DE102015101815B4

DE102015101815B4 - Präzisionsstromerfassung

Info

Publication number: DE102015101815B4
Application number: DE102015101815.2A
Authority: DE
Inventors: Fabio Ballarin; Fabio Gini; Marco Piselli; Stefano Zampieri
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: CN104834344B; US9519303B2; US20150227157A1; CN104834344A; DE102015101815A1

Abstract

Stromverfolgungsschaltung (2), umfassend:einen Stromspiegel, der ein Stromversorgungseingangssignal und ein Steuersignal als Eingangssignale empfängt, wobei der Stromspiegel ein Spiegelverhältnis aufweist; undeine programmierbare Teilschaltung (6), die mit dem Stromspiegel verbunden ist, und die einen Wert des Spiegelverhältnisses trimmt, wobei die programmierbare Teilschaltung umfasst:eine erste Zap-Diode (18-1), die mit einem ersten Transistor (16-1) verbunden ist;eine zweite Zap-Diode (18-2), die mit einem zweiten Transistor (16-2) verbunden ist; undeine dritte Zap-Diode (18-3), die mit einem dritten Transistor (16-3) verbunden ist,wobei die erste Zap-Diode (18-1) und die zweite Zap-Diode (18-2) mit einem Anschluss eines Leistungstransistors (12) verbunden sind,wobei der Stromspiegel durch einen Erfassungstransistor (14) gebildet ist, der mit dem Leistungstransistor (12) verbunden ist,wobei die dritte Zap-Diode (18-3) mit einem Anschluss des Erfassungstransistors (14) verbunden ist, undwobei im Vergleich zu dem Spiegelverhältnis, wenn sie im offenen Zustand betrieben werden, die erste Zap-Diode (18-1) und die zweite Zap-Diode (18-2), wenn sie im geschlossenen Zustand betrieben werden, das Spiegelverhältnis erhöhen, und die dritte Zap-Diode (18-3) das Spiegelverhältnis, wenn sie im geschlossenen Zustand betrieben wird, verringert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Anmeldung ist im Allgemeinen auf Stromerfassung, und insbesondere auf Stromerfassung mit Stromspiegelung bezogen.
HINTERGRUND
Typischerweise liefert und/oder misst eine Stromerfassungsschaltung einen Strom und kann in Anwendungen, wie beispielsweise Gleichspannungs/Gleichspannungswandlern für Server und mobile Computeranwendungen verwendet werden. Einige Gründe für die Überwachung des Stroms (wie beispielsweise Strom in Stromversorgungen) sind Fehlerschutz, Strombegrenzung, Spannungsregelung und anwendungsspezifische Gründe. Eine Stromerfassung kann den Fehlerschutz unterstützen, da die Stromerfassung erkennen kann, wenn es eine Stromüberlast gibt, die zu einer Störung führen kann, wie beispielsweise einen Kurzschluss. Einige Anwendungen können eine konstante maximale Strombegrenzung verwenden, um robust und zuverlässig zu sein. Eine Stromerfassungsschaltung kann einen Ausgangsstrom detektieren, der von einem Stromregler bereitgestellt wird, und den Ausgangsstrom zurück in die Regelschleife führen, um eine Stromregelung zu erzielen. Herkömmliche Stromerfassungsnachführungsschaltungen haben oft begrenzte Genauigkeit, die aufgrund von unvermeidbaren Toleranzen oder Temperaturänderungen auftreten kann. Darüber hinaus können Offsets, die mit Verstärkern eingeführt werden oder Komparatoren, die in Stromerfassungsschaltungen verwendet werden, zusätzlich zu ungenauen Messungen beitragen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Stromerfassungsschaltung bereitzustellen, mit der Ströme präziser erfasst werden können.
Die US 5 867 001 A offenbart eine Stromerfassungsverfolgungsschaltung mit einer Regelschleife sowie einem programmierbaren Stromspiegel.
Die WO 2003/ 055 050 A2 offenbart einen programmierbaren Stromspiegel zur Stromerfassung.
Die DE 198 23 140 A1 offenbart einen Abtastfeldeffekttransistor, welcher eine Mehrzahl von parallel geschalteten Transistoren verwendet.
Die US 2009 / 0 302 805 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Stromregelung.
Die US 5 055 902 A offenbart eine differenzielle Eingangsstufe, welche mittels Zap-Dioden getrimmt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden eine Schaltung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.
Im Allgemeinen beschreibt diese Anmeldung Stromerfassungsverfolgungs(„tracking“)- bzw. -nachführungsschaltungen mit einer verbesserten Präzision und Programmierbarkeit. Einige Beispielvorrichtungen, die hier beschrieben werden, messen einen Strom, indem sie einen Stromspiegel verwenden und zusätzliche Schaltungen zu den Vorrichtungen hinzufügen, um eine Programmierbarkeit eines Spiegelverhältnisses des Stromspiegels zu erreichen. Der Stromspiegel kann einen Leistungstransistor und einen Erfassungstransistor umfassen. Zusätzliche Beispielvorrichtungen umfassen eine Spannungsregelschleife, die ein Kollektor-Emitter-Potential des Leistungstransistors auf etwa dem gleichen Pegel wie ein Kollektor-Emitter-Potential des Erfassungstransistors hält.
Die Details von einem oder mehreren Beispielen und Verfahren dieser Anmeldung sind in den begleitenden Zeichnungen und der folgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Anmeldung werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich sein.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichen Stromerfassungssystems darstellt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer Stromerfassungsschaltung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Techniken darstellt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Stromflusses in einem ungetrimmten Stromerfassungssystem in Übereinstimmung mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Techniken darstellt.
4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Stromflusses in einem getrimmten Strommesssystem in Übereinstimmung mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Techniken darstellt.
5 ist ein schematisches Diagramm, das einen weiteren beispielhaften Stromfluss in einem getrimmten Stromerfassungssystem in Übereinstimmung mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Techniken darstellt.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben einer Stromerfassungsschaltung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Techniken darstellt.

Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen ähnliche Merkmale, obwohl Variationen zwischen ähnlichen Merkmalen in den verschiedenen Beispielen existieren können.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Aktuelle Nachführungssysteme mit Stromspiegelung können einen Fehler aufweisen, der als Early-Effekt bekannt ist. Der Early-Effekt ist ein in einem Stromspiegel aufgrund der Modulation des Stroms in einem bipolaren Transistor eingeführter Fehler, der aufgrund von Unterschieden im Kollektor-Emitter-Potential auftritt. Einige Stromerfassungsschaltungen und Systeme, die hier beschrieben sind, umfassen eine Spannungsregelschleife, die den Early-Effekt reduziert, indem ein Kollektor-Emitter-Potential aus einem Leistungstransistor des Stromspiegels auf ungefähr dem gleichen Pegel wie ein Kollektor-Emitter-Potential des Erfassungstransistors des Stromspiegels gehalten wird. Herkömmliche Stromerfassungsschaltungen, die Stromspiegelung verwenden, sind mit nur einem Spiegelverhältnis eingerichtet. Einige Stromerfassungsvorrichtungen und hier beschriebenen Systeme umfassen eine programmierbare Teilschaltung, die dazu verwendet werden kann, ein Spiegelverhältnis auszuwählen. Weiterhin können Stromerfassungsvorrichtungen und Systeme, die hier beschrieben sind, relativ kostengünstig mit kostengünstiger Technologie hergestellt werden und haben eine relativ geringe Größe. Somit haben Stromerfassungsvorrichtungen und Systeme, die hier beschrieben werden, eine verbesserte Genauigkeit und können eingerichtet sein, um mit unterschiedlichen Spiegelverhältnissen betrieben zu werden, und sind kosteneffizient.
