CN102495265B - 一种mosfet开关元件的电流采样电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MOSFET开关元件的电流采样电路，所述开关元件的第一端和采样模块的第一输入端相连，并作为电流输入信号端，所述开关元件的第二端和采样模块的第二输入端相连，并作为MOSFET开关元件电流输出信号端，所述采样模块的输出端作为采样电流输出信号端，所述采样模块直接采样MOSFET开关元件的第一端和第二端的电压差，所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间可允许的最大电压差值为采样模块两个输入端之间的耐压值；所述采样模块包括的钳位模块增加采样模块的耐压值，阻断从采样模块的第一输入端端到第二输入端之间形成电流通路，提高MOSFET开关元件的电流采样电路的工作电压范围。

Description

一种MOSFET开关元件的电流采样电路

技术领域

本发明涉及电源管理电路中的电流采样技术，更确切的说，涉及一种通过MOSFET开关元件导通电阻的电流进行采样的技术及电流采样电路。

背景技术

电源管理电路的应用非常广泛，绝大多数电源管理电路都需要内置或者外置MOSFET开关元件，并且检测流过MOSFET开关元件的电流值，得到和该电流值相关的电压信号或者电流信号，根据该电压信号或者电流信号控制MOSFET开关元件的开启和关断。

图1A所示为典型的MOSFET开关元件的电流采样电路，采样流过该电路中MOSFET开关元件1的电流值：所述开关元件为P沟道MOSFET开关元件，MOSFET开关元件的第一端连接采样元件02的输出端和采样模块03的第二输入端，所述开关元件的第二端作为电流输出信号端；所述采样元件02的输入端和采样模块03的第一输入端相连，并作为电流输入信号端，。

图1A所示MOSFET开关元件的电流采样电路的原理是，近似认为流过MOSFET开关元件的电流I_OUT和流过与MOSFET开关元件相连的采样元件的电流I_IN相等，通过检测采样元件上的电压差，采样模块检测流过采样元件的电流大小并输出采样电流信号IO。

图1A所示MOSFET开关元件的电流采样电路的具体实现及应用如图1B所示：所述MOSFET开关元件01为P沟道第一MOS管M1；所述采样元件02为电阻R0，电阻R0的一端和第一MOS管M1的衬底端以及所述电压电流转换模块03的第一输入端相连，并作为电流输入信号端，电阻R0的输出端连接第一MOS管M1的源端和采样模块03的第二输入端；

所述采样模块03包括第一电阻R1、第二电阻R2，第三MOS管M3、第四MOS管M4、恒流源I03和恒流源I04组成，第一电阻R1等于第二电阻R2，第三MOS管M3、第四MOS管M4为宽长比相同的匹配管，恒流源I03的电流等于恒流源I04的电流。

第一电阻R1的一端和采样元件R0的一端以及第一MOS管M1的衬底端相连，并作为电流输入信号端，第二电阻R2的一端连接采样元件R0的另一端和第一MOS管M1的源端，第一电阻R1的另一端和第三PMOS管M3的源端、衬底端相连并作为MOSFET开关元件的电流采样电路的电流输出信号端；电流输出信号端输出的采样电流I05通过控制芯片内的基准比较得到控制开关元件第一MOS管M1的栅极信号。

假设流过第一MOS管M1的电流I01和流过与第一MOS管M1相连的电阻R0的电流I02满足I01＞＞I03，I02＞＞I03，则流过第一MOS管M1的电流I01和流过与第一MOS管M1相连的电阻R0的电流I02近似相等，I01≈I02，采样元件R0上的电压V0＝R0×I01；

I03＝I04，第三MOS管M3、第四MOS管M4为宽长比相同的匹配管，所以第三MOS管M3、第四MOS管M4的源端电压满足Vs3＝Vs4；

第一电阻R1上的电压VR1＝(I03+I05)×R1，第二电阻R2上的电压VR2＝I04×R2，VR1-VR2＝I02×R0(即电阻R0上的电压)，所以(I03+I05)×R1-I04×R2＝I02×R0，又I03＝I04、R1＝R2、I01≈I02，所以I05×R1＝I02×R0，I05＝I01×R0/R1。通过MOSFET开关元件的电流采样电路输出和开关元件第一MOS管M1的电流I01相对应的电流信号I05，输出的采样电流I05通过控制芯片内的基准比较得到控制开关元件第一MOS管M1的栅极信号。

