CN107861056A - 确定通过功率开关的电流的方法和***及功率开关电路 - Google Patents

确定通过功率开关的电流的方法和***及功率开关电路 Download PDF

Info

Publication number
CN107861056A
CN107861056A CN201710866690.2A CN201710866690A CN107861056A CN 107861056 A CN107861056 A CN 107861056A CN 201710866690 A CN201710866690 A CN 201710866690A CN 107861056 A CN107861056 A CN 107861056A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
power switch
current path
sense terminal
terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710866690.2A
Other languages
English (en)
Inventor
拉伊纳尔德·桑德
斯特凡·莱森海默
斯特凡·米斯林格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of CN107861056A publication Critical patent/CN107861056A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/146—Measuring arrangements for current not covered by other subgroups of G01R15/14, e.g. using current dividers, shunts, or measuring a voltage drop
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2832—Specific tests of electronic circuits not provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6871—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本公开涉及可以通过测量电路连接的固有阻抗两端的电压来准确地确定流过功率开关电路的电流量的***和方法以及功率开关电路。一个连接可以包括功率开关输出端与地之间的低阻抗连接，其中低阻抗连接可以为毫欧姆量级。通过使用四线测量，不在电流路径中感测连接，因此测量值不会受电流的影响。构成电流路径的连接可以用各种导电材料完成。导电材料可以具有可以随温度变化而影响电流测量的电阻率温度系数。测量电流路径的温度以及连接两端的电压可以实现更准确的电流测量。

Description

确定通过功率开关的电流的方法和***及功率开关电路
技术领域
本公开涉及半导体封装，更具体地，涉及用于电力电子器件的半导体封装。
背景技术
半桥电路可以包括两个模拟器件或开关。一个或更多个半桥电路可以用于电机的电源、整流器和电力转换。每个半桥电路封装具有若干个触点，并且可以包括将触点彼此连接以及将触点连接至外部部件的若干个导电路径。监测通过半桥电路的电流对于整个***的正常运转——特别是对于包括电机控制的应用——可能是有价值的。半桥电路可以包括电流路径中的外部电阻器。通过测量外部电阻器两端的电压，***可以准确地确定通过外部电阻器的电流，其可能接近流过半桥的电流。外部电阻器可能具有一些缺点，包括增加的成本和电路复杂性以及由于外部电阻器而增加的电压降和能量损失。
半桥电路可以使用通孔、集成电路或表面安装技术(SMT)来被构造。SMT是用于电子器件的制造方法，其涉及将部件和器件附接在印刷电路板(PCB)上。可以将部件和器件焊接在PCB上，以通过PCB中的迹线来提供稳定性和电连接。
发明内容
总体上，本公开涉及用于确定通过功率开关电路(例如半桥电路)的电流的技术，功率开关电路可以包括高边和低边功率晶体管。本公开的技术通过仅在电路中的连接的固有阻抗两端进行四线电压测量来确定通过功率开关电路的电流。电路中的连接的示例包括从功率开关的输出端到地的电路路径。本公开的技术实现准确的电流测量，而不需要位于功率开关外部的附加电阻器来监测电流。
在一个示例中，本公开涉及一种电路，包括：功率开关，其中功率开关包括功率开关输出端和功率开关输入端；以及电流路径，其中电流路径包括固有阻抗并且电流路径将功率开关输出端连接至地。电路还包括：第一电流感测端子和第二电流感测端子，其中第一电流感测端子和第二电流感测端子被配置为确定电流路径中的电流量；以及温度传感器，其中温度传感器被配置为确定电流路径的温度。
在另一示例中，本公开涉及一种包括测量单元和电路的***。电路包括：功率开关，其中功率开关包括功率开关输出端和功率开关输入端；电流路径，其中电流路径包括固有阻抗，并且电流路径将功率开关输出端连接至地；第一电流感测端子和第二电流感测端子，其中第一电流感测端子和第二电流感测端子被配置为检测电流路径中的电流量；以及温度传感器，其中温度传感器被配置为检测电流路径的温度。测量单元连接至第一电流感测端子、第二电流感测端子和温度传感器。
在另一示例中，本公开涉及一种用于确定通过功率开关的电流的方法，所述方法包括由测量单元的处理器监测第一电流感测端子和第二电流感测端子，其中：第一电流感测端子连接至功率开关的输出端，第二电流感测端子连接至地。电流路径将功率开关的输出端连接至地，并且电流路径包括固有阻抗。该方法还包括：由处理器基于电流路径的固有阻抗来确定电流路径中的电流量；由处理器监测温度传感器，其中温度传感器被配置为检测电流路径的温度。处理器可以确定电流路径的温度，并且响应于确定电流路径的温度，由处理器进一步确定电流路径中的电流量的校正值。
在附图和下面的描述中阐述了本公开的一个或更多个示例的细节。本开始的其他特征、目的和优点将根据说明书和附图以及权利要求书而是显而易见的。
附图说明
图1是示出根据本公开的技术的示例***的概念框图，该示例***具有功率开关、包括固有电阻的电流路径、以及确定通过电流路径的电流量的感测端子；
图2A是示出根据本公开的一个或更多个技术的使用电路路径中的固有电阻来确定电路路径中的电流的示例电路的概念图；
图2B和图2C是示出用于连接电流感测端子的其它示例的概念图；