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Stromerfassungssystems 2 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Techniken darstellt. Das Stromerfassungssystem 2 ist eingerichtet, einen Strom genau zu bestimmen, der durch das Stromerfassungssystem 2 fließt. Das Stromnachführungssystem 2 umfasst eine Leistungsstufe 4, eine programmierbare Teilschaltung 6, einen Spannungsregelschleife 8 und eine Steuerung 10.
Die Leistungsstufe 4 empfängt als Eingabe ein Stromsignal und ein Signal von der Steuerung 10. Die Teilschaltung 6 und die Spannungsregelschleife 8 sind mit der Leistungsstufe 4 gekoppelt. Die Leistungsstufe 4 kann eine PNP-Bipolartransistor-Leistungsstufe („BJT“, vom Englischen „bipolar junction transistor“) aufweisen (z.B. einen Leistungstransistor). Die PNP-Leistungsstufe kann Funktionen wie niedrigen Spannungsabfall (Low-Drop), umgekehrte Polarität und Robustheit aufweisen (z.B. gegenüber elektromagnetischer Interferenz („EMI“, Electromagnetic Interference), elektrostatischer Entladung („ESD“, Electrostatic Discharge, Kurzschluss, usw.). Die Leistungsstufe 4 kann weiterhin einen oder mehrere Stromspiegel aufweisen. Beispielsweise weist die Endstufe 4 einen PNP-Spiegel als Stromerfassung auf (z.B. einen Erfassungstransistor). Der PNP-Spiegel als Stromerfassung ermöglicht es, keinen zusätzlichen Stromabfall durch Stromerfassung zu erzeugen, und bietet geringe Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen. Bei anderen Beispielen kann die Leistungsstufe 4 andere Typen von Transistoren aufweisen. Die Leistungsstufe 4 stellt zwei Ausgänge bereit, einen Stromausgang I_out, und einen Ausgang der Stromerfassung, I_sense.
Die programmierbare Teilschaltung 6 kann so programmiert sein, dass sie ein bestimmtes Stromspiegelverhältnis für einen oder mehrere der Stromspiegel in der Leistungsstufe 4 trimmt. Die programmierbare Teilschaltung 6 weist ein oder mehrere programmierbare Elemente auf, das heißt, das eine oder die mehreren programmierbaren Elemente sind so eingerichtet, dass sie das ausgewählte Stromspiegelverhältnis erreichen. Bei einigen Beispielen kann die programmierbare Teilschaltung 6 nur einmal konfiguriert werden. Das heißt, sobald das eine oder die mehreren Elemente einmal konfiguriert wurden, können sie nicht umkonfiguriert werden. Bei anderen Beispielen kann die programmierbare Teilschaltung 6 mehrfach konfiguriert werden. Das heißt, dass das eine oder die mehreren Elemente neu konfiguriert werden können, nachdem sie bereits konfiguriert wurden. Das eine oder die mehreren programmierbaren Elemente können über Dioden-Zapping, Laserschmelzen, oder über die Benutzung einer seriellen peripheren Schnittstelle („SPI“) programmiert werden. Dabei wird unter dem Begriff „Dioden-Zapping“ das Durchbrennen einer Diode verstanden, das beispielsweise dazu dienen kann, eine Schaltung zu programmieren. In den folgenden Ausführungen wird dieser Begriff auch im Zusammenhang mit Zap-Dioden verwendet, die so ausgestaltet sind, dass sie durchbrennen können, um eine Programmierung einer Schaltung zu ermöglichen. SPI ist eine serielle Datenverbindung, die die Übertragung von Daten (z.B. von Trimmwörtern) von einem Mikrocontroller zu einer Vorrichtung (z.B. der programmierbaren Teilschaltung 6) ermöglicht. Durch die programmierbare Teilschaltung 6 hat der Stromspiegel der Leistungsstufe 4 einen weiten Bereich von möglichen Spiegelverhältnissen. Weiterhin wird Strom von der Erfassung I_sense zum Ausgang I_out verschoben, um das Spiegelverhältnis an den Sollwert anzupassen. Somit wird kein Strom zur Masse verschoben.
Die Spannungsregelschleife 8 kann als eine Rückkopplungsschleife für die Leistungsstufe 4 dienen. Die Spannungsregelschleife 8 empfängt als Eingabe Signale von der Leistungsstufe 4, wie beispielsweise Kollektor-Ausgangsspannungen eines Leistungstransistors und eines Erfassungstransistors. Ein Ausgang der Spannungsregelschleife 8 wird zurück in den Erfassungstransistor der Leistungsstufe 4 eingespeist und dient als Kollektor-Emitter-Potential-Spannungsregler für die Leistungsstufe 4. Die Regelung der Kollektorspannungen in dieser Weise reduziert den Early-Effekt auf das Spiegelverhältnis und reduziert somit die Fehler des Stromerfassungssystems 2.
Das Stromerfassungssystem 2 kann ein genaues Stromerfassungssystem umfassen, das mit kostengünstiger Technologie hergestellt werden kann (z.B. durch Benutzung von Bipolartransistoren) und mit einer Genauigkeit hergestellt werden kann, die bis zu einem bestimmten Maß getrimmt werden kann. Die Genauigkeit kann während einer Entwurfsphase gesteuert werden. Das Stromerfassungssystem 2 kann auf einem Chip unter Verwendung von kostengünstigen Silizium(Si)technologien integriert werden.
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel der Stromerfassungsschaltung 20 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Techniken darstellt. Die Stromerfassungsschaltung 20 ist eine beispielhafte Implementierung des Stromerfassungssystems 2 aus 1. Die Stromerfassungsschaltung 20 enthält eine Leistungsstufe 4, eine programmierbare Teilschaltung 6, und eine Spannungsregelschleife 8.
