电流感测系统及包括该系统的DC-DC转换器技术方案

本公开的方面一般涉及一种用于感测通过晶体管的电流的系统。本公开的方面还涉及一种包括一个或多个这样的系统的DC

【技术实现步骤摘要】
电流感测系统及包括该系统的DC
‑
DC转换器


[0001]本公开的方面一般涉及用于感测通过晶体管的电流的系统。本公开的方面还涉及包括一个或多个这样的系统的DC
‑
DC转换器。本公开的各方面尤其适于感测通过诸如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET)的功率开关晶体管的电流。

技术介绍

[0002]晶体管在各种应用中用于电子电路。这样的应用可以有益于或者甚至需要相应地测量和调节通过一个或多个特定晶体管的电流。一种这样的应用涉及DC
‑
DC转换器，其中晶体管用作开关元件并且通常可以传导相对大的电流。
[0003]在下文中，参考图1描述了本领域已知的DC
‑
DC转换器100，其仅作为示例。DC
‑
DC转换器100包括输入电压源V
I
、转换器模块101、输出电容器C
O
和负载Z
L
。转换器模块101包括输入电容器C
I
、开关模块102、驱动模块103和电感器L
O
。在一些实施例中，输出电容器C
O
可以包括在转换器模块101中，和/或输入电容器C
I
和电感器L
O
中的一个或两个可以在转换器模块101的外部。
[0004]开关模块102包括高侧晶体管M
H
和低侧晶体管M
L
，在图1所示的示例中，高侧晶体管M
H
和低侧晶体管M
L
是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。晶体管M
H
、M
L
中的每个的栅极端子由驱动模块103驱动。驱动模块103可以由外部控制器(未示出)(如，处理器或微控制器)控制，并且可以使用例如脉宽调制(PWM)信号来驱动晶体管M
H
、M
L
。从输入电压源V
I
接收的输入电压可以被提供给转换器模块101的输入端口，该转换器模块101被配置为通过相应地使用驱动模块103控制晶体管M
H
、M
L
来将所述输入电压转换为具有不同电压电平的输出电压。在一些应用中，可以通过至少基于转换器模块101的输出电压来控制驱动模块103，来实现反馈配置。然而，不使用输出电压来控制驱动模块103的开环控制也是可能的。
[0005]输入电压源V
I
可以是稳定的电压源，例如包括所述DC
‑
DC转换器100的电子器件的电池。转换器模块101可以被配置为在其输出处提供具有电压电平和对应纹波的输出电压。本领域技术人员将容易理解，输出电压信号的特性，例如其电压电平和纹波，可以由以下中的至少一个来确定或指示：输入电压、由驱动模块103提供的晶体管M
H
、M
L
的开关频率和驱动强度(即，施加的电压电平)、晶体管M
H
、M
L
的器件特性、由电感器L
O
和输出电容器C
O
以及负载Z
L
形成的整形电路等。输出电压信号可以施加到负载Z
L
，以向负载Z
L
输送功率。
[0006]图1中所示的示例性DC
‑
DC转换器可被认为是同步降压(或降压型)转换器。因此，高侧晶体管M
H
和低侧晶体管M
L
可以被同步驱动，使得在任何时间激活所述晶体管M
H
、M
L
中的仅一个。这样，通过电感器L
O
的电流I
L
将基本上对应于通过高侧晶体管M
H
或低侧晶体管M
L
的电流。
[0007]作为图1所示配置的替代，可以用二极管代替低侧晶体管M
L
，并且开关模块102仅包括(高侧)晶体管M
H
，该配置可以被认为是标准降压转换器。如本领域技术人员所理解的，其他类型的转换器可以类似地包括开关晶体管，包括但不限于，升压(或升压型)转换器、降压
‑
升压或升压
‑
降压转换器(双向)、基于变压器的转换器等。此外，本公开还涉及在除了功
率转换器之外的其他应用中使用的晶体管。
[0008]在操作期间，高侧晶体管M
H
和/或低侧晶体管M
L
可传导相对大的电流。出于安全原因或者出于基于所述电流相应地控制晶体管的目的，确保某些晶体管正确地操作并且传导期望电流范围内的电流可能是非常重要的。这尤其适用于包括多个这种晶体管的复杂系统。
[0009]这种复杂系统的一个示例可以是可包括用于将输入电压(多个输入电压)转换城多个相应输出电压电平的多个DC
‑
DC转换器的电子器件。在另一示例中，电子器件可以包括多相DC
‑
DC转换器，如本领域技术人员所理解的，其还包括多个单独的转换器模块，每个转换器模块具有其自己的开关晶体管。
[0010]根据应用，电流可以在一个方向或任一方向流过晶体管，例如在MOS晶体管的情况下，从漏极到源极或从源极到漏极。特别地，在图1所示的DC
‑
DC转换器100中，可能出现电流在一定时间段内通过低侧晶体管M
L
从漏极流到源极(即，图1中的顶部端子到底部端子)，这可以被称为反映电流I
L
所指示的方向的“负电流”。
[0011]尽管以上描述主要集中于DC
‑
DC转换器，但应注意，涉及晶体管的其它应用可类似地显著受益于能够有效且高效地感测通过晶体管的电流。

