电流测量和过电流检测的制作方法
【专利摘要】一种描述用于通过测量在隔离器件的电导体两端的电压水平来测量流过电导体的电流的量的技术。隔离器件也包括传感器，该传感器提供流过电导体的电流的量的测量。通过使用电压水平和传感器二者以确定流过电导体的电流的量，本技术提供验证隔离器件进行的电流测量。本技术也提供快速过电流保护。
【专利说明】电流测量和过电流检测
【技术领域】
[0001] 本公开内容涉及电流测量和过电流检测，并且更具体地涉及相电流的电流测量和 过电流检测。
【背景技术】
[0002] 电马达由电流驱动。在电马达的运行期间，一般希望测量电流W确定是否需要对 电流的进行任何修改。电流的测量也可W用于诊断和保护目的。
【发明内容】
[0003] -般而言，在本公开内容中描述的技术与利用驱动负载（例如电马达）的预先存 在的电导体作为用于一种确定流向负载的电流的量的方式的分路器（shunt)有关。例如电 路可W确定在电导体两端的电压水平W确定流向负载的电流的量。电导体可W是隔离器件 的一部分。在一些示例中，隔离器件输出电隔离的信号，该信号也可W用来确定流过电导体 的电流的量。
[0004] 在一个示例中，本公开内容描述一种包括隔离器件和电流诊断电路的系统。隔离 器件包括电导体和电流传感器。在该一示例中，电流传感器被配置用于输出指示流过电导 体的电流的量的信号。电流诊断电路被配置用于确定在隔离器件的电导体两端的电压水平 并且基于确定的电压确定流过电导体的电流的量的补充测量。在该一示例中，补充测量是 使用隔离器件的传感器而确定的流过电导体的电流的量的测量的补充。
[0005] 在一个示例中，本公开内容描述一种用于电流诊断的方法，该方法包括确定在隔 离器件的电导体两端的电压水平。在该一示例中，隔离器件包括电导体和电流传感器，并且 电流传感器被配置用于输出指示流过电导体的电流的量的信号。该方法也包括基于确定的 电压确定流过电导体的电流的量的补充测量。在该一示例中，补充测量是使用隔离器件的 传感器而确定的流过电导体的电流的量的测量的补充。
[0006] 在一个示例中，本公开内容描述一种系统，该系统包括用于确定在隔离器件的电 导体两端的电压水平的装置。在该一示例中，隔离器件包括电导体和电流传感器，并且电流 传感器被配置用于输出指示流过电导体的电流的量的信号。该系统也包括用于基于确定的 电压确定流过电导体的电流的量的补充测量的装置。在该一示例中，补充测量是使用隔离 器件的传感器而确定的流过电导体的电流的量的测量的补充。
[0007] 在附图和W下描述中阐述本公开内容的一种或者多种技术的细节。将从描述和附 图中W及从权利要求中清楚公开内容的其它特征、目的和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[000引图1是图示用于驱动N相电马达的示例系统的框图。
[0009] 图2是图不用于驱动N相电马达的另一不例系统的框图。
[0010] 图3是图示根据在本公开内容中描述的一种或者多种技术的示例操作的流程图。
[0011] 图4是图示根据在本公开内容中描述的一种或者多种技术的另一示例操作的流 程图。
【具体实施方式】
[0012] 在本公开内容中描述的技术利用驱动负载的电导体作为分路器，目的是确定流向 负载的电流的量该样。电导体可W在向负载传输电流的系统中预先存在。例如电导体可W 包括电流传感器、比如霍尔传感器的传导部分。根据该里描述的技术，可W执行次级电流测 量W便补充用霍尔传感器进行的初级电流测量。W该一方式，在本公开内容中描述的技术 可W减少为了确定流向负载的电流的量的次级（例如补充）测量而原本需要的附加部件。 例如取代使用附加分路器电路器用于确定向负载传输的电流的量该样的目的，本技术利用 预先存在的电导体作为分路器。去除该样的分路器电阻器减少系统的总成本并且潜在地提 供W下更具体描述的附加优点。
[0013] 在本公开内容中描述的技术中，N相电马达由流过N个电导体的电流驱动，其中N 个电导体向电马达输出电流，从而所有相电流之和为零。在该一示例中，N相电马达为负载。 电导体的一个示例是隔离器件（例如霍尔传感器）的电导体。隔离器件也包括输出信号的 部件，该信号用来W电隔离方式确定流过隔离器件的电导体的电流的量。换而言之，霍尔传 感器是相负载传输电流并且向负载输出从电流电隔离的信号的隔离器件的一个示例，并且 霍尔传感器是可W用来确定流向负载的电流的量的隔离器件的一个示例。
[0014] 出于示例的目的，关于N相电马达（例如H相电马达）为驱动的负载并且电导体 为霍尔传感器的部分来描述本技术。然而在本公开内容中描述的技术不限于此而可W延及 其它类型的电负载。在本公开内容中描述的隔离器件也不限于霍尔传感器，并且可W利用 驱动负载并且输出信号的任何类型的隔离器件，该信号指示驱动负载的电流的量。
