【经验】使用具有电流镜和温度感应二极管的功率MOSFET MMIXT132N50P3实现高精度温度检测

时间： 2018-08-31 来源：IXYS(Littelfuse收购)

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IXYS 公司（Littelfuse收购）拥有种类齐全的电源管理半导体产品，包括全系列功率MOSFET、IGBT、双极和混合信号IC解决方案，为广泛的电源系统应用节省能源和成本。本文主要介绍了IXYS公司（Littelfuse收购）的Abdus Sattar的高电流功率MOSFET和电压降和漏极/源电流（如图1所示）。其中文中提到的应用原理图还提供了参数设置和讨论其可能操作的一些建议,，同时与应用程序相关的方程式也提供了常量和变量定义。

在高电流MOSFET应用中使用电流镜进行电流检测可以显着降低电流检测电路中的功率损耗，并通过使用廉价的标准电阻替换昂贵的高功率电流传感器来降低设计成本。两个温度检测二极管单片集成在MOSFET芯片中，监控MOSFET的结温，而不是封装或散热器温度。这显着提高了温度测量的精度，并减少了工作环境温度的保护间隙，同时将设备损坏的风险降至最低。

IXYS MMIXT132N50P3包含用于监控主要器件中的漏极电流的电流镜和具有共用阴极的两个二极管，其使用与用于温度监控的主要器件相同的管芯。

电流镜是作为主MOSFET结构的一部分而创建的，具有公共漏极（D）和栅极（G）端子以及分离的源极端子（S和CS）。为了最大限度地减少与主要设备的源电流相关的边界线电压降的误差，提供了两个独立的端子，一个用于电流镜像电流返回（SR），另一个用于栅极充电/放电电流（GR）。装置。温度传感二极管具有用于阳极（A1，A2）和共阴极端子（CC）的独立端子。

如图2所示，MMIXT132N50P3包含一个N + 1相同的结构，其中N个结构产生主MOSFET，第（N + 1）个结构产生电流镜。对于这种特殊设计，N = 200，如果使用电流镜源中没有电流检测电阻（RCS = 0），则电流镜的电流恰好是主要器件源电流的1/200。MOSFET的漏极/源极电压VDS不依赖于此，因此它与温度无关，可提供最高精度的测量。但是，如果使用一些具有有限电阻的传感器将电流转换为电压，则由于MOSFET的沟道电阻RCH和电流检测电阻RCS产生的电阻分压器，测量结果将变为VDS。

图3. V_DS与I_DS图例：实线 - MOSFET处于ON状态，通道与体二极管并联连接虚线 - MOSFET处于off状态及体二极管仅导通

图3显示了MMIXT132N50P3漏极/源极电压降（V_DS）与电流低于10 A时漏极/源极电流（I_DS）的函数关系，当漏极相对于源极为正时（正常操作），两个方向都有电流在MOSFET处于导通和截止状态时，漏极对于源极（反向连接）是负的。如果MOSFET处于导通状态，则无论I_DS极性如何，V_DS都被描述为VDS = R_DS（on）* I_DS。如果MOSFET处于关断状态且体二极管仅提供电流，则VDS由体二极管上的电压降决定。图4显示了电流检测电阻（V_CS）两端的压降，图5显示了在与图3相同的条件下通过电流检测电阻的电流。

图4和图5清楚地表明，增加电流检测电阻R_CS会增加V_CS但会降低I_CS。当R_CS = 0.5欧姆时，I_CS接近预期的电流镜像电流，但V_CS很低。例如，在I_DS = 10 A时，预期I_CS= 10/200 = 0.05 A，而实际I_CS= 46 mA，而R_CS= 200 ohm时，V_CS接近V_DS（320 mV与440 mV），但I_DS为仅1.57 mA，即仅为预期电流的3.1％。

MMIXT132N50P3包含两个可用于温度测量的压电二极管，可采用单端或差分方案。建议的正向电流为1mA和100μA，差分方案每1-3秒短脉冲。更高，稳定的电流不建议，避免二极管自热，否则会产生不正确的结果。

图6.两个二极管温度测量的典型应用原理图

图6显示了一个典型的原理图，建议使用两个MMIXT132N50P3集成二极管进行温度测量。它包含两个产生稳定电流的电流源。第一个电流源（U1：A，U2：1）产生1 mA电流，而第二个电流源（U1：B，U2：2）产生100μA电流。可变电阻器R5提供调节来自第一电流源的电流以获得精确1:10比例的能力。二极管上的电压降由ADC转换器测量并用于计算 MMIXT132N50P3的芯片温度IXYS建议使用微控制器单元的端口作为3.3V电压源，仅在温度测量期间激活电路。这样做有助于防止二极管自热，这可能是温度测量误差的根源