技术实现思路

[0012]从以上可以明显看出，需要一种包括一个或多个晶体管的系统，其中可以以有效和高效的方式感测通过所述晶体管的电流，例如为了更精确地调节DC
‑
DC转换器的输出电压电平。
[0013]下面阐述了本文公开的某些实施例的方面的概述。应当理解，这些方面仅被呈现以向读者提供这些特定实施例的简要概述，并且这些方面不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可以涵盖可能未阐述的各种方面和/或方面的组合。
[0014]根据本公开的方面，提供了一种系统。该系统包括晶体管模块，该晶体管模块包括电连接在第一端子和第二端子之间的初级晶体管以及电连接在第一端子和第三端子之间的次级晶体管，其中次级晶体管的控制端子电连接到初级晶体管的控制端子。该系统还包括电连接到晶体管模块并具有输出端子的电流感测模块。
[0015]根据本公开，该系统被配置为能够在第一模式中操作，在第一模式中，电流感测模块被配置为基于所述第三端子和所述第二端子之间的电压差，在所述输出端子处，输出指示在第一电流方向上通过所述初级晶体管的电流的第一输出信号，所述第一电流方向是从所述第一端子到所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统(1)，包括：晶体管模块(10)，其包括：初级晶体管(M
P
)，其电连接在第一端子(11a)和第二端子(11b)之间；以及次级晶体管(M
S
)，其电连接在所述第一端子(11a)与第三端子(11c)之间，其中，所述次级晶体管(M
S
)的控制端子(11d)电连接到所述初级晶体管(M
P
)的控制端子；以及电流感测模块(20)，其电连接到所述晶体管模块(10)并且具有输出端子(23)，其中，所述系统(1)被配置为能够在第一模式下操作，在所述第一模式中，所述电流感测模块(20)被配置为：在所述第二端子(11b)与所述第三端子(11c)之间呈现阻抗，使得所述第三端子(11c)处的电压实质上等于所述第一端子(11a)处的电压；以及基于所述第三端子(11c)和所述第二端子(11b)之间的电压差，在所述输出端子(23)处，输出指示在第一电流方向上通过所述初级晶体管(M
P
)的电流的第一输出信号，所述第一电流方向为从所述第一端子(11a)到所述第二端子(11b)。2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述电流感测模块(20)包括第一感测单元(21)，所述第一感测单元包括：第一比较单元(CMP1)，其具有第一输入端子和第二输入端子，并且被配置为：将在所述第一输入端子处接收的中间节点处的电压与在所述第二输入端子处接收的与所述第三端子(11c)和所述第二端子(11b)之间的所述电压差相对应的电压进行比较；以及基于所述比较的结果生成第一控制信号；以及第一晶体管(M1)，其连接在所述电流感测模块(20)的所述输出端子(23)与所述中间节点之间，所述第一晶体管(M1)被配置为在所述第一晶体管(M1)的控制端子处接收所述第一控制信号，并且基于所述第一控制信号使第一电流在所述输出端子(23)与所述中间节点之间流动，其中，所述第一电流对应于所述第一输出信号或被用于生成所述第一输出信号。3.根据权利要求2所述的系统(1)，所述第一感测单元(21)还包括电连接在所述第一晶体管(M1)和连接到参考电压的参考端子之间的电网络，其中，所述第一电流还流过所述电网络，以及其中，所述第一比较单元(CMP1)和所述第一晶体管(M1)一起形成第一负反馈回路的至少一部分，所述第一负反馈回路被配置为调节所述第一电流，使得所述第一输入端子处的电压和所述第二输入端子处的电压实质上相等，其中，经调节的第一电流对应于所述第一输出信号或被用于生成所述第一输出信号，其中，所述电网络优选地包括补偿晶体管(M