[0015] 在本公开内容中描述的技术中，控制器使得使多个高边和低边驱动器启用和停用 开关W使电流流过N相的电导体。例如第一电导体连接到第一高边开关和第一低边开关， 第二电导体禪合到第二高边开关和第二低边开关，W此类推。第一高边开关禪合到第一高 边驱动器，并且第二低边开关禪合到第一低边驱动器，W此类推。控制器可W使高边驱动器 和低边驱动器有选择地启用和停用相应高边和低边开关。
[0016] 在电马达的操作器件，确定每个电导体传输的电流的量可W是有益的。作为一个 示例，电马达生成的转矩与相电马达传输的电流的量相关。为了保证电马达未生成太多转 矩或者不足转矩，在电马达的操作期间确定向电马达传输的电流的量可W是有益的。
[0017] 一种用于确定相电马达传输的电流的量的方式是通过包括电导体的隔离器件 (例如霍尔传感器）。例如包括电导体的隔离器件包括输出信号的部件，该信号指示流过电 导体的电流的量。在该一示例中，指示流过电导体的电流的量的信号和流过电导体的电流 被电隔离（即未W相同接地电势为参考）。
[001引例如可W没有从隔离器件的电导体和隔离器件的部件的直流通路，该部件输出指 示流过电导体的电流的量的信号。实际上，有在电导体与隔离器件的部件之间的间隙，该部 件输出指示流过电导体的电流的量的信号。流过电导体的电流流量引起部件感测的磁�。� 并且磁场的量值可W与流过电导体的电流的量成比例。
[0019] 控制器可W接收指示流过电导体的电流的量的信号并且基于接收的信号确定流 向电马达的电流的量。在一些情况下，仅基于接收的信号确定流向电马达的电流的量可能 不足W对系统进行故障保护、可能不足W在电马达的操作器件提供诊断能力并且可能不足 W防范突然故障（例如过电流）。
[0020] 在本公开内容中描述的技术中，电流诊断电路确定直接在隔离器件的电导体两端 的电压水平。作为一个示例，电导体的第一侧禪合到电流诊断电路的接地电势，并且电导体 的第二侧禪合到电流诊断电路。电流诊断电路可W确定在电导体的第一侧与第二侧之间的 电压差。基于确定的电压水平和隔离器件的电导体的已知电阻，电流诊断电路确定流过电 导体的电流的量。
[0021] 电流诊断电路也可W从控制器电隔离（例如电流诊断电路和控制器的接地电势 不同）。W该一方式，电流诊断电路与控制器确定流过隔离器件的电导体的电流的方式比较 W独立、电隔离方式确定流过隔离器件的电导体的电流。
[0022] 可W有用电流诊断电路确定流过隔离器件的电导体的电流的量的各种优点。作为 一个示例，如电流诊断电路确定的流过隔离器件的电导体的电流的量可W用于诊断目的。 例如如电流诊断电路确定的流过隔离器件的电导体的电流的量可W用作如控制器确定的 流过隔离器件的电导体的电流数量的合理性校验。如果流过电导体的确定的电流的量不 同，则控制器可W确定在系统中可能有故障。
[0023] 作为另一示例，电流诊断电路可W提供快速过电流保护。例如，如果流过隔离器件 的电导体的电流变得太高（例如可能由于短路），则电流诊断电路可W立即停用高边开关， 因此电流不能流向电马达。
[0024] 在一些技术中，与隔离器件的电导体串联放置分离分路器电阻器，并且在该一分 流电阻器两端的电压降用于确定流向电马达的电流的量。然而使用分离分路器电阻器增加 部件（并且由此增加成本）、需要精确和昂贵电阻器、产生使供给电马达的功率减少的所不 希望的电压降并且如果分路器电阻器在操作中变得太热则潜在地引起冷却问题。
[0025] 在本公开内容中描述的技术中，可W避免或者消除该样的分离分路器电阻器。取 而代之，本技术利用隔离器件的电导体作为分路器。因而在一些情况下，需要对系统的很少 修改，因为隔离器件可W在系统中预先存在。在该一情况下，可W设计修改W确定在隔离器 件的电导体而不是分路器电阻器两端的电压降。
[0026] 图1是图示用于驱动N相电马达的示例系统的框图。例如图1图示系统10,该系 统包括功率逆变器12、分路器14A-14C(统称为"分路器14")、马达16和分路器电压测量 器件18A-18C(统称为"分路器电压测量器件18")。在图1的示例中，马达16为H相电马 达。在该一示例中，每相包含分路器和分路器电压测量器件。在一些示例中，一些相未包含 分路器和分路器电压测量器件。
[0027] 分路器14的示例包括电阻器。马达16的示例包括用于汽车应用的马达、感应马 达、用于加热、通风和空调（HVAC)的马达，或者任何其它类型的马达。实际上，在本公开内 容中描述的技术不限于马达应用，并且可W延及其中向负载（例如图1中的马达16)传输 电流的任何应用。
[002引在图1的示例中，功率逆变器12向马达16传送电流。例如功率逆变器12传送与 la、Ib和Ic,该些电流对应于H相之一。在该一示例中，图示功率逆变器12为包括H个半 桥的典型H相功率逆变器拓扑结构。例如第一个桥包括用于第一相的开关T址和化1，第二 个桥包括用于第二相的开关T化和化1，并且第H个桥包括用于第H相的开关Tch和Tcl。 功率逆变器12的开关T址、化1、化K化1、Tch和Tcl可W是功率开关，比如金属氧化物半 导体场效应晶体管（MOSFET)或者绝缘栅双极晶体管（IGBT)。