图3A是示出根据本公开的技术的具有包括固有电阻的电流路径和用于确定通过电流路径的电流量的感测端子的示例电路的示意图；
图3B是示出具有包括固有电阻的电流路径和用于确定通过电流路径的电流量的感测端子的另一示例电路的示意图；
图4是示出根据本公开的确定通过功率开关的电流的示例技术的流程图。
具体实施方式
本公开的技术可以通过测量电路连接的固有阻抗两端的电压来准确地确定流过功率开关电路的电流量。在一个示例中，半桥电路可以包括高边和低边功率晶体管。一个电路连接可以包括低边功率晶体管的源极与地之间的低阻抗连接。低阻抗连接可以为毫欧姆量级，但不为零。测量该连接两端的电压并知晓连接的电阻，可以计算流过功率晶体管的电流，从而计算流过半桥电路的电流。除非不在电流路径进行电压测量中，否则一安培或更大量级的电流会影响电压测量的准确度。本公开描述了一种通过使用四线测量(也称为四端测量)来测量毫欧姆量级的电阻两端的电压的技术。在四线测量中，不在电流路径中感测连接，因此测量值不会受电流的影响。
构成电流路径的连接可以用各种导电材料(例如铜、铝或一些其它金属或导电合金组合物)来实现。功率开关电路可以被用于各种应用中，包括地面交通工具、飞行器或工作温度可能发生显著变化的其他应用。大多数导电材料具有随着温度变化可能影响电流测量的电阻率温度系数。测量电流路径的温度以及连接两端的电压可以实现更准确的电流测量。因此，诸如二极管这样的附加温度传感器可能是有用的。
通过测量连接的固有电阻两端的电压来确定准确的电流的电路相比确定电流量的其它技术来说具有优势。例如，与向电流路径添加外部电阻器的技术相比，这样的电路可能成本更低并且可制造性更高。添加额外的温度传感器可以为电流路径中使用的材料提供更多选项。温度传感器可以允许使用更常见且更便宜的连接材料，例如铜，而不是由具有低温度系数的低欧姆合金制成的更昂贵的材料。
图1是示出具有功率开关和包括固有电阻的电流路径以及用于确定通过电流路径的电流量的感测端子的示例***的概念框图。图1示出了本公开的技术的概览。
图1描绘了***10，其可以包括测量单元20和功率开关电路。功率开关电路可以包括功率开关12、具有固有电阻R1的电流路径14和温度传感器18。在图1的示例中，电流路径14将功率开关12的输出端连接至地22。电路还可以包括四个感测端子。感测端子RSP和RSN中的两个可以用于感测电流路径14的电流。温度感测端子TA和TC可以连接至温度传感器18以确定电流路径14的温度。
***10描绘了可以用于使用功率开关的各种应用中的***的一部分。一个示例可以包括半桥电路，半桥电路可以包括两个或更多个功率开关，半桥电路可以用于电机控制、照明和类似***中。一些特定示例可以包括机动车辆动力转向电机、加热装置、通风和空气调节(HVAC)装置、用于水、油或其它液体的泵以及其它相关应用。
***10可以包括测量单元20。测量单元20可以是***10中的独立模块，其监测电流感测端子RSP和RSN以及温度感测端子TA和TC。在其他示例中，测量单元20可以是较大的控制***的一部分，例如机动车辆中的发动机控制***的一部分。测量单元20可以包括计算电流路径14中的电流量和电流路径14的温度的一个或更多个处理器。在本公开中，处理器可以包括下述中的任何一个或更多个：微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、片上***(SoC)或等效的分立或集成逻辑电路。处理器可以是集成电路即集成处理电路，并且集成处理电路可以被实现为固定硬件处理电路、可编程处理电路和/或固定处理电路和可编程处理电路两者的组合。
测量单元20还可以包括栅极控制装置24。在图1的示例中，栅极控制装置24可以连接至功率开关12的功率开关栅极G1。G1是功率开关12的栅极端子。在一些示例中，测量单元20可以向栅极端子G1输出信号以控制功率开关12。
功率开关12可以是电子开关，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或类似开关。在功率开关12是MOSFET的示例中，功率开关12可以是垂直MOSFET。垂直MOSFET被设计用于开关应用。使用垂直结构，这些晶体管可以承受高阻断电压和高电流两者，但是在饱和区域中可能具有较少的控制。
功率开关12可以包括功率开关输入端26、功率开关输出端28和功率开关栅极G1。取决于晶体管的类型，功率开关12可以包括源极和漏极，或者集电极和发射极。在一些示例中，功率开关12的输入端可以是漏极，而功率开关12的输出端可以是源极。取决于应用，功率开关12可以具有其他配置。栅极G1可以控制通过功率开关12的电流。
在图1的示例中，电流路径14将功率开关输出端28连接至地22。电流路径14可以包括固有电阻R1。固有电阻R1可以取决于所使用的材料的类型以及电流路径14的大小和形状。在一些示例中，电流路径14可以是将功率开关输出端28连接至电路中的另一点的铜夹。在图1的示例中，电流路径14将功率开关输出端28连接至地22，然而，取决于应用，电流路径14可以连接至电路中的任何其他点。在其他示例中，电流路径14可以是由一些导电合金(例如铜基或铝基合金)制成的焊线(wire bond)或夹子。在焊线的示例中，电流路径14可以包括两个或更多个焊线，以降低总的固有电阻R1并增加电流路径14的载流量。
每种类型的材料以及连接的尺寸将影响固有电阻R1。例如，将具有长度L1和横截面积A1的第一铜夹与具有长度L2和横截面积A2的第二铜夹进行比较。较长的铜夹(例如L1>L2)将倾向于使第一铜夹的固有电阻大于第二铜夹。较大的横截面积(例如A1>A2)将倾向于使第一铜夹的固有电阻小于第二铜夹。电流路径尺寸和材料的选择取决于应用。具有较低固有电阻的电流路径可能相比具有较高电阻的电流路径来说具有优势。选择非常低电阻的材料可能具有电路性能上的优势，但是可能比诸如铜的材料的成本显著更高。
电流路径14可以包括电流感测端子RSP和RSN。在图1的示例中，电流感测端子RSP连接至功率开关输出端28，而电流感测端子RSN连接至地22。电流感测端子RSP和RSN连接至电流路径14，但不是电流路径14的一部分。以这种方式，电流感测端子RSP和RSN可以准确地监测固有电阻R1两端的电压，而不受流过电流路径14的电流的影响。该测量技术可以称为四线或四端电压测量。通过监测已知固有电阻R1两端的电压，电流感测端子RSP和RSN可以允许测量单元20根据欧姆定律(V＝I×R)准确地计算电流路径14中的电流量。电流感测端子RSP可以检测功率开关输出端28处的电压。电流感测端子RSN可以检测地22的电压。测量单元20可以减去由电流感测端子RSP和RSN检测到的电压，以计算固有电阻R1两端的电压并且确定电流路径14中的电流量。注意，尽管图1的示例描绘了将功率开关12连接至地22的电流路径14，但是在其它示例中，电流路径14可以将功率开关12连接至较大的电路或***中的任何点。
