專利名稱：限制電流的方法及其應(yīng)用電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體部件，且更具體地涉及限制半導(dǎo)體部件里的電流。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體部件用于便攜應(yīng)用中，例如移動電話、便攜計算機(jī)、計算器、照相機(jī)、個人數(shù) 字助理(PDA)、電視游戲控制器等，以及非便攜應(yīng)用中，例如大型計算機(jī)、測試裝備、汽車應(yīng) 用、制造設(shè)施等。在這些應(yīng)用中，期望半導(dǎo)體部件具有小的形體尺寸，同時最優(yōu)化它們的性 能、功能性和成本。用在這些應(yīng)用中的半導(dǎo)體部件的一個重要種類是電流限制電路。這些 電路在過電流條件期間保護(hù)半導(dǎo)體部件。在半導(dǎo)體部件里包括電流限制電路的缺點(diǎn)是，它 們使用半導(dǎo)體部件的輸入/輸出引腳中的一個，這增加了半導(dǎo)體部件的尺寸和成本，同時 降低了它們的性能和功能性。 因此，具有這樣一種半導(dǎo)體部件，其包括用于限制半導(dǎo)體部件里的電流而不增加 輸入/輸出引腳數(shù)量的方法和結(jié)構(gòu)，則是有利的。半導(dǎo)體部件制造起來具有成本效益，則是 進(jìn)一步有利的。


結(jié)合附形，閱讀以下詳細(xì)描述，將更好理解本發(fā)明，其中同樣的參考數(shù)字指代 同樣的元件，以及其中 圖1是依照本發(fā)明的實(shí)施方式的電流限制電路的電路示意圖；以及
圖2是依照本發(fā)明的實(shí)施方式用于限制電流的流程圖。
具體實(shí)施例方式
—般地，本發(fā)明提供包括用于限制電流的方法和結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體部件。依照本發(fā)明 的實(shí)施方式， 一集成電路包括電流控制電路，該電流控制電路包括集成比較器和控制部 分，其具有通過控制電阻器耦合到高壓側(cè)(high side)N-溝道場效應(yīng)晶體管的源極并耦合 到該高壓側(cè)N-溝道場效應(yīng)晶體管的柵極的輸入/輸出引腳。該集成比較器和控制部分的 另一輸出通過另一控制電阻器連接到低壓側(cè)N-溝道場效應(yīng)晶體管的源極并連接到該低壓 側(cè)N-溝道場效應(yīng)晶體管的柵極。高壓側(cè)N-溝道場效應(yīng)晶體管和低壓側(cè)N-溝道場效應(yīng)晶 體管以及控制電阻器可與集成比較器和控制部分集成，或它們可以是耦合到該集成比較器 和控制部分的分立的電路元件。雖然場效應(yīng)晶體管已經(jīng)顯示并描述為N-溝道場效應(yīng)晶體 管，但這不是對本發(fā)明的限制。例如，晶體管可以是P-溝道場效應(yīng)晶體管，NPN雙極結(jié)型晶 體管、PNP雙極結(jié)型晶體管或之類的。應(yīng)注意，場效應(yīng)晶體管的柵極被稱為控制電極，而場 效應(yīng)晶體管的源極和漏極被稱為載流電極或?qū)Я麟姌O。類似地，雙極結(jié)型晶體管的基極被 稱為控制電極，而其集電極和發(fā)射極被稱為載流電極或?qū)Я麟姌O。 依照本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供了不增加輸入/輸出引腳數(shù)量限制電流的方 法，也就是，不增加半導(dǎo)體部件的輸入/輸出引腳數(shù)限制電流的方法。將兩個輸入/輸出引腳之間的漏極-源極電壓與兩個輸入/輸出引腳之間的參考電壓比較，其中，參考電壓和漏 極_源極電壓共享一個輸入/輸出引腳。依照比較的結(jié)果設(shè)置一控制電壓，該控制電壓控 制輸入/輸出引腳中參考電壓和漏極_源極電壓不公有的引腳上的電壓。
