DE102015121429A1

DE102015121429A1 - Schaltung und Verfahren zum Messen eines Stroms

Info

Publication number: DE102015121429A1
Application number: DE102015121429.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Asam; Andreas Meiser; Steffen Thiele
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2016-06-09
Also published as: CN105703754A; US20160164279A1

Abstract

Schaltungen, Schalter mit Überstromschutz und Verfahren zum Messen eines Stroms werden hier beschrieben. Eine Schaltung (101), die dazu konfiguriert ist, einen Strom von einer Versorgungsspannung zu einer Last zuzuführen, umfasst einen ersten Transistor (T1), einen zweiten Transistor (T2) und eine Detektionsschaltung (102). Der erste Transistor (T1) weist eine größere aktive Fläche auf als der zweite Transistor (T2). Die Detektionsschaltung (102) ist dazu konfiguriert, einen Strom durch den zweiten Transistor (T2) zu detektieren. Eine gleiche Spannung wird zwischen einem Steueranschluss des ersten Transistors (T1) und einem ersten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors (T1) angelegt und wird zwischen einem Steueranschluss des zweiten Transistors (T2) und einem ersten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2) angelegt. Die Detektionsschaltung (102) ist mit dem zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2) gekoppelt und ist mit der Versorgungsspannung gekoppelt.

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen auf Schaltungen, Schalter mit Überstromschutz und Verfahren zum Messen eines Stroms durch einen Leistungstransistor.
Ströme, die durch Schaltvorrichtungen fließen, können über eine Schaltung gemessen werden müssen, beispielsweise um Überströme oder Kurzschlüsse zu detektieren. Die Schaltung sollte einen ersten Typ von Kurzschluss detektieren können, bei dem ein Kurzschluss vorhanden ist, bevor die Schaltvorrichtung aktiviert wird. Sie sollte auch einen zweiten Typ von Kurzschluss detektieren können, bei dem der Kurzschluss auftritt, während die Schaltvorrichtung leitet. Vorzugsweise sollte die Schaltung genau, gegenüber Temperaturschwankungen und Vorrichtungsschwankungen robust sein, geringe Chipflächenanforderungen aufweisen und einen geringen Leistungsverbrauch aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform wird hier eine Schaltung, die dazu konfiguriert ist, einen Strom von einer Versorgungsspannung zu einer Last zuzuführen, beschrieben. Die Schaltung umfasst einen ersten Transistor, einen zweiten Transistor und eine Detektionsschaltung. Der erste Transistor weist eine größere aktive Fläche auf als der zweite Transistor. Die Detektionsschaltung ist dazu konfiguriert, einen Strom durch den zweiten Transistor zu detektieren. Eine gleiche Spannung wird zwischen einem Steueranschluss des ersten Transistors und einem ersten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors angelegt und wird zwischen einem Steueranschluss des zweiten Transistors und einem ersten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors angelegt. Die Detektionsschaltung ist mit dem zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt und ist mit der Versorgungsspannung gekoppelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Schalter mit Überstromschutz hier beschrieben. Der Schalter umfasst einen Leistungstransistor, einen Erfassungstransistor, einen Erfassungswiderstand und eine Überstrom-Detektionsschaltung. Der Leistungstransistor und der Erfassungstransistor sind auf einem gemeinsamen Substrat als Source-Down-Transistoren mit jeweiligen Drains integriert. Der Erfassungswiderstand ist mit einem Drainanschluss des Erfassungstransistors gekoppelt. Die Überstrom-Detektionsschaltung ist dazu konfiguriert, einen Spannungsabfall über dem Erfassungswiderstand zu detektieren.
Ferner wird gemäß einer anderen Ausführungsform ein Verfahren zum Messen eines Stroms, beispielsweise durch einen Leistungstransistor, der dazu konfiguriert ist, einen Strom von einer Versorgungsspannung zu einer Last zuzuführen, beschrieben. Das Verfahren umfasst das Koppeln eines Erfassungstransistors parallel mit dem Leistungstransistor, das Anlegen eines gleichen Steuersignals an den Erfassungstransistor und an den Leistungstransistor; und das Detektieren eines Stroms durch den Erfassungstransistor. Das gleiche Steuersignal ist dazu konfiguriert, einen Stromfluss durch den Erfassungstransistor zu steuern und einen Stromfluss durch den Leistungstransistor zu steuern.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen auf dieselben Teile in den ganzen verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstäblich, wobei stattdessen die Betonung im Allgemeinen auf die Erläuterung der offenbarten Prinzipien gelegt wird. In den Zeichnungen kann (können) die ganz linke(n) Ziffer(n) eines Bezugszeichens die Zeichnung identifizieren, in der das Bezugszeichen zum ersten Mal erscheint. Dieselben Zeichen können in den ganzen Zeichnungen verwendet werden, um auf gleiche Merkmale und Komponenten Bezug zu nehmen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Ausführungsform einer Schaltung zeigt;
2 eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung zeigt;
3 eine Ausführungsform einer Schaltung mit einer Reguliererschaltung zeigt;
4 eine Ausführungsform einer anderen Schaltung zeigt;
5 eine Ausführungsform einer Schaltung mit einem IGBT zeigt;
6 eine Ausführungsform einer Schaltung mit Schaltern der niedrigen Seite zeigt;
7 eine Ausführungsform einer anderen Schaltung zeigt;
8 eine Ausführungsform einer anderen Schaltung mit P-Kanal-Schaltern zeigt;
9 eine Ausführungsform einer anderen Schaltung zeigt;
10 eine Ausführungsform einer anderen Schaltung zeigt;
11 eine Ausführungsform einer Schaltung mit zwei verschiedenen Versorgungsspannungen zeigt;
12 Ausführungsformen einer anderen Schaltung zeigt; und
13 eine Ausführungsform eines Verfahrens zeigt.
Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, die zur Erläuterung spezifische Details und Ausführungsformen zeigen, in denen die Ausführungsformen ausgeführt werden können.
Das Wort "beispielhaft" wird hier so verwendet, dass es "als Beispiel, Fall oder Erläuterung dienend" bedeutet. Irgendeine Ausführungsform oder Konstruktion, die hier als "beispielhaft" beschrieben wird, soll nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Konstruktionen aufgefasst werden.
Das Wort "über", das im Hinblick auf ein abgeschiedenes Material verwendet wird, das "über" einer Seite oder Oberfläche ausgebildet ist, kann hier so verwendet werden, dass es bedeutet, dass das abgeschiedene Material "direkt auf", z. B. in direktem Kontakt mit der implizierten Seite oder Oberfläche ausgebildet sein kann. Das Wort "über", das im Hinblick auf ein abgeschiedenes Material verwendet wird, das "über" einer Seite ober Oberfläche ausgebildet ist, kann hier so verwendet werden, dass es bedeutet, dass das abgeschiedene Material "indirekt auf" der implizierten Seite oder Oberfläche ausgebildet sein kann, wobei eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der implizierten Seite oder Oberfläche und dem abgeschiedenen Material angeordnet sind.
1 zeigt eine Ausführungsform 100 einer Schaltung 101. Die Schaltung 101 kann einen Eingang (oder einen Knoten) N1, einen anderen Eingang (oder einen Knoten N2) und einen Ausgang (oder einen Knoten N3) aufweisen. Sie kann ferner mit einem ersten Referenzpotential GND wie z. B. einem Massepotential gekoppelt sein.
Eine Leistungsversorgung wie z. B. eine Batterie 120 oder Spannungsquelle kann mit dem Eingang N1 gekoppelt sein. Die Batterie 120 oder Spannungsquelle kann eine Spannung Vbat aufweisen. Eine Signalquelle 124 kann mit dem Eingang N2 gekoppelt sein. Die Signalquelle 124 kann ein Signal Vcontrol, beispielsweise ein impulsbreitenmoduliertes Signal, liefern. Das Signal Vcontrol kann ein digitales Signal mit einem variierenden Tastverhältnis sein. Eine Last 122 kann mit dem Ausgang N3 gekoppelt sein. Sie kann ein Widerstand mit einem Widerstandswert R_load, ein Elektromotor, eine Lampe oder irgendeine andere elektrische Last sein.
Die Schaltung 101 kann ein Schalter, beispielsweise ein Leistungsschalter, mit Stromdetektion sein. Die Stromdetektion kann das Messen eines Stroms oder Vergleichen eines Stroms mit einem Schwellenwert umfassen, beispielsweise um einen Überstrom zu detektieren. Die Schaltung kann zum Umschalten von Leistungsquellen, Invertervorrichtungen oder dergleichen verwendet werden. In Abhängigkeit vom Signal Vcontrol kann sie beispielsweise eine Leistungsversorgung wie z. B. eine Batterie 120 umschalten, um die Last 122 mit einer einstellbaren Leistung zu versorgen.
Die Schaltung 101 kann einen ersten Transistor T1, einen zweiten Transistor T2, eine Detektionsschaltung 102 und eine Ladungspumpe 104 umfassen.
Der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 können beispielsweise hohe Spannungen umschalten. Der erste Transistor T1 kann eine größere aktive Fläche als der zweite Transistor T2 aufweisen. Das heißt, er kann ein Verhältnis W1/L1 seiner Gatebreite W1 zu seiner Gatelänge L1 aufweisen, das beispielsweise um einen Faktor k größer ist als ein Verhältnis W2/L2 der Gatebreite W2 zur Gatelänge L2 des zweiten Transistors T2. Wenn der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 in derselben Weise vorgespannt werden, kann ein Strom I2, der durch den zweiten Transistor T2 fließt, um einen Faktor k kleiner sein als der Strom I1, der durch den ersten Transistor T1 fließt. Der kleinere Strom I2 kann gemessen werden und der Strom I1 kann bestimmt werden durch: I2 = I1/k. Um den Strom I2 zu verringern, kann es erwünscht sein, große Werte von k zu haben, beispielsweise im Bereich von 100 bis 10000, oder 500 bis 2000, oder etwa 1000.