[002引为了在相应的相中传送电流Ia、Ib和Ic,控制器（未示出）使功率逆变器12的开 关T址、Tal、化KTbl、Tch和Tcl的驱动器（未示出）有选择地启用和停用开关T址、Tal、 化KTbl、Tch和Tcl。例如在启用（即闭合）开关T址并且停用（即断开）开关Tal时，电 流Ia经由分路器14A从化流向马达16。相似地，在启用开关化h并且停用开关化1时，电 流扣经由分路器14B从化流向马达16,并且在启用开关Tch并且停用开关Tcl时，电流 Ic经由分路器14C从化流向马达16。
[0030] 可W多种方法提供在开关两端的电压化。作为一个示例，功率源可W提供电压 化。作为另一示例，充电的电容器可W提供电压化。一般而言，功率逆变器12的化和/或 接地（OV)可W不同于控制器的电源和/或接地。如更具体描述的那样，可W有在控制器与 功率逆变器12的开关的驱动器和功率逆变器12之间的隔离屏障，从而没有从控制器到功 率逆变器12的开关的驱动器和功率逆变器12的直流通路。
[0031] 在图1的示例中，控制器可W使驱动器有选择地启用和停用开关T址、化1、化h、 Tbl、Tch和Tcl，从而在电流la、扣和Ic之间的相位近似为120° (即360° /3为120° )。 由于电流la、Ib和Ic各自为用于H相马达16的电流，所W电流la、Ib和Ic可W称为相电 流。例如控制器可W输出脉宽调制（PWM)信号，该些P丽信号使驱动器在近似20曲Z或者 更高（例如在可听范围W外，从而人类未听见啸声）有选择地启用和停用功率逆变器12的 开关。在该一示例中，周期为50微砂（y S)(即l/20k)。用于启用和停用开关的20曲Z速 率是仅出于示例的目的而提供的并且不应视为限制。
[003引在马达16的操作期间，确定向马达16传送的电流的量（即Ia、Ib和Ic在操作期 间的值）可能是有益的。为了确定Ia、Ib和Ic的值，系统10包括测量在相应分路器14两 端的电压降的分路器电压测量器件18。例如流过分路器14A的相电流Ia引起分路器电压 测量器件18A测量的在分路器14a两端的电压降。分路器电压测量器件18A可W相控制器 输出测量的电压，并且控制器可W通过将测量的电压除W分路器14A的已知电阻来确定Ia 的值。控制器可W相似地确定Ib和Ic的值。
[0033] 然而W该一方式确定la、扣和Ic的值，可能有某些缺点。例如为了确定la、扣和 Ic的值，分路器14AU4B和14C可能需要提供精确电阻的相对高质量电阻器。该样的高质 量电阻器可能相当昂贵。作为另一示例，如果la、Ib和Ic太小或者分路器14AU4B和14C 的电阻太�。虻缪菇悼赡芴〈佣贾路致菲鞯缪共饬科骷�18的不精确测量。
[0034] 可W有可能增加分路器14AU4B和14C的电阻W增加电压降。然而在分路器14A、 14B和14C两端的电压降增加会减少向马达16传输的功率。在分路器14A、14B和14C两端 的电压降的增加造成分路器14AU4B和14C发热更多。该样的发热又可能导致不希望的冷 却问题。
[0035] 图1还图示了分别在开关T址和化1、开关化h和化1 W及开关Tch和Tcl的交点 的相节点20A、20B和20C。在启用开关化1、Tbl和Tcl并且停用开关T址、T化和Tch时， 在相节点20A、20B和20C的电压为零伏特。在启用开关T址、T化和Tch并且停用开关化1、 Tbl和Tcl时，在相节点20A、20B和20C的电压化伏特。在一些示例中，在相节点20A、20B 和20C从零伏特到化伏特的电压上升迅速。例如从零伏特到化伏特的电压上升的速率 (即dVMt)可W近似为5kV/y S到lOkV/y S或者甚至更大。
[0036] 电压的该样的快速上升使分路器电压测量器件18难W准确测量在分路器14两端 的瞬时电压降，该造成相电流la、Ib和Ic的值的不精确确定。例如在相节点20A、20B和 20C的电压可W从0伏特迅速上升至近似700伏特，但是在分路器14两端的电压可W近似 为0. 5伏特。在该一情况下，有很高共�：秃苄〉牡缪垢谋洌檬狗致菲鞯缪共饬科骷�18 难W精确测量分路器14两端的压降。
[0037] 另外，如W上描述的那样，功率逆变器12和控制器经由隔离屏障相互隔离。隔离 屏障也可W隔离分路器电压测量器件18和控制器。该一隔离要求分路器电压测量器件18 的输出穿越隔离屏障W到达控制器，或者至少要求电平移位，因为控制器和分路器电压测 量器件18未W相同接地电势为参考。
[0038] 出于W上原因，图1中所示示例可能不满足或者不适合确定相马达16传输的电流 的量。在一些情况下，关于图1中所示示例描述的缺点可能在比如用于混合汽车或者电机 控制的高功率应用中尤其严重。然而在运行时间期间确定流向马达16的电流的量、比如用 于转矩控制算法、安全和诊断目的W检测老化影响、分析突然故障和/或提供合理性校验 (即验证电流测量）可W仍然是有益的。