温度传感器18可以被定位成接近电流路径14，以准确地监测电流路径14的温度。在图1的示例中，温度感测端子TA和TC可以连接至测量单元20。测量单元20可以监测温度感测端子TA和TC并且计算电流路径14的温度。测量单元20还可以使用电流路径14所使用的材料的电阻的温度系数来对流过电流路径14的电流量进行校正。下面将更详细地描述温度传感器18的示例。
在图1中未示出的其他示例中，电流路径14可以将功率开关输入端26连接至电源电压VBB。在这样的示例中，电流路径14仍然可以包括固有电阻R1。在该示例中，电流感测端子RSP可以连接至电源电压VBB而不是功率开关输出端28。类似地，电流感测端子RSN可以连接至功率开关输入端26而不是接地22。如上所述，温度传感器18可以被定位成足够接近电流路径14以准确测量电流路径14的温度。以这种方式，测量单元20可以以与上述方式类似的方式来确定流过电流路径14的电流量并实施温度校正。
根据本公开的技术的***——例如***10——可以相比其他技术来说具有优势，这是因为***10可以准确地测量功率开关中的电流而不需要外部电阻器。准确确定功率开关中的电流在许多应用中可能是有用的。例如，电机控制电路可以包括具有功率开关的一个或更多个半桥。可以准确地监测流过每个半桥的电流的电机控制电路可以相比其它电机控制电路来说具有优势。可以利用一个或更多个电流路径的固有电阻准确测量电流的***会由于更少的部件而成本更低。例如，***也可以更简单且更可靠地制造。
对于在高频(例如在射频(RF))范围内工作的电路，区分阻抗的温度系数与电阻率的温度系数可能是重要的。在较高频率下，固有电感和寄生电容可能比在较低频率下发挥更大的作用。在本公开中，除非另有说明，否则术语阻抗和电阻或电阻率可以互换使用。
图2A是示出根据本公开的一个或更多个技术的使用电路路径中的固有电阻来确定电路路径中的电流的示例电路的概念图。图2A中的与图1具有相同附图标记的特征具有相同的功能。例如，图2A中的温度感测端子TA和TC执行与图1中的温度感测端子TA和TC相同的功能。
电路100可以包括衬底102、晶体管M1和M2、电流路径14A和15A以及端子GND、RSN、RSP、G1、TA、TC、G2和VBB。衬底102和列出的端子可以是引线框架组件、印刷电路板(PCB)或类似结构的一部分，其包括用于物理地支撑和电连接电路元件的导电部分和非导电部分。
图2A的示例将电路100描绘为使用两个功率开关的半桥电路，其与图3A中的示意形式所示的类似。如上所述，半桥电路可以以各种方式使用，例如电机控制、功率转换器和类似应用。
图2A的示例描绘了作为晶体管M1和M2的功率开关。晶体管M1、M2可以包括n型晶体管或p型晶体管，并且晶体管M1、M2可以包括垂直功率晶体管。对于垂直功率晶体管，源极端子和漏极端子可以在晶体管的相对侧或相对表面上。垂直功率晶体管中的电流可以从顶部到底部或从底部到顶部流过晶体管。在一些示例中，晶体管M1、M2可以包括诸如二极管的其它模拟器件。晶体管M1、M2还可以包括与晶体管并联连接的续流二极管，以防止晶体管M1、M2的反向击穿。在一些示例中，晶体管M1、M2可以作为开关或模拟器件工作。在另外的示例中，电路100可以包括多于两个的晶体管，例如在多相功率转换器或其它更复杂的电力电路中。例如，在多相功率转换器中，每个相可以具有包括一个高边晶体管和一个低边晶体管的半桥。因此，多相功率转换器或多相电机控制电路可以包括如图2A所示的半桥的一个或更多个复制。晶体管M1、M2可以包括各种材料化合物，例如硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或一种或更多种半导体材料的任何其它组合。
如图2A的示例所示的晶体管M2是具有源极110、栅极焊盘124的垂直功率MOSFET。晶体管M1的漏极(未示出)电连接至衬底102。在整个说明书中，电连接可以用包括银焊料、导电粘合剂(如导电环氧树脂)的焊料完成，或通过类似手段连接，除非另有说明。例如，栅极焊盘124用一个或更多个焊线电连接至栅极端子G2。
晶体管M1包括类似于晶体管M2的源极108、栅极焊盘122和漏极(也未示出)。栅极焊盘122连接至栅极端子G1。G1是晶体管M1的功率开关栅极。晶体管M1包括额外的连接和部件。晶体管M1包括用作温度传感器的二极管D1，其类似于图1所示的温度传感器18。D1的阴极连接至温度传感器端子TC。D1的阳极连接至温度传感器端子TA。晶体管M1还包括电流感测焊盘120，其通过导电迹线104电连接至源极108。迹线104可以在晶体管M1的与电流感测焊盘120或源极108不同的层上。在该示例中，电流感测焊盘120利用一个或更多个焊线连接至电流感测端子RSP。
在图2A的示例中，晶体管M1的源极108是电路100中的半桥的输出端。源极108的功能类似于图1中的功率开关输出端28。电流路径14A将源极108连接至地端子GND。如图2A所示的电流路径14A是导电夹，例如铜夹，其一端焊接至或以其它方式电连接至源极108并且另一端焊接至或以其它方式电连接至接地GND。电流路径14A包括固有电阻R1，其类似于图1所示的R1。固有电阻R1的值取决于组成电流路径14A的导电夹的材料和尺寸。电流感测端子RSN通过一个或更多个焊线连接至接地GND。注意，如以上针对图1所描述的，电流感测端子RSP和RSN被配置为检测固有电阻R1两端的电压。电流感测端子RSP和RSN连接至电流路径14A，但是被配置为使得通过电流路径14A的电流不会影响电压测量。
在操作中，电流感测端子RSP和RSN连接至诸如图1所示的测量单元20的测量单元。测量单元可以监测电流感测端子RSP和RSN以检测每个端子处的电压。然后，如上所述，测量单元可以在没有额外的外部电阻的情况下准确地计算通过电流路径14A的电流。测量单元可以基于计算电流路径14A的温度来校正计算的通过电流路径14A的电流量。如上所述，测量单元可以监测连接至二极管D1的温度感测端子TA和TC，以确定电流路径14A的温度。确定通过电流路径14A的电流量将在制造和测量公差内大致确定通过电路100的半桥部分的电流量。