Der erste Transistor T1 kann ein Leistungsschaltelement, beispielsweise ein Leistungstransistor, beispielsweise ein Leistungs-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) sein. Er kann hohe Spannungen mit sehr kleinen Schalt- und Leitungsverlusten umschalten. Er kann ein einzelner Transistor sein oder er kann aus einer Anzahl von Transistoren, die miteinander parallel geschaltet sind, bestehen. Die Anzahl von parallel geschalteten Transistoren kann k sein. Der zweite Transistor kann ein Erfassungstransistor sein. Er kann ein Transistor wie einer der Transistoren des ersten Transistors, die miteinander parallel geschaltet sind, sein.
In verschiedenen Ausführungsformen können ein Steueranschluss G, beispielsweise ein Gate, des ersten Transistors T1 und ein Steueranschluss G, beispielsweise ein Gate, des zweiten Transistors T2 miteinander gekoppelt, beispielsweise direkt elektrisch verbunden, sein. Der Steueranschluss G des ersten Transistors T1 kann dasselbe Potential wie der Steueranschluss G des zweiten Transistors T2 aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein erster gesteuerter Anschluss S des ersten Transistors T1 mit einem ersten gesteuerten Anschluss S des zweiten Transistors T2 gekoppelt, beispielsweise direkt elektrisch verbunden, sein. Der erste gesteuerte Anschluss S des ersten Transistors T1 kann dasselbe Potential wie der erste gesteuerte Anschluss S des zweiten Transistors T2 aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen können ein zweiter gesteuerter Anschluss D des ersten Transistors T1 und ein zweiter gesteuerter Anschluss D des zweiten Transistors T2 mit einem gleichen Versorgungspotential, beispielsweise dem Potential am Knoten N1, beispielsweise mit dem Potential Vbat, gekoppelt sein. In verschiedenen Ausführungsformen sind der zweite gesteuerte Anschluss D des ersten Transistors T1 und der zweite gesteuerte Anschluss D des zweiten Transistors T2 nicht direkt elektrisch miteinander verbunden. Der zweite gesteuerte Anschluss D des ersten Transistors T1 kann mit dem Knoten N1 direkt verbunden sein und der zweite gesteuerte Anschluss D des zweiten Transistors T2 kann über die Detektionsschaltung 102 mit dem Knoten N1 gekoppelt sein.
Ein Signal, das dazu konfiguriert ist, eine Leitfähigkeit zwischen dem ersten gesteuerten Anschluss S und einem zweiten gesteuerten Anschluss D des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 zu steuern, kann zwischen den Steueranschluss G des ersten Transistors T1 und den ersten gesteuerten Anschluss S des ersten Transistors T1 gekoppelt sein und kann zwischen den Steueranschluss G des zweiten Transistors T2 und den ersten gesteuerten Anschluss S des zweiten Transistors T2 gekoppelt sein.
In verschiedenen Ausführungsformen können der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 beispielsweise MOSFETS sein. Die Steueranschlüsse können Gateanschlüsse G sein, die ersten gesteuerten Anschlüsse können Sourceanschlüsse S sein und die zweite gesteuerten Anschlüsse können Drainanschlüsse D sein.
In verschiedenen Ausführungsformen sind das Gate G des Leistungstransistors T1 und das Gate G des Erfassungstransistors T2 miteinander gekoppelt. Das Signal, das dazu konfiguriert ist, die Leitfähigkeit zwischen den ersten gesteuerten Anschlüssen S und den zweiten gesteuerten Anschlüssen D zu steuern, kann eine Spannung Vgs1, Vgs2 zwischen dem jeweiligen Gateanschluss G und dem jeweiligen Sourceanschluss S des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 sein.
In verschiedenen Ausführungsformen können der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 beide N-Kanal-Vorrichtungen sein. Der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 können als Schalter der hohen Seite konfiguriert sein. Schalter der hohen Seite können mit einem Potential gekoppelt sein, das höher ist als das Potential, mit dem die Last gekoppelt ist. Mit anderen Worten, sie können zwischen ein Versorgungspotential, beispielsweise Vbat, und die Last 122 gekoppelt sein, die mit einem ersten Referenzpotential GND, beispielsweise einem Massepotential, gekoppelt ist.
Wenn der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 nicht leitend sind, kann das Potential der Sources S auf (oder nahe) dem Versorgungspotential, beispielsweise Vbat, liegen. Ein Pegelumsetzer 104, beispielsweise ein Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umsetzer oder eine Ladungspumpe, kann erforderlich sein, um das Signal Vcontrol auf einen Spannungspegel umzusetzen, der höher ist als das Versorgungspotential (beispielsweise Vbat). Der Pegelumsetzer 104 kann durch eine Spannung zwischen dem Versorgungspotential Vbat und dem ersten Referenzpotential GND gespeist werden. Er kann einen Spannungspegel, der höher ist als das Versorgungspotential, zu den Steueranschlüssen G des ersten Transistors und des zweiten Transistors T2 liefern. Das Signal, das dazu konfiguriert ist, die Leitfähigkeit zwischen dem jeweiligen ersten gesteuerten Anschluss S und dem jeweiligen zweiten gesteuerten Anschluss D zu steuern, beispielsweise Vgs1, Vgs2, kann dann den ersten Transistor T1 und den zweiten Transistor T2 leitfähig machen. In einigen Ausführungsformen kann die Ladungspumpe 104 optional sein.
Die Detektionsschaltung 102, beispielsweise eine Überstrom-Detektionsschaltung, kann dazu konfiguriert sein, einen Strom I2 durch den zweiten Transistor T2 zu detektieren. Sie kann mit dem zweiten gesteuerten Anschluss D, beispielsweise dem Drain, des zweiten Transistors T2 gekoppelt sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Detektionsschaltung 102 einen Widerstand 106, beispielsweise einen Erfassungswiderstand, umfassen, der mit dem zweiten Transistor T2 in Reihe gekoppelt ist. Der Widerstand 106 kann zwischen das Versorgungspotential, beispielsweise Vbat, und den zweiten gesteuerten Anschluss (oder Drain) D des zweiten Transistors (oder Erfassungstransistors) T2 gekoppelt sein. Die Detektionsschaltung 102 kann dazu konfiguriert sein, einen Spannungsabfall Vr über dem Widerstand 106 zu detektieren. Der Strom durch den zweiten Transistor T2 kann durch I2 = Vr/R_sense gegeben sein.
Der Widerstand 106 kann ein Polysilizium- oder ein Metallwiderstand sein. Er kann ein Abschnitt einer Drainelektrode, beispielsweise der Drainmetallisierung, des zweiten Transistors T2 oder entlang dieser ausgebildet sein. Er kann ein Bonddraht sein. Der Widerstand 106 kann beispielsweise unter Verwendung von Lasersicherungen kalibriert werden, um die Genauigkeit der Stromdetektion zu erhöhen. Er kann eine positive Temperaturabhängigkeit aufweisen, das heißt, sein Widerstandswert kann mit der Temperatur zunehmen. Bei hohen Temperaturen kann die positive Temperaturabhängigkeit den Kurzschlussstromschwellenwert verringern, das heißt die Menge an Strom, der erforderlich ist, um ein Überstromsignal auszulösen.
In einigen Fällen kann es ausreichen zu wissen, ob ein Überstrom aufgetreten ist. Dafür kann die Spannung Vr, die den Strom I2 darstellt, mit einem Schwellenwert verglichen werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Detektionsschaltung 102 einen Komparator 108 umfassen, der über den Widerstand 106 gekoppelt ist, beispielsweise durch Koppeln eines ersten Eingangs 110 mit dem Komparator 108 über einen Anschluss des Widerstandes 106 und Koppeln eines zweiten Eingangs 112 des Komparators 108 über den anderen Anschluss des Widerstandes 106. Der Komparator 108 kann durch das Versorgungspotential, beispielsweise Vbat, gespeist werden.
Die Detektionsschaltung 102 kann ein digitales Signal OC, beispielsweise eine "0" und eine "1", an einem Ausgang 118 des Komparators 108 ausgeben. Eine "0" kann angeben, dass der Strom I2 niedriger ist als ein Stromschwellenwert und dass kein Überstrom besteht. Eine "1" kann angeben, dass der Strom I2 höher ist als der Stromschwellenwert und dass ein Überstrom besteht. Anstelle eines digitalen Signals können jedoch Ausführungsformen der Detektionsschaltung 102 ein analoges, das heißt ein kontinuierliches oder proportionales, Signal OC ausgeben, das eine Messung des fließenden Stroms I2 ermöglicht. Das Signal OC kann innerhalb der Schaltung verarbeitet werden, beispielsweise durch Teile, die aus Gründen der Deutlichkeit nicht gezeigt sind, oder kann zu einem Anschluss geleitet und außerhalb verarbeitet werden.
Das Signal, das die jeweilige Leitfähigkeit zwischen dem jeweiligen ersten gesteuerten Anschluss S und dem jeweiligen zweiten gesteuerten Anschluss D steuert, beispielsweise die Gate-Source-Spannungen Vgs1, Vgs2, kann für beide Transistoren T1, T2 gleich sein, das heißt Vgs1 = Vgs2. Das Signal kann durch die Detektionsschaltung 102 unbeeinflusst sein, da der Spannungsabfall Vr über dem Widerstand 106 auf einer Seite des zweiten Transistors T2 auftritt, das heißt der Seite des zweiten gesteuerten Anschlusses D oder der Drainseite und das Steuern der Leitfähigkeit auf einer anderen Seite des zweiten Transistors T2 stattfindet, das heißt der Seite des ersten gesteuerten Anschlusses S oder Sourceseite.
Wenn der Widerstand 106 der Detektionsschaltung 102 auf der Seite des ersten gesteuerten Anschlusses S oder der Sourceseite des zweiten Transistors T2 angeordnet wäre, erzeugt ein Strom I2, der durch den Transistor T2 fließt, einen Spannungsabfall Vr, der das Signal ändern kann, das die Leitfähigkeit zwischen dem ersten gesteuerten Anschluss S und dem zweiten gesteuerten Anschluss D steuert. Mit anderen Worten, das Signal Vgs1, Vgs2 kann sich für den ersten Transistor T1 und den zweiten Transistor T2 unterscheiden, das heißt Vgs1 ≠ Vgs2, was eine ungenaue Stromdetektion verursachen kann.