圖1是依照本發(fā)明的實(shí)施方式的高壓側(cè)電流限制電路10的電路示意圖。優(yōu)選地， 電流限制電路10包括耦合到驅(qū)動器晶體管14和16，并耦合到控制電阻器18和20的集成 比較器和控制部分12。集成比較器和控制部分12至少具有輸入/輸出引腳22、24、26、28 和30，并包括雙差動比較器32、差動參考測量電路34、高壓側(cè)驅(qū)動器電路36和低壓側(cè)驅(qū)動 器電路38。應(yīng)注意，輸入/輸出引腳22、24、26、28和30被描述為是引腳，因?yàn)樗鼈兛梢允?封裝的半導(dǎo)體器件的引腳。然而，這不是對本發(fā)明的限制。在例如其中電流限制電路10是 單片集成電路或部分單片集成電路的實(shí)施方式中，它們也能夠是輸入/輸出節(jié)點(diǎn)。應(yīng)進(jìn)一 步注意，為了清楚起見，輸入/輸出引腳22、24、26、28和30被稱為輸入/輸出引腳?？蛇x 地，輸入/輸出引腳22、24、26、28和30中的一個或更多個可以是輸入引腳(或輸入節(jié)點(diǎn)) 或輸出引腳(或輸出節(jié)點(diǎn))。優(yōu)選地，雙差動比較器32是雙差動共模降低、電平移動、低通 濾波平均電流限制比較器。雙差動比較器32具有輸出41和兩組差動輸入。 一組差動輸入 由反相輸入42和非反相輸入44組成，另一組差動輸入由反相輸入46和非反相輸入48組 成。差動參考測量電路34具有一組差動輸入和一組差動輸出， 一組差動輸入由反相輸入50 和非反相輸入52組成，一組差動輸出由反相輸出54和非反相輸出56組成。高壓側(cè)驅(qū)動器 電路36具有輸入60和輸出62，低壓側(cè)驅(qū)動器電路38具有輸入64和輸出66。為了清楚起 見，低壓側(cè)驅(qū)動器電路38被顯示為具有輸入64的方塊形態(tài)。用于低壓側(cè)驅(qū)動器電路38和 耦合到輸入64用于驅(qū)動低壓側(cè)驅(qū)動器電路38的電路的布局是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
高壓側(cè)驅(qū)動器電路36的輸出62連接到差動參考測量電路34的非反相輸入52并 連接到輸入/輸出引腳26。低壓側(cè)驅(qū)動器電路38的輸出66連接到輸入/輸出引腳30。差 動參考測量電路34的反相輸出54和非反相輸出56分別連接到雙差動比較器32的反相輸 入46和非反相輸入48。雙差動比較器32的非反相輸入44連接到輸入/輸出引腳22，雙 差動比較器32的反相輸入42連接到差動參考測量電路34的反相輸入50并連接到輸入/ 輸出引腳28。雙差動比較器32的輸出41連接到高壓側(cè)驅(qū)動器電路36的輸入60。輸入/ 輸出引腳22經(jīng)由電流源68耦合到輸入/輸出引腳26，且其被耦合以接收工作電勢源Vcc。 雖然驅(qū)動器晶體管14和16以及控制電阻器18和20顯示為分立的電路元件，但這不是對 本發(fā)明的限制?？蛇x地，驅(qū)動器晶體管14和16以及控制電阻器18和20可與比較器和控 制部分12集成為單片電路。 晶體管14具有連接到輸入/輸出引腳26的柵極、耦合到輸入/輸出引腳22并用 于接收工作電勢源Vee的漏極和連接到輸入/輸出引腳28的源極。晶體管16具有連接到 輸入/輸出引腳30的柵極、連接到晶體管14的源極并連接到輸入/輸出引腳28的漏極和 被耦合來接收工作電壓源Vss的源極?？刂齐娮杵?8耦合在輸入/輸出引腳26和輸入/ 輸出引腳28之間，控制電阻器20耦合在輸入/輸出引腳30和輸入/輸出引腳24之間。
