CN116400129A - 监测泄漏电流的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及监测泄漏电流的系统和方法。一种用于监测MOSFET的系统，系统包括：开关装置，其被配置为能够切换地将MOSFET的栅极端子和MOSFET的源极端子与栅控电压源隔离；以及测试电路，其被配置为在测试周期内检测MOSFET的栅极至源极电压的变化，在栅极端子和源极端子被隔离时测试周期发生。

Description

监测泄漏电流的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及监测MOSFET的健康的系统和方法。
背景技术
通常，MOSFET可以被用于针对电流打开和关闭通路。然而，该功能可能随时间退化。针对安全关键应用，这种退化可能导致灾难性的结果。监测MOSFET的栅极泄漏可以帮助诊断潜在的问题，因此可以在故障发生之前采取预防措施。
发明内容
根据本发明的实施例，一种用于监测MOSFET的系统包括开关装置，其被配置为能够切换地将MOSFET的栅极端子和MOSFET的源极端子与栅控电压源隔离；以及测试电路，其被配置为在测试周期内检测MOSFET的栅极至源极电压的变化，测试周期发生在栅极端子和源极端子被隔离时。
根据一个实施例，该系统还可以包括：栅极端子开关，其用于能够切换地将栅极端子与栅控电压源隔离；以及源极端子开关，其用于能够切换地将源极端子与栅控电压源隔离。
根据一个实施例，该系统还包括其中测试电路包括被配置为检测MOSFET的栅极至源极电压的电压感测电路。
根据一个实施例，该系统还包括其中测试电路包括与电压感测电路的输出耦合的采样和保持电路，以在采样时间处存储等于栅极至源极电压的样本电压。
根据一个实施例，该系统还包括其中测试电路还包括与电压感测电路的输出和采样和保持电路的输出耦合的电压减法器电路，电压减法器电路被配置为输出样本电压和栅极至源极电压之间的差。
根据实施例，该系统还包括测试采样和保持电路，该测试采样和保持电路被配置为在测试时间处存储电压减法器电路的输出，在测试时间处的差等于MOSFET的栅极至源极电压在测试周期上的变化。
根据一个实施例，该系统还包括与开关装置、采样和保持电路以及测试采样和保持电路通信的定时电路，以触发开关装置、采样和保持电路以及测试电路的操作。
根据一个实施例，一种监测MOSFET的方法包括使MOSFET的栅极浮置；检测MOSFET的栅极至源极电压的变化；根据MOSFET的栅极至源极电压的变化确定泄漏电流；以及当泄漏电流超过最大阈值时触发警告。
根据一个实施例，该方法还包括其中浮置MOSFET的栅极包括将MOSFET的栅极与栅极驱动器隔离。
根据一个实施例，该方法还包括，其中检测MOSFET的栅极至源极电压的变化包括在浮置MOSFET的栅极之前感测栅极至源极电压的样本电压，以及在浮置MOSFET的栅极之后感测测试电压，MOSFET的栅极至源极电压的变化等于样本电压和测试电压之间的差。
根据一个实施例，该方法还包括，其中MOSFET处于导通状态。
根据一个实施例，该方法还包括，其中泄漏电流包括从MOSFET的栅极到MOSFET的源极的泄漏电流和从MOSFET的栅极到MOSFET的泄漏电流。
根据一个实施例，该方法还包括，其中MOSFET处于关断状态。
根据一个实施例，该方法还包括，其中泄漏电流包括从MOSFET的漏极到MOSFET的源极的泄漏电流。
根据一个实施例，用于监测MOSFET的泄漏电流的测试电路包括电压感测电路，其被配置为检测MOSFET的栅极至源极电压；采样和保持电路，其与电压感测电路的输出耦合，并且被配置为存储来自采样控制信号的方向上的MOSFET的栅极至源极电压的样本值；电压减法器电路，其与电压感测电路的输出以及采样和保持电路的输出耦合，电压减法器电路被配置为输出样本值与栅极至源极电压之间的差；以及测试采样和保持电路，其被配置为在测试控制信号的方向上存储电压减法器电路的输出。
根据一个实施例，测试电路还包括，其中电压感测电路包括伏特计。
根据一个实施例，测试电路进一步包括第一比较器，其被配置为接收第一参考电压并且接收由测试采样和保持电路存储的电压减法器的输出，第一比较器被配置为响应于由测试采样和保持电路存储的电压减法器的输出超过第一参考电压而断言警告信号。
根据一个实施例，测试电路进一步包括第二比较器，其被配置为接收第二参考电压并且接收由测试采样和保持电路存储的电压减法器的输出，第二比较器被配置为响应于由测试采样和保持电路存储的电压减法器的输出超过第二参考电压而断言警告信号。
根据一个实施例，测试电路还包括，其中第一参考电压与MOSFET的导通状态的最大泄漏电流相关，并且第二参考电压与MOSFET的关断状态的最大泄漏电流相关。
根据一个实施例，测试电路还包括与检测MOSFET的温度的温度传感器通信的第一温度补偿电路，第一温度补偿电路被配置为根据MOSFET的温度来适配第一参考电压。
根据一个实施例，测试电路还包括与温度传感器通信的第二温度补偿电路，第二温度补偿电路被配置为根据MOSFET的温度来适配第二参考电压。
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1示出了MOSFET的泄漏电流；
图2示出了根据实施例的监测MOSFET的系统；
图3示出了根据实施例的用于监测MOSFET和测试电路的系统；