Für den ersten Typ von Kurzschluss, bei dem der Kurzschluss vorhanden ist, bevor die Schaltvorrichtung T1 aktiviert wird, können die Spannungen Vds1 und Vds2 zwischen den jeweiligen ersten und zweiten gesteuerten Anschlüssen S und D sehr groß sein und können gleich oder nahezu gleich der Versorgungsspannung Vbat sein. Der Spannungsabfall Vr über dem Widerstand 106 kann vernachlässigt werden, da der zweite Transistor T2 im Sättigungsmodus arbeiten kann, in dem eine Änderung der Spannung Vds nur einen kleinen Einfluss auf den Strom Ids hat. Der Strom I2 durch den zweiten Transistor T2 kann daher vom Spannungsabfall Vr entlang des Widerstandes 106 unabhängig oder nahezu unabhängig sein, was eine genaue Detektion des Stroms I2 ermöglicht.
Für den zweiten Typ von Kurzschluss, bei dem der Kurzschluss auftritt, während die Schaltvorrichtung leitet, können die Spannungen Vds1 und Vds2 zwischen dem ersten und dem zweiten gesteuerten Anschluss S und D sehr klein sein und können gleich oder nahezu gleich null sein. Der Spannungsabfall Vr über dem Widerstand 106 hat jedoch keinen Einfluss auf das Signal Vgs1, Vgs2, das die Leitfähigkeit steuert.
Die Detektionsschaltung 102, beispielsweise der Komparator 108 der Detektionsschaltung 102, kann durch das Versorgungspotential, beispielsweise das Potential am Knoten N1, beispielsweise Vbat, gespeist werden. Sie muss nicht durch den Pegelumsetzer 104 gespeist werden, was den Leistungsverbrauch der Schaltung 101 verringern kann, da die Ladungspumpe 104 einen schlechten Wirkungsgrad aufweisen kann.
Wenn die Last 122 induktiv ist, oder aufgrund von Induktivitäten in der Verdrahtung zur Last 122, kann das Ausschalten des ersten Transistors T1 verursachen, dass der Knoten N3 ein negatives Potential in Bezug auf das Massepotential GND aufweist. Wenn die Detektionsschaltung 102 mit dem Knoten N3 (oder den ersten gesteuerten Anschlüssen S oder Sources) gekoppelt ist, beispielsweise um die Detektionsschaltung 102 zu speisen, kann die Detektionsschaltung 102 dazu ausgelegt sein müssen, mit negativen Spannungen zurechtzukommen. Dies kann spezielle Schaltungen mit komplizierten Anordnungen für die Detektionsschaltung 102 erfordern, was zu einer größeren Chipfläche, einer größeren Interferenzempfindlichkeit bei höheren Anstiegsraten und einer niedrigeren Fähigkeit für einen inversen Strom führen kann. Wenn jedoch die Detektionsschaltung 102 durch die Versorgungsspannung, beispielsweise Vbat, gespeist wird, wird sie nicht durch ein schwebendes Potential gespeist wie z. B. das Potential des Knotens N3 (oder der ersten gesteuerten Anschlüsse S). Sie muss nicht für negative Potentiale ausgelegt sein, was ihre Konstruktion vereinfachen kann und zu kleineren und robusteren Detektionsschaltungen 102 führen kann.
2 zeigt eine Ausführungsform 200 einer Halbleitervorrichtung. Um die Strom- und Durchschlagspannungsbemessung zu erhöhen, können Schaltvorrichtungen wie z. B. Leistungsschaltvorrichtungen, "vertikal" konstruiert werden, das heißt die Sourceelektrode und die Drainelektrode können so angeordnet sein, dass der Strom vertikal in Bezug auf die Waferebene zwischen den Elektroden fließt. Ein vertikaler Leistungs-MOSFET kann seinen Sourceanschluss und seinen Gateanschluss auf der ersten Seite eines Halbleitersubstrats und seinen Drainanschluss auf der entgegengesetzten Seite des Halbleitersubstrats oder auf seiner zweiten Seite haben. Die erste Seite kann die Oberseite oder Vorderseite, das heißt die Seite, auf der aktive Vorrichtungen typischerweise bearbeitet und ausgebildet werden, sein. Die zweite Seite kann die Unterseite oder Rückseite des Wafers sein. Die monolithische Integration von solchen Leistungs-MOSFETs kann jedoch auf Anwendungen mit einer gemeinsamen Drainverbindung eingeschränkt sein.
Eine "Source-Down"- oder "Source-Substrat-Verbindungs"-Vorrichtung wie beispielsweise ein Transistor mit vertikaler Struktur kann einen Drain- und einen Gateanschluss aufweisen, die auf einer ersten Seite eines Halbleitersubstrats angeordnet sind, während ein Sourceanschluss auf einer zweiten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, die entgegengesetzt zur ersten Seite liegt. Da die Source sich an der Rückseite des Chips befindet, ist keine Isolation zwischen einem Leiterrahmen und Masse erforderlich, was die Kühlung der Halbleitervorrichtung vereinfachen kann.
Die Ausführungsform 200 kann eine Source-Down-Halbleitervorrichtung sein. Sie kann einen ersten Transistor T1 und einen zweiten Transistor T2 aufweisen. Der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 können durch Isolationsstrukturen IS elektrisch voneinander isoliert sein. Die Halbleitervorrichtung kann ein Halbleitersubstrat 202 umfassen. Das Halbleitersubstrat 202 kann eine erste Hauptoberfläche 204 und eine zweite Hauptoberfläche 206 umfassen. Isolationsschichten 212 können auf Teilen der ersten Hauptoberfläche 204 und der zweiten Hauptoberfläche 206 angeordnet sein.
Der Transistor T1 kann einen Sourcebereich 236, einen Drainbereich 242, eine Gateelektrode 238 und einen Driftbereich 244 umfassen. Der Sourcebereich 236 kann benachbart zur zweiten Hauptoberfläche 206 angeordnet sein. Der Sourcebereich 236 kann mit einer Sourceelektrode 232 mittels eines Sourcekontakts 234 verbunden sein. Der Drainbereich 242 kann benachbart zur ersten Hauptoberfläche 204 angeordnet sein. Der Drainbereich 242 kann mit einer Drainelektrode 210 verbunden sein. Die Gateelektrode 238 kann in einem Graben angeordnet sein, der in der zweiten Hauptoberfläche 206 ausgebildet ist. Die Gateelektrode 238 kann vom benachbarten Halbleitermaterial mittels einer dielektrischen Gateschicht 240 isoliert sein. Wenn eine geeignete Spannung an die Gateelektrode 238 angelegt wird, wird ein leitfähiger Kanal im Bodybereich benachbart zur Gateelektrode 238 ausgebildet, der zu einem Stromfluss zwischen dem Sourcebereich 236 und dem Drainbereich 242 über den leitfähigen Kanal und den Driftbereich 244 führt.
Der Transistor T2 kann einen Sourcebereich 218, einen Drainbereich 224, eine Gateelektrode 220 und einen Driftbereich 223 umfassen. Der Sourcebereich 218 kann benachbart zur zweiten Hauptoberfläche 206 angeordnet sein. Der Sourcebereich 218 kann mit einer Sourceelektrode 214 mittels eines Sourcekontakts 216 verbunden sein. Der Drainbereich 224 kann benachbart zur ersten Hauptoberfläche 204 angeordnet sein. Der Drainbereich 224 kann mit einer Drainelektrode 208 verbunden sein. Die Gateelektrode 220 kann in einem Graben angeordnet sein, der in der zweiten Hauptoberfläche 206 ausgebildet ist. Die Gateelektrode 220 kann vom benachbarten Halbleitermaterial mittels einer dielektrischen Gateschicht 222 isoliert sein. Wenn eine geeignete Spannung an die Gateelektrode 220 angelegt wird, wird ein leitfähiger Kanal im Bodybereich benachbart zur Gateelektrode 220 gebildet, der zu einem Stromfluss zwischen dem Sourcebereich 218 und dem Drainbereich 224 über den leitfähigen Kanal und den Driftbereich 223 führt.
Die Metallisierung der Sourceelektroden 214, 232 kann benachbart zur zweiten Hauptoberfläche 206, beispielsweise auf der Isolationsschicht 212, angeordnet sein. Die Metallisierung der Drainelektroden 208, 210 kann benachbart zu oder auf der ersten Hauptoberfläche 204 angeordnet sein. Die Gateelektroden 220, 238 können über Verbindungsabschnitte 246, 248 verbunden sein, die auf der Isolationsschicht 212 ausgebildet sein können. Die Verbindungsabschnitte 246, 248 können von den Sourceelektroden 214, 232 durch weitere Isolationsschichten 250 isoliert sein. Die Verbindungsabschnitte 246, 248 können durch ein elektrisch leitendes Material 252 kontaktiert sein, das sich zwischen der ersten Hauptoberfläche 204 und der zweiten Hauptoberfläche 206 erstreckt. Das elektrisch leitende Material 252 kann von anderen Teilen durch Isolationsstrukturen IS auf beiden Seiten davon isoliert sein. Es kann mit einem Gateanschluss G auf der ersten Hauptseite 204 verbunden sein. 2 zeigt das elektrisch leitende Material 252 und die Isolationsstrukturen IS nur für das Gate des Transistors T1, sie können jedoch in einer ähnlichen Weise für den Transistor T2 vorgesehen sein.
Die Isolationsstruktur IS kann sich von der ersten Hauptoberfläche 204 zur zweiten Hauptoberfläche 206 erstrecken. Sie kann mit einem leitfähigen Material 226 gefüllt sein, beispielsweise um die mechanische Stabilität zu erhöhen. Das leitfähige Material 226 kann vom benachbarten Substratabschnitt mittels einer Isolationsschicht 230 isoliert sein.
In verschiedenen Ausführungsformen können der erste Transistor (oder Leistungstransistor) T1 und der zweite Transistor (oder Erfassungstransistor) T2 auf einem gleichen (oder gemeinsamen) Substrat 202 integriert oder hergestellt sein. Die Herstellung des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 auf dem gleichen (oder gemeinsamen) Substrat 202 kann die Effekte von Verarbeitungsvariationen, Materialvariationen und Temperaturvariationen auf den Faktor k verringern und eine genauere Stromdetektion ermöglichen.
