TWI879222B

TWI879222B - 線性離散rdson溫度vgs補償

Info

Publication number: TWI879222B
Application number: TW112143404A
Authority: TW
Inventors: 李承柱
Original assignee: 加拿大商萬國半導體國際有限合夥公司
Priority date: 2022-11-22
Filing date: 2023-11-10
Publication date: 2025-04-01
Also published as: CN118068905A; TW202423053A; US12055565B2; US20240175901A1

Abstract

一種功率MOSFET汲極-源極導通電阻（R _dson）補償裝置，包括被配置為接收與功率MOSFET兩端的電壓降成比例的輸入訊號、溫度相關訊息和閘極-源極電壓相關訊息的電路。所述電路包括控制邏輯和第一線性離散分壓器，其中所述第一線性離散電壓分壓器被配置為基於來自所述控制邏輯的至少一個補償控制訊號來輸出補償電壓，所述補償控制訊號基於所述溫度相關訊息或閘極-源極電壓相關訊息中的至少一者。

Description

線性離散RDSON溫度VGS補償

本發明的各個方面主要涉及金屬氧化物半導體場效應電晶體（MOSFET）器件中的電流傳感，並且更具體地涉及MOSFET中的溫度和閘極驅動電壓（V _GS）補償，所述MOSFET在處於導通狀態時使用MOSFET兩端的電阻（R _dson）來進行電流傳感。

在用於電壓調節（voltage regulation, VR）和電流調節（current regulation, CR）的電力系統中，電流訊息對於輸出調節和保護是重要的。許多功率轉換器系統通過計算由電流傳感電阻器（例如，已知電阻的離散電阻器、電感器的DC電阻（DCR）或MOSFET的R _dson）產生的壓降來獲得電流訊息。

離散電阻器是精確的，但需要額外的成本和空間，並產生意料之外的功率損耗。電感器的DCR不需要額外的成本和空間，因為它使用了電感器線圈中的寄生直流電阻，但由於電流分佈、溫度、電感器老化等原因，它具有較差的精度和較高的變化。

MOSFET的R _dson傳感是最節能和最經濟的電流傳感方法，因為沒有額外的功率損耗，也不需要昂貴的精確器件或電路。然而，R _dson電流傳感取決於幾個可變因素，如溫度、V _gs、工作電流、工藝分佈等。溫度和V _gs變化是影響R _dson傳感精度的主要因素。當使用R _dson傳感時，這些因素對電流傳感精度有主要影響。因此，有必要對它們進行補償。

用於R _dson傳感的電流方法利用在深三極管區域中操作的MOSFET來補償溫度和V _gs的變化。這些MOSFET的深三極管區域本身也對V _gs和溫度條件敏感。因此，在更極端的溫度、電壓條件（例如，V _gs、V _ds）或快速開關速度下，不能保證操作的可靠性。此外，這些先前的方法沒有考慮在更極端的溫度和電壓下發生的R _dson的非線性變化。

正是在這種背景下提出了本發明的各個方面。

本發明的目的是提供一種功率MOSFET漏源導通電阻（R _dson）補償器件，具有無需額外設置電流感測器即可獲得電流傳感訊息的優點。

為實現上述目的，本發明提供一種功率MOSFET漏源導通電阻（R _dson）補償器件，其包含：一個電路被配置為接收與功率MOSFET兩端的電壓降成比例的輸入訊號、與所述MOSFET的溫度T _i相對應的溫度相關訊息和與所述MOSFET的當前閘極-源極電壓V _gsj相對應的閘極-源極電壓相關訊息，其中所述電路包括控制邏輯和第一線性離散分壓器，其中所述第一線性離散分壓器被配置為基於來自所述控制邏輯的至少一個補償控制訊號輸出補償電壓，所述補償控制訊號基於所述溫度相關訊號或閘極-源極電壓相關訊號中的至少一者。

較佳地，所述控制邏輯是溫度係數控制邏輯，其中所述補償電壓是溫度補償電壓。

較佳地，所述至少一個溫度係數控制邏輯輸出包括對應於一階溫度係數補償項輸出和二階溫度係數補償項的輸出。

較佳地，所述至少一個溫度係數控制邏輯輸出還包括比所述二階溫度係數補償項高階的溫度係數補償項相對應的一個或多個輸出。

較佳地，所述第一線性離散分壓器包括沿著電阻R _unit的一系列單位電阻器的輸出開關的佈置，其中所述輸出開關的所述佈置中的每個輸出開關被配置為分接不同數量的單位電阻器。

較佳地，所述輸出開關的佈置包括輸出開關的兩個或更多級聯級，其中每一級對應於不同階數的溫度係數。

較佳地，所述輸出開關的佈置包括輸出開關的兩個或更多級聯級，其中每一級對應於閘極-源極電壓係數的不同階數。

較佳地，所述輸出開關的佈置包括輸出開關的兩個或更多級聯級，其中所述兩個或多個級聯級的輸出開關的每一級對應於不同階數的溫度係數，其中對於所述溫度相關訊息的給定值，所述控制邏輯被配置為在所述兩個或更多級聯級的輸出開關的每一級中僅接通一個開關，以便提供與溫度相關訊息的給定值相對應的唯一路徑電阻R _T（T）。