图4示出了根据实施例的处理电路的实施例；
图5示出了处于导通状态的MOSFET的泄漏。
图6示出了处于关断状态的MOSFET的泄漏；
图7示出了根据实施例的用于监测处于导通状态的MOSFET的泄漏电流的系统的时序图；
图8示出了根据实施例的用于监测处于关断状态的MOSFET的泄漏电流的系统的时序图；
图9示出了根据实施例的具有延迟的定时波形；
图10示出了根据实施例的监测MOSFET的泄漏电流的方法的流程图；
图11示出了根据实施例的监测MOSFET泄漏的系统；
图12示出了用于确定温度补偿的系统；以及
图13示出了示出根据实施例的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
MOSFET和功率MOSFET被用于许多安全关键环境中。例如，功率MOSFET可以被用于电子熔丝。电子熔丝可以被用于许多不同的应用，包括汽车(等等)。由于它们的关键功能，电子熔丝可能符合严格的安全标准。例如，当结合到汽车动力系统中时，根据ISO26262(用于安装在道路车辆中的电气和/或电子系统的功能安全的国际标准)，可能需要指定具有高汽车安全完整性等级的电子熔丝。检测和管理MOSFET的潜在故障对于确保安全性和功能性是重要的。在熔丝的情况下，MOSFET可以被用于打开电流通路。如果MOSFET失去了控制电流的能力，则其不再为它提供关键功能。短路中的故障可能严重损害安全要求，因为可能无法切断失控的设备。
MOSFET的栅极结构中的两个主要物理退化可能导致危及MOSET控制电流通路的能力的严重故障：栅极氧化物中的泄漏和栅极氧化物中的电荷俘获。监测栅极泄漏变化使得可以早期检测设备退化并且防止潜在的故障。在设备的操作期间执行这种监测可能是有利的。
图1示出了MOSFET的泄漏电流。
系统100可以包括MOSFET 102，MOSFET 102包括栅极端子102G、漏极端子102D和源极端子102S。MOSFET 102可以被耦合到栅极驱动器104和控制器106。MOSFET 102的漏极至栅极电容由CDG表示，并且栅极至源极电容由CGS表示。取决于MOSFET 102的栅极处存在的电压，电流ID可以在漏极和源极之间流动。可以理解，在正常操作期间，可以通过控制提供给栅极的电压来打开和关闭电流ID的路径。一般而言，针对N型MOSFET，如果MOSFET的栅极至源极电压(VGS)大于MOSFET的阈值电压(Vth)，则该路径可以导电。在熔丝的情况下，针对电流ID的路径可以在短路的情况下断开，以防止损坏或其它故障。栅极驱动器104可以在控制器106的方向上向MOSFET 102提供栅极电压。
然而，泄漏可能损害MOSFET 102按预期运行的能力。泄漏电流可以由图1中的路径108表示。泄漏可以降低将MOSFET置于导通状态所需的栅极阈值。例如，当MOSFET 102的漏极到源极电压(VDS)超过阈值电压时，该电压可以被应用于MOSFET 102的栅极。这可以将MOSFET置于导通状态，并且控制器106可能失去将MOSFET置于关断状态的能力。当依靠这种控制来操作熔丝时，熔丝不再能执行其关键功能。并且MOSFET可以保持导通。因此，当需要时，MOSFET将失去中断电路的能力。而且，这会导致高温、损坏，并且存在火灾危险。
这些风险可以通过在操作期间监测MOSFET的栅极泄漏电流来降低。然而，这存在挑战，因为泄漏电流可能非常小。测量的范围可以落在nA或甚至pA。泄漏可能是温度的函数。并且，需要针对现场测量。
图2示出了根据实施例的监测MOSFET的系统。
除非在本公开中另外指明，否则相同的数字标识符可以被用于标识不同图中的相同元件。为了避免冗余，并且为了简洁起见，将不再针对每个图描述这些元件。在各种实施例中，监测MOSFET 102的系统200可以包括开关装置202和测试电路204。MOSFET 102可以包括栅极端子102G、源极端子102S和漏极端子102D。MOSFET的寄生电容可以由CGD(栅极漏极)、CGS(栅极源极)和CDS(漏极源极)建模。MOSFET 102可以与诸如电源Vsupply和负载201A的电路装置201耦合。
栅极驱动器104可以接收栅极控制信号并且提供输出电压以驱动MOSFET 102。在各种实施例中，栅极驱动器104可以与栅极端子102G和源极端子102S耦合。栅极驱动器104可以从控制器106(图2中未示出)接收控制信号。
在各种实施例中，开关装置202可以被配置为能够切换地将MOSFET 102的栅极端子102G和MOSFET的源极端子102S与栅控电压源(诸如栅极驱动器104)隔离。开关装置202可以接收控制信号206，该控制信号206可以触发开关装置202以耦合或去耦合栅极端子102G和源极端子102S。
在各种实施例中，开关装置202可以包括栅极端子开关S1，以能够切换地将栅极端子102G与栅控电压源隔离。开关装置202可以包括能够切换地隔离源极端子102S的源极端子开关S2。例如，断言控制信号206可以打开栅极端子开关S1和源极端子开关S2，从而将栅极端子102G和源极端子102S与栅极驱动器104隔离。可以理解，开关装置202可以以多种方式被实现。在各种实施例中，开关装置202可以用单个开关来实现。在各种实施例中，单独的控制信号被用于栅极端子开关S1可以打开和源极端子开关S2。