In verschiedenen Ausführungsformen teilen sich der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 eine gemeinsame Elektrode, beispielsweise eine gemeinsame Sourceelektrode. Die Sourceelektrode 232 des ersten Transistors T1 und die Sourceelektrode 214 des zweiten Transistors T2 können beispielsweise elektrisch miteinander verbunden sein. Die Sourceelektroden 214, 232 können als eine Elektrode in der Metallisierung ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen können jedoch die Sourceelektroden 214, 232 voneinander separat sein und können separate Metallisierungen aufweisen. Die Source des Leistungstransistors T1 und die Source des Erfassungstransistors T2 können dasselbe elektrische Potential aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen können der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 Source-Down-Transistoren (oder Transistoren mit dem "ersten gesteuerten Anschluss" unten) mit jeweiligen Drains sein. Mit anderen Worten, der Drain (oder zweite gesteuerte Anschluss) des Leistungstransistors T1 ist nicht direkt mit dem Drain (oder zweiten gesteuerten Anschluss) des Erfassungstransistors T2 elektrisch verbunden. Der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 können separate Drainelektroden 210, 208 aufweisen. Die Drainelektroden 210, 208 können elektrisch voneinander isoliert sein. Daher ist die monolithische Integration des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 nicht auf Anwendungen mit einer gemeinsamen Drainverbindung (oder einer gemeinsamen Verbindung des zweiten gesteuerten Anschlusses) eingeschränkt. Eine Detektionsschaltung 102 kann mit dem Drain (oder zweiten gesteuerten Anschluss) D des Erfassungstransistors T2 gekoppelt sein, ohne das Signal zu ändern, beispielsweise die Gate-Source-Spannungen Vgs1, Vgs2, das die Leitfähigkeit zwischen den ersten gesteuerten Anschlüssen S und den zweiten gesteuerten Anschlüssen D steuert.
3 zeigt eine Ausführungsform 300 einer Schaltung, die zur in Verbindung mit 1 beschriebenen Schaltung ähnlich sein kann, so dass dieselben Merkmale für beide Schaltungen gelten können. Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Schaltung sind der erste gesteuerte Anschluss S des ersten Transistors T1 und der erste gesteuerte Anschluss S des zweiten Transistors T2 der in 2 gezeigten Schaltung nicht direkt elektrisch miteinander verbunden. Stattdessen kann die Ausführungsform 300 eine Reguliererschaltung 302 umfassen, die mit den ersten gesteuerten Anschlüssen S des ersten Transistors T1 und dem ersten gesteuerten Anschluss S des zweiten Transistors T2 gekoppelt ist. Die Reguliererschaltung 302 kann dazu konfiguriert sein, ein gleiches Potential an den ersten gesteuerten Anschluss (oder die Source) S des ersten Transistors T1 und an den ersten gesteuerten Anschluss (oder die Source) S des zweiten Transistors T2 anzulegen. In dieser Weise können die Source S des Leistungstransistors T1 und die Source S des Erfassungstransistors T2 so konfiguriert sein, dass sie auf dem gleichen Potential liegen. Das Signal, beispielsweise die Spannungen Vgs1, Vgs2, das dazu konfiguriert ist, die jeweilige Leitfähigkeit zwischen dem jeweiligen ersten gesteuerten Anschluss S und dem jeweiligen zweiten gesteuerten Anschluss D des ersten und des zweiten Transistors T1, T2 zu steuern, kann für beide Transistoren T1, T2 gleich sein, wenn die Steueranschlüsse (oder Gates) der Transistoren T1, T2 auch mit einem gleichen Potential versorgt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Reguliererschaltung 302 einen Operationsverstärker 304 und einen dritten Transistor T3 umfassen. Ein Eingang des Operationsverstärkers 304 kann zwischen den ersten gesteuerten Anschluss S des ersten Transistors T1 und dem ersten gesteuerten Anschluss S des zweiten Transistors T2 gekoppelt sein. Ein erster Eingang 306, beispielsweise ein positiver Eingang, des Operationsverstärkers 304 kann beispielsweise mit dem ersten gesteuerten Anschluss (oder der Source) S des ersten Transistors (oder Leistungstransistors) T1 gekoppelt sein. Ein zweiter Eingang 308, beispielsweise ein negativer Eingang, des Operationsverstärkers 304 kann mit dem ersten gesteuerten Anschluss (oder der Source) S des zweiten Transistors (oder Erfassungstransistors) T2 gekoppelt sein. Der dritte Transistor T3 kann ein P-Kanal-Transistor sein. Ein erster gesteuerter Anschluss S, beispielsweise eine Source, des dritten Transistors T3 kann mit dem ersten gesteuerten Anschluss S des zweiten Transistors T2 gekoppelt sein. Ein zweiter gesteuerter Anschluss D, beispielsweise ein Drain, des dritten Transistors T3 kann mit einem Ende eines Widerstandes 312 gekoppelt sein. Das andere Ende des Widerstandes 312 kann mit einem ersten Referenzpotential GND, beispielsweise einem Massepotential, verbunden sein. Der Widerstand 312 kann einen Widerstandswert R_Is aufweisen und kann einen Weg für den Strom I2 durch den zweiten Transistor T2 schaffen. Der Widerstand 312 kann verwendet werden, um eine analoge Spannung V_Is, die zum Strom I2 proportional ist, zu liefern. Ein Ausgang 310 des Operationsverstärkers 304 kann mit einem Steueranschluss G des dritten Transistors T3 gekoppelt sein.
Wenn die Spannung (oder Potentialdifferenz) zwischen dem ersten gesteuerten Anschluss S des ersten Transistors T1 und dem ersten gesteuerten Anschluss S des zweiten Transistors T2 positiv ist, kann der Operationsverstärker 304 das Signal an seinem Ausgang 310 erhöhen. Das Signal kann bewirken, dass der dritte Transistor T3 weniger leitet, was zu einem Anstieg des Potentials des ersten gesteuerten Anschlusses S des zweiten Transistors T2 führen kann. Das Potential des ersten gesteuerten Anschlusses S des zweiten Transistors T2 kann zunehmen, bis es das Potential des ersten gesteuerten Anschlusses S des ersten Transistors T1 überschreitet. Wenn die Spannung zwischen dem ersten gesteuerten Anschluss S des ersten Transistors T1 und dem ersten gesteuerten Anschluss S des zweiten Transistors T2 negativ ist, kann der Operationsverstärker 304 das Signal an seinem Ausgang 310 verringern. Das Signal kann bewirken, dass der dritte Transistor T3 mehr leitet, was das Potential des ersten gesteuerten Anschlusses S des zweiten Transistors T2 verringern kann. Folglich steuert die Reguliererschaltung 302 den dritten Transistor T3 so, dass die ersten gesteuerten Anschlüsse S des ersten und des zweiten Transistors T1, T2 auf demselben Potential liegen.
Die in 3 gezeigte Ausführungsform kann ein internes, beispielsweise digitales, Überstromsignal OC sowie ein externes, beispielsweise analoges, Spannungssignal V_Is am Widerstand 312 liefern, das zum Strom I2 proportional ist.
4 zeigt eine Ausführungsform 400 einer Schaltung, die zur in Verbindung mit 3 beschriebenen Schaltung ähnlich sein kann, so dass die in Verbindung mit 3 beschriebenen Merkmale auch für die Schaltung in 4 gelten können. Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Schaltung kann die Schaltung ferner einen vierten Transistor T4 und einen Pegelumsetzer 402 umfassen.
Ein erster gesteuerter Anschluss S, beispielsweise eine Source, des vierten Transistors T4 kann mit dem ersten gesteuerten Anschluss S des dritten Transistors T3 gekoppelt sein. Ein zweiter gesteuerter Anschluss D, beispielsweise ein Drain, des vierten Transistors T4 kann mit dem ersten Referenzpotential GND, beispielsweise einem Massepotential, gekoppelt sein. Der vierte Transistor T4 kann ein P-Kanal-Transistor sein.
Ein erster Anschluss 404, beispielsweise ein positiver Anschluss, des Pegelumsetzers 402 kann mit einem Steueranschluss G des vierten Transistors T4 gekoppelt sein. Ein zweiter Anschluss 406, beispielsweise ein positiver Anschluss, des Pegelumsetzers 402 kann mit dem Steueranschluss G des dritten Transistors T3 gekoppelt sein. Der Pegelumsetzer 402 kann eine Potentialdifferenz oder eine Spannung Voffset zwischen seinem ersten Anschluss 404 und seinem zweiten Anschluss 406 liefern. Er kann das Potential am Steueranschluss G des vierten Transistors T4 erhöhen, so dass es um Voffset höher ist als das Potential am Steueranschluss G des dritten Transistors T3.
Wenn der Widerstand 312 vorhanden ist, kann der Strom I2 durch den dritten Transistor T3 und den Widerstand 312 fließen. Das Potential am ersten gesteuerten Anschluss S des vierten Transistors T4 kann niedriger sein als das Potential am Steueranschluss G des vierten Transistors T4. Der vierte Transistor T4 kann daher ausgeschaltet sein und kein Strom fließt durch ihn.
Der Widerstand 312 kann entfernt werden, wenn es nicht erwünscht ist, den Strom I2 außerhalb der Schaltung 101 unter Verwendung des Spannungsabfalls am Widerstand 312 auszuwerten. Kein Strom fließt durch den dritten Transistor T3. Das Potential am ersten gesteuerten Anschluss S des vierten Transistors T4 kann höher sein als das Potential am Steueranschluss G des vierten Transistors T4. Der vierte Transistor T4 kann daher einschaltet sein und der Strom I2 kann durch ihn fließen. Die Detektionsschaltung 102 kann daher weiterhin ein Strommesssignal oder ein Überstromsignal OC ohne Widerstand 312 liefern.
5 zeigt eine Ausführungsform 500 einer Schaltung, die zur in Verbindung mit 4 beschriebenen Schaltung ähnlich sein kann, so dass die in Verbindung mit 4 beschriebenen Merkmale auch für die Schaltung in 5 gelten können. Im Gegensatz zur in 4 gezeigten Schaltung können der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT) anstelle von MOSFETs sein. IGBTs können die Eigenschaften der Ansteuerung des isolierten Gates von MOSFETs mit der Fähigkeit für einen hohen Strom und eine niedrige Sättigungsspannung eines Bipolartransistors in einer einzelnen Vorrichtung kombinieren. Die Steueranschlüsse können Gateanschlüsse G sein, die ersten gesteuerten Anschlüsse können Emitteranschlüsse E sein und die zweiten gesteuerten Anschlüsse können Kollektoranschlüsse C sein. Der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 können N-Kanal-IGBTs sein. Das Signal, das dazu konfiguriert ist, die jeweilige Leitfähigkeit zwischen dem jeweiligen ersten gesteuerten Anschluss E und dem jeweiligen zweiten gesteuerten Anschluss C zu steuern, kann die jeweilige Spannung Vge1, Vge2 zwischen dem jeweiligen Gateanschluss G und dem jeweiligen Emitteranschluss E sein.