較佳地，所述輸出開關的佈置包括輸出開關的兩個或更多級聯級，其中輸出開關的所述兩個或多個級聯級中的每一級對應於閘極-源極電壓係數的不同階數，其中對於所述閘極-源極電壓相關訊息的給定值，所述控制邏輯被配置為在所述輸出開關的兩個或更多級聯級中的每一級中僅導通一個開關，以提供與對應於V _gsj的閘極-源極電壓相關訊息的給定值相對應的唯一路徑電阻R _T（V _gs）。

較佳地，所述輸出開關的佈置包括輸出開關的第一組N _T級聯級和輸出開關的第二組N _V級聯級，其中所述第一組中的輸出開關的N _T級聯級中的每一級對應於不同階數的溫度係數，其中對於所述溫度相關訊息的給定值，所述控制邏輯被配置為在所述第一組中的輸出開關的N _T個級聯級的每一級中僅導通一個開關，以便提供與溫度相關訊號的給定值相對應的唯一路徑電阻R _T（T），並且其中對於所述閘極-源極電壓相關訊息的給定值，所述控制邏輯被配置為僅導通所述第二組中的輸出開關的N _V級聯級的每一級中的一個開關，以便提供與所述閘極-源極電壓依賴訊息的所述給定值相對應的唯一路徑電阻R _T（V _gs）。

較佳地，所述電路進一步包括電壓係數控制邏輯和第二線性離散分壓器，其中所述第二線性分立分壓器經配置以基於來自所述電壓係數控制電路的至少一個輸出，來輸出閘極-源極電壓補償電壓，所述至少一個輸出至少基於所述閘極-源極電壓相關訊號。

較佳地，所述第一線性離散分壓器接收與所述功率MOSFET兩端的電壓降成比例的所述輸入訊號，並且所述第二線性離散分電壓器接收所述溫度補償電壓，其中所述第二線性離散分壓器的輸出既是溫度補償的又是閘極-源極電壓補償的。

較佳地，所述至少一個閘極-源極電壓係數控制邏輯輸出包括對應於一階閘極-源極係數補償項輸出和二階閘極-源極係數補償項的輸出。

較佳地，所述至少一個閘極-源極電壓係數控制邏輯輸出還包括對應於比所述二階閘極-源極電壓係數項更高階的閘極-源極電壓係數項的一個或多個輸出。

綜上所述，與現有技術相比，本發明提供的功率MOSFET漏源導通電阻（R _dson）補償器件，具有如下有益效果：本發明的功率MOSFET漏源導通電阻（R _dson）補償器件，通過對MOSFET中的溫度和閘極驅動電壓(V _GS)進行補償，從而得到MOSFET處於導通狀態時MOSFET兩端的電阻（R _dson）的電流傳感訊息。

用於根據巴黎公約進行海外申請的國家代碼和優先權申請號是US17/992, 112。

儘管出於說明的目的，以下詳細描述包含許多具體細節，但是本領域普通技術人員將理解，對以下細節的許多變化和改變都在本發明的範圍內。因此，以下描述的本發明的示例性實施例是在不損失所要求保護的發明的一般性並且不對其施加限制的情況下提出的。

結構

相對於某一參考溫度T ₀的高溫和低溫可導致R _dson的非線性變化。R _dson中的這些非線性變化可以用二次多項式函數近似地描述，並且因此可以使用除了一階溫度係數（TC1）訊息之外的二階溫度係數訊息（TC2）來精確地補償。在相對於參考值V _gs0的高V _gs或低V _gs時，為了進行精確的V _gs依賴性補償，R _dson的值應以非線性方式變化，例如，二次或更高階形式的多項式。與溫度變化類似，R _dson隨V _gs的這些非線性變化是用二次多項式函數建模的。因此，可以使用二階V _gs係數（VC2）訊息來更準確地表示由於V _gs變化引起的R _dson的變化。此外，由於溫度或V _gs引起的R _dson的變化可以用更高階多項式函數（例如，三階或更高階）來描述，因此，更高階溫度係數訊息或更高階V _gs係數訊息可以提供甚至更高的精度。

之前完成的器件已經補償了由於當MOSFET的R _dson用於電流傳感時R _dson由於溫度變化和V _gs的變化而變化，所引起的傳感電流訊息的線性偏差。因此，由於R _dson的非線性隨溫度變化而增加，這種先前實現的器件在補償高溫或低溫下R _dson相對於T ₀的變化方面不那麼準確。類似地，這些先前完成的器件在補償高V _gs或低V _gs下的R _dson的變化方面也不那麼準確。此外，先前完成的補償器件本身包括MOSFET，因此當在高溫或低溫下操作時容易受到非線性問題的影響，從而導致額外的不準確性。

根據本發明的各個方面，可以通過利用R _dson補償裝置使用二階或更高階的溫度或V _gs係數訊息來改進R _dson傳感和變化補償。此外，通過使用線性離散分壓器來輸出補償電壓，而不是像現有技術中那樣使用MOSFET的深三極管操作中的線性特性的補償方法，可以避免低溫和高溫的問題。