上述MOSFET开关元件的电流采样电路，应用于对外置MOSFET开关元件进行电流采样时，***电路需要增加额外的采样元件，一般为电阻，以图1B为例，由于流过第一MOS管M1的电流I01在采样元件R0上造成了电压损耗，电阻R0上的电压为I02×R0，其功率损耗为Pdis＝I02×R0×I02＝(I01)²×R0；通常流入开关元件第一MOS管M1的电流I01的值较大，从而增加了额外的功率损耗。而应用于对内置MOSFET开关元件进行电流采样时，通常采用铝条连线电阻作为采样元件，虽然不用增加额外的元件。但内置MOSFET开关元件受工艺限制，MOSFET开关元件的导通电阻大，效率低，多数只能用于小功率产品。另外目前采用的驱动控制芯片和MOSFET开关元件往往为分离器件，通过封装合封于一个封装体的方法，MOSFET开关元件采用高性能MOSFET开关元件，因此可以提高整个集成电路的效率。但合封方法由于受封装的限制，不适合增加采样元件，因此无法采用上述的MOSFET开关元件的电流采样电路。

发明内容

本发明要解决现有技术的不足，提供一种钳位模块MOSFET开关元件电流采样技术，利用MOSFET开关元件的导通电阻检测流过其中的电流大小；并通过增加钳位模块，提高采样模块第一输入端和第二输入端最大可允许的电压差值，提高了MOSFET开关元件的电流采样电路的工作电压范围。

本发明利用开关元件MOSFET开关元件导通时其本身存在的导通电阻Ron作为采样元件，当MOSFET开关元件导通时，流过MOSFET开关元件的电流通过导通电阻Ron会在MOSFET开关元件的第一端和第二端之间产生电压差。

一种MOSFET开关元件的电流采样电路，包括MOSFET开关元件和采样模块：

所述的MOSFET开关元件为P沟道MOSFET开关元件，所述开关元件的第一端和采样模块的第一输入端相连，并作为电流输入信号端，所述开关元件的第二端和采样模块的第二输入端相连，并作为MOSFET开关元件电流输出信号端，所述采样模块的输出端作为MOSFET开关元件的电流采样电路的采样电流输出信号端，所述采样模块直接采样MOSFET开关元件的第一端和第二端的电压差，所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间可允许的最大电压差值为采样模块两个输入端之间的耐压值；

所述采样模块包括钳位模块，所述钳位模块增加采样模块第一输入端和第二输入端之间的耐压值，阻断从采样模块的第一输入端端到第二输入端之间形成电流通路，提高MOSFET开关元件的电流采样电路的工作电压范围。

所述的MOSFET电流采样电路，一种具体实现方式为：

所述MOSFET开关元件为P沟道第一MOS管M1，MOSFET开关元件11的第一端为源端，MOSFET开关元件的第二端为漏端，第一MOS管M1的源端和衬底连接采样模块的第一输入端，并作为电流输入信号端，第一MOS管M1的漏端连接采样模块的第二输入端且作为第MOSFET开关元件电流输出信号端，第一MOS管M1的栅端输入栅极控制信号；

所述采样模块包括N个串联的第一二极管D1、N个串联的第二二极管D2组成的钳位模块、第一电阻R1、第二电阻R2，第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第一恒流源I13、第二恒流源I14；

N个串联的第一二极管D1的正向端和第一MOS管M1的源端和衬底相连，并作为电流输入信号端，N个串联的第二二极管D2的正向端和第一MOS管M1的漏端相连，并作为MOSFET开关元件电流输出信号端，N个串联的第一二极管D1的反向端和第一电阻R1的一端相连，N个串联的第二二极管D2的反向端和第二电阻R2的一端相连，第一电阻R1的另一端和第三PMOS管M3的源端和衬底相连并作为采样电流输出信号端；第二电阻R2的另一端和第四PMOS管M4的源端、衬底端相连，第三MOS管M3的漏端、第三MOS管M3的栅极、第四MOS管M4的栅极和第一恒流源I13相连，第四MOS管M4的漏端和第二恒流源I14相连。