当MOSFET 102的栅极端子102G和源极端子102S被隔离时，MOSFET 102的栅极可以被认为是浮置的。这对于允许测量MOSFET102的栅极至源极电压(VGS)的变化是有利的，其又可以被用于确定泄漏。
测试电路204可以被配置为检测MOSFET 102的VGS的变化。测试电路204可以确定测试周期内VGS的变化。在不同的实施例中，测试周期的持续时间可以不同。在各种实施例中，测试周期的持续时间可以是可编程的或可变的。在各种实施例中，测试电路204可以包括正端子IN+和负端子IN－。正端子IN+可以与栅极端子102G耦合并且负端子IN－可以与源极端子102S耦合，以允许VGS的检测。测试电路204还可以接收一个或多个控制信号208。控制信号可以确定何时启动测试，并且还可以被用于结束测试。如将了解，测试电路204可以在各种实施例中以各种方式被实现。
图3示出了根据实施例的监测MOSFET的系统和测试电路。
在系统200的各种实施例中，测试电路204可以包括电压感测电路302。电压感测电路302可以被配置为检测MOSFET 0102的栅极至源极电压。例如，电压感测电路302可以包括伏特计。电压感测电路302可以在正端子IN+处与栅极端子102G耦合并且在负端子IN－处与源极端子耦合。电压感测电路302可以在输出302A处提供MOSFET 102的栅极至源极电压VGS。
在各种实施例中，电压感测电路302可以包括存储器304以存储VGS的样本值。例如，可以在泄漏测试开始时对VGS进行采样，以与在稍后时间处检测到的VGS的稍后值进行比较。样本VGS值与测试VGS值之间的差可以被称为VGS的变化(ΔVGS)
在各种实施例中，存储器304可以包括采样和保持电路。存储器304可以接收控制信号208A以确定何时存储样本VGS。存储器304可以包括输入端子304A以从电压感测电路302接收VGS。存储器304还可以包括输入端子304B以接收控制信号208A。样本VGS可以被提供给输出304C。
在存储样本VGS之后，其可以被用于参考的帧以用于计算测试周期期间VGS的变化。例如，VGS可以被再次采样，并且该差值可以被用作VGS的变化(ΔVGS)。如将了解，各种实施例可以被实现以用于确定ΔVGS的不同方法。这可以用数字或模拟电路装置来实现。
在各种实施例中，测试电路204可以包括与电压感测电路的输出302A和存储器304的输出304C耦合的电压减法器306。电压减法器306电路被配置为以输出样本VGS与栅极至源极电压的电流电平之间的差。
测试电路204还可以包括另一个采样和保持电路，测试采样和保持电路308用于在测试时间处存储电压减法器306的输出。测试采样和保持电路308可以包括输入308A以接收电压减法器306的输出。测试采样和保持电路308还可以包括输入308B以接收控制信号208B。控制信号208B可以确定何时存储电压减法器306的输出。在此时存储的值可以包括ΔVGS(test)。在测试时间处的差可以等于在测试周期上MOSFET 102的栅极至源极电压的变化。该值可以被提供给输出308C。定时电路312可以协调开关装置202的操作、样本VGS在存储器304中的存储，以及ΔVGS(test)在测试采样和保持电路308中的存储。在各种实施例中，定时电路312可以提供控制信号206、控制信号208A和控制信号208B。
一旦确定了ΔVGS(TEST)，就可以将其提供给其它电路装置用于附加处理。ΔVGS(TEST)可以被用于计算泄漏电流ILeakage。可以理解，计算可以根据栅极控制是导通还是关断而不同。当栅极控制为导通时计算泄漏电流的等式由等式1提供。
Figure BDA0004035396660000081
在等式1中，ILeakage表示栅极至源极泄漏(GS)和栅极至漏极泄漏(GD)的总和。ΔVGS(TEST)是样本VGS和测试VGS之间的差。并且CGS+CGD是栅极至源极电容和栅极至漏极电容的和。TOpen Gate是栅极端子102G和源极端子102S已经被开关装置202隔离的时间。
当栅极控制为导通时计算泄漏电流的等式由等式2提供。
Figure BDA0004035396660000082
在等式中，ILeakage表示漏极至源极泄漏。
在各种实施例中，系统200还可以包括处理电路310。处理电路可以在输入310A处接收ΔVGS(TEST)。处理电路310还可以在输入端310B处接收栅极控制信号。处理电路310可以包括存储指令的非瞬态计算机可读介质，以根据等式1或等式2根据MOSFET是处于导通状态还是关断状态(如由栅极控制信号所确定的)来计算泄漏电流。在各种实施例中，可以存储来自测量值的测量值，以标识泄漏电流的变化趋势。处理电路310可以用嵌入在设备中的电路装置或通过外部独立处理器来实现。
图4示出了根据实施例的处理电路的实施例。
在各种实施例中，处理电路310可以包括非瞬态计算机可读存储器311以存储指令集，指令集使处理电路310根据MOSFET是导通还是关断来根据等式1和等式2确定泄漏电流。
如所提及的，系统200可以被用于监测处于导通状态或关断状态的MOSFET 102的泄漏。
图5示出了处于导通状态的MOSFET的泄漏。