[0039] 根据在本公开内容中描述的技术，可W消除并且用包括隔离器件替换分路器14， 该隔离器件包括称为电导体的传导元件。隔离器件可W输出指示流过电导体的电流的量的 信号。
[0040] 另外，本公开内容的技术可W利用隔离器件的电导体的用途用于附加目的。例如 通过确定在电导体两端的电压降，W及基于确定的电压降确定流向马达16的电流的量，该 些技术提供确定流向马达16的电流的量的另一方式（例如流向马达16的电流的补充测 量）。通过基于在电导体两端的电压降确定流向马达16的电流的量，本技术可W提供快速 过电流保护。例如取代等待控制器确定比希望的电流更多的电流流向马达16,本技术可W 立即停用开关T址、T化和Tch中的一个或者多个开关W限制电流流入马达16而未穿过任 何隔离屏障。W下描述隔离屏障的示例。
[0041] 图2是图示用于驱动N相电马达的另一示例系统的框图。例如图2图示系统22， 该系统包括控制器24、隔离屏障26、高边栅极驱动器28、低边栅极驱动器30、电流诊断电 路32和隔离器件34。还图示系统22包括与图1的（例如功率逆变器12的）开关T址和 Tal相同的开关T址和化1。为了易于图示，在图2中仅图示半桥拓扑之一（例如开关T址 和化1)。可W与在图2中所示示例中驱动开关T址和Tal的方式相似地驱动其它半桥拓扑 (例如开关化h和化1 W及开关Tch和Tcl)。
[0042] 例如可W存在用于开关町h和Tch中的每个开关的相应高边栅极驱动器（未示 出）W及用于开关Tbl和Tcl中的每个开关的相应低边栅极驱动器（未示出）。开关化h 和化1 W及开关Tch和Tcl分别禪合到与隔离器件34相似的隔离器件。隔离器件的电导 体也可W禪合到与电流诊断电路32相似的相应电流诊断电路。
[0043] 隔离屏障26将系统22拆分成初级侧和次级侧。如W下描述的那样，并非在每个 示例中均需要隔离屏障26,并且高边栅极驱动器28的电平移位器46和低边栅极驱动器的 电平移位器52可W提供隔离屏障26的功能。初级侧包括在图2中的隔离屏障26左侧的 部件，并且次级侧包括在隔离屏障26右侧的部件。一般而言，在隔离屏障26的相反侧上的 部件可W W不同电势为参考。例如控制器24由初级侧电源36供电，高边栅极驱动器28和 电流诊断电路32由高边驱动电源44供电，低边栅极驱动器30由低边驱动电源50供电，并 且流过隔离器件34的电流（例如电流Ia)源于提供电压化的功率供应。次级侧包括高边 栅极驱动器28和低边栅极驱动器30结构。
[0044] 在该一示例中，初级侧电源36、高边驱动电源44和低边驱动电源50的接地电势都 可W不同，并且初级侧电源36、高边驱动电源44、低边驱动电源50和化的正电势都可W不 同。在该些示例中，可W没有从控制器24(例如初级侧）到高边栅极驱动器28、低边栅极驱 动器30、电流诊断电路32和隔离器件34的直流通路。如W下更具体描述的那样，电流传 感器58、隔离器件34 W控制器24的接地电势（初级侧电源）为参考。例如初级侧电源36 向控制器24和电流传感器58二者提供功率。
[0045] 在一些示例中，信号从初级侧传输并且由次级侧接收，或者W相反的方向阀通过 隔离屏障26。为了图示该一点，W虚线表示穿过隔离屏障26的信号或者另外隔离的信号。 例如从次级侧传输的信号W次级侧的电源之一的电势为参考。隔离屏障26接收信号并且 使信号W初级侧的电源的电势为参考。相似地，从初级侧传输的信号W初级侧的电源的电 势为参考。隔离屏障26接收信号并且使信号W次级侧的电源之一的电势为参考。
[0046] 例如隔离屏障26包括多个变压器。变压器的W初级侧为参考的一侧从初级侧接 收信号。该信号使得变压器的另一侧产生电压，其中该变压器的另一侧W次级侧为参考。 然后，次级侧接收信息。相似地，另一变压器的一侧从W次级侧为参考的第二侧接收信号。 信号使得变压器的W初级侧为参考的另一侧产生电压。在该一示例中，变压器中断从初级 侧到次级侧W及或相反方向的直流通路。利用变压器W提供在初级侧与次级侧之间的隔离 是仅出于示例的目的而提供的，并且不应视为限制。一般而言，可W利用提供隔离的任何技 术、比如光学方法。
[0047] 在一些示例中，隔离屏障26可W在系统22中非必需。例如高边栅极驱动的其28 的电平移位器46和低边栅极驱动器30的电平移位器52可W被配置用于提供电隔离。例 如电平移位器46和电平移位器52可W包括变压器、光学隔离器或者其它部件，该些部件提 供在控制器24与高边栅极驱动器28和低边栅极驱动器30之间的电隔离。因而，隔离屏障 26是可选的。在一些示例中，如果高边栅极驱动器28和低边栅极驱动器30未分别包括电 平移位器46和电平移位器52或者未被配置用于提供与控制器24的电隔离，则系统22可 W包括隔离屏障26。在一些情况下，即使在电平移位器46和电平移位器52提供电隔离的 示例中，系统22仍然可W包括隔离屏障26。W该一方式，可W利用不同类型的高边栅极驱 动器和低边栅极驱动器而无关于电隔离的任何负面影响。