所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间最大可允许的电压差值为V_DSMAX2：

V_DSMAX2＝V_MAX1+(I13+I15)×R1+I14×R2+N×VF1+N×VD2＝V_MAX1+2×I13×R1+I15×R1+N×VF1+N×VD1其中：

V_MAX1为第三MOS管M3的源漏、衬底端，和第四MOS管M4的源漏、衬底端之间可承受的耐压；

I13为第一恒流源；

I14为第二恒流源；

I15为采样电流；

R1为第一电阻；

R2为第二电阻；

VF1为第一二极管D1正向压降；

VD1为第一二极管D1反向击穿电压；

VD2第二二极管D2的反向击穿电压；

N为等于或者大于1的正整数。

上述MOSFET电流采样电路，所述N为1或3。

MOSFET电流采样电路的另外一种具体实现方式为：

所述MOSFET开关元件为P沟道第一MOS管M1，MOSFET开关元件的第一端为源端，MOSFET开关元件的第二端为漏端，第一MOS管M1的源端和衬底端连接采样模块的第一输入端，并作为电流输入信号端，第一MOS管M1的漏端连接采样模块的第二输入端且作为MOSFET开关元件电流输出信号端，第一MOS管M1的栅端输入栅极控制信号；

所述采样模块包括N个串联的第一二极管D1、N个串联的第二二极管D2组成的钳位模块、第一电阻R1、第二电阻R2，第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第一恒流源I13、第二恒流源I14，第一电阻R1等于第二电阻R2，第三MOS管M3、第四MOS管M4为宽长比相同的匹配管，第一恒流源I13等于第二恒流源I14；

第一电阻R1的一端和第一MOS管M1的源端和衬底端相连，并作为电流输入信号端，第二电阻R2的一端和第一MOS管M1的漏端相连并作为第MOSFET开关元件电流输出信号端，第一电阻R1的另一端和N个串联的第一二极管D1的正向端相连并作为MOSFET开关元件的电流采样电路的采样电流输出信号端，第二电阻R2的另一端和N个串联的第二二极管D2的正向端相连，N个串联的第一二极管D1的反向端和PMOS管第三MOS管M3的源端和衬底相连，N个串联的第二二极管D2的反向端和第四PMOS管M4的源端和衬底相连，第三MOS管M3的漏端、第三MOS管M3、第四MOS管M4的栅极和第一恒流源I13相连，第四MOS管M4的漏端和第二恒流源I14相连。

上述MOSFET电流采样电路，所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间最大可允许的电压差值为V_DSMAX2：

V_DSMAX2＝V_MAX1+(I13+I15)×R1+I14×R2+N×VF1+N×VD2＝V_MAX1+2×I13×R1+I15×R1+N×VF1+N×VD1其中：

V_MAX1为第三MOS管M3的源漏、衬底端，和第四MOS管M4的源漏、衬底端之间可承受的耐压；

I13为第一恒流源；

I14为第二恒流源；

I15为采样电流；

R1为第一电阻；

R2为第二电阻；

VF1为第一二极管D1正向压降；

VD1为第一二极管D1反向击穿电压；

VD2第二二极管D2的反向击穿电压；

N为等于或者大于1的正整数。

所述N为1或3

本发明提供的采样技术，可以直接采样MOSFET开关元件第一端和第二端的电压差，并转换输出和开关元件的电流相对应的电流信号。相比现有技术无需采样元件，同时也去除了采样元件上的功率损耗，特别是可以应用于驱动控制芯片和MOSFET开关元件合封的集成电路。

本发明提供的MOSFET开关元件电流采样技术，电流采样模块直接采样MOSFET开关元件输入端和输出端的电压差。采样模块的第一输入端和第二输入端之间可允许的最大电压差值为采样模块两个输入端之间的耐压值。当高压工作时，由于工作在开关模式下的MOSFET开关元件，在关断状态下，输入端和输出端的电压差很高，会超过采样模块两个输入端之间的耐压值，采样模块第一输入端到第二输入端之间会形成漏电通路，从而使MOSFET开关元件的电流采样电路的工作电压范围受到了限制。因此在电流采样模块中增加钳位模块，利用二极管的反向电压的钳位功能增加采样模块两个输入端之间的耐压值，阻断从采样模块第一输入端到第二输入端之间形成漏电通路，从而提高MOSFET开关元件的电流采样电路的工作电压范围。

本发明的有益效果是：不仅输出和开关元件的电流相对应的电流信号，无需采样元件，同时也去除了采样元件上的功率损耗；并通过钳位模块，提高了采样模块第一输入端和第二输入端最大可允许的电压差值，提高了MOSFET开关元件的电流采样电路的工作电压范围。特别是可以解决驱动控制芯片和MOSFET开关元件合封的集成电路的MOSFET开关元件的电流采样问题。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1A为传统MOSFET开关元件的电流采样电路的结构图。