尽管图2A中未示出，但是在一些示例中，晶体管M2可以包括类似于针对晶体管M1所示的附加感测焊盘。电流路径15A将电源电压VBB连接至晶体管M2的源极110。在图2A的示例中，源极110的作用类似于如图1所示的功率开关输入端26。如上所述，晶体管M2可以包括电流感测端子，以通过测量固有电阻R2两端的电压来确定电流路径15A中的电流量。类似地，晶体管M2可以包括具有温度感测端子的温度传感器，以计算电流路径15A的温度。在一些示例中，晶体管M2可以包括温度和电流感测端子，而晶体管M1没有这样的感测端子。在其他示例中，晶体管M1和M2都包括温度和电流感测端子。例如，在诸如无人驾驶或自动驾驶的机动车辆的应用中，动力转向电机控制可以在电机控制电路中的每个半桥中包括用于M1和M2两者的感测端子。
图2B和图2C是示出用于连接电流感测端子的其它示例的概念图。图2A描绘了与至少一个焊线连接的如由区域106所包围的接地端子GND和电流感测端子RSN。图2B描绘了RSN用引线框架端子连接至接地端子GND。如区域112所示，引线框架端子被配置为将RSN电连接至接地端子GND，但是仍然确保RSN不在电流路径14A中。这具有RSN测量不受通过电流路径的电流影响的优点。图2C示出了如图2A中的区域106所示的电流感测端子RSN和接地端子GND之间的类似连接。然而，图2C示出了作为接地端子GND与源极108之间的多个焊线的示例电流路径114。示例电流路径114包括可能不同于使用导电夹的电流路径14A的固有电阻。注意，尽管图2A至图2C描述了连接至接地端子GND的功率开关输出端(源极108)，但是在其他示例中，功率开关输出端可以连接至较大的电路或***中的任何点，而不必连接至接地端子。
图3A是示出根据本公开的技术的具有包括固有电阻的电流路径和用于确定通过电流路径的电流量的感测端子的示例电路的示意图。图3A示出了被配置为半桥的两个功率开关，然而包括具有已知固有电阻的电流路径的其他电路配置也在本公开的范围内。
图3A的示例电路包括被配置为与图2A所示的电路100中的晶体管相同的晶体管M1和M2。M1的漏极通过引线框架300连接至M2的漏极。栅极端子G1和G2分别控制流过晶体管M1和M2的电流。栅极端子G1和G2是用于晶体管M1和M2的功率开关栅极。电流路径314将M1的源极连接至接地端子GND。M1的源极类似于图1所示的功率开关输出端28。电流路径314包括固有电阻R1和电流感测端子RSP1和RSN1，其具有与以上图1至图2C中描述的固有电阻R1和电流感测端子RSP和RSN相同的功能和特性。换句话说，RSP1和RSN1被配置为四线测量以确定通过电流路径314的电流量。
图3A的示例描绘了二极管D1，其中温度感测端子TA1和TC1分别连接至二极管D1的阳极和阴极。二极管D1位于电流路径314附近，以检测电流路径314的温度。这与以上图2A中描述的二极管D1的布置以及图1的温度传感器18相似。温度感测端子TA1和TC1可以连接至测量单元，其类似于图1所示的测量单元20。
电流路径315将M2的源极连接至电源电压VBB。M2的源极类似于图1所示的功率开关输入端26，并且电源电压VBB执行与图1至图2A所示的电源电压VBB相同的功能。电流路径315包括固有电阻R2。如区域302所示，在一些示例中，电流路径315还可以包括电流感测端子RSP2和RSN2。电流感测端子RSP2和RSN2被配置为四线测量以确定通过电流路径315的电流量。电流感测端子RSP2和RSN2的四线配置具有与电流感测端子RSP1和RSN1以及以上图1至图2C中描述的电流感测端子RSP和RSN相同的功能和特性。
电流路径315还可以包括二极管D2和温度感测端子TA2和TC2。二极管D2被配置为检测和监测电流路径315的温度。温度感测端子TA2和TC2以及电流感测端子RSP2和RSN2可以连接至测量单元以确定电流路径315中的电流量，而不需要外部电阻。在一些示例中，区域302中的感测端子可以替代监测电流路径314和晶体管M1中的电流量的感测端子。在其他示例中，测量单元可以连接至用于电流路径314以及电流路径315两者的电流感测端子。测量单元可以确定电流路径314和315两者中的电流量，并且基于与二极管D1和D2的连接进行温度校正。
如上所述，确定通过诸如用于电机控制、功率转换器或其它应用的半桥电路的电流可能是有用的。通过测量一个或更多个电流路径的已知固有电阻两端的电压来确定通过半桥电路的电流，可以相比其他测量电流技术来说具有优势。例如，根据本公开的技术确定通过功率开关的电流可以相比在电流路径中包括外部电阻器来确定电流量来说具有优势。这些优势可以包括更高的可靠性、改进的可制造性和更低的成本。
图3B是示出具有包括固有电阻的电流路径和用于确定通过电流路径的电流量的感测端子的另一示例电路的示意图。在图3B中，晶体管M2A的源极连接至晶体管M1的漏极。电流路径315将晶体管M2A的漏极连接至电源电压VBB。另外所有部件和功能与图3A中所述的相同。晶体管M2A被配置为n沟道晶体管。在晶体管M2A中，与p型导电材料相比，n型导电材料可以具有更高的电子迁移率的益处。因此，与p沟道晶体管M2相比，对于相同的芯片大小，n沟道晶体管可以具有更低的接通电阻的优点。
尽管图3A至3B用MOSFET符号描绘了晶体管M1和M2，但是可以使用由电压控制的任何电子器件来代替如图所示的MOSFET。例如，晶体管M1、M2可以包括但不限于下述任意类型：场效应晶体管(FET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、氮化镓(GaN)基晶体管或使用电压进行控制的另一元件。
图4是示出根据本公开的确定通过功率开关的电流的示例技术的流程图。图4的示例技术将参照图3A描述的示例半桥电路来讨论。
为了确定通过功率开关的电流，监测第一电流感测端子RSP1和第二电流感测端子RSN1(400)。如图3A以及图1至图2C中类似所示的，电流感测端子测量电流路径314的固有电阻R1两端的电压。第一电流感测端子RSP1连接至作为功率开关的输出端的M1的源极。第二电流感测端子RSN1连接至接地端子GND。
在图1至图3B的示例中，电流路径中的电流量与制造和测量公差内通过功率开关、晶体管M1的电流量大致相同。通过测量电流路径314的已知固有电阻R1两端的电压，根据欧姆定律来确定电流路径314中的电流量(402)。
测量单元，例如图1所示的测量单元20，可以监测连接至温度传感器(二极管D1)的温度感测端子TA1和TC1。二极管D1被定位成足够接近电流路径314以准确地检测电流路径314的温度(404)。测量单元可以通过对从温度感测端子TA1和TC1接收的信息进行计算来确定电流路径314的温度(406)。