Die Leistungsstufe 4 weist einen Leistungstransistor 12 und einen Erfassungstransistor 14 auf. Ein Stromversorgungssteuersignal steuert eine Basis oder ein Gate des Leistungstransistors 12. Bei einigen Beispielen ist eine Basis des Erfassungstransistors 14 mit der Basis des Leistungstransistors 12 gekoppelt. Bei anderen Beispielen empfängt die Basis des Erfassungstransistors 14 direkt das Stromversorgungssteuersignal. Ein Stromversorgungseingangssignal ist mit einem Anschluss sowohl des Leistungstransistors 12 als auch des Erfassungstransistors 14 verbunden. Beispielsweise kann das Stromversorgungseingangssignal mit einem Kollektor sowohl des Leistungstransistors 12 als auch des Erfassungstransistors 14 verbunden sein. Bei Beispielen, in denen sowohl der Leistungstransistor 12 als auch der Erfassungstransistor 14 PNP-Transistoren sind, kann das Stromversorgungseingangssignal mit einem Emitter verbunden sein. Ein oder beide der Leistungstransistoren 12 und der Erfassungstransistoren 14 können ein Bipolartransistor (BJT) sein, wie beispielsweise ein bipolarer PNP-Transistor oder ein NPN-Transistor, oder ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), beispielsweise ein N-Typ MOSFET, ein Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MESFET), ein Komplementär-Metalloxid-Halbleiter (CMOS) oder irgendeine andere Art von Transistor sein. Bei dem Beispiel aus 2 sind der Leistungstransistor 12 und der Erfassungstransistor 14 PNP-Transistoren.
Der Erfassungstransistor 14 arbeitet als Stromspiegel des Leistungstransistors 12. Der Leistungstransistor 12 hat eine Größe N und der Erfassungstransistor 14 hat eine Größe X. Ein Transistor mit einer größeren Größe kann eine größere Fläche oder eine größere Gewichtung haben als ein Transistor mit einer kleineren Größe. Ein Stromspiegel hat ein Spiegelverhältnis, das ein Verhältnis des Stroms, der kopiert wird, zeigt. Bei einigen Beispielen ist der Leistungstransistor 12 ein großer Leistungstransistor und der Erfassungstransistor 14 ist ein kleinerer Transistor, der als Stromspiegel des Leistungstransistors 12 eingebettet ist. In diesem Beispiel ist das Spiegelverhältnis X:N, wobei alle Effekte aufgrund der programmierbaren Teilschaltung 6 ignoriert werden.
Die programmierbare Teilschaltung 6 kann das Spiegelverhältnis basierend auf dem Zustand von einem oder mehreren programmierbaren Elementen 18-1 bis 18-3 ändern (hier gemeinsam als „programmierbare Elemente 18“ bezeichnet). Die programmierbare Teilschaltung 6 umfasst auch einen oder mehrere Transistoren 16-1 bis 16-3 (hier gemeinsam als „Transistoren 16“ bezeichnet). Die Transistoren 16 sind zwischen einem der programmierbaren Elemente 18 verbunden und empfangen das Stromversorgungseingangssignal an ihren Kollektoren oder Emittern (z.B. für PNP) und das Stromversorgungs-Steuersignal an ihren Gates. Die Transistoren 16 können jede Art von Transistoren sein, wie beispielsweise ein BJT, ein NPN-Typ BJT, ein PNP-BJT, ein MOSFET, ein MESFET, ein Galliumnitrid(GaN)-Transistor oder dergleichen sein. Die Transistoren 16 können verschiedene Größen aufweisen. Beispielsweise hat der Transistor 16-1 eine Größe M, der Transistor 16-2 hat eine Größe 2M (das heißt, dass der Transistor 16-2 die doppelte der Größe des Transistors 16-1 hat), und der Transistor 16-3 hat eine Größe 4M (d.h. der Transistor 16-3 hat die doppelte Größe des Transistors 16-2).
Die programmierbaren Elemente 18 können in einem von zwei Zuständen betreiben werden: einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand. Im offenen Zustand erlauben die programmierbaren Elemente 18 nicht, dass Strom durch sie fließt oder erlauben nur, dass Strom in einer Richtung fließt. Im geschlossenen Zustand erlauben die programmierbaren Elemente 18, dass Strom in beide Richtungen durch sie fließt. Somit wird der Strom durch unterschiedliche Pfade basierend auf den Betriebszuständen des einen oder der mehreren programmierbaren Elemente 18 geleitet. Basierend auf der Gestaltung der programmierbaren Teilschaltung 6 kann die Leitung von Strom durch verschiedene Pfade das Spiegelverhältnis erhöhen oder vermindern. Wenn ein programmierbares Element 18 kurzgeschlossen wird, nimmt es den Strom aus dem programmierbaren PNP auf, an den es gekoppelt ist. Wenn es andernfalls offen ist, fließt der Strom aus dem programmierbaren Element 18 durch den alternativen Pfad. Als Ergebnis ändert sich das Verhältnis Versorgungsstrom zu Erfassungsstrom (d.h. das Spiegelverhältnis).
Bei einigen Beispielen im offenen Zustand erlauben es die programmierbaren Elemente 18 nicht, Strom unterhalb eines Schwellenwertstromniveaus durchlassen. Jedes programmierbare Element 18 kann seinen eigenen Schwellenwertstrompegel haben, der durch die Parameter oder Eigenschaften des spezifischen programmierbaren Elements bestimmt ist. Wenn allerdings Strom an einem programmierbaren Element 18 oberhalb seines Schwellenwertstrompegels bereitgestellt wird, kann das programmierbare Element 18 kurzgeschlossen werden und in den geschlossenen Zustand wechseln.
Wie in 2 gezeigt, sind drei programmierbare Elemente 18 in der programmierbaren Teilschaltung 6 enthalten und umfassen Zener-Zap-Dioden (hier auch als „Zap-Dioden 18“ bezeichnet). Wenn Zap-Dioden 18 nicht gezappt werden, verhindern sie, dass Strom, der unter einem Schwellenwertstromniveau liegt, in einer Richtung durchfließt. Wie in 2 gezeigt, verhindert die Zap-Diode 18-1, während im sie im geöffneten Zustand ist (beispielsweise nicht „gezappt“ ist), dass Strom von dem Transistor 16-1 zum Stromversorgungsausgang fließt (d.h. der Versorgungsstrom), erlaubt aber, dass Strom in die entgegengesetzte Richtung fließt. Während die Zap-Diode 18-2 im offenen Zustand ist, verhindert sie entsprechend, dass Strom von Transistor 16-2 zum Stromversorgungsausgang fließt (d.h. der Versorgungsstrom), erlaubt aber, dass Strom in die entgegengesetzte Richtung fließt. Allerdings befindet sich die Zap-Diode 18-3 auf einem Erfassungsstrompfad, während sich die Zap-Dioden 18-1 und 18-2 auf einem Stromversorgungsausgangspfad befinden. Die Zap-Diode 18-3 verhindert im geöffneten Zustand, dass Strom von dem Transistor 16-3 zum Erfassungsstromausgang fließt, und als Folge davon fließt der Strom zum Stromversorgungsausgang.