[0048] 控制器24可W作为用于系统22的系统控制单元工作。例如控制器24可W是数字 或者模拟集成电路（IC)芯片，并且初级侧电源36向控制器24提供功率。作为一个示例， 初级侧电源36向控制器24提供3. 3伏特或者5伏特的电压。
[0049] 控制器 24 的不例包括 Infineon⑩的 XC2xxx、TC17xx、TC19xx、XMClxxx和XMC4xxx 系列控制器中的控制器。然而控制器24无需限于任何具体类型或者型号的芯片。一般而 言，控制器24可W包括一个或者多个数字信号处理器值SP)、通用微处理器、专用集成电路 (ASIC)、现场可编程逻辑阵列（FPGA)或者其它等效集成或者分立逻辑电路装置。
[0050] 如图所示，控制器24包括诊断接口 38、开关控制电路40和电流测量接口 42。图 示诊断接口 38、开关控制电路40和电流测量接口 42为功能分离部件W便描述每个部件。 诊断接口 38、开关控制电路40和电流测量接口 42可W是在控制器24内的分离部件或者可 W-起形成于控制器24内。
[0051] 虽然图示控制器24为包括诊断接口 38、开关控制电路40和电流测量接口 42,但 是在本公开内容中描述的技术不限于此。在一些示例中，诊断接口 38、开关控制电路40和 电流测量接口 42中的一个或者多个部件可W在控制器24外部。在该些示例中，控制器24 可W被配置用于控制外部一个或者多个诊断接口 38、开关控制电路40和电流测量接口 42 的功能。控制器24也可W包括与所示部件不同的附加部件。
[0052] 高边栅极驱动器28由高边驱动电源44供应并且包括电平移位器46和输出驱动 器48,并且低边栅极驱动器30由低边驱动电源50供应并且包括电平移位器52和输出驱动 器54。高边驱动电源44和低边驱动电源50可W是分离、独立功率供应。换而言之，高边驱 动电源44和低边驱动电源50相互电隔离。高边栅极驱动器28和低边栅极驱动器30的一 个示例是Infineon⑩的EiceDRIVERTM产品2EDXX系列。
[0053] 高边栅极驱动器28可W被配置用于启用和停用开关T址，并且低边栅极驱动器30 可W被配置用于启用和停用开关化1。如图所示，控制器24的开关控制电路40向高边栅极 驱动器28的电平移位器46和低边栅极驱动器30的电平移位器52输出信号、比如脉宽调 巧Ij (PWM)信号。作为响应，电平移位器46使输出驱动器48输出使开关T址启用或者停用 的电压，并且电平移位器52使输出驱动器54输出使开关Tal启用或者停用的电压。在启 用T址时停用化1，并且在启用Tal时停用T址。
[0054] 电平移位器46和电平移位器52也可W向诊断接口 38输出高边栅极驱动器28和 低边栅极驱动器30的诊断信息。例如，如果在高边栅极驱动器28或者低边栅极驱动器30 内的任何部件发送故障，则电平移位器46或者电平移位器52可W向控制器24的诊断接口 38输出指示该一点的诊断信息。控制器24又可W确定是否需要采取任何附加动作、比如提 供故障指示或者W某个其它方式指示故障出现、包括停止电流流向负载（例如马达16)。
[00巧]在启用T址并且停用Tal时，电流Ia从化流过T址并且流过隔离器件34流向马 达16。隔离器件34包括电导体56 (有时称为传导元件）和如虚线框（例如气隙或者某个 其它绝缘）所示从电导体56隔离的电流传感器58。换而言之，隔离中断在电导体56与电 流传感器58之间的任何直接连接。隔离器件34的一个示例是霍尔传感器、比如Infineon 的化14970。然而可W利用能够将感测路径与传导路径隔离的任何器件。
[0056] 在图2中，电流Ia流过隔离器件34的电导体56。电流流过电导体56产生磁场。 电流传感器58感测该磁场并且向控制器24的电流测量接口 42输出信号。由于电流传感 器58已经从电导体56隔离，所W电流传感器58输出的信号无需流过隔离屏障26流向电 流测量接口 42。
[0057] 电流测量接口 42从电流传感器58接收信号并且确定流过电导体56的电流的量 (即电流Ia的值）。例如电流传感器58的输出信号的幅度可W与流过电导体56的电流的 量成比例。基于电流传感器58的输出信号的幅度和流过电导体56的实际电流的比例性， 电流测量接口 42可W确定流过电导体56的电流。控制器24利用确定的电流的量W确定 是否需要对向马达16传输的电流做任何改变。例如电流测量接口 42是用于控制向马达16 传输的电流的量的控制回路的一部分。W该种方式，控制器24能够连续确定电流Ia的值， 并且没有与W上关于图1描述的与分路器14和分路器电压测量器件18关联的缺点。
[005引在用电流测量接口 42确定电流Ia的值之时，其中该电流测量接口提供在H相中 的一相（例如H相中的第一相）中流向马达16的电流的量的准确测量，出于安全目的，双 校验或者验证该电流测量可能是有益的。例如执行合理性校验W确定通过电流测量接口 42 测量的电流是否合理可能是有益的。
[0059] 为了验证电流测量，可W使用另一测量技术（即流向负载的电流的补充测量）。例 如可W有可能在相电流Ia、Ib和Ic的路径中包括电流传感器。在一些情况下，可W有可能 包括在相电流中的两个相电流的路径中的电流传感器和禪合到化的一个电流传感器。在 该些情况下，有可能根据禪合到化的电流传感器感测的电流、用电流传感器通过将在路径 中流动的电流求和的方式，来为未包括电流传感器的路径确定相电流的量。然而使用电流 传感器可能成本高昂。
[0060] 备选地，可W有可能如图1中所示包括分路器14和分路器电压测量器件18。例如 分路器14可W由在相电流la、Ib和Ic的路径中的电阻材料形成，并且分路器电压测量器 件18将测量在相电流la、Ib和Ic的路径中的电阻材料两端的电压降。然而可能有与如W 上关于图1描述的那样使用分路器14和分路器电压测量器件18关联的缺点。
[0061] 根据在本公开内容中描述的技术，电流诊断电路32可W确定在电导体56两端 (例如直接在电导体56两端）的电压水平并且基于确定的电压水平确定流过电导体56的 电流的量作为使用电流传感器58而确定的测量的补充测量。例如电导体56的两个接触 (例如两侧）可W禪合到电流诊断电路32的输入。电流诊断电路32可W包括具有参考电 压的模拟电路装置，其中参考电压用于如W下描述的过电流保护。电流诊断电路32的包括 微控制器的其它示例是可能的。
[0062] 如图2中所示，电流诊断电路32从高边栅极驱动器28的高边驱动电源44接收功 率。例如电流诊断电路32的正供应电势禪合到高边驱动电源44的正供应电势，并且电流 诊断电路32的接地电势禪合到高边驱动电源44的接地电势。在该一示例中，高边栅极驱 动器28的接地电势与电流诊断电路32的接地电势有关。例如高边栅极驱动器28和电流 诊断电路32的接地电势禪合在一起（例如二者连接到高边驱动电源44的接地）。
[0063] 在图2中所示示例中，电流诊断电路32禪合到电导体56的输出。电导体56的输 入禪合到与电流诊断电路32的接地电势相同的、高边驱动电源44的接地电势。W该一方 式，电导体56的两个接触（例如电导体56的输入和输出）禪合到电流诊断路32的输入 (例如禪合到电流诊断电路32和电流诊断电路32的接地电势）。因此，电流诊断电路32 相对于电流诊断电路32的接地电势确定的在电导体56的输出的电压等于在电导体56两 端的电压水平，因为电导体56的输入禪合到电流诊断电路32的接地电势。
[0064] 换而言之，如果电流诊断电路32要测量在电导体56的输入的电压，则电流诊断电 路32将把该电压测量为零伏特，该是由于电导体56的输入与电流诊断电路32禪合到的相 同接地电势。因而，在电流诊断电路32测量在电导体56的输出的电压时，电流诊断电路32 可W视为测量在电导体56两端的电压水平（例如下降）。
[006引电流诊断电路32可W组合该测量的电压与电导体56的已知电阻。例如虽然电导 体56作为导体工作，但是有与电导体56关联的某个数量的最小电阻。作为一个示例，电导 体56的电阻近似为0. 6毫欧姆（mOhm)。此外，用来连接隔离器件45的装配技术可W影响 隔离器件34 (例如装配接线和导体56)的总电阻。例如，如果隔离器件34被不良地装配到 开关T址和化1，则隔离器件34的总电阻可能增加。然而，阻抗的任何改变可W相对的小。 例如传导路径（例如焊线和电导体56)的总电阻可W近似为0. 6m0hm+10-20%。
[0066] 电流诊断电路32可W确定流过电导体56的电流的量的补充测量，其中补充测量 是使用电流传感器58而确定的流过电导体56的电流的量的测量的补充。诊断电路32目 前可W传输数据，该数据指示流过电导体56的电流的量的补充测量。例如电流诊断电路32 可W基于在电导体56两端的电压水平，向诊断接口 38输出电压水平流过电导体56的电流 的补充测量的值。
[0067] 诊断接口 38也可W基于来自电流测量接口 42的电流传感器58接收测量的电流 的量。诊断接口 38可W比较两个电流测量并且确定测量中是否有明显差值。例如诊断接 口 38利用来自电流诊断电路32的电流测量W确定来自电流测量接口 42的电流测量是否 合理。换而言之，诊断接口 38基于如下数据验证使用电流传感器58而确定的电流测量，该 数据指示如电流诊断电路32确定的电流的补充测量。
[0068] 来自电流诊断电路32的电流测量可W不如来自电流测量接口 42的电流测量准 确。因而，两个电流测量可W未确切相同、但是可W在可用于验证的合理范围内。例如，女口 果在来自电流诊断电路32的电流测量与来自电流测量接口 42的电流测量之间的百分比差 值在合理范围内，则诊断接口 38可W确定无故障（例如验证电流测量接口 42的电流测量 准确）。然而如果在来自电流诊断电路32的电流测量与来自电流测量接口 42的电流测量 之间的百分比差值在合理范围W外，则诊断接口 38可W确定有故障（例如验证电流测量接 口 42的电流测量不准确）。