为了保持MOSFET的导通状态，栅极驱动器104可以用MOSFET饱和(开关装置202处于闭合状态)所需的电压来极化MOSFET 102的栅极，使得MOSFET可以具有足够低(≈0)的VDSON以激活负载。可以通过监测栅极电压变化ΔVGS(TTEST)来测量MOSFET的栅极氧化物中的泄漏，同时通过打开开关装置202一定时间使栅极浮置。当栅极浮置时，MOSFET结构外部没有电流流动，因此栅极电压的变化可能与流向MOSFET内部的电流相关，该电流使栅极氧化物本身的电容放电。从MOSFET的栅极至漏极(ILeakage GD)以及从MOSFET的栅极至源极(ILeakageGDS)可能发生电流泄漏。由于MOSFET是导通的并且VDSON≈0，所以电流可以源自栅极至源极氧化物中或栅极至漏极氧化物中或两者中。
此内部泄漏电流可以使栅极氧化物电容放电，并且等式1可以被用于计算作为ΔVGS(TTEST)的函数的泄漏。此测试可以在MOSFET的操作期间被执行。泄漏测试不会干扰负载激活，因为在正常操作条件下，栅极电压将保持恒定并且MOSFET VDSON不会改变。在各种实施例中，可以选择泄漏测试的定时以将栅极电压变化限制到与MOSFET完全导通兼容的低值。例如，开关装置202将栅极保持在浮置状态的测试周期可以被选择为包括不会影响MOSFET的操作的持续时间。此外，可以用稍高的电压过驱动栅极，以补偿由于泄漏测试引起的最终栅极电压变化。因为栅极将根据电荷Q＝∫i(t)dt放电，所以还可以利用泄漏测试来解决不恒定的泄漏电流。
图6示出了处于关断状态的MOSFET的泄漏。
为了保持MOSFET的关断状态，栅极驱动器104可以利用MOSFET关断状态所需的电压＝0来极化MOSFET的栅极(开关装置202处于闭合状态)，使得MOSFET不能激活负载并且VDS＝V supply。在这种状态下，可以通过测量栅极电压变化ΔVGS(TTEST)来测量栅极氧化物中的泄漏，同时通过打开开关装置202一段测试周期时间使栅极浮置。当栅极浮置时，可能没有电流从MOSFET外部流动到栅极源极引脚中，因此栅极电压的变化可能与流向MOSFET内部的电流相关。从漏极至栅极的潜在电流可以对栅极源极氧化物的电容充电。由于功率MOSFET是关断的，所以漏极被极化，使得VDS＝Vsupply并且电流可以源自漏极至栅极氧化物。应当注意，没有电流从栅极泄漏到源极，因为它们处于相同的电压。
此内部泄漏电流可以对栅极源极氧化物电容充电，并且等式2可以被用于计算作为ΔVGS(TTEST)的函数的泄漏。可以在不影响负载激活的情况下执行测试操作，因为在正常操作条件下，栅极电压将保持恒定(等于零)并且MOSFET状态将不改变。还可以选择泄漏测试的定时(栅极保持浮置的时间周期)，以便将栅极电压变化限制到与MOSFET关断状态(VGS<VTH)兼容的低值。如在讨论导通状态时所提及的，在非恒定泄漏电流的情况下，仍然可以使用该方法，因为栅极电容将根据电荷Q＝∫i(t)dt充电。当处于关断状态时，可以验证泄漏是由于MOSFET的氧化物漏极至源极中的泄漏。如果在导通状态下检测到泄漏，则这可能是有用的。当MOSFET处于关断状态时，可以执行另一测试，以确定在氧化物栅源或氧化物栅漏中是否产生泄漏。
图7示出了根据实施例的用于监测处于导通状态的MOSFET的泄漏电流的系统的时序图。
在各种实施例中，定时信号可以被用于触发系统200的操作。用于在MOSFET的导通状态期间监测泄漏的测试信号的示例波形可以包括测试使能信号。测试使能信号可以启动泄漏测试。在各种实施例中，测试使能信号可以由定时电路312在测试使能输入312A处接收(如图3中所描绘)。附加的定时信号还可以包括采样VGS信号，其可以使得MOSFET 102的栅极至源极电压被采样(和被存储)。在各种实施例中，样本VGS可以在来自定时电路312的控制信号208A上被携带，并且被提供给存储器304的输入端子304B，以使存储器将在此时的栅极源极电压值存储为样本栅极源极电压。
断开连接/连接栅极信号可以操作开关装置202。例如，当断开连接/连接栅极信号被断言时，开关装置202可以隔离栅极端子102G和源极端子102S。当解除断言时，开关装置202可以取消栅极端子102G和源极端子102S的隔离。
附加的定时信号可以包括测试泄漏信号。测试泄漏信号在被断言时可以使系统200存储ΔVGS的值。换言之，开关装置202的断开(断开连接/连接栅极信号的断言)和测试泄漏信号被断言的时间之间的时间可以是TOPEN GATE。在各种实施例中，断开连接/连接栅极信号可以由控制信号206携带到输入202A。测试泄漏信号可以由采样和保持电路308在输入308B处接收并且在控制信号208B上被携载。
举例来说，在时间T0处，栅极可以相对于源极极化到导通电压VGSON。在时间T1处，测试使能信号可以被断言。这可以使采样VGS信号被断言，这可以使存储器304在那时将VGS存储为VGS(Sample)。在时间T2处，断开连接/连接栅极可以被断言，从而使栅极变为浮置。在各种实施例中，在T1和T2之间可能存在延迟，以允许存储VGS(Sample)并且解决任何内部延迟。VGS可能由于任何电流泄漏而开始降低。在所需长度的持续时间之后，可以在T3处断言测试泄漏信号。时间T3处的VGS与VGS(Sample)之间的差可以被存储为ΔVGS(TEST)，其接着可以被用于确定泄漏电流。在时间T4处，断开连接/连接栅极信号可以被解除断言，并且栅极可以再次与栅极驱动器104耦合。VGS可以恢复到VGS ON。在T2和T3之间的时间周期可以被认为是测量泄漏电流变化的时间周期，并且被用作TOPEN GATE。
图8示出了根据实施例的用于监测处于关断状态的MOSFET的泄漏电流的系统的时序图。