Sobald die Zap-Dioden 18 gezappt sind (das heißt, ein Strom über einem Zap-Schwellenwertpegel angewendet wird), schalten die Zap-Dioden 18 vom offenen Zustand in den geschlossenen Zustand um. Bei Beispielen, die Zap-Dioden 18 verwenden, kann jede Zap-Diode nur einmal gezappt werden und kann nicht zurück in den Betrieb im offenen Zustand zurückkehren. Wie in 2 gezeigt, erlaubt die Zap-Diode 18-1, während sie im geschlossenen Zustand ist (z.B. „gezappt“ ist), dass Strom vom Transistor 16-1 zur Stromversorgungsausgang fließt und erlaubt auch, dass Strom in der entgegengesetzten Richtung fließt. Während die Zap-Diode 18-2 im geschlossenen Zustand ist, erlaubt sie entsprechend, dass Strom vom Transistor 16-2 zum Stromversorgungsausgang fließt und erlaubt, dass Strom in der entgegengesetzten Richtung fließt. Ferner, während die Zap-Diode 18-3 im geschlossenen Zustand ist, erlaubt sie, dass Strom vom Transistor 16-3 zum Stromversorgungsausgang fließt und erlaubt, dass Strom in entgegengesetzter Richtung fließt.
Wie hier diskutiert, kann jeder die Stromerfassungsschaltung 20 durch das Zappen der Zap-Dioden 18 trimmen. Beispielbenutzer, die Zap-Dioden 18 programmieren können, sind unter anderem einen ursprünglichen Gerätehersteller (OEM: Original Equipment Manufacturer), der die Stromerfassungsschaltung 20 herstellt, ein Designer, der die Stromerfassungsschaltung 20 entwirft, jemand, der die Stromerfassungsschaltung 20 in eine Anwendung implementiert, und/oder ein Endbenutzer der Stromerfassungsschaltung 20. Wenn bei einigen Beispielen die Stromerfassungsschaltung 20 einmal programmiert wurde, kann sie nicht mehr programmiert werden, außer ungezappte Zap-Dioden 18 weiter zu zappen. Bei anderen Beispielen kann die Stromerfassungsschaltung 20 wiederholt programmiert werden.
Bei anderen Beispielen können andere Arten von programmierbaren Elementen 18 verwendet werden. Bei einigen Beispielen können programmierbare Elemente 18 mehrmals vom offenen Zustand in den geschlossenen Zustand wechseln. Bei einigen Beispielen können die programmierbaren Elemente 18 andere Arten von Vorrichtungen sein, wie beispielsweise Sicherungen oder geeignet getriebene Schalter. Bei einigen Beispielen können die programmierbaren Elemente 18 über Dioden-Zapping, Laserschmelzen oder mittels SPI programmiert werden.
Die programmierbare Teilschaltung 6 beinhaltet auch eine oder mehrere Dioden 22-1 bis 22-3 (hier kollektiv als „Dioden 22“ bezeichnet). Eine Diode 22 ist mit einem programmierbaren Element 18 gekoppelt, ist aber mit dem anderen Ausgang verbunden (z.B. entweder dem Stromversorgungsausgang oder dem Stromerfassungsausgang). Zum Beispiel ist die Diode 22-1 mit einer Seite der Zap-Diode 18-1 und auch mit dem Erfassungsstrom verbunden (z.B. CSO_INT).
Die Stromerfassungsschaltung 20 umfasst weiterhin eine Spannungsregelschleife 8. Die Spannungsregelschleife 8 ist eine Rückkopplungsschleife für die Leistungsstufe 4, die den Early-Effekt des Stromspiegels reduziert. Die Spannungsregelschleife umfasst einen Komparator 24 und einen Transistor 26. Der Komparator 24 empfängt an einem Eingang die Spannung des Knotens, der den Versorgungsstrom aufnimmt, der vom Kollektor des Leistungstransistors 12 und dem Ausgang der Zap-Diode 18-1, während sie im geschlossenen Zustand ist, und dem Ausgang der Zap-Diode 18-2, während sie im geschlossenen Zustand ist, und dem Ausgang von der Diode 22-3, während die Zap-Diode 18-3 im offenen Zustand ist, ist. An dem anderen Eingang empfängt der Komparator 24 die Spannung des Knotens, der den Strom von dem Kollektor des Erfassungstransistors 14, dem Ausgang der Dioden 22-1 und 22-2, während die Zap-Dioden 18-1 und 18-2 jeweils im offenen Zustand sind, und dem Ausgang der Zap-Diode 18-3, während sie im geschlossenen Zustand ist, aufnimmt. Der Komparator 24 vergleicht für jede Zap-Kombination die Stromversorgungsausgangsspannung mit der Spannung CSO_INT. Eine Ausgabe der Regelschleife 8 ist einer Basis des Transistors 26 bereitgestellt, der mit dem Kollektor des Erfassungstransistors 14 rückgekoppelt ist.
Unter Verwendung dieser Rückkopplung wirkt die Spannungsregelschleife 8 als ein Kollektor-Emitter-Potential-Spannungsregler für die Leistungsstufe 4. Das heißt, die Spannungsregelschleife 8 regelt das Potential am Kollektor des Erfassungstransistors 14, so dass es innerhalb eines Schwellenwertdifferenzniveaus des Potentials am Kollektor des Leistungstransistors 12 ist, um den Early-Effekt zu vermeiden, der die Stromspiegelgenauigkeit verschlechtert. Weiterhin stellt die Spannungsregelschleife 8 auch eine Vorspannung der Kathoden der Dioden 18 und 22 in der programmierbaren Teilschaltung 6 bereit. Die Regulierung der Kollektorspannungen in dieser Weise reduziert den Early-Effekt auf das Spiegelverhältnis, und verbessert dadurch die Genauigkeit des Stromerfassungssystems 2.
Die Stromerfassungsschaltung 20 kann eine genaue Stromerfassungsschaltung umfassen, die mit einer kostengünstigen Technologie mit einer Genauigkeit hergestellt werden kann (z.B. unter Verwendung von Bipolar-Transistoren), die getrimmt werden kann. Die Genauigkeit kann in der Entwurfsphase der Stromerfassungsschaltung 20 gesteuert werden.
3 ist ein schematisches Diagramm, das in Übereinstimmung mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Techniken einen beispielhaften Stromfluss in einem ungetrimmten Stromerfassungssystem 40 darstellt. Verschiedene Beispiele von Stromerfassungssystemen 40 können Aspekte oder Merkmale aufweisen, die hier in Bezug auf andere Beispiele von Schaltungen oder Systemen beschrieben werden, wie beispielsweise das Stromerfassungssystem 2 aus 1, und die Stromerfassungsschaltung 20 aus 2. Soweit die Merkmale des Stromerfassungssystems 40 ähnlich zu den bereits in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen sind, werden sie nicht noch einmal in Bezug auf 3 diskutiert. Das Stromerfassungssystem 40 umfasst die Leistungsstufe 4, die programmierbare Teilschaltung 6, die Spannungsregelschleife 8 und die Steuereinheit 10. Das Verhältnis des Lesetransistors 14 und des Leistungstransistors 12 ist in diesem Beispiel 1:N.
In 3 arbeitet jede Zap-Diode 18 im offenen Zustand (d.h. nicht gezappt). Daher ist das Stromerfassungssystem 40 in einem ungetrimmten Zustand und weist das Basisspiegelverhältnis von 1:N auf. Strom, der in jedem Ausgang I_out und I_sense fließt, ist in der 3 unter Verwendung von eindeutigen Linienmustern für jeden Ausgang bezeichnet. Somit fließt, wie dargestellt ist, Strom durch die Diode 22-3 zu I_out. In ähnlicher Weise fließt Strom durch die Dioden 22-1 und 22-2 zu I_sense.