In verschiedenen Ausführungsformen können der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 vertikale Emitter-Down-IGBTs sein. In üblichen vertikalen IGBTs können der Emitteranschluss E und der G-Gateanschluss auf der Oberseite eines Halbleitersubstrats liegen und der Kollektoranschluss C kann auf der entgegengesetzten Seite des Halbleitersubstrats, das heißt auf seiner Rückseite, liegen. Die monolithische Integration von solchen IGBTs kann jedoch auf Anwendungen mit einer gemeinsamen Kollektorverbindung eingeschränkt sein. Ein "Emitter-Down"- oder "Emitter-Substrat-Verbindungs"-IGBT kann einen Kollektor C und einen Gateanschluss G aufweisen, die auf einer ersten Seite eines Halbleitersubstrats angeordnet sind, während der Emitteranschluss E auf einer zweiten Seite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, die entgegengesetzt zur ersten Seite liegt. Die erste Seite kann die Oberseite oder Vorderseite sein, das heißt die Seite, auf der aktive Vorrichtungen typischerweise ausgebildet sind. Die zweite Seite kann die Unterseite oder Rückseite des Wafers sein. Der erste IGBT T1 und der zweite IGBT T2 können sich ein gemeinsames Substrat teilen. Sie können zusammen bearbeitet oder hergestellt werden, das heißt unter Verwendung derselben Halbleiterbearbeitungsschritte und Materialien. Sie können separate, das heißt elektrisch isolierte, Emitter E aufweisen.
Eine Detektionsschaltung 102 kann mit dem Kollektor (oder zweiten gesteuerten Anschluss) C des Erfassungstransistors T2 gekoppelt sein, ohne das Signal zu ändern, beispielsweise die Gate-Emitter-Spannungen Vge1, Vge2, das die Leitfähigkeit zwischen den ersten gesteuerten Anschlüssen E und den zweiten gesteuerten Anschlüssen C steuert.
Der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 können N-Kanal-IGBTs sein. Ausführungsformen mit P-Kanal-IGBT sind jedoch auch möglich.
In anderen Ausführungsformen der in anderen Figuren hier beschriebenen Schaltung können die für den ersten Transistor T1 und den zweiten Transistor T2 verwendeten MOSFETs auch gegen IGBTs ausgetauscht werden.
6 zeigt eine Ausführungsform 600 einer Schaltung, die zu der in Verbindung mit 1 beschriebenen Schaltung ähnlich sein kann, so dass die in Verbindung mit 1 beschriebenen Merkmale auch für die Schaltung in 6 gelten können.
Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Schaltung, in der der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 als Schalter der hohen Seite konfiguriert sind, können der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 von 6 als Schalter der niedrigen Seite konfiguriert sein. Schalter der niedrigen Seite können mit einem niedrigeren Potential als dem Potential, mit dem die Last 122 gekoppelt ist, gekoppelt sein, oder mit anderen Worten, die Last 122 kann mit einem höheren Potential als die Schalter gekoppelt sein. Die ersten gesteuerten Anschlüsse (beispielsweise Sources) S des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 können beispielsweise beide mit dem ersten Referenzpotential GND, beispielsweise mit einem Massepotential, gekoppelt sein. Ein Anschluss der Last 122 kann mit dem Versorgungspotential, beispielsweise Vbat, gekoppelt sein. Der andere Anschluss der Last 122 kann mit dem zweiten gesteuerten Anschluss (beispielsweise Drain) D des ersten Transistors T1 gekoppelt sein.
Ein Pegelumsetzer 104, beispielsweise eine Ladungspumpe, wie in der Ausführungsform von 1 gezeigt, kann für die in 6 gezeigte Schaltung nicht erforderlich sein, um die jeweilige Leitfähigkeit zwischen dem jeweiligen ersten gesteuerten Anschluss S und dem jeweiligen zweiten gesteuerten Anschluss D zu steuern. Das Signal Vcontrol kann mit den Gates gekoppelt sein und muss nicht auf einen Pegel angehoben werden, der höher ist als das Versorgungspotential Vbat. Eine positive Spannung Vgs1, Vgs2, die kleiner ist als Vbat, kann den ersten N-Kanal-Transistor T1 und den zweiten Transistor T2 leitend machen.
Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Schaltung, in der der Komparator 108 über den Widerstand 106 gekoppelt ist, ist der erste Eingang 110 des Komparators 108, beispielsweise ein positiver Eingang, mit dem Anschluss der Last 122 gekoppelt, der nicht mit dem Versorgungspotential (beispielsweise Vbat) gekoppelt ist. Ein zweiter Eingang 112 des Komparators 108, beispielsweise ein negativer Eingang, kann mit dem Anschluss des Widerstandes 106 gekoppelt bleiben, der nicht mit dem Versorgungspotential (beispielsweise Vbat) gekoppelt ist. Die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Eingang 110 und dem zweiten Eingang 112 kann durch I1·R_load – I2·R_sense gegeben sein. Sie kann positiv sein, wenn der Strom I1 größer ist als ein bestimmter Wert des Stroms I2, und kann negativ sein, wenn der Strom I1 kleiner ist als der bestimmte Wert des Stroms I2.
7 zeigt eine Ausführungsform 700 einer Schaltung, die zur in Verbindung mit 3 beschriebenen Schaltung ähnlich sein kann, so dass die in Verbindung mit 3 beschriebenen Merkmale auch für die Schaltung in 7 gelten können.
Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Schaltung, in der der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 als Schalter der hohen Seite konfiguriert sind, können der erste Transistor (oder Leistungstransistor) T1 und der zweite Transistor (oder Erfassungstransistor) T2 als Schalter der niedrigen Seite konfiguriert sein. Die ersten gesteuerten Anschlüsse (beispielsweise Sources) S des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 können beide mit dem ersten Referenzpotential GND, beispielsweise mit einem Massepotential, gekoppelt sein. Die Last 122 kann zwischen ein erstes Versorgungspotential, beispielsweise Vbat, und den zweiten gesteuerten Anschluss (beispielsweise Drain) D des ersten Transistors T1 gekoppelt sein. Der zweite gesteuerte Anschluss D des zweiten Transistors T2 kann mit einem zweiten Versorgungspotential VS gekoppelt sein. Das erste Versorgungspotential Vbat und das zweite Versorgungspotential VS können voneinander verschieden sein. Mit anderen Worten, der Erfassungsweg und der Lastweg können durch verschiedene Quellen oder Spannungen gespeist werden. Der Widerstand 312 der in 3 gezeigten Schaltung kann für die Schaltung in 7 entfernt werden.
Eine Ladungspumpe 104, wie in der Ausführungsform von 3 gezeigt, kann für die in 7 gezeigte Schaltung nicht erforderlich sein, da positive Spannungen Vgs1, Vgs2, die kleiner sind als VS und Vbat, den ersten N-Kanal-Transistor T1 und den zweiten Transistor T2 leitend machen können.
Die Regulierungsschaltung 302 kann dazu konfiguriert sein, das Potential des zweiten gesteuerten Anschlusses (oder Drain) D des zweiten Transistors T2 so zu regulieren, dass er dasselbe Potential wie das Potential des zweiten gesteuerten Anschlusses (oder Drain) D des ersten Transistors T1 aufweist. Ein erster Eingang 306, beispielsweise ein positiver Eingang, des Operationsverstärkers 304 kann mit dem zweiten gesteuerten Anschluss D des ersten Transistors T1 gekoppelt sein. Ein zweiter Eingang 308, beispielsweise ein negativer Eingang, des Operationsverstärkers 304 kann mit dem zweiten gesteuerten Anschluss D des zweiten Transistors T2 gekoppelt sein. Der dritte Transistor T3 der Regulierungsschaltung 302 kann ein N-Kanal-Transistor sein. Er kann einen ersten gesteuerten Anschluss S (oder Source) aufweisen, der mit dem zweiten gesteuerten Anschluss D des zweiten Transistors T2 gekoppelt (oder verbunden) ist. Der zweite gesteuerte Anschluss D (oder Drain) des dritten Transistors T3 kann mit der zweiten Versorgungsspannung VS, beispielsweise über die Detektionsschaltung 102, beispielsweise über den Erfassungswiderstand 106, gekoppelt sein.
In einer anderen Ausführungsform kann ein P-Kanal-Transistor anstelle des N-Kanal-Transistors für den dritten Transistor T3 verwendet werden. Ein erster Eingang 306, beispielsweise ein positiver Eingang, des Operationsverstärkers 304 kann mit dem zweiten gesteuerten Anschluss D des zweiten Transistors T2 gekoppelt sein. Ein zweiter Eingang 308, beispielsweise ein negativer Eingang, des Operationsverstärkers 304 kann mit dem zweiten gesteuerten Anschluss D des ersten Transistors T1 gekoppelt sein. In beiden Ausführungsformen kann die Detektionsschaltung 102 mit dem zweiten gesteuerten Anschluss D des zweiten Transistors T2 gekoppelt sein und verursacht nicht, dass die Spannungen Vgs1 und Vgs2 sich voneinander unterscheiden.
8 zeigt eine Ausführungsform 800 einer Schaltung, die zur in Verbindung mit 6 beschriebenen Schaltung ähnlich sein kann, so dass die in Verbindung mit 6 beschriebenen Merkmale auch für die Schaltung in 8 gelten können.