响应于测量单元确定电流路径314的温度，测量单元可以进一步确定电流路径中的电流量的校正值(408)。该校正值可以基于电流路径材料的温度系数。
图4所示的示例技术可以相比其他技术来说具有优势。通过校正温度系数，本公开的技术可以允许对电流路径使用较低成本的材料，但是仍能够准确测量电流路径中的电流量。
示例1.一种电路，包括：功率开关，其中，所述功率开关包括功率开关输出端和功率开关输入端；电流路径，其中，所述电流路径包括固有阻抗，以及所述电流路径将所述功率开关输出端连接至地；第一电流感测端子和第二电流感测端子，其中，所述第一电流感测端子和所述第二电流感测端子被配置为确定所述电流路径中的电流量；以及温度传感器，其中，所述温度传感器被配置为确定所述电流路径的温度。
示例2.根据示例1所述的电路，其中，所述第一电流感测端子连接至所述功率开关输出端，以及所述第二电流感测端子连接至地。
示例3.根据示例1至2中任一项或其组合所述的电路，其中，所述电流路径是包括第一固有电阻的第一电流路径，以及所述温度传感器是第一温度传感器；并且还包括：第二电流路径，其中，所述第二电流路径包括第二固有电阻，以及所述第二电流路径将所述功率开关输入端连接至电源电压；第三电流感测端子和第四电流感测端子，其中，所述第三电流感测端子和所述第四电流感测端子被配置为确定所述第二电流路径中的电流量；以及第二温度传感器，其中，所述第二温度传感器被配置为确定所述第二电流路径的温度。
示例4.根据示例1至3中任一项或其组合所述的电路，其中，所述第三电流感测端子连接至所述功率开关输入端，以及所述第四电流感测端子连接至所述电源电压。
示例5.根据示例1至4中任一项或其组合所述的电路，其中，所述功率开关是第一功率开关，并且还包括第二功率开关，其中，所述第二功率开关包括第二功率开关输出端和第二功率开关输入端，以及其中：所述第二功率开关输出端连接至所述第一功率开关输入端，所述第二功率开关输入端连接至电源电压。
示例6.根据示例1至5中任一项或其组合所述的电路，其中，所述电流路径是包括第一固有电阻的第一电流路径，以及所述温度传感器是第一温度传感器；其中，所述第二功率开关输入端连接至所述电源电压包括具有第二固有阻抗的第二电流路径，并且还包括：第三电流感测端子和第四电流感测端子，其中，所述第三电流感测端子和所述第四电流感测端子被配置为确定所述第二电流路径中的电流量；以及第二温度传感器，其中，所述第二温度传感器被配置为确定所述第二电流路径的温度。
示例7.根据示例1至6中任一项或其组合所述的电路，其中，所述第三电流感测端子连接至所述功率开关输入端，以及所述第四电流感测端子连接至所述电源电压。
示例8.根据示例1至2中任一项或其组合所述的电路，还包括所述电路的输出端子，其中，所述电流路径将所述功率开关输出端连接至所述电路的输出端子，以及所述第二电流感端子连接至所述电路的输出端子。
示例9.根据示例1至8中任一项或其组合所述的电路，其中，所述功率开关是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
示例10.一种***，包括：测量单元和电路，所述电路包括：功率开关，其中，所述功率开关包括功率开关输出端和功率开关输入；电流路径，其中，所述电流路径包括固有阻抗以及所述电流路径将所述功率开关输出端连接至地；第一电流感测端子和第二电流感测端子，其中，所述第一电流感测端子和所述第二电流感测端子被配置为检测所述电流路径中的电流量；以及温度传感器，其中，所述温度传感器被配置为检测所述电流路径的温度；以及其中，所述测量单元连接至所述第一电流感测端子、所述第二电流感测端子和所述温度传感器。
示例11.根据示例10所述的***，其中，所述功率开关还包括功率开关栅极，以及所述测量单元还包括处理器和栅极控制输出端，其中，所述栅极控制输出端连接至所述功率开关栅极，以及所述处理器被配置为：监测所述第一电流感测端子和所述第二电流感测端子，以及确定所述电流路径中的电流量；响应于确定所述电流路径中的电流量，通过向所述功率开关栅极输出信号来控制所述电流路径中的电流量。
示例12.根据示例10至11中任一项或其组合所述的***，其中，所述处理器还被配置为：监测所述温度传感器以确定所述电流路径的温度；响应于确定所述电流路径的温度，通过向所述功率开关栅极输出信号来控制所述电流路径中的电流量。
示例13.根据示例10至12中任一项或其组合所述的***，其中，所述电流路径包括电流路径材料，所述电流路径的固有阻抗取决于所述电流路径材料，以及所述处理器还被配置为至少部分地基于所述电流路径材料来控制所述电流路径中的电流量。
示例14.根据示例10至13中任一项或其组合所述的***，还包括电流路径输出端子，其中，所述电流路径将所述功率开关输出端连接至所述电流路径输出端子，以及所述第二电流感测端子连接至所述电流路径输出端。
示例15.根据示例10至14中任一项或其组合所述的***，其中，所述电流路径材料包括金属或合金组合物。
示例16.根据示例10至15中任一项或其组合所述的***，其中，所述金属或合金组合物包含铜或铝中的一个或更多个。
示例17.根据示例10至16中任一项或其组合所述的***，其中，所述电流路径材料包括阻抗的温度系数，以及所述处理器还被配置为至少部分地基于所述电流路径材料的阻抗的温度系数来确定所述电流路径中的电流量的校正值。
示例18.一种用于确定通过功率开关的电流的方法，所述方法包括：由测量单元的处理器监测第一电流感测端子和第二电流感测端子，其中：所述第一电流感测端子连接至功率开关的输出端，所述第二电流感测端子连接至地，以及电流路径将所述功率开关的输出端连接至地，并且所述电流路径包括固有阻抗；由所述处理器基于所述电流路径的固有阻抗来确定所述电流路径中的电流量；由所述处理器监测温度传感器，其中，所述温度传感器被配置为检测所述电流路径的温度；由所述处理器确定所述电流路径的温度；响应于由所述处理器确定所述电流路径的温度，由所述处理器进一步确定所述电流路径中的电流量的校正值。
示例19.根据示例18所述的方法，其中，所述电流路径包括电流路径材料，以及所述电流路径材料包括阻抗的温度系数，所述方法还包括由所述处理器至少部分地基于所述电流路径材料的阻抗的温度系数来确定所述电流路径中的电流量的校正值。
示例20.根据示例18至19中任一项或其组合所述的方法，其中，所述功率开关包括功率开关栅极，所述方法还包括由所述处理器通过向所述功率开关栅极输出信号来控制所述电流路径中的电流量。
已经描述了本公开的各种实施例。这些和其他实施例在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种功率开关电路，包括：