图1B  为传统MOSFET开关元件的电流采样电路的具体实现及应用图。

图2A为增加钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的结构图。

图2B为增加钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的第一实施例的电路示意图。

图2C为增加钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的第二实施例的电路示意图。

图2D为钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的第三实施例的电路示意图。

图2E为增加钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的第四实施例的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的内容进一步说明。

为解决传统MOSFET开关元件的电流检测电路功率损耗增加的问题以及传统MOSFET开关元件电流检测电路无法应用于驱动控制芯片和MOSFET开关元件合封的集成电路的问题；本发明提供了改进型MOSFET开关元件的电流采样电路，直接采样MOSFET开关元件的第一端和第二端的电压差，采样模块的第一输入端和第二输入端之间可允许的最大电压差值为采样模块两个输入端之间的耐压值。当高压工作时，由于工作在开关模式下的MOSFET开关元件，在MOSFET开关元件关断状态下，MOSFET开关元件的第一端和第二端的电压差很高，会超过采样模块第一输入端和第二输入端之间的耐压值，导致采样模块第一输入端到第二输入端之间会形成电流通路，从而使MOSFET开关元件的电流采样电路的工作电压范围受到了限制。本发明在电流采样模块中增加钳位模块，利用钳位模块中的二极管的反向电压的钳位功能增加采样模块第一输入端和第二输入端之间的耐压值，阻断采样模块的第一输入端到第二输入端之间形成电流通路，从而提高MOSFET开关元件的电流采样电路的工作电压范围。

同时，开关元件MOSFET开关元件导通时其本身存在的导通电阻Ron作为采样元件，当MOSFET开关元件导通时，流过MOSFET开关元件的电流通过导通电阻Ron会在MOSFET开关元件的第一端和第二端之间产生电压差。而本发明提供的采样技术，可以直接采样MOSFET开关元件第一端和第二端的电压差，并转换输出和MOSFET开关元件的电流相对应的电流信号。相比现有技术无需采样元件，同时也去除了采样元件上的功率损耗，特别是可以应用于驱动控制芯片和MOSFET开关元件合封的集成电路。

如图2A所示，MOSFET开关元件的电流采样电路，包括MOSFET开关元件11和采样模块13，

所述的MOSFET开关元件11为P沟道MOSFET开关元件，所述开关元件的第一端和采样模块的第一输入端相连，并作为电流输入信号端，所述开关元件的第二端和采样模块的第二输入端相连，并作为MOSFET开关元件电流输出信号端，所述采样模块的输出端作为MOSFET开关元件的电流采样电路的采样电流输出信号端，所述采样模块包括钳位模块；所述采样模块直接采样MOSFET开关元件的第一端和第二端的电压差，所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间可允许的最大电压差值为采样模块两个输入端之间的耐压值，所述钳位模块增加采样模块第一输入端和第二输入端之间的耐压值，阻断从采样模块的第一输入端端到第二输入端之间形成电流通路，提高MOSFET开关元件的电流采样电路的工作电压范围。

图2B作为图2A所示增加钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的第一实施例的一种电路示意图：

所述MOSFET开关元件11为P沟道第一MOS管M1，MOSFET开关元件11的第一端为源端，MOSFET开关元件11的第二端为漏端，第一MOS管M1的源端和衬底连接采样模块13的第一输入端，并作为电流输入信号端，第一MOS管M1的漏端连接采样模块13的第二输入端且作为第MOSFET开关元件电流输出信号端，第一MOS管M1的栅端输入栅极控制信号；

所述采样模块13包括第一二极管D1、第二二极管D2组成的钳位模块、第一电阻R1、第二电阻R2，第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第一恒流源I13、第二恒流源I14，第一电阻R1等于第二电阻R2，第三MOS管M3、第四MOS管M4为宽长比相同的匹配管，第一恒流源I13等于第二恒流源I14；

