶体管的所述第一电流路径端子为漏极端子，所述第一晶体管具有被耦合到所述第二供应端子的源极端子。
4.根据权利要求1所述的电流感测电路，进一步包括所述输出晶体管，所述输出晶体管具有被配置为被耦合到负载的所述第二电流路径端子。
5.根据权利要求4所述的电流感测电路，其中所述输出晶体管是功率金属氧化物半导体场效应晶体管。
6.根据权利要求4所述的电流感测电路，进一步包括所述负载。
7.根据权利要求6所述的电流感测电路，其中所述负载包括发光二极管(LED)。
8.根据权利要求6所述的电流感测电路，其中所述负载包括电机。
9.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述误差放大器包括被耦合到所述第一供应端子的一对p型晶体管。
10.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述电流-电压转换器包括第二误差放大器，所述第二误差放大器具有被耦合到所述第二供应端子的一对p型晶体管。
11.根据权利要求10所述的电流感测电路，其中所述第一供应端子被配置为接收第一电压，并且所述第二供应端子被配置为接收比所述第一电压低的第二电压。
12.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述误差放大器包括：
电流源；
第一高侧晶体管和第二高侧晶体管，被耦合到所述电流源；
第一低侧晶体管和第二低侧晶体管，分别被耦合在所述第一高侧晶体管与所述第二供应端子之间、以及所述第二高侧晶体管与所述第二供应端子之间；以及
第一开关，具有：
第一输入，被配置为接收时钟信号，
第二输入，被配置为接收反相时钟信号，
第一端子，被耦合到所述第一高侧晶体管和所述第一低侧晶体管，
第二端子，被耦合到所述误差放大器的所述输出端子，
第三端子，被耦合到所述第二高侧晶体管和所述第二低侧晶体管，以及
第四端子，被耦合到所述第一低侧晶体管和所述第二低侧晶体管的控制端子。
13.根据权利要求12所述的电流感测电路，其中所述时钟信号具有100kHz或更高的频率。
14.一种电流感测方法，所述方法包括：
利用第一类型的输出晶体管将输出电流提供给负载，所述输出晶体管具有被耦合到第一供应端子的第一电流路径端子、以及被耦合到所述负载的第二电流路径端子；
通过保持第一类型的复制晶体管的第一电流路径端子的电压与所述输出晶体管的所述第二电流路径端子的电压相等，将所述输出电流复制到第一复制电流中，其中所述复制晶体管具有被耦合到所述输出晶体管的所述第一电流路径端子的第二电流路径端子、以及被耦合到所述输出晶体管的控制端子的控制端子；
利用误差放大器来调节所述第一类型的第一晶体管的控制端子的电压，所述第一晶体管具有被耦合到所述复制晶体管的所述第一电流路径端子的电流路径，所述误差放大器具有被耦合到所述复制晶体管的所述第一电流路径端子的第一输入端子、以及被耦合到所述输出晶体管的所述第二电流路径端子的第二输入，以及
使用电流-电压转换器将所述第一复制电流转换为感测电压，所述电流-电压转换器具有被耦合到所述复制晶体管的所述第一电流路径端子的输入。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：通过保持第二复制晶体管的第一电流路径端子的电压与所述第一晶体管的第一电流路径端子的电压相等，将所述第一复制电流复制到第二复制电流中，其中将所述第一复制电流转换为所述感测电压包括：
将所述第二复制电流复制到感测电流中；以及
基于所述感测电流生成所述感测电压。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
将第一电压提供给共源共栅晶体管，所述共源共栅晶体管具有被耦合在所述第一晶体管的所述电流路径和所述复制晶体管的所述第一电流路径端子之间的电流路径；以及
基于所述复制晶体管的所述第一电流路径端子处的电压、以及所述第二晶体管的第一电流路径端子的电压，利用第二误差放大器调节所述第一类型的第二晶体管的控制端子的电压，以生成第二复制电流，所述第二复制电流流过所述第二晶体管的所述电流路径。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：利用所述第二误差放大器来执行斩波技术。
18.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：使用所述误差放大器执行斩波技术。
19.一种电子电路，包括：
第一类型的功率晶体管，具有被耦合到第一供应端子的第一电流路径端子、以及被配置为被耦合到负载的第二电流路径端子；
驱动电路，被耦合到所述功率晶体管的栅极端子；以及
电流传感器电路，被耦合到所述功率晶体管，其中所述电流传感器电路包括：
所述第一类型的复制晶体管，具有被耦合到所述功率晶体管的所述控制端子的控制端子、以及被耦合到所述第一供应端子的第一电流路径端子；
所述第一类型的第一晶体管，具有被耦合到所述复制晶体管的第二电流路径端子的第一电流路径端子；
误差放大器，具有被耦合到所述复制晶体管的所述第二电流路径电子的第一输入端子、被耦合到所述功率晶体管的所述第二电流路径端子的第二输入端子、被耦合到所述第一晶体管的控制端子的输出端子、被耦合到所述第一供应端子的正电源端子、以及被耦合到参考供应端子的负电源端子；以及
电流-电压转换器，具有被耦合到所述复制晶体管的所述第二电流路径端子的输入。
20.根据权利要求19所述的电子电路，进一步包括被耦合到所述电流传感器电路和所述驱动电路的过电流保护电路。
21.根据权利要求19所述的电子电路，其中所述电流传感器电路被配置为跟踪在起动阶段期间流过所述功率晶体管的输出电流。
22.根据权利要求21所述的电子电路，其中所述电流传感器电路被配置为以等于或小于2.47％的误差来跟踪在所述起动阶段期间流过所述功率晶体管的所述输出电流具有。
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