圖1表示根據本發明的一個方面，一種補償裝置的簡化框圖。在這裡，電壓補償裝置的電路101接收輸入電流（I _in）103、取決於功率MOSFET（T）102的溫度的訊號或訊息、以及取決於功率MOSFET（V _gs）104的閘極驅動電壓的訊號或訊號。作為示例而非限制，訊號功率MOSFET（T）102、輸入電流（Iin）103、功率MOSFET（Vgs）104可以是電壓或電流。該電路輸出訊號或訊息（V _sen0）105，該訊號或訊息被補償為至少具有一階溫度和V _gs係數或一階和二階溫度和V _gs係數或者一階、二階和更高階溫度和V _gs係數的溫度和V _gs變化。訊號或訊息V _sen0可以是例如電壓或電流。更高階係數可以是適合於描述給定的溫度或V _gs，R _dson補償曲線的三階、或三階和四階、或第三階、四階和五階，或第三級、四階、五階以及高於五階的任何係數。

補償裝置基於編碼到第一線性離散分壓器和連接到線性離散分分壓器的開關的兩個或多個級聯級中的線性（一階）溫度係數（TC1）和二次（二階）溫度因數（TC2）來補償Rdson上的影響溫度變化。此外，該器件還補償由於基於線性（一階）V _gs係數（VC1）改變功率MOSFET的閘極驅動電壓（閘極節點和源極節點之間的電壓）（V _gs）而引起的R _dson的變化，（二階）二次V _GS係數，編碼到第二線性離散分壓器和連接到線性離散分電壓器的開關的兩個或多個級聯級中。此外，在一些實施方式中，補償裝置可以補償具有一階、二階和更高階溫度係數或電壓係數的R _dson變化。與先前的補償嘗試相比，當前描述的補償裝置提供了更緊湊的裝置和更容易實現的方法，與參考相比，該補償裝置在高和低溫度以及高和低V _gs下更準確。

使用R _dson（MOSFET導通電阻）的電流傳感方法傳感MOSFET的汲極和源極之間的電壓降，該電壓降由功率MOSFET的電阻R _dson和流過MOSFET的電流I _in產生。然而，由於R _dson對溫度和V _gs是可變的，所以傳感到的壓降（V _sen）相對於變化R _dson而變化，如下所示： 1式 2式 3式

其中，ΔT=T-T ₀，ΔV _gs=V _gs-V _gs0，R _dson0是在T=T ₀和V _gs=V _s0的導通狀態下功率MOSFET兩端的電阻，並且功率MOSFET的R _dson具有與溫度成比例的係數（例如，TC1：線性溫度係數，TC2：二次溫度係數）和與V _gs成比例的因數（VC1線性V _gs係數，VC2二次V _gs）。溫度係數TC1和TC2通常都是正的，但並不總是。V _gs係數VC1通常是正的而VC2通常是負的，但不總是。輸入電流（I _in）通過增益為1/R _sen的放大器的跨導轉換為傳感電流（I _sen（T，V _gs）），其中R _sen是傳感電阻器的電阻。在補償溫度和V _gs依賴性之前，通過乘以R _gain將傳感電阻器兩端的傳感電流（I _sen（T，V _gs））轉換為傳感電壓。

本發明的理解是，任意T和V _gs下的超過電流值，可以通過將Isen（T，V _gs）除以（1+TC1‧ΔT+TC2‧ΔT ²）‧（1+VC1‧ΔV _gs+VC2‧ΔVgs ²），轉換為一個穩定的補償電流（I _sen0）。任意溫度下的傳感電壓和V _gs之間的關係以及不受溫度和V _gs相對於參考的變化影響的穩定補償電壓，可以通過將3式修改為： 4式

根據本發明的各個方面，第一線性離散分壓器和開關的多個級聯級可以用具有對應於一階溫度係數或一階和二階溫度係數的電阻的電流路徑來生成，以及離散溫度下的二階和更高階溫度係數，並且可以用具有對應於離散V _gs下的一階V _gs係數或一階和二階V _gs係數值或一階、二階和較高階V _gs因數的電阻的電流路徑來生成第二線性離散分壓器和開關的多個級聯級，與第一線性離散分壓器串聯以產生與穩定補償電流相關的穩定補償電壓I _sen0。線性離散分壓器是一種分壓器電路，它使用帶有串聯電阻器的放大器，其中放大器的反向輸入連接到串聯電阻器中間的回饋。分壓器V _sen0的輸出由非反相輸入V _sen（T，V _gs）、回饋節點電阻R _T0和輸出電阻R _T（T，V _gs）計算為： 5式 5a式 5b式 5c式

線性離散分壓器通過控制R _T（T，V _gs）的值來確定其輸出V _{sen_out}，R _T（T、V _gs）由串聯的單元電阻器組成，每個單元電阻器具有公共電阻R _unit，並且根據溫度和V _gs訊息而變化。一個單元電阻器的串聯連接通過多級級聯開關分接，通過多級開關分接為R _T（T，V _gs），分接節點成為線性離散分壓器的輸出。R _unit級數的電壓根據計數顯示出線性離散步長。在一階的情況下，R _T以R _unit的增量線性增加，在二階的情況中，R _T以R _unit ²的增量增加。有關線性離散分壓器的更多訊息，請參見圖2及其相應的討論。線性離散分壓器的這種實現使用具有電阻R _T（T）和R _T（V _gs）的電阻路徑來創建V _{sen_out}，以分別補償由等式4和等式5導出的溫度和V _gs變化，然後V _{sen_oout}顯示出與完全補償的傳感電壓V _sen0相同的值： 6式

用於溫度補償的電阻R _T（T）通過計算分別對應於第一和第二溫度（TC1和TC2）係數的離散數M _i和N _i而產生。此外，也可以以類似的方式計算更高階溫度係數（TC _n）。用於V _gs補償的電阻R _T（V _gs）是通過計算分別對應於第一和第二V _gs（VC1和VC2）係數的離散數P _j和Q _j而產生的。另外，可以以類似的方式計算更高階V _gs係數（VC _n）。這裡的i和j下標表示這些項分別對應於特定的溫度和特定的V _gs。R _T（T）和R _T（V _GS）之間的關係分別由7式和8式提供： 7式 8式

式中，M _i.N _i、P _j和Q _j的計算如9式~12式所示，其中R _unit是根據設備的運行條件（溫度範圍和V _gs範圍）選擇的具有離散單元的電阻： 9式 10式 11式 12式

這個概念可以擴展到更高階項。例如，對於與n階溫度TCn相關的n階離散數O _i，係數的關係由下式提供： 13式

類似地，對於與n階V _gs、係數VCn相關的n階離散數U _j，其關係由下式提供： 14式

在14式中，ΔT是從功率MOSFET的參考溫度（T ₀）中減去的當前溫度（T _i）（ΔT=T _i−T ₀）。類似地，ΔV _gc是功率MOSFET的電流V _gs（V _gsj）和參考V _gs（V _s0）之間的差（ΔV _gs=V _gsj-V _gs0）。

利用13式和14式，可以為級聯開關的級的對應任意數N _T和N _V生成R _T（T）和R _T（V _gs）的運算式，如下所示： 15式 16式

雖然本文的討論描述了與離散溫度下的第一和第二溫度係數以及離散V _gs下的第一與第二V _gs係數相對應的數字的使用，但是該概念可以僅應用於一階係數，如離散溫度下第一溫度係數以及分立V _gs下第一V _gs係數。與包括二階或更高溫度和V _gs係數表示的實現方式相比，這種一階補償降低了輸出精度。

圖2表示根據本發明的各個方面，利用線性離散分壓器來輸出補償電壓的補償裝置的溫度補償部分的簡化電路圖。分壓器從與低側功率MOSFET 208的汲極的導電耦合接收傳感電流訊號201 I _sen（T）。在該示例中，傳感電流訊號I _sen（T）是跨導放大器(Gm-amp) 209的輸出，其非反相輸入耦合到LS MOSFET 208的源極，其反相輸出耦合到低側功率MOSFET (LS FET) 208的汲極。輸入電流由具有電阻R _gain的增益電阻器204轉換為傳感電壓V _sen（T）。放大器209的跨導將由輸入電流I _in和LS MOSFET的導通電阻R _dson（T）產生的漏壓vDS（T）轉換為傳感的電流訊號I _sen（T）。放大器209具有1/R _sen的增益，其中R _sen是傳感電阻器（圖中沒有表示出）的電阻。由傳感電阻器傳感到的電流I _sen（T）通過在用線性離散電壓放大器202和串聯的離散單元電阻器205的網路補償溫度之前乘以R _gain而被轉換成傳感電壓V _sen（T）。

該示例中的線性離散分壓放大器202是以非反相配置佈置的運算放大器，其中非反相輸入接收V _sen（T）並且反相輸入通過離散單元電阻器205耦合到輸出。溫度補償的輸出電壓V _{sen_out}基於路徑203通過離散單元電阻器205的一些部分的電阻而改變。根據本公開的各方面，可以提供用於V _{sen_out}的多個切換路徑203，每個路徑具有取決於一個或多個相關聯的溫度係數的不同電阻值。每個通路通過串聯的不同數量的單元電阻器205。串聯離散單元電阻器路徑電阻是（M _i+N _i）*R _unit，其中M _i與一階溫度係數相關，N _i與二階溫度係數有關，如上所述。R _unit是基於操作溫度範圍或操作V _gs範圍選擇的增量單位階躍電阻器。較小的R _unit以設備複雜性為代價提供了更好的解析度。單元電阻器205與基極電阻器207串聯，以便補償與MOSFET的溫度係數TC1和TC2成比例的電阻到參考溫度R _T0。

圖3表示根據本發明的各個方面，利用線性離散分壓器的補償裝置的電路圖，所述線性分立分壓器具有被配置為輸出溫度補償電壓的兩級級聯開關。在這裡，表示出了用於溫度係數補償的開關301的級聯電平。如圖所示的開關301的兩個級聯級可以被實現為掩模ROM開關，並且與具有增量單位電阻器R _unit的每個路徑並聯佈置。根據本發明的可選方面，開關的級聯級可以包括任何合適類型的開關單元，例如但不限於繼電器、電晶體、真空管等。第一溫度係數TC1對應於第一級開關M _i，第二溫度係數TC2對應於第二級開關N _i，其中下標i是離散溫度。作為示例而非限制，如圖所示，第一級級聯開關中的第一溫度係數開關302對應於M0，第二級級聯開關的多個開關303、304、305和306彼此並聯並與開關M0串聯。在所示的實施方式中，與一階溫度係數相對應的級聯開關級別中的每個開關具有與二階溫度係數對應的級聯第二級別中的多個開關。根據本發明的可選方面，對應於二階溫度係數或二階和更高階溫度係數的開關的數量可以根據R _dson對溫度曲線的形狀或非線性而變化。例如，但不限於，線性R _dson與溫度的關係曲線僅需要用於一階溫度補償的第一級，而不需要用於二階或更高階溫度係數的開關的任何其他級聯級。

溫度係數控制邏輯308可以輸出一階補償控制訊號310，其被配置為控制與諸如開關302、307……之類的一階溫度係數相對應的開關，其連接到一階（M0）開關302上。溫度係數控制邏輯308可以接收與溫度相關的訊號311，並將控制訊號發送到與溫度相關訊號311所表示的溫度的一階溫度係數和二階溫度係數相對應的開關。溫度係數控制邏輯308可以包括模數轉換器，以將取決於溫度的連續訊號轉換為可與開關301的多個級聯電平一起使用的離散訊號。通常，對於給定的溫度值T _i，僅控制邏輯308接通僅一個對應於M _i值的一階開關和僅一個與N _i值對應的級聯二階開關，以提供對應於該溫度的唯一數量的串聯單元電阻器。在涉及三階或更高階級聯開關的實現中，對應於溫度值T _i的每個這樣的更高階電平，級聯中僅一個開關將導通。

雖然圖3是關於溫度變化補償來描述的，但本發明的各個方面不限於此。與被控制的線性離散電阻器耦合的級聯多級開關可以被實現，以便與補償溫度變化類似的方式補償V _gs變化。用於V _gs補償的開關的多個級聯級中的每一級可以對應於不同階（第一、第二、第三等）的V _gs係數。V _gs補償開關的級聯電平中的每個開關的電阻可以基於離散溫度下的電壓係數來選擇，其中級聯中的每個電平的開關表示不同的V _gs係數。V _gs係數控制邏輯可以輸出訊號以控制V _gs補償開關的多個級聯級，從而在功率MOSFET的任何給定的測量V _gs處應用正確的V _gs係數。線性離散分壓器、V _gs補償開關的多個級聯級和V _gs係數控制邏輯的實現可以在圖5中看到。通常，對於給定的V _gs值V _gsj，僅導通對應於P _j的值的一個一階開關和對應於Q _j的值一個級聯的二階開關，以提供對應於該V _gs值的唯一路徑電阻。在涉及三階或更高階級聯開關的實施方式中，對應於V _gs值V _gsj的每個這樣的更高階電平，級聯中僅一個開關將導通。

功能

圖4A表示根據本發明的各個方面，R _dson和理想補償電阻的變化相比回應於溫度變化的補償器件的輸出的電阻的線圖。補償裝置的操作相對於電阻401相對於溫度402示出。單元電阻R _T（T）405作為離散階躍函數進行操作。根據本發明的各個方面，單元電阻R _T（T）405的離散步驟是線性分壓器和級聯開關的輸出。開關的級聯電平由TC控制邏輯控制，以使R _T（T）遵循理想的R _dson補償回應曲線R _{T_ideal}(T)403，以便補償溫度引起的R _dson（T）變化404。可以看出，R _{T_ideal}（T）403與R _dson（T）變化404成反比，其頂部和底部與R _dson（T）=R _dson0=R _T0對稱，並且R _{T_idear}（T）在參考溫度、R _dson0或R _T0在T=25℃時與R _dson4相交。類似地，單元電阻R _T（T）405的離散階躍的曲線也與參考溫度下的R _dson相交。因此，R _T（T）405可以對理想R _dson溫度回應曲線提供足夠的補償，該補償對於大多數應用來說足夠精確。如上所述，可以通過添加更高階係數來獲得額外的精度，從而在R _{T_ideal}（T）的再現中允許更大的保真度。

圖4B表示根據本發明的各個方面，補償裝置的輸出電壓回應於溫度變化與由於溫度和理想電壓輸出而引起的未補償電壓變化相比的曲線圖。如圖所示，傳感到的電壓曲線V _sen（T）410的電壓406隨著溫度407非線性地變化。理想電壓曲線V _sen（Ideal）408固定在參考溫度（T＝25℃）下的工作電壓。根據本發明的各個方面，補償裝置的經補償電壓輸出V _sen409遵循離散階梯模式中的V _sen（Ideal）＝V _sen0408。在操作期間，TC控制邏輯針對與當前MOSFET溫度下的溫度係數相對應的電阻啟動級聯開關中的適當開關。TC控制邏輯確保V _sen曲線遵循V _sen（Ideal）。因此，補償裝置工作以保持穩定的電壓，而不管溫度如何變化。在這裡，圖4A和4B中使用的參考溫度為25°C，但本發明的各個方面不限於此，參考溫度可以是任何參考溫度，例如，被監測功率MOSFET被額定為正常工作的任何溫度，而不會因溫度而導致輸出變化。

如上所述，類似於圖3所示的分壓器網路的分壓網路可以實現R _dson隨閘極-源極電壓V _gs的變化的補償。圖4C表示根據本發明的各個方面，與R _dson和理想補償電阻的變化相比，回應於閘極-源極電壓V _gs的變化的補償器件的輸出的電阻的線圖。補償裝置的操作是相對於電阻411與V _gs412來顯示的。單位電阻R _T（V _gs）415作為離散的階躍函數進行操作。根據本發明的各個方面，R _T（V _gs）415的離散階躍是線性分壓器和級聯開關的輸出。開關的級聯電平由V _gs係數（VC）控制來控制，以使R _T（V _gs）遵循理想的R _dson補償回應曲線R _{T_ideal}(V _gs)413，以便補償R _dson隨V _gs的變化。可以看出， R _{T_ideal}（V _gs）413與R _dson（V _gs）414成反比，其頂部和底部對稱於R _dson（V _gs）=R _dson0=R _T0，R _{T_ideal}(V _gs)413和R _dson(V _gs)414在參考電壓處相交，參考電壓在本例中為5伏。與之類似地，單元電阻R _T（V _gs）415的離散階躍的曲線也在參考電壓處與Rdson相交。因此，R _T（V _gs）415可以提供理想R _dson對V _gs回應曲線的足夠補償，這對於大多數應用來說是足夠精確的。如上所述，可以通過添加更高階係數來獲得額外的精度，從而在R _{T_ideal}（V _gs）的再現中允許更大的保真度。

圖4D表示根據本發明的各個方面，補償器件的輸出電壓回應於閘極-源極電壓V _gs的變化與由於V _gs和理想電壓輸出引起的未補償電壓變化相比的線圖。如圖所示，傳感到的電壓曲線V _sen（V _gs）420的電壓416隨著V _gs417非線性地變化。理想電壓曲線V _sen（ideal）408固定在參考值V _gs的工作電壓，在本例中為5伏。根據本發明的各個方面，補償裝置的補償電壓輸出V _sen0419以離散階梯模式跟隨V _sen0（Ideal）418。在操作期間，上述VC控制邏輯啟動級聯開關中的適當開關，用於對應於當前MOSFET V _gs值下的V _gs係數的電阻。VC控制邏輯確保V _sen0曲線遵循V _sen0（Ideal）。因此，儘管V _gs發生變化，補償裝置仍能保持穩定的電壓。在這裡，圖4C和4D中使用的參考電壓是5伏，但本發明的各個方面不限於此，參考溫度可以是任何參考電壓，例如，被監測功率MOSFET被額定為正常工作的任何V _gs值。

具有溫度和V _gs補償的設備

圖5表示根據本發明的各個方面，使用線性離散分壓器來補償溫度和V _gs變化兩者的補償裝置500的電路圖。一般而言，裝置500使用第一分壓器和開關的級聯級來產生針對第一變數的影響補償輸入訊號的第一輸出，然後從第一輸出產生到第二分壓器的輸入，並使用級聯開關來產生針對第二變數的影響補償第一輸出的第二輸出。在所示的實施方式中，輸入傳感電壓V _sen（T，V _gs）505首先利用第一線性離散分壓器和開關501的多個級聯級對溫度進行補償，開關501可以如以上關於圖3所討論的那樣配置。溫度係數級聯開關501接收來自溫度係數（TC）控制邏輯506的訊號。溫度係數控制邏輯506接收取決於功率MOSFET的測量溫度508的電壓Temp（T）。溫度係數控制邏輯506可以包括模數轉換器（ADC），該模數轉換器將輸入的類比溫度相關電壓轉換為具有一些預定位數的數字輸出。溫度係數控制邏輯506產生與在測量溫度下的R _dson的一階溫度係數相對應的輸出以及與在測量的溫度下的R _sson的二階溫度係數對應的輸出。可替換地，溫度係數控制邏輯506可以被配置為生成對應於一階溫度係數、二階溫度係數和更高溫度階係數的輸出。溫度係數控制邏輯506的輸出可以被配置為啟動溫度係數級聯開關501中的開關。如上所述，對於給定的溫度值T _i，溫度係數控制邏輯506將僅接通對應於M _i的值的一個一階開關和對應於N _i的值的級聯二階開關，以提供對應於該溫度的唯一路徑電阻。在涉及三階或更高階級聯開關的實施方式中，級聯中對應於溫度值T _i的每個這樣的更高階電平的僅一個級聯開關將導通。

在所示的實施例中，溫度補償電壓V _sen（T ₀，V _gs）503被輸出到多個級聯級中的第二線性離散分壓器和V _gs係數開關組502。V _gs係數級聯開關組502可以由V _gs係數控制邏輯507控制。V _gs係數控制邏輯507接收從功率MOSFET測量的V _gs相關電壓509。V _gs係數控制邏輯507將依賴於V _gs的電壓輸入轉換為對應於在測量的V _gs處的R _dson的一階V _gs係數和在測量的V _s處的R _dson的二階V _gs因數的輸出。可替換地，溫度係數控制邏輯506可以被配置為生成與一階V _gs係數、二階V _gs係數值和更高階V _gs係數相對應的輸出。V _gs係數控制邏輯507的輸出可以被配置為啟動溫度係數級聯開關501中的開關。根據該實施方式的各個方面，由V _gs係數控制邏輯507控制的線性離散分壓器和VC級聯開關組502的輸出是溫度和V _gs補償電壓V _sen（T ₀，V _gs0）＝V _sen0504。

雖然在圖5所示的實施方式中，首先對電壓V _sen（T，V _gs）進行溫度補償，然後對V _gs進行補償，但本發明的各個方面並不限於此，V _gs係數線性離散分壓器，並且電壓係數級聯開關可以佈置在電流路徑中的溫度係數分壓器和溫度係數級聯開關之前。只要溫度和閘極-源極電壓對V _sen的影響是可交換的，就可以這樣做。因此，與根據該替代實施方式補償V _gs之前的溫度的實施方式相比，可以在溫度之前補償V _gs，而V _sen0輸出沒有變化。

如上所述，對於給定的V _gs值V _gsj，V _gs係數控制邏輯507僅導通與P _j的值相對應的一個一階開關和與Q _j的值對應的一個級聯的二階開關，以提供與該V _gs值對應的唯一路徑電阻。在涉及三階或更高階級聯開關的實施方式中，級聯中對應於V _gs值V _gsj的每個這樣的更高階電平的僅一個開關將導通。

溫度係數控制邏輯506和V _gs係數控制邏輯507可以以任何合適的方式用輸出訊號控制它們對應的級聯開關組。作為示例，但不作為局限，兩個係數級聯開關中的每個開關都可以被單獨定址，並且溫度係數控制邏輯506可以輸出與開關的位址相對應的訊號和使開關「導通」的命令，或者級聯開關和到每個電平的一個開關的輸出可以被拉到高電壓（相對於低「關斷狀態」電壓）以接通開關，並且被拉低以關斷開關。溫度係數控制邏輯506對於每一級僅接通一個開關。例如，如果有兩個級聯級，則每個級都接通一個開關。本發明的各個方面不限於涉及對溫度T _i或閘極-源極電壓V _gsj的補償的實現。可以通過使用本文所述類型的多個級聯線性離散級來類似地補償各種其他變數。可以類似地補償的影響R _dson的其他變數的示例，包括但不限於在導通狀態下流過MOSFET的電流、晶圓製造工藝、封裝特性等。希望驗證這些變數在其效果上是可交換的。可以通過添加額外的分壓器和級聯級的開關來修改裝置500以補償三個或更多個變數。同樣，希望被補償的變數的效果是可交換的，即補償可以以任何順序形成。

雖然以上是對本發明的優選實施例的完整描述，但可以使用各種替代方案、修改方案和等效方案。因此，本發明的範圍不應參考上述描述來確定，而是應參考所附申請專利範圍及其等效物的全部範圍來確定。本文描述的任何特徵，無論是否優選，都可以與本文描述的任意其他特徵相結合，無論是否首選。在隨後的權利要求中，除非另有明確說明，不定條款「A」或「An」是指該條款之後的一個或多個專案的數量。所附申請專利範圍不應解釋為包括手段加功能限制，除非在給定申請專利範圍中使用短語「手段」明確陳述了這種限制。此外，在所附的申請專利範圍中，術語「或」應按其通常含義解釋為「包括或」。

101:電路 102:功率MOSFET（T） 103:輸入電流 104:功率MOSFET（V _gs） 105:輸出訊號或訊息（V _sen0） 201:導電耦合接收傳感電流訊號 202:線性離散電壓放大器 203:路徑 204:增益電阻器 205:單元電阻器 207:基極電阻器 208:低側功率MOSFET 209:放大器 301至307、501:開關 308、506:溫度係數控制邏輯 310:一階補償控制訊號 311:訊號 401、411:電阻 402、407、508:溫度 403:R _{T_ideal}（T） 404:R _dson（T）變化 405:單元電阻R _T（T） 406、416、509:電壓 408:V _sen（Ideal） 409:補償電壓輸出V _sen410:電壓曲線V _sen（T） 412、417:V _gs413:R _{T_ideal(}V _gs) 414:R _dson（V _g） 415:R _T（V _gs） 418:V _sen0（Ideal） 419、504:V _sen0420:電壓曲線V _sen（V _gs） 500:裝置 502:開關組 503:V _sen（T ₀，V _gs） 505:傳感電壓V _sen（T，V _gs） 507:V _gs係數控制邏輯

圖1表示根據本發明的一個方面，一種補償裝置的方框圖。圖2表示根據本發明的各個方面，一種利用線性離散分壓器輸出補償電壓的補償裝置的簡化電路圖。圖3表示根據本發明的各個方面，一種利用具有級聯開關的線性離散分壓器的補償裝置的電路圖，所述級聯開關被配置為輸出溫度補償電壓。圖4A表示根據本發明的各個方面，與R _dson和理想補償電阻的變化相比，顯示補償裝置的輸出對溫度變化的回應電阻的折線圖。圖4B表示根據本發明的各個方面，與由於溫度和理想電壓輸出引起的未補償電壓變化相比，該補償裝置回應於溫度變化的輸出電壓的線形圖。圖4C表示根據本發明的各個方面，與R _dson和理想補償電阻的變化相比，回應於閘極-源極電壓V _gs的變化的補償器件的輸出的電阻的線圖。圖4D表示根據本發明的各個方面，與由於溫度和理想電壓輸出引起的未補償電壓變化相比，補償器件的輸出電壓回應於閘極-源極電壓V _gs的變化線圖。圖5表示根據本發明的各個方面，一種使用線性離散分壓器來補償溫度和V _gs變化的補償裝置的電路圖。

301至307:開關

308:溫度係數控制邏輯

310:一階補償控制訊號

311:訊號

Claims

一種功率MOSFET漏源導通電阻（R _dson）補償器件，包括：一個電路被配置為接收與功率MOSFET兩端的電壓降成比例的輸入訊號、與所述MOSFET的溫度T _i相對應的溫度相關訊息和與所述MOSFET的當前閘極-源極電壓V _gsj相對應的閘極-源極電壓相關訊息，其中所述電路包括控制邏輯和第一線性離散分壓器，其中所述第一線性離散分壓器被配置為基於來自所述控制邏輯的至少一個補償控制訊號輸出補償電壓，所述補償控制訊號基於所述溫度相關訊號或閘極-源極電壓相關訊號中的至少一者；所述控制邏輯是溫度係數控制邏輯，其中所述補償電壓是溫度補償電壓；所述至少一個溫度係數控制邏輯輸出包括對應於一階溫度係數補償項輸出和二階溫度係數補償項的輸出。
如請求項1所述的器件，其中，所述至少一個溫度係數控制邏輯輸出還包括比所述二階溫度係數補償項高階的溫度係數補償項相對應的一個或多個輸出。
一種功率MOSFET漏源導通電阻（R _dson）補償器件，包括：一個電路被配置為接收與功率MOSFET兩端的電壓降成比例的輸入訊號、與所述MOSFET的溫度T _i相對應的溫度相關訊息和與所述MOSFET的當前閘極-源極電壓V _gsj相對應的閘極-源極電壓相關訊息，其中所述電路包括控制邏輯和第一線性離散分壓器，其中所述第一線性離散分壓器被配置為基於來自所述控制邏輯的至少一個補償控制訊號輸出補償電壓，所述補償控制訊號基於所述溫度相關訊號或閘極-源極電壓相關訊號中的至少一者，所述第一線性離散分壓器包括沿著電阻R _unit的一系列單位電阻器的輸出開關的佈置，其中所述輸出開關的所述佈置中的每個輸出開關被配置為分接不同數量的單位電阻器。
如請求項3所述的器件，其中，所述輸出開關的佈置包括輸出開關的兩個或更多級聯級，其中每一級對應於不同階數的溫度係數。
如請求項3所述的器件，其中，所述輸出開關的佈置包括輸出開關的兩個或更多級聯級，其中每一級對應於閘極-源極電壓係數的不同階數。
如請求項3所述的器件，其中，所述輸出開關的佈置包括輸出開關的兩個或更多級聯級，其中所述兩個或多個級聯級的輸出開關的每一級對應於不同階數的溫度係數，其中對於所述溫度相關訊息的給定值，所述控制邏輯被配置為在所述兩個或更多級聯級的輸出開關的每一級中僅接通一個開關，以便提供與溫度相關訊息的給定值相對應的唯一路徑電阻R _T（T）。
如請求項3所述的器件，其中，所述輸出開關的佈置包括輸出開關的兩個或更多級聯級，其中輸出開關的所述兩個或多個級聯級中的每一級對應於閘極-源極電壓係數的不同階數，其中對於所述閘極-源極電壓相關訊息的給定值，所述控制邏輯被配置為在所述輸出開關的兩個或更多級聯級中的每一級中僅導通一個開關，以提供與對應於V _gsj的閘極-源極電壓相關訊息的給定值相對應的唯一路徑電阻R _T（V _gs）。
如請求項3所述的器件，其中，所述輸出開關的佈置包括輸出開關的第一組N _T級聯級和輸出開關的第二組N _V級聯級，其中所述第一組中的輸出開關的N _T級聯級中的每一級對應於不同階數的溫度係數，其中對於所述溫度相關訊息的給定值，所述控制邏輯被配置為在所述第一組中的輸出開關的N _T個級聯級的每一級中僅導通一個開關，以便提供與溫度相關訊號的給定值相對應的唯一路徑電阻R _T（T），並且其中對於所述閘極-源極電壓相關訊息的給定值，所述控制邏輯被配置為僅導通所述第二組中的輸出開關的N _V級聯級的每一級中的一個開關，以便提供與所述閘極-源極電壓依賴訊息的所述給定值相對應的唯一路徑電阻R _T（V _gs）。
一種功率MOSFET漏源導通電阻（R _dson）補償器件，包括：一個電路被配置為接收與功率MOSFET兩端的電壓降成比例的輸入訊號、與所述MOSFET的溫度T _i相對應的溫度相關訊息和與所述MOSFET的當前閘極-源極電壓V _gsj相對應的閘極-源極電壓相關訊息，其中所述電路包括控制邏輯和第一線性離散分壓器，其中所述第一線性離散分壓器被配置為基於來自所述控制邏輯的至少一個補償控制訊號輸出補償電壓，所述補償控制訊號基於所述溫度相關訊號或閘極-源極電壓相關訊號中的至少一者；所述控制邏輯是溫度係數控制邏輯，其中所述補償電壓是溫度補償電壓，所述電路進一步包括電壓係數控制邏輯和第二線性離散分壓器，其中所述第二線性分立分壓器經配置以基於來自所述電壓係數控制電路的至少一個輸出，來輸出閘極-源極電壓補償電壓，所述至少一個輸出至少基於所述閘極-源極電壓相關訊號。
如請求項9所述的器件，其中，所述第一線性離散分壓器接收與所述功率MOSFET兩端的電壓降成比例的所述輸入訊號，並且所述第二線性離散分電壓器接收所述溫度補償電壓，其中所述第二線性離散分壓器的輸出既是溫度補償的又是閘極-源極電壓補償的。
如請求項9所述的器件，其中，所述至少一個閘極-源極電壓係數控制邏輯輸出包括對應於一階閘極-源極係數補償項輸出和二階閘極-源極係數補償項的輸出。
如請求項11所述的器件，其中，所述至少一個閘極-源極電壓係數控制邏輯輸出還包括對應於比所述二階閘極-源極電壓係數項更高階的閘極-源極電壓係數項的一個或多個輸出。