第一二极管D1的正向端和第一MOS管M1的源端和衬底相连，并作为电流输入信号端，第二二极管D2的正向端和第一MOS管M1的漏端相连，并作为MOSFET开关元件电流输出信号端，第一二极管D1的反向端和第一电阻R1的一端相连，第二二极管D2的反向端和第二电阻R2的一端相连，第一电阻R1的另一端和第三PMOS管M3的源端和衬底相连并作为采样电流输出信号端；第二电阻R2的另一端和第四PMOS管M4的源端、衬底端相连，第三MOS管M3的漏端、第三MOS管M3的栅极、第四MOS管M4的栅极和第一恒流源I13相连，第四MOS管M4的漏端和第二恒流源I14相连。通过采样电流输出信号端输出的采样电流I15得到控制MOSFET开关元件的栅极控制信号。

假设流过第一MOS管M1的电流I12和电流输入信号端输入的电流I11近似相等，I12≈I11，第一MOS管M1导通时其导通电阻为Ron，则导通时第一MOS管M1源漏两端电压Vds＝Ron×I12＝Ron×I11，则第一MOS管M1导通时：

I13＝I14，第三MOS管M3、第四MOS管M4为宽长比相同的匹配管，所以第三MOS管M3的源端电压Vs3、第四MOS管M4的源端电压Vs4，满足Vs3＝Vs4；

流过第一二极管D1、第二二极管D2的正向电流分别为第一恒流源I13、第二恒流源I14，设其正向压降VF1＝VF2；

第一电阻R1上的电压VR1＝(I13+I15)×R1，第二电阻R2上的电压VR2＝I14×R2，(VR1+VF1)(VR2+VF2)＝Vds＝Ron×I11(即第一MOS管M1源漏两端电压)，所以[(I13+I15)×R1+VF1]-[I14×R2+VF2]＝Ron×I11，又I13＝I14、R1＝R2、VF1＝VF2，所以I15×R1＝I11×Ron，I15＝I11×Ron/R1。

对于图2B，假设采样模块中第三MOS管M3的源漏、衬底端，和第四MOS管M4的源漏、衬底端之间可承受的耐压为V_MAX1，第一电阻R1和第二电阻R2不受耐压的影响，钳位模块中的第一二极管D1和第二二极管D2的正向压降VF1＝VF2，假设其反向击穿电压VD1＝VD2，则所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间最大可允许的电压差值为：

V_DSMAX2＝V_MAX1+(I13+I15)×R1+I14×R2+VF1+VD2＝V_MAX1+2×I13×R1+I15×R1+VF1+VD1

根据电流采样电路的工作电压范围的要求，钳位模块可以为N个相同的第一二极管D1和N个相同第二二极管D2组成，则所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间最大可允许的电压差值为：

V_DSMAX2＝V_MAX1+(I13+I15)×R1+I14×R2+N×VF1+N×VD2＝V_MAX1+2×I13×R1+I15×R1+N×VF1+N×VD1其中N为等于或者大于1的正整数。

图2C作为图2A所示增加钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的第二实施例中的一种电路示意图，为图2B所示增加钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的示意图的一种变换图，即将钳位模块进一步由3个相同的第一二极管D1和3个相同第二二极管D2组成，进一步提高采样模块两个输入端之间的耐压值，进一步提高了电流采样电路的工作电压范围。

假设采样模块中第三MOS管M3的源漏、衬底端，和第四MOS管M4的源漏、衬底端之间可承受的耐压为V_MAX1，第一电阻R1和第二电阻R2不受耐压的影响，钳位模块的第一二极管D1和第二二极管D2的正向压降VF1＝VF2，假设其反向击穿电压VD1＝VD2，则所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间最大可允许的电压差值为：

V_DSMAX2＝V_MAX1+(I13+I15)×R1+I14×R2+3×VF1+3×VD2＝V_MAX1+2×I13×R1+I15×R1+3×VF1+3×VD1

和图2B相比，采样模块两个输入端之间的耐压值增加了V_DSMAX2-V_DSMAX2＝2×VF1+2×VD1。

图2D作为图2A所示增加钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的第三实施例中的一种电路示意图，为图2B所示增加钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的示意图的一种变换图，即改变钳位模块连接的位置：

所述MOSFET开关元件11为P沟道第一MOS管M1，MOSFET开关元件11的第一端为源端，MOSFET开关元件11的第二端为漏端，第一MOS管M1的源端和衬底端连接采样模块13的第一输入端，并作为电流输入信号端，第一MOS管M1的漏端连接采样模块13的第二输入端且作为MOSFET开关元件电流输出信号端I12，第一MOS管M1的栅端输入栅极控制信号；