圖2是依照本發(fā)明的實(shí)施方式的電流限制電路10的運(yùn)行的流程圖80。通過激活 電流源68傳輸電流IKEF通過控制電阻器28(框82指示)，產(chǎn)生控制電阻器18上的參考電 壓V，(框84指示)，來設(shè)置電流限制跳變點(diǎn)(trip point)。參考電壓VKEF通過輸入/輸出 引腳26和28傳輸?shù)讲顒訁⒖紲y量電路34的差動輸入50和52。因此，參考電壓VKEF出現(xiàn)在非反相輸入52和反相輸入50之間，并被差動參考和測量電路34以數(shù)字形式存儲。作為 例子，電流I，為12.5微安培(yA)，選擇控制電阻器18以產(chǎn)生期望的參考電壓V，。應(yīng) 注意，電流I，和控制電阻器18的值是設(shè)計選擇。優(yōu)選地，電流源68在差動參考測量電路 34已經(jīng)測量了電壓VKEF以后關(guān)閉或停止活動。在正常運(yùn)行期間，參考電壓VKEF從差動參考 測量電路34傳輸?shù)诫p差動比較器32的幾組差動輸入之一，比如到輸入48和46。測量驅(qū) 動器晶體管14上的漏極-源極電壓VDS14(框86指示)，并通過雙差動比較器32與參考電 壓V，差動地比較(框88指示)。應(yīng)注意，比較不限于是差動地比較，也可以是單端比較。 如果驅(qū)動器晶體管14上的漏極-源極電壓VDS14大于或等于電壓VKEF，那么雙差動比較器32 產(chǎn)生一 比較電壓，驅(qū)動器電路36使用該比較電壓，在輸入/輸出引腳26產(chǎn)生控制電壓VOT， 關(guān)閉晶體管14，由此限制或降低流經(jīng)晶體管14的電流(框90指示)，電路從框86指示的 步驟繼續(xù)或返回到框86指示的步驟。因此，控制電壓VOT能夠被選擇來關(guān)閉晶體管14或 降低流經(jīng)晶體管14的電流。如果驅(qū)動器晶體管14上的漏極-源極電壓V。^小于參考電壓 V，，則電路從框86指示的步驟繼續(xù)或返回到框86指示的步驟。 至今應(yīng)理解，已經(jīng)提供了用于限制半導(dǎo)體部件里的電流的結(jié)構(gòu)和方法。該電路可 用完全單片地集成的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)，或者，構(gòu)造中電路的一部分是單片集成的，而一部分由分立 的電路部件實(shí)現(xiàn)。該方法和結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，完成電流限制而不增加輸入/輸出引腳數(shù)，由此 減小電路的尺寸，增加電路的功能性并降低制造電路的成本。因?yàn)橐呀?jīng)出現(xiàn)在電路里并用 于其它任務(wù)的輸入/輸出引腳也被用于電流限制，而非使用輸入/輸出引腳之一單獨(dú)用于 電流限制，因此，電路的功能性增加。因此，已經(jīng)提供了一種用于限制電路里的電流而不改 變輸入/輸出引腳的數(shù)量的方法。 雖然這里已經(jīng)公開了某些優(yōu)選實(shí)施方式和方法，從前述公布將對本領(lǐng)域技術(shù)人員 明顯的是，可對這種實(shí)施方式和方法進(jìn)行改變和變更而不背離本發(fā)明的精神和范圍。本發(fā) 明旨在應(yīng)僅限制到隨附權(quán)利要求以及適用法律的條例和法則要求的范圍。
權(quán)利要求
一種用于限制至少具有第一節(jié)點(diǎn)、第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)的電路里的電流的方法，包括在所述第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一參考電壓；將所述第二節(jié)點(diǎn)和所述第三節(jié)點(diǎn)之間的電壓與所述參考電壓比較，以產(chǎn)生一比較電壓；以及根據(jù)所述比較電壓在所述第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一控制電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括差動地比較所述參考電壓與所述第二節(jié)點(diǎn) 和所述第三節(jié)點(diǎn)之間的電壓。