[0069] 在一些情况下，电流诊断电路32可W测量负电压水平，因为向电导体56的输入禪 合到接地电势并且电压在电导体56两端下降。该意味着在电导体56的输出的电压在比电 导体56的输入更低的电压。诊断接口 38可W被配置用于校正测量的电流的任何该样的差 值W及将该样的信息用于附加诊断校验。
[0070] 例如，如果电流诊断电路32测量的电压水平为负，则电流诊断电路32确定的电流 也将为负。诊断接口 38可W被配置用于确定电流诊断电路32何时输出相电流Ia的负电 流值，并且电流测量接口 42何时输出相电流Ia的正电流值，该种合理性校验指示电流测量 路径的可能故障。
[0071] W该一方式，电流诊断电路32 W与电流测量接口 42测量流过电导体56的电流的 量的方式完全独立的方式确定流过电导体56的电流的量。换而言之，流过电导体56的电 流的补充测量独立于使用电流传感器58而确定流过电导体56的电流的测量。在用于确定 流过电导体56的电流的量的两种不同方式之间的该样的独立性进一步保证可W用可靠方 式检测电流测量路径中的故障或者破坏的数据。
[0072] 例如电流测量接口 42的用于确定流过电流56的电流的能力的任何故障不影响电 流诊断电路32的用于确定流过电导体56的电流的量的能力。W该一方式，电流测量接口 42和电流诊断电路32二者可能同时不正确地确定流过电导体56的电流的量的可能性很 小。例如不同错误场景将可能是电流测量接口 42和电流诊断电路32二者同时出故障所需 要的。使电流测量接口 42和电流诊断电路32二者出故障的单个错误场景将很不可能。
[0073] 在一些示例中，除了确定流过电导体56的电流的量之外，电流诊断电路32也可W 被配置用于与控制器24和初级侧供应36独立地提供快速过电流保护。例如电流诊断电 路32可W如W上关于补充测量描述的那样确定流过电导体56的电流，并且如果电流水平 在某个口限W上，则电流诊断电路32可W使高边栅极驱动器28的输出驱动器48停用开关 T址。停用开关T址立即使电流停止流过电导体56。
[0074] 作为一个示例，电流诊断电路32可W确定在电导体56两端的电压水平。电流诊 断电路32可W比较确定的电压水平与电流诊断电路32的参考电压。如果确定的电压大于 参考电压，则电流诊断电路32可W使高边栅极驱动器38的输出驱动器48停用开关T址。 通过选择在电流诊断电路32内的参考电压的值。可W对于不同电流水平提供过电流保护。
[0075] 相较于仅依赖于控制器24提供过电流保护，将电流诊断电路32用于过电流保护 提供了快速过电流保护。例如依赖于控制器24提供过电流保护将需要等待控制器24的电 流测量接口 42确定流过电导体56的电流太高。然后，开关控制电路40将需要向电平移位 器46输出信号，该信号指电平移位器46使输出驱动器48停用开关Tab。然后，输出驱动 盎48将停用开关T址。
[0076] 控制器24提供过电流保护可能要求初级侧电源36、电流传感器58、电流测量接口 42、开关控制电路40、隔离屏障26、电平移位器46和输出驱动器48都恰当地操作。电流诊 断电路32提供过电流保护可W仅要求输出驱动器48恰当操作，因为本地（例如在次级侧 上而无需向初级侧传输数据或者向任何接口传输数据）执行是否启用或者停用开关T址的 判决。W该一方式，使用电流诊断电路32的过电流保护可W比依赖于控制器24提供过电 流保护更有错误弹性。
[0077] 如图所示，电流诊断电路32在高边栅极驱动器28外部。然而本公开内容的方面 不限于此。例如，如W上描述的那样，电流诊断电路32由高边驱动电源44供电，该高边驱 动电源44也向高边栅极驱动器28的部件供电。因而在一些实施例中，高边栅极驱动器28 包括电流诊断电路32。
[007引另外，如W上描述的那样，电平移位器46向诊断接口 38输出诊断信息。在高边栅 极驱动器28包括电流诊断电路32的示例中，电流诊断电路32可W通过电平移位器46向 诊断接口 38输出确定的电流的量的值。在该些示例中，在电流诊断电路32与诊断接口 38 之间无需附加通信接口。换而言之，电平移位器46可W视为通信接口。在高边栅极驱动器 28包括电流诊断电路32的示例中，电流诊断电路32可W经由高边栅极驱动器28的通信接 口（例如电平移位器46)传输数据。
[0079] 在电流诊断电路32通过电平移位器46输出确定的补充测量的值的示例中，高边 栅极驱动器28向诊断接口 38输出的数据量增加，该数据量的增加又引起带宽的紧张。然 而可W不必让数据量不断和准确地确定流过电导体56的电流的量，并且向诊断接口 38传 输该样的数据。
[0080] 例如电流测量接口 42可W不断和准确地确定流过电导体56的电流的量。可W不 必不断执行该合理性校验（例如不断验证电流测量）。实际上，每周期由电流诊断电路32 传输的数据的少数采样可W足W验证电流测量接口 42的电流测量。也为了执行合理性校 验，无需电流的确切测量。流过电导体56的电流的电流水平的近似可W足够了。