所述采样模块13包括第一二极管D1、第二二极管D2组成的钳位模块、第一电阻R1、第二电阻R2，第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第一恒流源I13、第二恒流源I14，第一电阻R1等于第二电阻R2，第三MOS管M3、第四MOS管M4为宽长比相同的匹配管，第一恒流源I13等于第二恒流源I14；

第一电阻R1的一端和第一MOS管M1的源端和衬底端相连，并作为电流输入信号端，第二电阻R2的一端和第一MOS管M1的漏端相连并作为第MOSFET开关元件电流输出信号端，第一电阻R1的另一端和第一二极管D1的正向端相连并作为MOSFET开关元件的电流采样电路的第采样电流输出信号端，第二电阻R2的另一端和第二二极管D2的正向端相连，第一二极管D1的反向端和PMOS管第三MOS管M3的源端和衬底相连，第二二极管D2的反向端和第四PMOS管M4的源端和衬底相连，第三MOS管M3的漏端、第三MOS管M3、第四MOS管M4的栅极和第一恒流源I13相连，第四MOS管M4的漏端和第二恒流源I14相连。通过采样电流输出信号端输出的采样电流I15得到控制MOSFET开关元件的栅极控制信号。

图2E作为图2A所示增加钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的第四实施例中的一种电路示意图，为图2D所示增加钳位模块的改进型MOSFET开关元件的电流采样电路的示意图的一种变换图，即将钳位模块进一步由3个相同的第一二极管D1和3个相同的第二二极管D2组成，进一步提高了电流采样电路的工作电压范围。

作为可选方案，所述钳位模块结构进一步由N个相同的第一二极管D1和N个相同第二二极管D2组成，其中N为等于或者大于1的正整数，其N的数值根据电路设计的要求确定。

在这种情况下，所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间最大可允许的电压差值为V_DSMAX2：

V_DSMAX2＝V_MAX1+(I13+I15)×R1+I14×R2+N×VF1+N×VD2＝V_MAX1+2×I13×R1+I15×R1+N×VF1+N×VD1其中：

V_MAX1为第三MOS管M3的源漏、衬底端，和第四MOS管M4的源漏、衬底端之间可承受的耐压；

I13为第一恒流源；

I14为第二恒流源；

I15为第采样电流；

R1为第一电阻；

R2为第二电阻；

VF1为第一二极管D1正向压降；

VD1为第一二极管D1反向击穿电压；

VD2第二二极管D2的反向击穿电压；

N为等于或者大于1的正整数。

本发明公开了一种MOSFET开关元件的电流采样电路，并且参照附图描述了本发明的具体实施方式和效果。应该理解到的是，上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，包括但不限于对钳位模块采样模块的结构，二极管的连接方式的修改、对电路的局部构造的变更以及其他非实质性的替换或修改等，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种MOSFET开关元件的电流采样电路，其特征在于，包括MOSFET开关元件和采样模块：

所述的MOSFET开关元件为P沟道MOSFET开关元件，所述开关元件的第一端和采样模块的第一输入端相连，并作为电流输入信号端，所述开关元件的第二端和采样模块的第二输入端相连，并作为MOSFET开关元件电流输出信号端，所述采样模块的输出端作为MOSFET开关元件的电流采样电路的采样电流输出信号端，所述采样模块直接采样MOSFET开关元件的第一端和第二端的电压差，所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间可允许的最大电压差值为采样模块两个输入端之间的耐压值；

所述采样模块包括钳位模块，所述钳位模块增加采样模块第一输入端和第二输入端之间的耐压值，阻断从采样模块的第一输入端端到第二输入端之间形成电流通路，提高MOSFET开关元件的电流采样电路的工作电压范围。

2.如权利要求1所述的MOSFET开关元件的电流采样电路，其特征在于，

所述MOSFET开关元件为P沟道第一MOS管M1，MOSFET开关元件（11）的第一端为源端，MOSFET开关元件的第二端为漏端，第一MOS管M1的源端和衬底连接采样模块的第一输入端，并作为电流输入信号端，第一MOS管M1的漏端连接采样模块的第二输入端且作为第MOSFET开关元件电流输出信号端，第一MOS管M1的栅端输入栅极控制信号；

所述采样模块包括N个串联的第一二极管D1、N个串联的第二二极管D2组成的钳位模块、第一电阻R1、第二电阻R2，第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第一恒流源I13、第二恒流源I14；