功率开关，其中，所述功率开关包括功率开关输出端和功率开关输入端；
电流路径，其中，所述电流路径包括固有阻抗，以及所述电流路径将所述功率开关输出端连接至地；
第一电流感测端子和第二电流感测端子，其中，所述第一电流感测端子和所述第二电流感测端子被配置为确定所述电流路径中的电流量；以及
温度传感器，其中，所述温度传感器被配置为确定所述电流路径的温度。
2.根据权利要求1所述的功率开关电路，其中，所述第一电流感测端子连接至所述功率开关输出端，以及所述第二电流感测端子连接至地。
3.根据权利要求1所述的功率开关电路，
其中，所述电流路径是包括第一固有电阻的第一电流路径，以及所述温度传感器是第一温度传感器；
以及还包括：
第二电流路径，其中，所述第二电流路径包括第二固有电阻，以及所述第二电流路径将所述功率开关输入端连接至电源电压；
第三电流感测端子和第四电流感测端子，其中，所述第三电流感测端子和所述第四电流感测端子被配置为确定所述第二电流路径中的电流量；以及
第二温度传感器，其中，所述第二温度传感器被配置为确定所述第二电流路径的温度。
4.根据权利要求3所述的功率开关电路，其中，所述第三电流感测端子连接至所述功率开关输入端，以及所述第四电流感测端子连接至所述电源电压。
5.根据权利要求1所述的功率开关电路，其中，所述功率开关是第一功率开关，并且还包括第二功率开关，其中，所述第二功率开关包括第二功率开关输出端和第二功率开关输入端，以及其中：
所述第二功率开关输出端连接至所述第一功率开关输入端，
所述第二功率开关输入端连接至电源电压。
6.根据权利要求5所述的功率开关电路，
其中，所述电流路径是包括第一固有电阻的第一电流路径，以及所述温度传感器是第一温度传感器；
其中，所述第二功率开关输入端至所述电源电压的连接包括具有第二固有阻抗的第二电流路径，并且还包括：
第三电流感测端子和第四电流感测端子，其中，所述第三电流感测端子和所述第四电流感测端子被配置为确定所述第二电流路径中的电流量；以及
第二温度传感器，其中，所述第二温度传感器被配置为确定所述第二电流路径的温度。
7.根据权利要求6所述的功率开关电路，其中，所述第三电流感测端子连接至所述功率开关输入端，以及所述第四电流感测端子连接至所述电源电压。
8.根据权利要求2所述的功率开关电路，还包括所述功率开关电路的输出端子，其中，所述电流路径将所述功率开关输出端连接至所述功率开关电路的输出端子，以及所述第二电流感测端子连接至所述功率开关电路的输出端子。
9.根据权利要求1所述的功率开关电路，其中，所述功率开关是金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
10.一种用于确定通过功率开关的电流的***，包括：
测量单元；以及
电路，所述电路包括：
所述功率开关，其中，所述功率开关包括功率开关输出端和功率开关输入端；
电流路径，其中，所述电流路径包括固有阻抗，并且所述电流路径将所述功率开关输出端连接至地；
第一电流感测端子和第二电流感测端子，其中，所述第一电流感测端子和所述第二电流感测端子被配置为检测所述电流路径中的电流量；以及
温度传感器，其中，所述温度传感器被配置为检测所述电流路径的温度；以及
其中，所述测量单元连接至所述第一电流感测端子、所述第二电流感测端子和所述温度传感器。
11.根据权利要求10所述的***，其中，所述功率开关还包括功率开关栅极，以及所述测量单元还包括处理器和栅极控制输出端，其中，所述栅极控制输出端连接至所述功率开关栅极，以及所述处理器被配置为：
监测所述第一电流感测端子和所述第二电流感测端子，以及确定所述电流路径中的电流量；
响应于确定所述电流路径中的电流量，通过向所述功率开关栅极输出信号来控制所述电流路径中的电流量。
12.根据权利要求11所述的***，其中，所述处理器还被配置为：
监测所述温度传感器以确定所述电流路径的温度；
响应于确定所述电流路径的温度，通过向所述功率开关栅极输出信号来控制所述电流路径中的电流量。
13.根据权利要求12所述的***，其中，所述电流路径包括电流路径材料，所述电流路径的固有阻抗取决于所述电流路径材料，以及所述处理器还被配置为至少部分地基于所述电流路径材料来控制所述电流路径中的电流量。
14.根据权利要求10所述的***，还包括电流路径输出端子，其中，所述电流路径将所述功率开关输出端连接至所述电流路径输出端子，以及将所述第二电流感测端子连接至所述电流路径输出端子。
15.根据权利要求13所述的***，其中，所述电流路径材料包括金属或合金组合物。
16.根据权利要求15所述的***，其中，所述金属或合金组合物包含铜或铝中的一个或更多个。
17.根据权利要求13所述的***，其中，所述电流路径材料包括阻抗温度系数，以及所述处理器还被配置为至少部分地基于所述电流路径材料的阻抗温度系数来确定所述电流路径中的电流量的校正值。
18.一种用于确定通过功率开关的电流的方法，所述方法包括：
由测量单元的处理器监测第一电流感测端子和第二电流感测端子，其中：
所述第一电流感测端子连接至功率开关的输出端，所述第二电流感测端子连接至地，以及
电流路径将所述功率开关的输出端连接至地，并且所述电流路径包括固有阻抗；
由所述处理器基于所述电流路径的固有阻抗来确定所述电流路径中的电流量；
由所述处理器监测温度传感器，其中，所述温度传感器被配置为检测所述电流路径的温度；
由所述处理器确定所述电流路径的温度；
响应于由所述处理器确定所述电流路径的温度，由所述处理器进一步确定所述电流路径中的电流量的校正值。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述电流路径包括电流路径材料，以及所述电流路径材料包括阻抗温度系数，所述方法还包括由所述处理器至少部分地基于所述电流路径材料的阻抗温度系数来确定所述电流路径中的电流量的校正值。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述功率开关包括功率开关栅极，所述方法还包括由所述处理器通过向所述功率开关栅极输出信号来控制所述电流路径中的电流量。
CN201710866690.2A 2016-09-22 2017-09-22 确定通过功率开关的电流的方法和***及功率开关电路 Pending CN107861056A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/273,382 2016-09-22