测试使能、样本VGS、断开连接/连接栅极信号可以以相同的方式操作，无论MOSFET处于导通和关断。在T0处，VGS可以保持在VGSOFF。在时间T1处，测试使能信号可以被断言。作为响应，还可以断言采样VGS信号。这可能导致存储器存储VGS(Sample)。当MOSFET处于关断状态时，VGS可以等于零。在已经存储了VGS(Sample)之后，可以在时间T2处断言断开连接/连接栅极信号。在各种实施例中，在T1和T2之间可能存在延迟，以允许存储VGS(Sample)并且解决任何内部延迟。在断连/连接栅极信号被断言之后，栅极可能由于开关装置202的操作而变为浮置。如参考图6所讨论的，当MOSFET处于关断状态时，栅极源极氧化物的电容可以通过泄漏充电。因此，当栅极浮置时，VGS的值可能增加。在经过期望的时间周期之后，可以在时间T3处断言测试泄漏信号，并且可以存储ΔVGS(Test)。在时间T4处，断开连接/连接栅极可以被解除断言，并且栅极和源极可以被耦合到栅极驱动器104。VGS可以返回到零。T2和T3之间的时间周期可以被认为是测量泄漏电流的变化的时间周期，并且被用作TOPEN GATE。
在各种实施例中，可以利用延迟，使得当存储VGS(Sample)时，VGS的值是稳定的。这可能是有利的，因为在栅极控制信号的断言之后可能花费时间将电压电平提高或降低到VGSON或VGSOFF。可以理解，栅极驱动器104可以接收确定由栅极驱动器104提供的输出电压的栅极控制信号。栅极驱动器104可以在输入104A处接收栅极控制信号(参见图2)。栅极控制信号间隔根据MOSFET 102的期望状态(导通或关断)而改变。并且，栅极驱动器104可以通过提供对应的电压输出来响应。然而，在栅极控制信号的断言和MOSFET的状态转变的完成之间可能存在滞后。在栅极控制改变之后引入延迟周期可能是有益的，因此当被采样时VGS是稳定的。
图9示出了根据实施例的具有延迟的定时波形。
可以在时间T0处断言栅极控制信号。作为响应，VGS可以开始从VGS关断状态转换到VGS导通状态。VGS可以在T2处达到稳定的导通值。然而，在时间T1处，可以断言测试使能信号。然而，因为在T0与T2之间的延迟期间发生在时间T1处断言的测试使能信号，所以可以停止泄漏测试。在时间T3处，测试使能信号可以再次被断言，从而触发处于接通状态的MOSFET的泄漏测试。VGS可以作为任何泄漏电流的函数而下降。当MOSFET在时间T4和T5处于导通状态中时，附加的泄漏测试可以由测试使能信号启动。在时间T6处，栅极控制状态可以切换，从而将MOSFET从导通状态转换到关断状态。在时间T8处，VGS可以稳定在VGS关断处。同时，在时间T7处，可以断言测试使能信号。但是，因为T7落在T6和T8之间，所以可以防止泄漏测试。在延迟周期结束之后，可以在时间T9、T10和T11处开始关断状态泄漏测试。当执行关断状态泄漏测试时，VGS可以在栅极浮置时增加，如参考图6所论述。
在各种实施例中，提供给栅极驱动器104的栅极控制还可以被提供给定时电路312，以在从导通状态到关断状态的转换启动时进行通信。定时电路可以在输入312B处接收栅极控制信号(如图3所示)。定时电路312然后可以延迟泄漏测试的启动直到延迟周期已经过去。在各种实施例中，延迟周期可以根据将MOSFET稳定在VGS导通或VGS关断处所需的时间而变化。在各种实施例中，在测试使能信号已经被断言之后，一旦延迟周期期满就可以启动泄漏测试。在各种实施例中，栅极控制信号也可以在输入310B处被提供给处理电路310，以传达MOSFET的状态(接通或关断)。
图10示出了根据实施例的监测MOSFET的泄漏电流的方法的流程图。
在各种实施例中，监测MOSFET的泄漏电流的方法可以包括在步骤1002处开始泄漏电流测试。在步骤1004处，可以断言测试使能信号。在各种实施例中，这可以包括将测试使能信号设置为“1”。作为步骤1006，可以确定是否需要延迟。这可能取决于MOSFET从一种状态(关断或导通)到另一种状态的转变的最近情况。如果不在延迟周期中，则方法1000可以包括在步骤1008处读取VGS并且将VGS的值存储为样本VGS。在步骤1010处，MOSFET的栅极可以与栅极驱动器隔离。在步骤1012处，该方法可以包括等待等于TOPEN GATE的周期。在TOPEN GATE的通过之后，可以再次读取VGS。在步骤1016处，可以将栅极重新耦合到栅极驱动器。在步骤1018处，可以确定MOSFET处于什么状态。在各种实施例中，这可以根据栅极控制信号来被确定。
如果MOSFET处于关断状态，则方法1000可以进行到步骤1019。在步骤1019处，可以确定ΔVGS(Test)。并且，在步骤1021处，可以使用ΔVGS(Test)来确定处于关断状态中的MOSFET的泄漏。
如果MOSFET处于导通状态，则方法1000可以前进到步骤1020。在步骤1020处，可以确定ΔVGS(Test)。并且，在步骤1022处，可以使用ΔVGS(Test)来确定处于导通状态中的MOSFET的泄漏。
在步骤1024处，可以存储泄漏电流。在各种实施例中，可以将泄漏电流与参考进行比较，并且如果泄漏大于参考电压，则断言警告。在各种实施例中，可以根据泄漏电流采取附加的动作。在一些实施例中，可以在进行比较之前从ΔVGS(Test)确定电流。
在各种实施例中，可以将ΔVGS(Test)与参考电压相比较以确定是否断言警告。
图11示出了根据实施例的监测MOSFET的泄漏的系统。