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述控制電壓限制所述電流。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生參考電壓的所述步驟包括在耦合在所述第一 節(jié)點(diǎn)和所述第三節(jié)點(diǎn)之間的一電阻器上產(chǎn)生所述參考電壓。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中產(chǎn)生參考電壓的所述步驟包括傳輸一電流通過所 述電阻器并進(jìn)一步包括在產(chǎn)生所述參考電壓以后關(guān)閉所述電流。
6. —種用于限制一電路里的電流而不改變輸入/輸出引腳的數(shù)量的方法，包括 產(chǎn)生一第一節(jié)點(diǎn)和一第二節(jié)點(diǎn)之間的第一電壓；將一第二電壓與所述第一 電壓進(jìn)行比較，所述第二電壓處在所述第一節(jié)點(diǎn)和一第三節(jié) 點(diǎn)之間；以及響應(yīng)于所述第一電壓和所述第二電壓之間的比較，在所述第一節(jié)點(diǎn)設(shè)置一第三電壓。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括 在所述第一節(jié)點(diǎn)和所述第二節(jié)點(diǎn)之間耦合一第一電阻器；以及 將一第一晶體管耦合到所述第一節(jié)點(diǎn)。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中設(shè)置第三電壓的所述步驟限制通過所述第一晶體管 的電流。
9. 一種具有多個引腳的電流限制電路，包括 測量電路，其具有輸入和輸出；比較器，其具有第一輸入和第二輸入以及至少一個輸出，其中所述測量電路的所述輸 出耦合到所述比較器的所述第一輸入；第一驅(qū)動器，其具有耦合到所述比較器的所述至少一個輸出的輸入和連接到所述多個 引腳中的一第一引腳的輸出；電流源，其耦合在所述多個引腳中的一第二引腳和所述第一引腳之間；以及第一電阻器，其耦合在所述第一引腳和所述多個引腳中的一第三引腳之間。
10. 如權(quán)利要求9所述的電流限制電路，其中，所述測量電路具有差動輸入，以及所述 測量電路中，所述第一輸入是包括反相輸入和非反相輸入的差動輸入，以及所述輸出是包 括反相輸出和非反相輸出的差動輸出，所述非反相輸入耦合到所述多個引腳中的所述第一 引腳，以及所述反相輸入耦合到所述多個引腳中的所述第三引腳，以及其中所述比較器是 包括第一反相輸入和第一非反相輸入的雙差動比較器，所述第二輸入是包括第二反相輸入 和第二非反相輸入的第二差動輸入，所述第一非反相輸入耦合到所述多個引腳中的所述第 二引腳，所述第一反相輸入耦合到所述多個引腳中的所述第三引腳，所述第二非反相輸入 耦合到所述測量電路的所述非反相輸出，以及所述第二反相輸入耦合到所述測量電路的所述反相輸出。
全文摘要
一種包括電流限制電路的半導(dǎo)體部件和一種用于限制半導(dǎo)體部件里的電流的方法。一輸入/輸出引腳連接到晶體管的柵極，控制電阻器連接在該晶體管的柵極和其源極之間。該控制電阻器的一個端子連接到所述輸入/輸出引腳，另一端子連接到另一輸入/輸出引腳。一電流源連接到所述輸入/輸出引腳。一參考電壓在兩個輸入/輸出引腳之間產(chǎn)生，并與所述兩個輸入/輸出引腳之一和另一輸入/輸出引腳之間的漏極-源極電壓比較。根據(jù)比較來設(shè)置一控制電壓。然后，該控制電壓控制引腳中參考電壓和漏極-源極電壓不公有的另一引腳上的電壓。
文檔編號H02H3/08GK101741054SQ200910209210
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者B·麥科伊, J·西科恩, T·W·西科恩, T·卡斯克, T·達(dá)菲 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司