N个串联的第一二极管D1的正向端和第一MOS管M1的源端和衬底相连，并作为电流输入信号端，N个串联的第二二极管D2的正向端和第一MOS管M1的漏端相连，并作为MOSFET开关元件电流输出信号端，N个串联的第一二极管D1的反向端和第一电阻R1的一端相连，N个串联的第二二极管D2的反向端和第二电阻R2的一端相连，第一电阻R1的另一端和第三PMOS管M3的源端和衬底相连并作为采样电流输出信号端；第二电阻R2的另一端和第四PMOS管M4的源端、衬底端相连，第三MOS管M3的漏端、第三MOS管M3的栅极、第四MOS管M4的栅极和第一恒流源I13相连，第四MOS管M4的漏端和第二恒流源I14相连。

3.如权利要求2所述的MOSFET开关元件的电流采样电路，其特征在于，所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间最大可允许的电压差值为V_DSMAX2：

V_DSMAX2=V_MAX1+（I13+I15）×R1+I14×R2+N×VF1+N×VD2=VMAX1+2×I13×R1+I15×R1+N×VF1+N×VD1其中：

V_MAX1为第三MOS管M3的源漏、衬底端，和第四MOS管M4的源漏、衬底端之间可承受的耐压；

I13为第一恒流源；

I14为第二恒流源；

I15为采样电流；

R1为第一电阻；

R2为第二电阻；

VF1为第一二极管D1正向压降；

VD1为第一二极管D1反向击穿电压；

VD2第二二极管D2的反向击穿电压；

N为等于或者大于1的正整数。

4.如权利要求2或3所述的MOSFET开关元件的电流采样电路，其特征在于，所述N为1。

5.如权利要求2或3所述的MOSFET开关元件的电流采样电路，其特征在于，所述N为3。

6.如权利要求1所述的MOSFET开关元件的电流采样电路，其特征在于，所述MOSFET开关元件为P沟道第一MOS管M1，MOSFET开关元件的第一端为源端，MOSFET开关元件的第二端为漏端，第一MOS管M1的源端和衬底端连接采样模块的第一输入端，并作为电流输入信号端，第一MOS管M1的漏端连接采样模块的第二输入端且作为MOSFET开关元件电流输出信号端，第一MOS管M1的栅端输入栅极控制信号；

所述采样模块包括N个串联的第一二极管D1、N个串联的第二二极管D2组成的钳位模块、第一电阻R1、第二电阻R2，第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第一恒流源I13、第二恒流源I14，第一电阻R1等于第二电阻R2，第三MOS管M3、第四MOS管M4为宽长比相同的匹配管，第一恒流源I13等于第二恒流源I14；

第一电阻R1的一端和第一MOS管M1的源端和衬底端相连，并作为电流输入信号端，第二电阻R2的一端和第一MOS管M1的漏端相连并作为第MOSFET开关元件电流输出信号端，第一电阻R1的另一端和N个串联的第一二极管D1的正向端相连并作为MOSFET开关元件的电流采样电路的采样电流输出信号端，第二电阻R2的另一端和N个串联的第二二极管D2的正向端相连，N个串联的第一二极管D1的反向端和PMOS管第三MOS管M3的源端和衬底相连，N个串联的第二二极管D2的反向端和第四PMOS管M4的源端和衬底相连，第三MOS管M3的漏端、第三MOS管M3、第四MOS管M4的栅极和第一恒流源I13相连，第四MOS管M4的漏端和第二恒流源I14相连。

7.如权利要求6所述的MOSFET开关元件的电流采样电路，其特征在于，所述采样模块的第一输入端和第二输入端之间最大可允许的电压差值为V_DSMAX2：

V_DSMAX2=V_MAX1+（I13+I15）×R1+I14×R2+N×VF1+N×VD2=V_MAX1+2×I13×R1+I15×R1+N×VF1+N×VD1其中：

V_MAX1为第三MOS管M3的源漏、衬底端，和第四MOS管M4的源漏、衬底端之间可承受的耐压；

I13为第一恒流源；

I14为第二恒流源；

I15为采样电流；

R1为第一电阻；

R2为第二电阻；

VF1为第一二极管D1正向压降；

VD1为第一二极管D1反向击穿电压；

VD2第二二极管D2的反向击穿电压；

N为等于或者大于1的正整数。

8.如权利要求6或7所述的MOSFET开关元件的电流采样电路，其特征在于，所述N为1。

9.如权利要求6或7所述的MOSFET开关元件的电流采样电路，其特征在于，所述N为3。

Images