Die in 8 gezeigte Schaltung kann entgegengesetzte Polaritäten zu den Polaritäten der in 6 gezeigten Schaltung aufweisen. Mit anderen Worten, ein N-Kanal-Transistor kann durch einen P-Kanal-Transistor ersetzt sein und umgekehrt, eine positive Polarität kann durch eine negative Polarität ersetzt sein und umgekehrt. Im Gegensatz zu der in 6 gezeigten Schaltung, in der der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 als Schalter der niedrigen Seite konfiguriert sind, können der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 in 8 als Schalter der hohen Seite konfiguriert sein. Ferner können sie P-Kanal-Transistoren anstatt N-Kanal-Transistoren sein. Die ersten gesteuerten Anschlüsse S (beispielsweise Sources) des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 können beide mit dem Versorgungspotential Vbat gekoppelt sein. Die Last 122 kann zwischen das erste Referenzpotential GND, beispielsweise ein Massepotential, und den zweiten gesteuerten Anschluss D (beispielsweise Drain) des ersten Transistors T1 gekoppelt sein. Der Erfassungswiderstand 106 kann zwischen das erste Referenzpotential GND und den zweiten gesteuerten Anschluss D (beispielsweise Drain) des zweiten Transistors T2 gekoppelt sein.
Eine Ladungspumpe kann wieder nicht erforderlich sein. Das Signal Vcontrol kann dazu konfiguriert sein, die jeweilige Leitfähigkeit zwischen den ersten gesteuerten Anschlüssen S und den zweiten gesteuerten Anschlüssen D zu steuern. Es kann auf das Versorgungspotential Vbat bezogen sein und kann Spannungen Vgs1, Vgs2, die in Bezug auf die ersten gesteuerten Anschlüsse S negativ sind, liefern, um den ersten P-Kanal-Transistor T1 und den zweiten Transistor T2 leitend zu machen.
Ein erster Eingang 110 des Komparators 108, beispielsweise ein positiver Eingang, kann mit dem Anschluss des Erfassungswiderstandes 106 gekoppelt sein, der nicht mit dem ersten Referenzpotential GND gekoppelt ist. Ein zweiter Eingang 112 des Komparators 108, beispielsweise ein negativer Eingang, kann mit dem Anschluss der Last 122 gekoppelt sein, der nicht mit dem ersten Referenzpotential GND gekoppelt ist. Die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Eingang 110 und dem zweiten Eingang 112 kann durch I2·R_sense – I1·R_load gegeben sein. Sie kann positiv sein, wenn der Strom I2 größer ist als ein bestimmter Wert des Stroms I1, und kann negativ sein, wenn der Strom I2 kleiner ist als ein bestimmter Wert des Stroms I1. Wiederum kann die Detektionsschaltung 102 mit dem zweiten gesteuerten Anschluss D des zweiten Transistors T2 gekoppelt sein und verursacht nicht, dass sich die Spannungen Vgs1 und Vgs2 voneinander unterscheiden.
9 zeigt eine Ausführungsform 900 einer Schaltung, die zur in Verbindung mit 8 beschriebenen Schaltung ähnlich sein kann, so dass die in Verbindung mit 8 beschriebenen Merkmale auch für die Schaltung in 9 gelten können.
Im Gegensatz zu der in 8 gezeigten Schaltung, in der der Erfassungswiderstand 106 zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss D des zweiten Transistors T2 und das erste Referenzpotential GND gekoppelt sein kann, kann der Erfassungswiderstand 106 in 9 zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss D des zweiten Transistors T2 und den zweiten gesteuerten Anschluss D des ersten Transistors T1 gekoppelt sein.
Der Strom I2, der durch den Erfassungswiderstand 106 fließt, kann zusammen mit dem Strom I1 durch die Last 122 fließen. Kein Strom geht aufgrund der Erfassung unter Verwendung des zweiten Transistors T2 verloren, was die Effizienz der Schaltung erhöhen kann. Der Erfassungswiderstand 106 kann ein interner Widerstand sein. Ein externer Erfassungswiderstand kann optional sein.
Die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Eingang 110 und dem zweiten Eingang 112 des Komparators 108 kann durch I2·R_sense gegeben sein. Wiederum kann die Detektionsschaltung 102 mit dem zweiten gesteuerten Anschluss D des zweiten Transistors T2 gekoppelt sein und beeinflusst die Spannung Vgs1 und Vgs2 nicht.
10 zeigt eine Ausführungsform 1000 einer Schaltung, die zur in Verbindung mit 7 beschriebenen Schaltung ähnlich sein kann, so dass die in Verbindung mit 7 beschriebenen Merkmale auch für die Schaltung in 10 gelten können.
Die in 10 gezeigte Schaltung kann entgegengesetzte Polaritäten zu den Polaritäten der in 7 gezeigten Schaltung aufweisen. Mit anderen Worten, ein N-Kanal-Transistor kann durch einen P-Kanal-Transistor ersetzt sein und umgekehrt, eine positive Polarität kann durch eine negative Polarität ersetzt sein und umgekehrt. Im Gegensatz zu der in 7 gezeigten Schaltung, in der der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 als Schalter der niedrigen Seite konfiguriert sind, können der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 in 10 als Schalter der hohen Seite konfiguriert sein. Der erste N-Kanal-Transistor T1, der mit Masse GND (Schalter der niedrigen Seite) in 7 gekoppelt ist, kann zu einem ersten P-Kanal-Transistor T1 werden, der mit einem Versorgungspotential Vbat (Schalter der hohen Seite) in 10 gekoppelt ist. Das Signal Vcontrol wird zu einer negativen Spannung in Bezug auf das Versorgungspotential Vbat. Der dritte N-Kanal-Transistor T3 in 7 wird zu einem dritten P-Kanal-Transistor T3 in 10. Die Detektionsschaltung 102, die mit dem Versorgungspotential VS in 7 gekoppelt ist, ist mit dem ersten Referenzpotential GND in 10 gekoppelt.
Wie in den anderen in 8 und 9 gezeigten P-Kanal-Schaltungen der hohen Seite bleibt das Signal, das die Leitfähigkeit zwischen dem ersten gesteuerten Anschluss S und dem zweiten gesteuerten Anschluss D steuert, beispielsweise Vgs1, Vgs2, von der Stromdetektion unbeeinflusst. Obwohl 10 die Last 122 und den Erfassungswiderstand 106 mit demselben ersten Referenzpotential GND gekoppelt zeigt, können sie auch mit verschiedenen Referenzpotentialen gekoppelt sein, ähnlich zu den verschiedenen Versorgungspotentialen VS und Vbat, die in 7 gezeigt sind.
11 zeigt eine Ausführungsform 1100 einer Schaltung, die zur in Verbindung mit 3 beschriebenen Schaltung ähnlich sein kann, so dass die in Verbindung mit 3 beschriebenen Merkmale auch für die Schaltung in 11 gelten können.
Die in 11 gezeigte Schaltung kann entgegengesetzte Polaritäten zu den Polaritäten der in 3 gezeigten Schaltung aufweisen. Mit anderen Worten, ein N-Kanal-Transistor kann durch einen P-Kanal-Transistor ersetzt sein und umgekehrt, und eine positive Polarität kann durch eine negative Polarität ersetzt sein und umgekehrt. Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Schaltung, in der der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 als Schalter der niedrigen Seite konfiguriert sind, können der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 in 11 als Schalter der hohen Seite konfiguriert sein. Der zweite gesteuerte Anschluss D des ersten N-Kanal-Transistors T1, der mit dem Versorgungspotential Vbat (Schalter der hohen Seite) in 3 gekoppelt ist, wird beispielsweise zum zweiten gesteuerten Anschluss D eines ersten P-Kanal-Transistors T1, der mit Masse (Schalter der niedrigen Seite) in 11 gekoppelt ist. Der dritte P-Kanal-Transistor T3 in 3 wird zu einem dritten N-Kanal-Transistor T3 in 11. In 11 kann der Pegelumsetzer (oder die Ladungspumpe) 104 das Signal Vcontrol in eine Spannung umsetzen, die in Bezug auf die Potentiale der ersten gesteuerten Anschlüsse S negativ ist, anstatt es in eine Spannung umzusetzen, die in Bezug auf das erste Referenzpotential GND positiv ist, wie in 3. Die Last 122 und der Erfassungswiderstand 102 können mit verschiedenen Versorgungspotentialen, beispielsweise VS und Vbat, gekoppelt sein. Sie können jedoch auch mit demselben zweiten Versorgungspotential gekoppelt sein. Der Erfassungswiderstand 106 in 11 ist nun zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss D des zweiten Transistors T2 und das erste Referenzpotential GND gekoppelt, anstatt zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss D und das Versorgungspotential Vbat gekoppelt zu sein, wie in 3. Der Widerstand 312 kann wieder einen Weg für den Strom I2 durch den zweiten Transistor T2 bereitstellen.
Die Signale, die die jeweilige Leitfähigkeit zwischen dem jeweiligen ersten gesteuerten Anschluss S und dem jeweiligen zweiten gesteuerten Anschluss D steuern, beispielsweise Vgs1 und Vgs2, bleiben durch die Stromdetektion unbeeinflusst.
12 zeigt eine Ausführungsform 1200 einer Schaltung, die zur in Verbindung mit 11 beschriebenen Schaltung ähnlich sein kann, so dass die in Verbindung mit 11 beschriebenen Merkmale auch für die Schaltung in 12 gelten können.
Im Gegensatz zu der in 11 gezeigten Schaltung ist kein Widerstand zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss D des zweiten Transistors T2 und das erste Referenzpotential GND gekoppelt. Stattdessen ist der zweite gesteuerte Anschluss D des zweiten Transistors T2 direkt mit dem ersten Referenzpotential GND verbunden. Der Komparator 108 ist über einen Widerstand gekoppelt, der zwischen das Versorgungspotential Vs und den zweiten gesteuerten Anschluss D des dritten Transistors T3 gekoppelt ist.
Die in 11 gezeigte Schaltung kann auch zu der in Verbindung mit 7 beschriebenen Schaltung ähnlich sein, so dass die in Verbindung mit 7 beschriebenen Merkmale auch für die Schaltung in 12 gelten können. Im Gegensatz zu der in 7 gezeigten Schaltung, in der der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 N-Kanal-Transistoren sind, können der erste Transistor (oder Leistungstransistor) T1 und der zweite Transistor (oder Erfassungstransistor) T2 in 12 P-Kanal-Transistoren sein. Ein Pegelumsetzer 104 oder eine Ladungspumpe kann erforderlich sein, um Spannungen Vgs1 und Vgs2 zu liefern, die in Bezug auf den ersten gesteuerten Anschluss S negativ sind, um den ersten P-Kanal-Transistor T1 und den zweiten Transistor T2 leitend zu machen. Wiederum kann das Signal, das die Leitfähigkeit zwischen dem ersten gesteuerten Anschluss S und dem zweiten gesteuerten Anschluss D steuert, beispielsweise Vgs1 und Vgs2, durch die Stromdetektion unbeeinflusst bleiben, da die Sourcepotentiale des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 durch die Reguliererschaltung 302 so reguliert werden, dass sie denselben Wert aufweisen.