4 ist ein schematisches Diagramm, das einen beispielhaften Stromfluss in einem getrimmten Stromerfassungssystem 60 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Techniken darstellt. Verschiedene Beispiele von Stromerfassungssystemen 60 können Aspekte oder Merkmale enthalten, die hier in Bezug auf andere Beispiele von Schaltungen oder Systemen beschrieben werden, wie beispielsweise das Stromerfassungssystem 2 aus 1, die Stromerfassungsschaltung 20 aus 2 und das Stromerfassungssystem 40 aus 3. Soweit die Merkmale des Stromerfassungssystems 60 ähnlich zu den bereits in Bezug auf die bereits beschrieben 1-3 sind, werden sie nicht noch einmal in Bezug auf 4. diskutiert. Das Stromerfassungssystem 60 umfasst die Leistungsstufe 4, die Spannungsregelschleife 8, und die Steuereinheit 62. Das Stromerfassungssystem umfasst auch eine programmierbare Teilschaltung, die aus Klarheitsgründen nicht dargestellt ist.
Die Steuereinheit 62 umfasst zwei Vorrichtungen 64 und 66, die verwendet werden, um der Leistungsstufe 4 ein Steuersignal bereitzustellen. Die Vorrichtungen 64 und 66 können beliebige hier beschriebene Transistoren sein.
Das Verhältnis des Erfassungstransistors 14 zu dem Leistungstransistor 12 ist bei diesem Beispiel 1:N. Jedoch ist das Stromerfassungssystem 60 getrimmt - das heißt, eine oder mehrere der programmierbaren Elemente 18 sind im geschlossenen Zustand. In diesem Beispiel wurde die Zap-Diode 18-1 gezappt. Daher fließt kein Strom mehr vom Transistor 16-1 durch die Diode 22-1, sondern fließt nun dort hindurch, wo die Zap-Diode 18-1 war. Dadurch erhöht sich der an I_Q fließende Strom und entsprechend reduziert sich der Strom, der bei I_CSO fließt. Dies reduziert das Spiegelverhältnis um einen Betrag ε, der der auf dem Strom des Transistors 16-1 basiert. Der Strom, der zu jedem Ausgang I_Q und I_CSO fließt, ist in 4 unter Verwendung der eindeutigen Linienmuster für jeden Ausgang bezeichnet. Somit fließt, wie dargestellt ist, der Strom durch die kurzgeschlossene Zap-Diode 18-1 und durch die Diode 22-3 zu I_Q. In ähnlicher Weise fließt Strom durch die Diode 22-2 zu I_CSO.
Der Betrag, um den das Spiegelverhältnis erhöht oder verringert werden kann, kann basierend auf den relativen Werten der Transistoren 16 ausgewählt werden. Bei dem Beispiel von 4 gibt es acht mögliche unterschiedliche Kombinationen von Trimmungen (einschließlich eines ungetrimmten Zustandes). Beispiele mit einer unterschiedlichen Anzahl programmierbarer Elemente 18 müssen entsprechend unterschiedliche Anzahlen von Trimmungs-Kombinationen haben. Sobald also der Bereich und die Schrittgröße von jedem der programmierbaren Elemente 18 gewählt wurde, ist es möglich, den Standardwert (d.h. ungetrimmt) auf jeden Wert innerhalb des Bereichs zu setzen.
Eine beispielhafte Schrittgröße (z.B. einen Trimmschritt) kann basierend auf einem Prozentsatz des Stromverhältnisses bestimmt werden. Beispielsweise kann unter Benutzung der Notation aus 2 ein kleinster Trimmschritt wie in Gleichung 1 sein, unter der Annahme, dass das Verhältnis zwischen einer Größe des Leistungs-FETs 12 zu dem Erfassugs-FET 14 zu dem kleinsten programmierbaren Vorrichtung 16-1 N:X:M ist. $Δ ratio% = 100 \frac{M (N + X)}{N (X + M)}$
Es gilt normalerweise N >> X M, daher kann die Gleichung 1 folgendermaßen genähert werden: $Δ ratio% = 100 \frac{M}{N}$
Für ein Ziel-Verhältnis von 1: 100 kann ein kleinster Schritt etwa in der Größenordnung von 1% liegen, weil das Hauptverhältnis durch N:X bestimmt würde (z.B. ungefähr 100). Um beispielsweise einen 1% Schritt zu haben, ist M =1, X=100 und N=10000. Nachdem der kleinste Schritt bestimmt wurde, können die anderen Schritte etwa das k-fache der kleinsten Schritts sein. Der größte Bereich der Programmierbarkeit hängt somit von k ab, das heißt von 2ⁿ (wobei n die Anzahl programmierbarer Elemente ist) und vom kleinsten Schritt. Bei einigen Beispielen steigt die Größe der programmierbaren Elemente um einen Faktor von 2 an. Die Anzahl n der programmierbaren Elemente in einem Stromerfassungssystem kann jede geeignete Anzahl sein.
Eine mögliche Anwendung des Stromerfassungssystems 60 ist nur zu Veranschaulichungszwecken bereitgestellt und soll in keiner Weise beschränken. Das Stromerfassungssystem 60 kann in einer geschützten Antennen-Stromversorgung verwendet werden. Ein präzises Stromerfassungsziel dieses Beispiels kann beispielsweise als 2% über einem Netzteil-Ausgangsstrombereich von 10 Milliampere (mA) bis 150 mA und über einem Temperaturbereich von -40 Grad Celsius (°C) bis 125 °C zusammengefasst werden.
Bei diesem Beispiel ist ein ausgewähltes Spiegelverhältnis zwischen dem Versorgungsstrom (I_Q) und dem Erfassungsstrom (I_CSO) N_ideal =100, das dem Verhältnis von Kollektoren entspricht, die mit dem Stromversorgungsausgangsknoten und dem Knoten CSO_int verbunden sind, wie in Gleichung 3 angegeben. $N_{ideal} = \frac{{PnpOUT}_{coll}}{{PnpSENSE}_{coll}} = 100$
Die Kollektoren der Transistoren 16 in der programmierbaren Teilschaltung 6 tragen zum Stromverhältnis bei. Das Element M besteht in diesem Beispiel aus einem einzelnen Kollektor, und der Strom in dem Kollektor des Erfassungstransistors 14 ist standardmäßig gegeben als PnpSENSE_coll = 47. Somit ist in diesem Beispiel ein kleinster programmierbarer Schritt 1 Kollektor (~ 2,1%) und der programmierbare Bereich liegt zwischen 0 und 7 Kollektoren.