US15/273,382 US10802053B2 (en) 2016-09-22 2016-09-22 Configuration of integrated current flow sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107861056A true CN107861056A (zh) 2018-03-30

Family

ID=61302496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710866690.2A Pending CN107861056A (zh) 2016-09-22 2017-09-22 确定通过功率开关的电流的方法和***及功率开关电路

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10802053B2 (zh)
CN (1) CN107861056A (zh)
DE (1) DE102017121869A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115696744A (zh) * 2023-01-04 2023-02-03 北京凯普林光电科技股份有限公司 电流感测电路、制作方法及激光器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12028098B2 (en) * 2021-09-13 2024-07-02 Apple Inc. Radio-frequency power amplifier with amplitude modulation to phase modulation (AMPM) compensation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020158615A1 (en) * 2000-10-13 2002-10-31 Ryan Goodfellow System and method for current sensing
CN101398446A (zh) * 2007-09-28 2009-04-01 三星Sdi株式会社 温度补偿电流测量装置及使用该装置的电池组
CN101847599A (zh) * 2009-03-27 2010-09-29 半导体元件工业有限责任公司 形成感测电路的方法及其结构
US20110074384A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Alcatel-Lucent Canada Inc. Method and apparatus to measure current in power switchers
CN102033152A (zh) * 2009-09-29 2011-04-27 雅达电子国际有限公司 用于感测流经半导体器件引线的电流的组件和方法
CN105098723A (zh) * 2014-05-09 2015-11-25 三菱电机株式会社 电负载的供电控制装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4584525A (en) 1983-04-18 1986-04-22 General Electric Company Current-shunt system for known conductors
US4945445A (en) * 1988-09-29 1990-07-31 Gentron Corporation Current sense circuit
DE10120524B4 (de) 2001-04-26 2015-08-20 Infineon Technologies Ag Vorrichtung zur Ermittlung des Stromes durch ein Leistungs-Halbleiterbauelement
US6781360B1 (en) * 2003-02-10 2004-08-24 Siemens Vdo Automotive Inc. Jump bar shunt structure for power components
DE10343083B4 (de) 2003-09-17 2006-03-23 Infineon Technologies Ag Transistor-Halbleiterbauteil
JP4713963B2 (ja) * 2005-07-07 2011-06-29 矢崎総業株式会社 過電流検出装置
US7345499B2 (en) * 2006-01-13 2008-03-18 Dell Products L.P. Method of Kelvin current sense in a semiconductor package
JP4570173B2 (ja) * 2006-06-01 2010-10-27 株式会社オートネットワーク技術研究所 電力供給制御装置
US9087829B2 (en) 2011-08-05 2015-07-21 Infineon Technologies Ag Semiconductor arrangement
JP5786571B2 (ja) * 2011-09-07 2015-09-30 富士電機株式会社 パワー半導体装置の温度測定装置
TWI491858B (zh) * 2013-03-15 2015-07-11 Richtek Technology Corp 溫度偵測電路及其方法
JP6432201B2 (ja) * 2014-03-17 2018-12-05 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
US20150346037A1 (en) * 2014-05-29 2015-12-03 Infineon Technologies Ag Integrated temperature sensor
US9768766B2 (en) * 2014-07-14 2017-09-19 Infineon Technologies Austria Ag Electronic switching element and integrated sensor