13 zeigt eine Ausführungsform 1300 eines Verfahrens zum Messen eines Stroms, beispielsweise durch einen Transistor, beispielsweise durch einen Leistungstransistor. Das Verfahren kann die Schritte 1302, 1304 und 1306 umfassen.
In Schritt 1302 kann ein Erfassungstransistor mit einem Leistungstransistor parallel gekoppelt werden.
In Schritt 1304 kann ein gleiches Steuersignal an den Erfassungstransistor und an den Leistungstransistor angelegt werden. Dasselbe Steuersignal kann dazu konfiguriert sein, einen Stromfluss durch den Erfassungstransistor zu steuern und einen Stromfluss durch den Leistungstransistor zu steuern. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Anlegen desselben Steuersignals an den Erfassungstransistor und an den Leistungstransistor das Anlegen eines gleichen ersten Potentials, beispielsweise eines Gatepotentials, an einen ersten Steueranschluss, beispielsweise Gate, des Erfassungstransistors und an einen ersten Steueranschluss, ein Gate, des Leistungstransistors und das Einstellen eines ersten gesteuerten Anschlusses, beispielsweise einer Source, des Erfassungstransistors und eines ersten gesteuerten Anschlusses, beispielsweise einer Source, des Leistungstransistors so, dass sie ein gleiches zweites Potential, beispielsweise ein Sourcepotential, aufweisen, umfassen.
In Schritt 1306 kann ein Strom durch den Erfassungstransistor detektiert werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Detektieren des Stroms durch den Erfassungstransistor das Detektieren einer Spannung über einem Erfassungswiderstand, der mit einem zweiten gesteuerten Anschluss oder Drain des Erfassungstransistors gekoppelt ist, umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Koppeln eines Versorgungseingangs einer Detektionsschaltung mit einer nicht schwebenden oder festen Spannung umfassen. Die nicht schwebende oder feste Spannung kann eine Versorgungsspannung beispielsweise für die Last, den Erfassungstransistor oder den Leistungstransistor, beispielsweise Vbat oder VS, sein, die auf ein anderes Potential, beispielsweise ein Massepotential GND, bezogen ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner die Herstellung eines Leistungstransistors und eines Erfassungstransistors auf einem gleichen Halbleitersubstrat umfassen, wobei ein zweiter gesteuerter Anschluss (oder Drain) des Leistungstransistors von einem zweiten gesteuerten Anschluss (oder Drain) des Erfassungstransistors separat oder elektrisch isoliert ist.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen speziell gezeigt und beschrieben wurde, sollte für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich sein, dass verschiedene Änderungen in der Form und im Detail darin durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzuweichen. Der Schutzbereich der Offenbarung ist folglich durch die beigefügten Ansprüche angegeben und alle Änderungen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen daher umfasst sein.
Alternativ und/oder zusätzlich soll der Schutzbereich der Offenbarung spezifisch ohne Begrenzung zumindest die in den nummerierten Abschnitten nachstehend beschriebenen Ausführungsformen umfassen. Äquivalente davon sollen auch explizit umfasst sein.

1. Schaltung, die dazu konfiguriert ist, einen Strom von einer Versorgungsspannung zu einer Last zuzuführen, die Folgendes umfasst: einen ersten Transistor; einen zweiten Transistor; und eine Detektionsschaltung, die dazu konfiguriert ist, einen Strom durch den zweiten Transistor zu detektieren; wobei der erste Transistor eine größere aktive Fläche aufweist als der zweite Transistor; wobei eine gleiche Spannung zwischen einem Steueranschluss des ersten Transistors und einem ersten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors angelegt wird und zwischen einem Steueranschluss des zweiten Transistors und einem ersten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors angelegt wird; wobei die Detektionsschaltung mit dem zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist; und wobei die Detektionsschaltung mit der Versorgungsspannung gekoppelt ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor beide einer sind von: Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, wobei die Steueranschlüsse Gateanschlüsse sind, die ersten gesteuerten Anschlüsse Sourceanschlüsse sind und die zweiten gesteuerten Anschlüsse Drainanschlüsse sind; und Bipolartransistoren mit isoliertem Gate, wobei die Steueranschlüsse Gateanschlüsse sind, die ersten gesteuerten Anschlüsse Emitteranschlüsse sind und die zweiten gesteuerten Anschlüsse Kollektoranschlüsse sind.
3. Schaltung nach Abschnitt 1 oder 2, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor einer sind von: vertikalen Transistoren mit gemeinsamer Source, die auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind; wobei der erste Transistor und der zweite Transistor separate Drainelektroden aufweisen; und vertikalen Transistoren mit gemeinsamem Emitter, die auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind; wobei der erste Transistor und der zweite Transistor separate Kollektorelektroden aufweisen.
4. Schaltung nach einem der Abschnitte 1 bis 3, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor Folgendes sind: Source-Down-Transistoren im Fall von vertikalen Transistoren mit gemeinsamer Source; und Emitter-Down-Transistoren im Fall von vertikalen Transistoren mit gemeinsamem Emitter.
5. Schaltung nach einem der Abschnitte 1 bis 4, die ferner Folgendes umfasst: eine Reguliererschaltung, die dazu konfiguriert ist, einen einzustellen: des ersten gesteuerten Anschlusses des ersten Transistors und des ersten gesteuerten Anschlusses des zweiten Transistors, so dass sie ein gleiches Potential aufweisen; und des zweiten gesteuerten Anschlusses des ersten Transistors und des zweiten gesteuerten Anschlusses des zweiten Transistors, so dass sie ein gleiches Potential aufweisen.
6. Schaltung nach Abschnitt 5, wobei die Reguliererschaltung einen Operationsverstärker und einen dritten Transistor umfasst; wobei ein Ausgang des Operationsverstärkers mit einem Steueranschluss des dritten Transistors gekoppelt ist; falls die Reguliererschaltung dazu konfiguriert ist, den ersten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors und den ersten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors so einzustellen, dass sie ein gleiches Potential aufweisen, ein erster gesteuerter Anschluss des dritten Transistors mit dem ersten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist; und ein Eingang des Operationsverstärkers zwischen den ersten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors und den ersten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist; und falls die Reguliererschaltung dazu konfiguriert ist, den zweiten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors und den zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors so einzustellen, dass sie ein gleiches Potential aufweisen, ein erster gesteuerter Anschluss des dritten Transistors mit dem zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist; und ein Eingang des Operationsverstärkers zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors und den zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist.
7. Schaltung nach Abschnitt 6, die ferner Folgendes umfasst: einen Widerstand, der mit dem ersten gesteuerten Anschluss des dritten Transistors gekoppelt ist; und/oder einen vierten Transistor mit einem Pegelumsetzer, wobei ein zweiter gesteuerter Anschluss des vierten Transistors mit dem zweiten gesteuerten Anschluss des dritten Transistors gekoppelt ist, und ein Steueranschluss des vierten Transistors mit dem Steueranschluss des dritten Transistors über den Pegelumsetzer gekoppelt ist.
8. Schaltung nach einem der Abschnitte 1 bis 7, wobei die Detektionsschaltung einen Widerstand umfasst, der gekoppelt ist zwischen entweder: ein Massepotential und den zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors; ein Versorgungspotential und den zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors; oder den zweiten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors und den zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors.
9. Schaltung nach Abschnitt 8, wobei die Detektionsschaltung ferner einen Komparator umfasst, der über den Widerstand gekoppelt ist, wobei der Komparator mit der Versorgungsspannung verbunden ist.
10. Schaltung nach Abschnitt 8, wobei der zweite gesteuerte Anschluss des ersten Transistors und der zweite gesteuerte Anschluss des zweiten Transistors mit einem gemeinsamen Versorgungspotential gekoppelt sind; und der Komparator durch das gemeinsame Versorgungspotential gespeist wird.
11. Schaltung nach Abschnitt 8, wobei der zweite gesteuerte Anschluss des ersten Transistors mit einem ersten Versorgungspotential gekoppelt ist; der zweite gesteuerte Anschluss des zweiten Transistors mit einem zweiten Versorgungspotential gekoppelt ist; und der Komparator durch das zweite Versorgungspotential gespeist wird.
12. Schalter mit Überstromschutz, der Folgendes umfasst: einen Leistungstransistor; einen Erfassungstransistor; einen Erfassungswiderstand; und eine Überstrom-Detektionsschaltung, wobei der Leistungstransistor und der Erfassungstransistor auf einem gemeinsamen Substrat als Source-Down-Transistoren mit jeweiligen Drains integriert sind; wobei der Erfassungswiderstand mit einem Drainanschluss des Erfassungstransistors gekoppelt ist; und wobei die Überstrom-Detektionsschaltung dazu konfiguriert ist, einen Spannungsabfall über dem Erfassungswiderstand zu detektieren.
13. Schalter nach Abschnitt 12, wobei ein Gate des Leistungstransistors und ein Gate des Erfassungstransistors miteinander gekoppelt sind; und eine Source des Leistungstransistors und eine Source des Erfassungstransistors so konfiguriert sind, dass sie auf demselben Potential liegen.
14. Schalter nach Abschnitt 12 oder 13, wobei der Drainanschluss des Erfassungstransistors und die Überstrom-Detektionsschaltung mit einem gleichen Versorgungspotential verbunden sind.
15. Schalter nach einem der Abschnitte 12 bis 14, wobei der Drain des Leistungstransistors im Substrat vom Drain des Erfassungstransistors isoliert ist.