Außerdem wird, da der 4M-Transistor 16-3 standardmäßig mit I_Q verbunden ist, während M und 2M mit I_CSO verbunden sind, der ungetrimmte Wert des Spiegelverhältnisses auf einen Wert nahe des Zielwerts von 100 eingestellt, und der programmierbare Bereich ist bidirektional, so wie in Tabelle 1 zusammengefasst ist. Tabelle 1 stellt ein Beispiel einer Stromspiegelverhältnis-Programmiertabelle der beispielhaften, hier beschriebenen Implementierung bereit. TABELLE 1

Programmierschritt	Programmierwort			PnpSENSE _coll	Verhältnis: $\frac{I_{Q}}{I_{CSO}}$
Programmierschritt	4M	2M	M	PnpSENSE _coll	Verhältnis: $\frac{I_{Q}}{I_{CSO}}$
1	1	0	0	54	92, 6
2	1	0	1	53	94, 3
3	1	1	0	52	96, 1
4	1	1	1	51	98
5	0	0	0	50	100
6	0	0	1	49	102
7	0	1	0	48	104,2
8	0	1	1	47	106, 4

Die Programmierschritt-Spalte in Tabelle 1 listet die Möglichkeiten der Trimm-Kombinationen 1 bis 8 auf. Die zweite Spalte zeigt ein Programmierwort für jeden Transistor 16, entsprechend 4M (Transistor 16-3), 2M (Transistor 16-2) und M (Transistor 16). Ein Wert von „1“ zeigt, dass die entsprechende Zap-Diode 18 gezappt wurde (kurzgeschlossen), während ein Wert von „0“ zeigt, dass die Zap-Diode 18 nicht gezappt ist (offene Schaltung). Die Standardeinstellung bzw. die ungetrimmte Option ist der Programmierschritt 5, in dem alle Zap-Dioden 18 nicht gezappt sind.
Die dritte Spalte, bezeichnet als PnpSENSE_coll, ist die Anzahl der Kollektoren, die den Erfassungsstrom erzeugen, die als als X + kM vorgesehen ist, wobei k vom Trimm-Wort oder Programmierschritt abhängt. In der vierten Spalte ist das als $\frac{I_{Q}}{I_{CSO}}$
bezeichnete Verhältnis das entsprechende Spiegelverhältnis. Am ungetrimmten Wert ist X = 50 und das Spiegelverhältnis 100. Mit dem Standardwert PnpSENSE_coll=47 ist der ungetrimmte Wert 50 (Programmierschritt 5). Somit können in diesem Beispiel mit drei programmierbaren Elementen Abweichungen des Spiegelverhältnisses von -8.3% bis + 6,4% bei einem Schritt von ~ 2,1% kompensiert werden. Für den Programmierschritt 1 wurde beispielsweise die Zap-Diode 18-1 (entsprechend dem Transistor 16-3, dessen Größe 4M ist) gezappt, während die Zap-Dioden 18-2 und 18-3 (entsprechend dem Transistor 16-2 mit der Größe M beziehungsweise dem Transistor 16-3 mit der Größe 2M) nicht gezappt sind. Somit ist der Wert von PnpSENSE_coll für den Programmierschritt 1: 47+4+2+1=54. Das Verhältnis $\frac{I_{Q}}{I_{CSO}}$
ist als 5000/54=92,6 gegeben.
Weiterhin regelt die Spannungsregelschleife 8 das Potential an einem Knoten 68 (CSO_int) auf etwa den gleichen Wert wie das Potential an einem Knoten 70 (Stromversorgungsausgang), um Fehler in dem Spiegelverhältnis aufgrund des Early-Effekts zu reduzieren. Schließlich kann der Erfassungsstrom I_CSO zu einem externen Widerstand R_CSO fließen und wird in eine Spannung V_CSO umgewandelt, die auf I_Q bezogen ist, wie in Gleichung 4 gezeigt ist. $V_{CSO} = I_{CSO} \cdot R_{CSO} = \frac{I_{Q}}{Ratio} \cdot R_{CSO}$
5 ist ein schematisches Diagramm, das einen weiteren beispielhaften Stromfluss in einem getrimmten Stromerfassungssystem 80 in Übereinstimmung mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Techniken darstellt. Verschiedene Beispiele des Stromerfassungssystems 40 können Aspekte oder Merkmale enthalten, die hier in Bezug auf andere beispielhafte Schaltungen oder Systeme beschrieben werden, wie zum Beispiel das Stromerfassungssystem 2 aus 1, die Stromerfassungsschaltung 20 aus 2, das Stromerfassungssystem 40 aus 3, und das Stromerfassungssystem 60 aus 4. Soweit Merkmale des Stromerfassungssystems 80 ähnlich zu den bereits in Bezug auf 1-4 beschriebenen Merkmalen sind, werden sie nicht noch einmal in Bezug auf 5 diskutiert. Das Stromerfassungssystem 80 umfasst die Leistungsstufe 4, die Spannungsregelschleife 8, und die Steuereinheit 62. Das Stromerfassungssystem 80 umfasst auch eine programmierbare Teilschaltung, die aus Klarheitsgründen nicht dargestellt ist.
Das Verhältnis des Erfassungstransistors 14 zum Leistungstransistor 12 ist in diesem Beispiel 1:N. Jedoch ist das Stromerfassungssystem 80 getrimmt - das heißt, eine oder mehrere der programmierbaren Elemente 18 sind im geschlossenen Zustand. In diesem Beispiel wurden alle Zap-Dioden 18 gezappt. Daher fließt kein Strom mehr vom Transistor 16 durch die Dioden 22. Dies ändert sowohl den Strom, der bei I_Q fließt, als auch den Strom, der bei I_CSO fließt. Insgesamt erhöht sich dadurch das Spiegelverhältnis um einen Betrag ε, der von der Leistung der Transistoren 16 abhängt. Strom, der zu jedem Ausgang I_Q und I_CSO fließt, ist in 5 unter Verwendung der eindeutigen Linienmuster für jeden Ausgang bezeichnet.
Die hier beschriebenen Systeme und Vorrichtungen schlagen eine Lösung für ein gemeinsames Problem in Stromversorgungs-Produkten vor: eine präzise Stromerfassung, die auch mit einer kostengünstigen Technologie hergestellt werden kann (z.B. nur bipolar), und mit einer Genauigkeit hergestellt werden kann, die soweit getrimmt werden kann, das sie während der Designphase mittels der Programmierbarkeit gesteuert werden kann. Die Programmierbarkeit der Leistungs-PNP- und der Erfassungskollektoren wird verwendet, um das Spiegelverhältnis auf einen gewünschten Wert zu trimmen. Eine Spannungsregelschleife ist bereitgestellt, die das Potential am Kollektor der Erfassungstransistoren auf das gleiche Potential des Leistungs-PNP-Kollektors regelt, um den Early-Effekt zu vermeiden, die sonst die Präzision des Spiegels verschlechtern würde.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben einer Stromerfassungsschaltung in Übereinstimmung mit einer oder mehreren in dieser Anmeldung beschriebenen Techniken darstellt. Das beispielhafte Verfahren kann verwendet werden, um Vorrichtungen und Systeme zu betreiben, die in dieser Anmeldung dargestellt sind, wie beispielsweise das Stromerfassungssystem 2, die Stromerfassungsschaltung 20, und die Stromerfassungssysteme 40, 60 und 80, obwohl das beschriebene Verfahren nicht notwendigerweise auf die Verwendung dieser Schaltungen beschränkt ist, und auch mit anderen Schaltungskonfigurationen verwendet werden kann.
Das beispielhafte Verfahren enthält das Ausführen von Stromspiegelung mit einem Stromspiegel, der eine Erfassungsvorrichtung umfasst, wobei ein Spiegelverhältnis des Stromspiegels auf einer programmierbaren Teilschaltung basiert (100). Das Spiegelverhältnis des Stromspiegels, der auf der der programmierbaren Teilschaltung basiert, kann weiterhin auf ein oder mehrere programmierbare Elemente der programmierbaren Teilschaltung basieren, die mit der Erfassungsvorrichtung und der Leistungsvorrichtung verbunden ist. Beispielsweise kann das Spiegelverhältnis des Stromspiegels, der den Erfassungstransistor 14 umfasst, durch die Programmierung einer oder mehrerer programmierbarer Elemente 18 der programmierbaren Schaltung 6 getrimmt werden. Bei einigen Beispielen kann das Trimmen des Spiegelverhältnisses des Stromspiegels weiterhin das Programmieren eines oder mehrerer programmierbarer Elemente einer programmierbaren Teilschaltung enthalten, die mit der Erfassungsvorrichtung und der Leistungsvorrichtung verbunden sind, um das Spiegelverhältnis einzustellen. Zum Beispiel wurde im Stromerfassungssystem 60 der 4 die Zap-Diode 18-1 gezappt, um das Spiegelverhältnis zu verringern. Ein OEM oder ein Benutzer der Stromerfassungsschaltung kann das Spiegelverhältnis beispielsweise trimmen.
Das eine oder die mehreren programmierbaren Elemente können weiterhin ein erstes kurzgeschlossenes programmierbares Element, wobei das erste kurzgeschlossene programmierbare Element das Spiegelverhältnis erhöht, und/oder ein zweites kurzgeschlossenes programmierbares Element umfassen, wobei das zweite kurzgeschlossene programmierbare Element das Spiegelverhältnis verringert. 4 zeigt beispielsweise, dass das Spiegelverhältnis erhöht wird, weil ein oder mehrere der programmierbaren Elemente 18-1 und 18-2 kurzgeschlossen werden. Während in 5 das Spiegelverhältnis insgesamt um einen kleinen Betrag abnimmt, weil beide programmierbaren Elemente 18-1 und 18-2 kurzgeschlossen werden, was das Spiegelverhältnis erhöht, und das kurzgeschlossene programmierbare Element 18-3 das Spiegelverhältnis um einen größeren Betrag verringert. Bei einem Beispiel kann das Spiegelverhältnis nur durch kurzgeschlossene programmierbare Elemente 18-3 und durch nicht kurzgeschlossene programmierbare Elemente 18-1 und 18-2 verringert werden.
Bei einigen Beispielen kann die Programmierung des einen oder der mehreren programmierbaren Vorrichtungen weiterhin das einmalige oder mehrfache Kurzschließen eines oder mehrerer programmierbarer Elemente umfassen, um das Spiegelverhältnis zu erhöhen, und das Kurzschließen eines oder mehrerer programmierbarer Elemente umfassen, um das Spiegelverhältnis zu verringern. Wie oben erwähnt, kann ein OEM oder ein Benutzer der Stromerfassungsschaltung beispielsweise das Spiegelverhältnis durch Kurzschließen des einen oder der mehreren programmierbare Elemente programmieren.
Das beispielhafte Verfahren kann auch das Halten eines Kollektorpotentials der Erfassungsvorrichtung durch eine Spannungsregelschleife innerhalb eines Schwellenwertdifferenzpegels zu einem Kollektorpotential einer Leistungsvorrichtung enthalten, die an die Erfassungsvorrichtung angeschlossen ist, wobei die Erfassungsvorrichtung einen Strom spiegelt, der in der Leistungsvorrichtung fließt (102). Bei einigen Beispielen spiegelt die Erfassungsvorrichtung einen Strom in einem CSO_INT Netz. Die Spannungsregelschleife 8 kann beispielsweise das Kollektorpotential des Erfassungstransistors 14 innerhalb eines Schwellenwertdifferenzpegels zu dem Kollektorpotential des Leistungstransistors 12 halten.
Weiterhin kann der Strom tatsächlich erfasst werden. Das Verfahren kann ferner das Detektieren der Stromerfassung an einem Ausgang der Spannungsregelschleife enthalten. Zum Beispiel kann Stromerfassung unter Verwendung der Stromerfassungsschaltung 20 durch direktes Spiegeln des Stromes, der durch die Ausgabevorrichtung der Stromversorgung fließt, mittels eines Stromspiegels, und Auslesen des aktuellen I_CSO ausgeführt werden.
Bei einigen Stromerfassungssystemen kann die Präzision durch statistische Schwankungen der Prozessparameter begrenzt sein, die verursachen, dass der Leistungstransistor 12 und der Erfassungstransistor 14 nicht angepasst sind. Große Spiegelverhältnisse können den Stromverbrauch auf Kosten von zusätzlichen Fehlanpassungen zwischen Strömen reduzieren. Da die PNP-Vorrichtungen grundsätzlich unterschiedliche Kollektorpotentiale haben können, kann der Early-Effekt die Stromspiegelpräzision und somit die gesamte Stromerfassungsgenauigkeit verringern. Jedoch erhöhen die hier beschriebene Programmierbarkeit und die Spannungsregelung die Genauigkeit der Stromerfassungssysteme.
Einige der hier beschriebenen beispielhaften Vorrichtungen und Systeme umfassen eine Stromerfassung basierend auf Stromspiegelung, mit einer relativ einfachen zusätzlichen Schaltung, um Programmierbarkeit zum Erfassungsstrom hinzuzufügen, sowie eine Regelschleife, um die Kollektor-Emitter-Potentiale ungefähr auf demselben Niveau für die zwei Transistoren zu halten. Somit können Spiegelverhältnis-Fehler, die durch statistische Schwankungen der Prozessparameter oder durch Auswirkung ungünstiger Designs von Vorrichtungen (z.B. aufgrund von hohen Spiegelverhältnissen oder Optimierung von Flächenverbrauch) auftreten können, durch die Verwendung der Programmierbarkeit bis zu einem Ausmaß kompensiert werden, das während der Entwurfsphase kontrollierbar ist. Darüber hinaus ist dies ein einfaches und robustes Konzept, das in den meisten preisgünstigen Technologien implementiert werden kann (z.B. bipolar und CMOS), und es ist geeignet, bei hohen Spannungen betrieben zu werden. Das heißt, sobald der Bereich und die Schrittgröße der programmierbaren Elemente gewählt wird, ist es möglich, den Standardwert (d.h. ungetrimmt) auf jede beliebige Position innerhalb des Bereichs zu setzen. Beispielhafte Vorrichtungen und Systeme, die hier beschrieben werden, können in Anmeldungen für Fehlerschutz, Strombegrenzung, Stromregelung, und anderer Gründe enthalten sein.
Der Wert der Transistoren und die Anzahl der programmierbaren Elemente können von einem Designer ausgewählt werden, um Spezifikationen einer Anwendung oder eines Systems zu erfüllen. Weiterhin können beliebige Merkmale der Vorrichtungen und Schaltungen, die hier beschrieben sind, in Kombination verwendet werden. Die hier beschriebenen Stromerfassungsschaltungen sind für hohe Spannungen geeignet und sind relativ einfach, preiswert, robust und sind flächeneffizient.
Die hier beschriebenen Beispiele können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Solche Anwendungen können beispielsweise Gleichspannungswandler enthalten, die Abwärtswandler enthalten, beispielsweise Kernspannungs-(„Vcore“) und Nicht-Kernspannungs-Abwärtswandler in Desktop- oder Server-Zentralrecheneinheiten („CPU“, Central Processing Unit), oder einphasige point-of-load („POL“) Anwendungen, bei denen ein hoher Strombedarf an der Last besteht, oder mehrphasige POL-Anwendungen und Spannungsregelmodule mit hohen Stromdichten („VRM“, Voltage Regulator Module). Darüber hinaus können einige der hier beschriebenen Beispiele in der Regelung von CPU- oder Grafik-Prozessoreinheiten („GPU“ Graphics Processing Unit) in Notebooks, in Desktop-Grafikkarten, in Speichern mit doppelter Datenrate („DDR“, Double Data Rate) oder in Grafikspeichern verwendet werden. Weiterhin können die hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren in Anwendungen mit Halbbrücken oder Vollbrücken verwendet werden.
Verschiedene Beispiele und Verfahren wurden beschrieben. Aspekte oder Merkmale der hier beschriebenen Beispiele können mit jedem anderen Aspekt oder Merkmal eines anderen Beispiels kombiniert werden. Diese beschriebenen Beispiele und weitere Beispiele sind im Umfang der folgenden Ansprüche.

Claims

Stromverfolgungsschaltung (2), umfassend: einen Stromspiegel, der ein Stromversorgungseingangssignal und ein Steuersignal als Eingangssignale empfängt, wobei der Stromspiegel ein Spiegelverhältnis aufweist; und eine programmierbare Teilschaltung (6), die mit dem Stromspiegel verbunden ist, und die einen Wert des Spiegelverhältnisses trimmt, wobei die programmierbare Teilschaltung umfasst: eine erste Zap-Diode (18-1), die mit einem ersten Transistor (16-1) verbunden ist; eine zweite Zap-Diode (18-2), die mit einem zweiten Transistor (16-2) verbunden ist; und eine dritte Zap-Diode (18-3), die mit einem dritten Transistor (16-3) verbunden ist, wobei die erste Zap-Diode (18-1) und die zweite Zap-Diode (18-2) mit einem Anschluss eines Leistungstransistors (12) verbunden sind, wobei der Stromspiegel durch einen Erfassungstransistor (14) gebildet ist, der mit dem Leistungstransistor (12) verbunden ist, wobei die dritte Zap-Diode (18-3) mit einem Anschluss des Erfassungstransistors (14) verbunden ist, und wobei im Vergleich zu dem Spiegelverhältnis, wenn sie im offenen Zustand betrieben werden, die erste Zap-Diode (18-1) und die zweite Zap-Diode (18-2), wenn sie im geschlossenen Zustand betrieben werden, das Spiegelverhältnis erhöhen, und die dritte Zap-Diode (18-3) das Spiegelverhältnis, wenn sie im geschlossenen Zustand betrieben wird, verringert.
Stromverfolgungsschaltung nach Anspruch 1, wobei der Leistungstransistor (12) das Stromversorgungseingangssignal und das Steuersignal als Eingangssignale empfängt und wobei der Erfassungstransistor (14) einen Strom spiegelt, der in dem Leistungstransistor fließt.
Stromverfolgungsschaltung nach Anspruch 2, wobei der Erfassungstransistor (14) und der Leistungstransistor (12) PNP-Transistoren umfassen.
Stromverfolgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1-3, weiterhin umfassend: eine Spannungsregelschleife (8), die eingerichtet ist, den Stromspiegel zu regulieren.
Stromverfolgungsschaltung nach Anspruch 4, wobei die Spannungsregelschleife (8) weiterhin umfasst: einen Komparator (24), der ein Kollektor-Emitter-Potential des Erfassungstransistors (14) mit einem Kollektor-Emitter-Potential des Leistungstransistors (12) vergleicht, um das Kollektor-Emitter-Potential des Erfassungstransistors (14) und das Kollektor-Emitter-Potential des Leistungstransistors (12) auf ungefähr dem gleichen Pegel zu halten.
Stromverfolgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der erste Transistor (16-1) eine erste Größe aufweist, der zweite Transistor (16-2) eine zweite Größe aufweist, und der dritte Transistor (16-3) eine dritte Größe aufweist, wobei die zweite Größe das Doppelte der ersten Größe ist und die dritte Größe das Doppelte der zweiten Größe ist.
Verfahren, umfassend: Ausführen einer Stromspiegelung mit einem Stromspiegel, der einen Erfassungstransistor (14) umfasst, wobei ein Spiegelverhältnis des Stromspiegels auf einer programmierbaren Teilschaltung (6) basiert; Halten, durch eine Spannungsregelschleife (8), eines Kollektorpotentials der Erfassungseinrichtung innerhalb eines Schwellenwertdifferenzpegels zu einem Kollektorpotential eines Leistungstransistors (12), der mit der Erfassungsvorrichtung verbunden ist, wobei der Erfassungstransistor (14) einen Strom spiegelt, der in dem Leistungstransistor (12) fließt, wobei das Spiegelverhältnis des Stromspiegels auf der programmierbaren Teilschaltung basiert, welche umfasst: eine erste Zap-Diode (18-1), die mit einem ersten Transistor (16-1) verbunden ist; eine zweite Zap-Diode (18-2), die mit einem zweiten Transistor (16-2) verbunden ist; und eine dritte Zap-Diode (18-3), die mit einem dritten Transistor (16-3) verbunden ist, wobei die erste Zap-Diode (18-1) und die zweite Zap-Diode (18-2) mit einem Anschluss eines Leistungstransistors (12) verbunden sind, wobei der Stromspiegel durch einen Erfassungstransistor (14) gebildet ist, der mit dem Leistungstransistor (12) verbunden ist, wobei die dritte Zap-Diode (18-3) mit einem Anschluss des Erfassungstransistors (14) verbunden ist, und wobei im Vergleich zu dem Spiegelverhältnis, wenn sie im offenen Zustand betrieben werden, die erste Zap-Diode (18-1) und die zweite Zap-Diode (18-2), wenn sie im geschlossenen Zustand betrieben werden, das Spiegelverhältnis erhöhen, und die dritte Zap-Diode (18-3) das Spiegelverhältnis, wenn sie im geschlossenen Zustand betrieben wird, verringert.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Erfassen des erfassten Stroms an einem Ausgang der Spannungsregelschleife (8).