系统200可以包括第一参考电压生成器1102和第二参考电压生成器1104。第一参考电压生成器1102可以产生与最大栅极源极和栅极漏极泄漏相关联的参考电压。当MOSFET处于导通状态时，该参考电压可以被用于与ΔVGS(Test)进行比较。第一参考电压生成器1102的输出可以与第一比较器1106耦合。在各种实施例中，系统还可以包括温度补偿电路1105和温度传感器1101。温度传感器1101可以检测MOSFET 102处或附近的温度。并且，根据检测到的温度，可以与第一参考电压生成器1102和温度传感器1101通信的温度补偿电路1105可以输出补偿的参考电压。第一比较器1106可以接收补偿参考电压和ΔVGS(Test)。第一比较器1106可以产生指示ΔVGS(Test)何时超过补偿参考电压的信号。例如，当ΔVGS(Test)大于补偿参考电压时，第一比较器的输出1106A可能变高。
第二参考电压生成器1104可以生成与漏极至栅极泄漏相关联的ΔVGS(Test)的最大变化相关联的参考电压。该参考电压可以与在MOSFET的关断状态期间执行的泄漏测试结合被使用。由第二参考电压生成器1104提供的参考电压可以被提供给温度补偿电路1107。温度补偿电路1107可以根据由温度传感器1101感测到的温度来调节参考电压，并且将补偿的参考电压输出到比较器1108。比较器1108还可接收ΔVGS(Test)并且在输出1108A处提供指示ΔVGS(Test)何时超过补偿的参考电压的信号。输出1106A和输出1108A(当被断言时)可以响应于确定电流已经超过期望的电平而触发警告或其它操作。
在各种实施例中，可以使用由热传感器输出寻址的查找表来实现温度补偿。查找表的寻址值可以限定乘法因子并且经由数字乘法器将测量值归一化到限定的温度(例如25C)。A/D转换器可以被用于将模拟测量值转换为数字值用于温度补偿，其也可以被应用于泄漏测量。
图12示出了用于确定温度补偿的系统。
系统1200可以包括第一A/D转换器1202和第二A/D转换器1204。第一A/D转换器可以接收ΔVGS(TEST)，并且第二A/D转换器可以从温度传感器1101接收数据。第一A/D转换器1202和第二A/D转换器1204可以将它们相应的输入转换成数字数据。来自第一A/D转换器的数字数据可以被用于由具有泄漏计算器1206的处理电路310确定泄漏电流。处理电路310的温度计算器1208可以使用来自第二A/D 1204转换器的输出由温度传感器1101提供的传感器数据来确定温度。然后可以在1210处通过使用查找表或其它过程在给定泄漏电流和温度的情况下执行温度补偿。
如将了解，由第一参考电压生成器1102和第二参考电压生成器1104产生的参考电压在不同实施例中可以不同。等式3提供确定与从栅极至源极和栅极至漏极的最大泄漏相关联的参考电压的值的示例。
Figure BDA0004035396660000161
在等式3中，Max ILeakage是栅极至源极和栅极至漏极的期望的最大泄漏，其可以与在MOSFET处于接通状态时执行的泄漏测试相关联。
等式4提供了确定与从漏极至栅极的最大泄漏相关联的参考电压的值的示例。
Figure BDA0004035396660000162
在等式3中，Max ILeakage是漏极至栅极的期望的最大泄漏，其可以与在MOSFET处于关断状态时执行的泄漏测试相关联。
当MOSFET处于导通状态或关断状态时，VGS的测量可以发生。
图13示出了根据实施例的方法的步骤的流程图。
在各种实施例中，监测MOSFET的方法1300可以包括在步骤1302处，浮置MOSFET的栅极；在步骤1304处，检测MOSFET的栅极至源极电压的变化；在步骤1306处，根据MOSFET的栅极至源极电压的变化确定泄漏电流；以及在步骤1308处，当泄漏电流超过最大阈值时触发警告。
在各种实施例中，方法1300可以进一步包括其中浮置MOSFET的栅极包括将MOSFET的栅极与栅极驱动器隔离。
在各种实施例中，方法1300可以进一步包括，其中检测MOSFET的栅极至源极电压的变化包括在浮置MOSFET的栅极之前感测栅极至源极电压的样本电压，以及在浮置MOSFET的栅极之后感测测试电压，MOSFET的栅极至源极电压的变化等于样本电压和测试电压之间的差。
在各种实施例中，方法1300可以进一步包括，其中MOSFET处于导通状态。
在各种实施例中，方法1300可以进一步包括，其中泄漏电流包括从MOSFET的栅极到MOSFET的源极的泄漏和从MOSFET的栅极到MOSFET的漏极的泄漏。
在各种实施例中，方法1300可以进一步包括，其中MOSFET处于关断状态。
在各种实施例中，方法1300可以进一步包括，其中泄漏电流包括从MOSFET的漏极到MOSFET的源极的泄漏。
应当理解，本公开不限于特定的特征或MOSFET，并且可以针对具有相反极性的P型MOSFET测试泄漏电流。
示例1.一种用于监测MOSFET的系统，所述系统包括开关装置，所述开关装置被配置为能够切换地将所述MOSFET的栅极端子和所述MOSFET的源极端子与栅控电压源隔离；以及测试电路，所述测试电路被配置为检测所述MOSFET的栅极至源极电压在测试周期内的变化，所述测试周期发生在栅极端子和源极端子被隔离时。
示例2.根据示例1所述的系统，其中所述开关装置包括栅极端子开关和源极端子开关，所述栅极端子开关能够切换地将所述栅极端子与所述栅控电压源隔离，所述源极端子开关能够切换地将所述源极端子与所述栅控电压源隔离。
示例3.根据示例1和示例2所述的系统，其中所述测试电路包括被配置为检测所述MOSFET的栅极至源极电压的电压感测电路。
示例4.根据示例1至示例3所述的系统，其中所述测试电路包括采样和保持电路，所述采样和保持电路与所述电压感测电路的输出耦合以在采样时间处存储等于所述栅极至源极电压的样本电压。
示例5.根据示例1至示例4所述的系统，其中所述测试电路进一步包括电压减法器电路，所述电压减法器电路与所述电压感测电路的输出及所述采样和保持电路的输出耦合，所述电压减法器电路被配置为输出所述样本电压与所述栅极至源极电压之间的差。
示例6.根据示例1至示例5所述的系统，进一步包括测试采样和保持电路，所述测试采样和保持电路被配置为在测试时间处存储所述电压减法器电路的所述输出，所述测试时间处的所述差等于所述MOSFET的所述栅极至源极电压在所述测试周期上的变化。
示例7.根据示例1到示例6所述的系统，进一步包括与所述开关装置、所述采样和保持电路以及所述测试采样和保持电路通信的定时电路，以触发所述开关装置、所述采样和保持电路以及测试电路的操作。
示例8.一种监测MOSFET的方法，包括：浮置所述MOSFET的栅极；检测所述MOSFET的栅极至源极电压的变化；根据MOSFET的栅极至源极电压的变化确定泄漏电流；以及当所述泄漏电流超过最大阈值时触发警告。
示例9.根据实施例8所述的方法，其中浮置所述MOSFET的所述栅极包括将所述MOSFET的所述栅极与栅极驱动器隔离。
示例10.根据示例8和示例9所述的方法，其中检测所述MOSFET的栅极至源极电压的所述变化包括：在浮置所述MOSFET的栅极之前感测所述栅极至源极电压的样本电压，以及在浮置所述MOSFET的所述栅极之后感测测试电压，所述MOSFET的栅极至源极电压的变化等于所述样本电压和所述测试电压之间的差。
示例11.根据示例8至示例10所述的方法，其中所述MOSFET处于导通状态。
示例12.根据示例8至示例11所述的方法，其中所述泄漏电流包括从所述MOSFET的所述栅极到所述MOSFET的源极的泄漏和从所述MOSFET的所述栅极到所述MOSFET的漏极的泄漏。
示例13.根据示例8至示例12所述的方法，其中所述MOSFET处于关断状态。
示例14.根据示例8至示例13所述的方法，其中所述泄漏电流包括从所述MOSFET的所述漏极到所述MOSFET的源极的泄漏。
示例15.一种用于监测MOSFET的泄漏电流的测试电路，所述测试电路包括：电压感测电路，所述电压感测电路被配置为检测所述MOSFET的栅极至源极电压；采样和保持电路，所述采样和保持电路与所述电压感测电路的输出耦合，并且被配置为存储来自采样控制信号的方向上的所述MOSFET的所述栅极至源极电压的样本值；电压减法器电路，所述电压减法器电路与所述电压感测电路的所述输出以及所述采样和保持电路的输出耦合，所述电压减法器电路被配置为输出所述样本值与所述栅极至源极电压之间的差；以及测试采样和保持电路，所述测试采样和保持电路被配置为在测试控制信号的方向上存储所述电压减法器电路的所述输出。
示例16.根据示例15所述的测试电路，其中所述电压感测电路包括伏特计。
示例17.根据示例15和示例16所述的测试电路，进一步包括第一比较器，所述第一比较器被配置为接收第一参考电压并且接收由所述测试采样和保持电路存储的所述电压减法器的所述输出，所述第一比较器被配置为响应于由所述测试采样和保持电路存储的所述电压减法器的所述输出超过所述第一参考电压而断言警告信号。
示例18.根据示例15到示例17所述的测试电路，进一步包括第二比较器，所述第二比较器被配置为接收第二参考电压并且接收由所述测试采样和保持电路存储的所述电压减法器的所述输出，所述第二比较器被配置为响应于由所述测试采样和保持电路存储的所述电压减法器的所述输出超过所述第二参考电压而断言警告信号。
示例19.根据示例15至示例18所述的测试电路，其中所述第一参考电压与所述MOSFET的导通状态的最大泄漏电流相关，并且所述第二参考电压与所述MOSFET的关断状态的最大泄漏电流相关。
示例20.根据示例15至示例19所述的测试电路，还包括与检测所述MOSFET的温度的温度传感器通信的第一温度补偿电路，所述第一温度补偿电路被配置为根据所述MOSFET的所述温度来适配所述第一参考电压。
示例21.根据示例15至示例20所述的测试电路，还包括与所述温度传感器通信的第二温度补偿电路，所述第二温度补偿电路被配置为根据所述MOSFET所述的温度来适配所述第二参考电压。
虽然已经参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述不旨在以限制的意义来解释。对于本领域技术人员来说，在参考说明书的基础上，说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其它实施例将是显而易见的。因此，所附权利要求书旨在涵盖任何此类修改或实施例。

Claims (21)

1.一种监测MOSFET的系统，所述系统包括：
开关装置，所述开关装置被配置为能够切换地将所述MOSFET的栅极端子和所述MOSFET的源极端子与栅控电压源隔离；以及