16. Verfahren zum Messen eines Stroms durch einen Leistungstransistor, der dazu konfiguriert ist, einen Strom von einer Versorgungsspannung zu einer Last zuzuführen, das Folgendes umfasst: Koppeln eines Erfassungstransistors parallel mit dem Leistungstransistor; Anlegen eines gleichen Steuersignals an den Erfassungstransistor und an den Leistungstransistor, wobei dasselbe Steuersignal dazu konfiguriert ist, einen Stromfluss durch den Erfassungstransistor zu steuern und einen Stromfluss durch den Leistungstransistor zu steuern; und Detektieren eines Stroms durch den Erfassungstransistor.
17. Verfahren nach Abschnitt 16, wobei das Anlegen desselben Steuersignals an den Erfassungstransistor und an den Leistungstransistor Folgendes umfasst: Anlegen eines ersten gleichen Potentials an einen Steueranschluss des Erfassungstransistors und an einen Steueranschluss des Leistungstransistors, und Einstellen eines ersten gesteuerten Anschlusses des Erfassungstransistors und eines ersten gesteuerten Anschlusses des Leistungstransistors so, dass sie ein zweites gleiches Potential aufweisen.
18. Verfahren nach Abschnitt 16 oder 17, wobei das Detektieren des Stroms durch den Erfassungstransistor Folgendes umfasst: Detektieren einer Spannung über einem Erfassungswiderstand, der mit einem zweiten gesteuerten Anschluss des Erfassungstransistors gekoppelt ist.
19. Verfahren nach einem der Abschnitte 16 bis 18, das ferner Folgendes umfasst: Versorgen einer Detektionsschaltung, die dazu konfiguriert ist, den Strom durch den Erfassungstransistor zu detektieren, mit der Versorgungsspannung.
20. Verfahren nach einem der Abschnitte 16 bis 19, das ferner Folgendes umfasst: Herstellen des Leistungstransistors und des Erfassungstransistors auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat, wobei ein zweiter gesteuerter Anschluss des Leistungstransistors von einem zweiten gesteuerten Anschluss des Erfassungstransistors separat ist.

Claims

Schaltung (101), die dazu konfiguriert ist, einen Strom von einer Versorgungsspannung zu einer Last zuzuführen, die Folgendes umfasst: einen ersten Transistor (T1); einen zweiten Transistor (T2); und eine Detektionsschaltung (102), die dazu konfiguriert ist, einen Strom durch den zweiten Transistor (T2) zu detektieren; wobei der erste Transistor (T1) eine größere aktive Fläche aufweist als der zweite Transistor (T2); wobei eine gleiche Spannung zwischen einem Steueranschluss des ersten Transistors (T1) und einem ersten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors (T1) angelegt wird und zwischen einem Steueranschluss des zweiten Transistors (T2) und einem ersten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2) angelegt wird; wobei die Detektionsschaltung (102) mit dem zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2) gekoppelt ist; und wobei die Detektionsschaltung (102) mit der Versorgungsspannung gekoppelt ist.
Schaltung (101) nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor (T1) und der zweite Transistor (T2) beide einer sind von: Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, wobei die Steueranschlüsse Gateanschlüsse sind, die ersten gesteuerten Anschlüsse Sourceanschlüsse sind und die zweiten gesteuerten Anschlüsse Drainanschlüsse sind; und Bipolartransistoren mit isoliertem Gate, wobei die Steueranschlüsse Gateanschlüsse sind, die ersten gesteuerten Anschlüsse Emitteranschlüsse sind und die zweiten gesteuerten Anschlüsse Kollektoranschlüsse sind.
Schaltung (101) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Transistor (T1) und der zweite Transistor (T2) einer sind von: vertikalen Transistoren mit gemeinsamer Source, die auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind; wobei der erste Transistor (T1) und der zweite Transistor (T2) separate Drainelektroden aufweisen; und vertikalen Transistoren mit gemeinsamem Emitter, die auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind; wobei der erste Transistor (T1) und der zweite Transistor (T2) separate Kollektorelektroden aufweisen.
Schaltung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Transistor (T1) und der zweite Transistor (T2) Folgendes sind: Source-Down-Transistoren im Fall von vertikalen Transistoren mit gemeinsamer Source; und Emitter-Down-Transistoren im Fall von vertikalen Transistoren mit gemeinsamem Emitter.
Schaltung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner Folgendes umfasst: eine Reguliererschaltung, die dazu konfiguriert ist, einen einzustellen: des ersten gesteuerten Anschlusses des ersten Transistors (T1) und des ersten gesteuerten Anschlusses des zweiten Transistors (T2), so dass sie ein gleiches Potential aufweisen; und des zweiten gesteuerten Anschlusses des ersten Transistors (T1) und des zweiten gesteuerten Anschlusses des zweiten Transistors (T2), so dass sie ein gleiches Potential aufweisen.
Schaltung (101) nach Anspruch 5, wobei die Reguliererschaltung einen Operationsverstärker und einen dritten Transistor umfasst; wobei ein Ausgang des Operationsverstärkers mit einem Steueranschluss des dritten Transistors gekoppelt ist; falls die Reguliererschaltung dazu konfiguriert ist, den ersten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors (T1) und den ersten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2) so einzustellen, dass sie ein gleiches Potential aufweisen, ein erster gesteuerter Anschluss des dritten Transistors mit dem ersten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2) gekoppelt ist; und ein Eingang des Operationsverstärkers zwischen den ersten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors (T1) und den ersten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2) gekoppelt ist; und falls die Reguliererschaltung dazu konfiguriert ist, den zweiten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors (T1) und den zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2) so einzustellen, dass sie ein gleiches Potential aufweisen, ein erster gesteuerter Anschluss des dritten Transistors mit dem zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2) gekoppelt ist; und ein Eingang des Operationsverstärkers zwischen den zweiten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors (T1) und den zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2) gekoppelt ist; wobei optional die Schaltung (101) ferner Folgendes umfasst: einen Widerstand, der mit dem ersten gesteuerten Anschluss des dritten Transistors gekoppelt ist; und/oder einen vierten Transistor mit einem Pegelumsetzer, wobei ein zweiter gesteuerter Anschluss des vierten Transistors mit dem zweiten gesteuerten Anschluss des dritten Transistors gekoppelt ist, und ein Steueranschluss des vierten Transistors mit dem Steueranschluss des dritten Transistors über den Pegelumsetzer gekoppelt ist.
Schaltung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Detektionsschaltung (102) einen Widerstand umfasst, der gekoppelt ist zwischen: ein Massepotential und den zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2); ein Versorgungspotential und den zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2); oder den zweiten gesteuerten Anschluss des ersten Transistors (T1) und den zweiten gesteuerten Anschluss des zweiten Transistors (T2); wobei optional die Detektionsschaltung (102) ferner einen Komparator umfasst, der über den Widerstand gekoppelt ist, wobei der Komparator mit der Versorgungsspannung verbunden ist.
Schaltung (101) nach Anspruch 7, wobei der zweite gesteuerte Anschluss des ersten Transistors (T1) und der zweite gesteuerte Anschluss des zweiten Transistors (T2) mit einem gemeinsamen Versorgungspotential gekoppelt sind; und der Komparator durch das gemeinsame Versorgungspotential gespeist wird.
Schaltung (101) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der zweite gesteuerte Anschluss des ersten Transistors (T1) mit einem ersten Versorgungspotential gekoppelt ist; der zweite gesteuerte Anschluss des zweiten Transistors (T2) mit einem zweiten Versorgungspotential gekoppelt ist; und der Komparator durch das zweite Versorgungspotential gespeist wird.
Schalter mit Überstromschutz, der Folgendes umfasst: einen Leistungstransistor; einen Erfassungstransistor; einen Erfassungswiderstand; und eine Überstrom-Detektionsschaltung, wobei der Leistungstransistor und der Erfassungstransistor auf einem gemeinsamen Substrat als Source-Down-Transistoren mit jeweiligen Drains integriert sind; wobei der Erfassungswiderstand mit einem Drainanschluss des Erfassungstransistors gekoppelt ist; und wobei die Überstrom-Detektionsschaltung dazu konfiguriert ist, einen Spannungsabfall über dem Erfassungswiderstand zu detektieren.
Schalter nach Anspruch 10, wobei ein Gate des Leistungstransistors und ein Gate des Erfassungstransistors miteinander gekoppelt sind; und eine Source des Leistungstransistors und eine Source des Erfassungstransistors so konfiguriert sind, dass sie auf demselben Potential liegen.
Schalter nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Drainanschluss des Erfassungstransistors und die Überstrom-Detektionsschaltung mit einem gleichen Versorgungspotential verbunden sind.
Schalter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Drain des Leistungstransistors im Substrat vom Drain des Erfassungstransistors isoliert ist.
Verfahren zum Messen eines Stroms durch einen Leistungstransistor, der dazu konfiguriert ist, einen Strom von einer Versorgungsspannung zu einer Last zuzuführen, das Folgendes umfasst: Koppeln eines Erfassungstransistors parallel mit dem Leistungstransistor; Anlegen eines gleichen Steuersignals an den Erfassungstransistor und an den Leistungstransistor, wobei dasselbe Steuersignal dazu konfiguriert ist, einen Stromfluss durch den Erfassungstransistor zu steuern und einen Stromfluss durch den Leistungstransistor zu steuern; und Detektieren eines Stroms durch den Erfassungstransistor.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Anlegen desselben Steuersignals an den Erfassungstransistor und an den Leistungstransistor Folgendes umfasst: Anlegen eines ersten gleichen Potentials an einen Steueranschluss des Erfassungstransistors und an einen Steueranschluss des Leistungstransistors, und Einstellen eines ersten gesteuerten Anschlusses des Erfassungstransistors und eines ersten gesteuerten Anschlusses des Leistungstransistors so, dass sie ein zweites gleiches Potential aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Detektieren des Stroms durch den Erfassungstransistor Folgendes umfasst: Detektieren einer Spannung über einem Erfassungswiderstand, der mit einem zweiten gesteuerten Anschluss des Erfassungstransistors gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, das ferner Folgendes umfasst: Versorgen einer Detektionsschaltung, die dazu konfiguriert ist, den Strom durch den Erfassungstransistor zu detektieren, mit der Versorgungsspannung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, das ferner Folgendes umfasst: Herstellen des Leistungstransistors und des Erfassungstransistors auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat, wobei ein zweiter gesteuerter Anschluss des Leistungstransistors von einem zweiten gesteuerten Anschluss des Erfassungstransistors separat ist.