C
)，并且其中，所述电流感测模块(20)优选地还包括温度补偿单元(25)，所述温度补偿单元被配置为感测所述初级晶体管(M
P
)处或附近的温度并且控制所述补偿晶体管(M
C
)的控制端子，使得在操作期间所述补偿晶体管(M
C
)的导通电阻实质上对应于所述初级晶体管(M
P
)的导通电阻。4.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述电流感测模块(20)包括第一开关(S1)，所述第一开关被配置为当所述系统(1)在所述第一模式中操作时，向所述电流感测模块(20)的所述输出端子(23)提供第一电压信号，所述第一电压信号与所述第三端子(11c)和所述第二端子(11b)之间的所述电压差对应，所述第一电压信号与所述第一输出信号对应或者
被用于生成所述第一输出信号，所述系统(1)优选地还包括温度补偿单元(25)，其被配置为基于所述初级晶体管(M
P
)处或附近的温度来调节所述第一电压信号。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其中，所述电流感测模块(20)还包括电连接在所述晶体管模块(10)和所述第一感测单元(21)之间的放大单元(AMP、R2、R3)，其中，所述放大单元被配置为放大所述第三端子(11c)和所述第二端子(11b)之间的所述电压差，并且其中，所述电流感测模块(20)被配置为基于经放大的所述第三端子(11c)和所述第二端子(11b)之间的电压差来生成所述第一信号。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其中，所述系统(1)还被配置为能够在第二模式中操作，在所述第二模式中，所述电流感测模块(20)被配置为在所述输出端子(23)处输出指示在第二电流方向上通过所述初级晶体管(M
P
)的电流的第二输出信号，所述第二电流方向为从所述第二端子(11b)到所述第一端子(11a)，其中，为了输出所述第二输出信号，所述电流感测模块(20)被配置为：调节通过所述次级晶体管(M
S
)的电流，使得所述第三端子(11c)处的电压实质上等于所述第二端子(11b)处的电压；以及基于所述经调节的电流来输出所述第二输出信号。7.根据权利要求6所述的系统(1)，其中，所述电流感测模块(20)包括第二感测单元(22)，所述第二感测单元包括：第二比较单元(CMP2)，其被配置为将所述第二端子(11b)处的电压与所述第三端子(11c)处的电压进行比较，并且基于所述比较的结果来生成第二控制信号；以及第二晶体管(M2)，其连接在所述第三端子(11c)和参考端子之间，所述第二晶体管(M2)被配置为在所述第二晶体管(M2)的控制端子处接收所述第二控制信号，并基于所述第二控制信号使第二电流通过所述第二晶体管(M2)从所述参考端子流到所述次...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲勇，卡塔日娜，
申请(专利权)人：安世有限公司，
类型：发明
国别省市：