测试电路，所述测试电路被配置为检测所述MOSFET的栅极至源极电压在测试周期内的变化，所述测试周期发生在所述栅极端子和所述源极端子被隔离时。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述开关装置包括能够切换地将所述栅极端子与所述栅控电压源隔离的栅极端子开关，以及能够切换地将所述源极端子与所述栅控电压源隔离的源极端子开关。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述测试电路包括被配置为检测所述MOSFET的栅极至源极电压的电压感测电路。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述测试电路包括与所述电压感测电路的输出耦合的采样和保持电路，以在采样时间存储等于所述栅极至源极电压的样本电压。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述测试电路进一步包括与所述电压感测电路的所述输出和所述采样和保持电路的输出耦合的电压减法器电路，所述电压减法器电路被配置为输出所述样本电压与所述栅极至源极电压之间的差。
6.根据权利要求5所述的系统，进一步包括测试采样和保持电路，所述测试采样和保持电路被配置为在测试时间存储所述电压减法器电路的所述输出，所述测试时间的所述差等于所述MOSFET的所述栅极至源极电压在所述测试周期内的所述变化。
7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括与所述开关装置、所述采样和保持电路以及所述测试采样和保持电路通信的定时电路，以触发所述开关装置、所述采样和保持电路以及测试电路的操作。
8.一种监测MOSFET的方法，包括：
浮置所述MOSFET的栅极；
检测所述MOSFET的栅极至源极电压的变化；
根据所述MOSFET的所述栅极至源极电压的所述变化确定泄漏电流；以及
当所述泄漏电流超过最大阈值时触发警告。
9.根据权利要求8所述的方法，其中浮置所述MOSFET的所述栅极包括将所述MOSFET的所述栅极与栅极驱动器隔离。
10.根据权利要求8所述的方法，其中检测所述MOSFET的所述栅极至源极电压的所述变化包括在浮置所述MOSFET的所述栅极之前，感测所述栅极至源极电压的样本电压，以及在浮置所述MOSFET的所述栅极之后感测测试电压，所述MOSFET的所述栅极至源极电压的所述变化等于所述样本电压和所述测试电压之间的差。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述MOSFET处于导通状态。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述泄漏电流包括从所述MOSFET的所述栅极至所述MOSFET的源极的泄漏和从所述MOSFET的所述栅极到所述MOSFET的漏极的泄漏。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述MOSFET处于关断状态。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述泄漏电流包括从所述MOSFET的漏极至所述MOSFET的源极的泄漏。
15.一种用于监测MOSFET的泄漏电流的测试电路，所述测试电路包括：
电压感测电路，所述电压感测电路被配置为检测所述MOSFET的栅极至源极电压；
采样和保持电路，所述采样和保持电路与所述电压感测电路的输出耦合，并且被配置为存储来自采样控制信号的方向上的所述MOSFET的所述栅极至源极电压的样本值；
电压减法器电路，所述电压减法器电路与所述电压感测电路的所述输出以及所述采样和保持电路的输出耦合，所述电压减法器电路被配置为输出所述样本值与所述栅极至源极电压之间的差；以及
测试采样和保持电路，所述测试采样和保持电路被配置为在测试控制信号的方向上存储所述电压减法器电路的所述输出。
16.根据权利要求15所述的测试电路，其中所述电压感测电路包括伏特计。
17.根据权利要求15所述的测试电路，进一步包括第一比较器，所述第一比较器被配置为接收第一参考电压并且接收由所述测试采样和保持电路存储的所述电压减法器的所述输出，所述第一比较器被配置为响应于由所述测试采样和保持电路存储的、所述电压减法器的所述输出超过所述第一参考电压而断言警告信号。
18.根据权利要求17所述的测试电路，进一步包括第二比较器，所述第二比较器被配置为接收第二参考电压并且接收由所述测试采样和保持电路存储的所述电压减法器的所述输出，所述第二比较器被配置为响应于由所述测试采样和保持电路存储的、所述电压减法器的所述输出超过所述第二参考电压而断言警告信号。
19.根据权利要求18所述的测试电路，其中所述第一参考电压与所述MOSFET的导通状态的最大泄漏电流相关，并且所述第二参考电压与所述MOSFET的关断状态的最大泄漏电流相关。
20.根据权利要求18所述的测试电路，进一步包括与检测所述MOSFET的温度的温度传感器通信的第一温度补偿电路，所述第一温度补偿电路被配置为根据所述MOSFET的所述温度来适配所述第一参考电压。
21.根据权利要求20所述的测试电路，进一步包括与所述温度传感器通信的第二温度补偿电路，所述第二温度补偿电路被配置为根据所述MOSFET的所述温度来适配所述第二参考电压。
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