US10199916B2 (en) * 2014-11-11 2019-02-05 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Resistor emulation and gate boost
US9772356B2 (en) * 2015-09-01 2017-09-26 Astronics Advanced Electronic Systems Corp. Circuitry and shunt arrangements for temperature-compensated measurements of current
JP6406464B2 (ja) * 2016-02-18 2018-10-17 富士電機株式会社 絶縁ゲート半導体装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020158615A1 (en) * 2000-10-13 2002-10-31 Ryan Goodfellow System and method for current sensing
CN101398446A (zh) * 2007-09-28 2009-04-01 三星Sdi株式会社 温度补偿电流测量装置及使用该装置的电池组
CN101847599A (zh) * 2009-03-27 2010-09-29 半导体元件工业有限责任公司 形成感测电路的方法及其结构
CN102033152A (zh) * 2009-09-29 2011-04-27 雅达电子国际有限公司 用于感测流经半导体器件引线的电流的组件和方法
US20110074384A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Alcatel-Lucent Canada Inc. Method and apparatus to measure current in power switchers
CN105098723A (zh) * 2014-05-09 2015-11-25 三菱电机株式会社 电负载的供电控制装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115696744A (zh) * 2023-01-04 2023-02-03 北京凯普林光电科技股份有限公司 电流感测电路、制作方法及激光器

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017121869A1 (de) 2018-03-22
US10802053B2 (en) 2020-10-13
US20180080957A1 (en) 2018-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10041979B2 (en) Method of sensing current flowing in a power module
US9054119B2 (en) Dual compartment semiconductor package
US9370113B2 (en) Power semiconductor module with current sensor
US10074593B2 (en) Shunt resistor integrated in a connection lug of a semiconductor module and method for determining a current flowing through a load connection of a semiconductor module
JP6665926B2 (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
US9564423B2 (en) Power package with integrated magnetic field sensor
US10168391B2 (en) Multi-functional interconnect module and carrier with multi-functional interconnect module attached thereto
TWI408379B (zh) 導線架電流感應器
JP2001165962A (ja) 電流センシングを行うパワーアセンブリ
CN103730453B (zh) 具有感测功能的半导体器件
US20160380181A1 (en) Semiconductor Package with Integrated Magnetic Field Sensor
US11610830B2 (en) Power semiconductor module and method for fabricating the same
US20150346037A1 (en) Integrated temperature sensor
CN107861056A (zh) 确定通过功率开关的电流的方法和***及功率开关电路
US20120267950A1 (en) Engine start control apparatus
JP2020013955A (ja) 半導体装置、および、抵抗素子
US10989742B2 (en) Magnetic current sensor
US10950509B2 (en) Semiconductor device with integrated shunt resistor
US10418307B2 (en) Electronic assembly with a direct bonded copper substrate
CN104247027B (zh) 功率晶体管模块
CN108233910A (zh) 电子电路
CN108291843A (zh) 具有第一温度测量元件的半导体构件以及用于确定流过半导体构件的电流的方法
JP3477002B2 (ja) 半導体装置
EP4302057A1 (en) Power module and method for producing a power module
CN116893290A (zh) 具有相对于电压降减小的温度的电流分流器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180330

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication