【分享】功率MOSFET的几种电流感知体例-KIA MOS管

20世纪70年月呈现了天下性的动力危急，电力电子手艺完成对电能的高效力变更和节制，其成长为节俭动力做出了庞大进献。在电能传输与转换（包含绿色电源产物）中，若何削减动力消耗已成为很首要的研讨标的目的。

80年月，新型功率MOS器件和以其为根本的工致功率集成电路（Smart Power Integrated Circuit，SPIC）跟着微电子手艺的前进敏捷成长起来，SPIC把节制集成电路与功率MOS器件做在统一颗芯片上，具备低本钱，高效力，高靠得住性等长处，Baliga曾提出SPIC的成长将会引发第二次电子反动。

SPIC集节制逻辑、掩护电路、功率器件于一体，如图1所示，在良多范畴如机电驱动器，电子镇流器，DC－DC转换器，功率因数校订器，开关电源等都有操纵，并表现出了较着的上风。

因为掩护电路集成于器件内，能够大大进步SPIC的靠得住性。此中，功率器件的过流掩护长短常首要一局部。凡是功率器件的电流检测有以下几种体例：

在输入回路中串接电阻此体例长处是电流检测精确，可是因为输入电流很大，则在检测电流上有很大的功率消耗。

RDS检测 此体例操纵MOS器件导通时任务于线性区，能够看成有源电阻。此体例虽能够外部集成，可是因为RDS随任务前提和外界情况前提（如温度等）的变更而有很大的检测偏差。

在输入回路中插手互感线圈 固然比串连电阻削减了功率消耗，但也是本钱很高的一种体例。

SenseFET的体例 SenseFET感知电流体例的思惟来历于电流镜。比拟其余体例有良多上风，如可完整集成，消耗功耗小，绝对精确等，是SPIC中较常利用的体例。

2、SenseFET体例检测电流的任务道理

用SenseFET停止电流检测，便是用SenseFET与功率器件主体（以下称Main FET）并联，图2为此体例的表现图，图中Kelvin线表现斟酌了电路中的电流流过金属线形成的电压差的影响。

凡是SenseFET的宽度远小于MainFET的栅宽，比例越小，功耗越小，可是电流检测精确度也会下降，是以要在功耗和精确度之间取适合的值，凡是取n＝1：1 500，功率MOS是很多单位并联组成，电流完整根据单位数几多来分派，若是假定Vsense很小，能够疏忽其对SenseFET源极电位S’与Main FET的源极S的电位差，那末在SenseFET下流过的电流可类似为功率器件电流的1/n，用此体例停止电流检测的过流掩护电路如图3所示。

图3中Rsense上获得的反应电流变更的电压Vsense，颠末缩小获得电压V，再与基准电压停止比拟，若是电流跨越额外值，掩护电路将输入掩护旌旗灯号Protect signal来关断功率器件。

3、影响电流检测精确性的缘由阐发

从以上阐发可知，电流感知的精确度间接影响过流掩护的输入是不是会有误操纵，那末若何能力精确地检测功率器件的电流呢？

上面将对能够引发电流感知偏差的身分停止具体的阐发，使设想工程师在设想时斟酌若何下降如许身分对电流检测的影响，从而获得加倍精确的电流检测电路。

在功率器件的任务进程中，从静态和静态2方面来阐发影响电流检测精确性的缘由，静态任务时，首要有以下几个方面：

（1）源极连线电阻和PAD电阻的差别，也便是MainFET的大电流流过金属线发生的压降与SenseFET差别形成的偏差，此处可用Kelvin连线下降该偏差。

（2）电流比例因子n的变更，若是不能疏忽Rsense的巨细，那末SenseFET源极电位S’与Main FET的源极S的电位差将使比例因子n’变大，见图2所示，任务在线性区的SenseFET电阻见公式（1）：

RS＝L/WμCOS（VGS－VT） （1）

因为Rsense的插手，n’变更为公式（2）所示，比n有所增添。

（3）温度变更引发的电流检测的偏差：因为温度的变更，带来的阈值电压和Ron变更，从而影响了电流检测的精确性。

功率MOSFET静态任务时，斟酌：

（1）功率管任务区从饱和区到线性区变更带来的Ron变更，转变了电流比例因子。

当栅压从低到高时，功率管导通，其漏极高电平降为低电平，将从饱和区过渡为线性区。在饱和区，电流比即为SenseFET和MainFET的栅宽之比；在完整导通的状况，电流比则由SenseFET和MaiFET导通电阻决议。

（2）衬偏效应：因为SenseFET源极电位S’为检测电流和Rsense的乘积，若检测电流为周期变更的正弦半波，则源极电位S’与衬底电位之间也随时间有个变更，则带来SenseFET的衬偏效应，使电流比例发生偏差。

（3）连线和封装在高频任务时互感的影响。

图4中看到因为MainFET与SenseFET引线单位摆列之间将发生1：1的互感器，则在一侧发生的di/dt因为耦合感化就会在电流检测中发生很大的偏差。

4、总结

综合以上的阐发，对功率MOSFET停止精确的电流检测是确保实时有用地过流掩护的须要前提，本文先容了功率MOSFET的电流感知的几种体例，偏重点阐发了工致功率集成电路中最常用的SenseFET体例。

该体例有很多长处，完整集成于芯片内，功耗小、高靠得住性。斟酌检测电流的变更，检测体例布局的影响，和功率MOSFET任务特色等身分，本文阐发了影响电流检测精确性的偏差源，能够为设想高机能的电流检测进程供给参考。

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