[0081] 在一些示例中，电流诊断电路32可W定期地确定用于流过电导体56的电流的量 的低分辨率值并且向诊断接口 38定期地传输流过电导体56的电流的量的数据（例如值）。 因此，在高边栅极驱动器28包括电流诊断电路32的示例中，高边栅极驱动器28将需要向 诊断接口 38传输的数据量的增加是最�。糜执创砉〉慕粽�。
[0082] 关于电流测量的高精确度水平也可W是过电流保护不需要的，因为过电流保护 用来至少保护开关W免需要流动太多电流。例如假设电流诊断电路32被配置用于对于 在标称操作电流的150% W上的电流提供过电流保护（即过电流水平为标称操作电流的 150% )。在该一示例中，由于电流诊断电路32未精确地确定流过电导体56的电流的量， 所W可W有可能的是电流诊断电路32在标称操作电流的155%或者145%时提供过电流保 护。
[0083] 可W通过调整用于过电流保护的电流诊断电路32提供过电流保护所在的电平来 校正电流诊断电路32的测量的任何精确度缺失。例如，如果在标称电流的150%提供过电 流保护是关键的，则电流诊断电路32可W被配置用于在标称电流的125%提供过电流保 护，从而使得电流诊断电路32的测量的任何精确度缺失未影响关键保护。也由于电流测量 接口 42是用于在操作期间调整流向马达16的电流的控制回路的一部分，所W电流诊断电 路32的测量的任何精确度缺失未影响控制回路。
[0084] 然而应当注意如果标称电流为50安培（A)、电导体56的电阻为6m0hm并且过电 流保护电平为标称电流的150% (即75A)，则在电导体56两端的电压降近似为45毫伏特 (mV)(即75A*0. 6m0hm等于45mV)。电流诊断电路32可W能够准确测量45mV。因此，即使 高精确度不是过电流保护所需要的，仍然可W有可能让电流诊断电路32提供高精确度的 过电流保护。
[0085] 如W上描述的那样，电导体56的电阻近似为0. 6m0hm。如果标称操作电流为50A， 则电导体56耗散的功率的量近似为1. 5瓦特（W)(即502*0 . 00 06等于1. 5W)。电导体56 耗散1. 5W可W不足W加热隔离器件34。换而言之，由于电导体56的电阻仅为0. 6m0hm，所 W在50A的标称操作范围中可W有很少或者无冷却问题。
[0086] 如W上描述的那样，图2图示用于一个开关对（例如开关T址和化1)的电流诊断 电路32。在一些示例中，可W不必包括用于所有H个开关对的电流诊断电路。例如对于H 相马达16, 一个要求可W是电流Ia、Ib和Ic求和为零。因而如果测量两个相电流，则可W 有可能确定第H相电流。然而利用H个电流诊断电路（一个用于每个相电流）可W对于提 供附加合理性校验有用。
[0087] 图3是图示根据在本公开内容中描述的一种或者多种技术的示例操作的流程图。 出于示例的目的，关于图2的系统22描述图3的示例。
[008引在图3中所示过程中，电流诊断电路32可W确定在隔离器件34的电导体56两端 (例如直接在电导体56两端）的电压水平化0)。例如在本公开内容中描述的技术中，可W 无需测量在电流路径中的分离分路器两端的电压水平。实际上，隔离器件34的电导体56 形成为辅助分路器。
[0089] 在该一示例中，电导体56的输入禪合到电流诊断电路32的接地电势。例如电流 诊断电路32由向高边栅极驱动器28的部件供电的相同功率供应（即高边驱动电源44)供 电。
[0090] 电流诊断电路32可W基于确定的电压水平确定流过电导体56的电流的量的补充 测量化2)。补充测量是使用电流传感器58确定的流过电导体的电流的量的测量的补充。 例如电导体56的电阻可W近似为0. 6mOhm，并且通过将确定的电压降除W已知电阻，电流 诊断电路32可W确定流过电导体56的电流的量。
[0091] 电流诊断电路32可W传输数据，该数据指示流过电导体的电流的量的补充测量 化4)。补充测量可W用于验证用隔离器件34的传感器56对流过电导体56的电流的量的 测量。例如电流诊断电路32可W向控制器24传输流过电导体56的电流的量的补充测量 的值（例如经由隔离屏障26)。控制器24可W利用流过电导体56的电流的量的补充测量 的值W确定流过电导体56的电流的测量是否合理。
[0092] 在一些示例中，电流诊断电路32可W经由高边栅极驱动器28传输数据。例如高 边栅极驱动器28的电平移位器46可W被配置用于向控制器24传输诊断信息，并且电流诊 断电路32可W经由电平移位器46传输数据。
[0093] 电流诊断电路32可W确定流过电导体56的电流的量是否大于或者等于过电流水 平化6)。如果电流诊断电路32确定流过电导体56的电流的量大于或者等于过电流水平， 则电流诊断电路32可W通过停用开关T址来使开关T址限制电流流过电导体56化8)。例 女口，如果电流诊断电路32确定流过电导体34的电流大于或者等于过电流水平，则电流诊断 电路32可W使输出驱动器48使T址停用。
[0094] 图4是图示根据在本公开内容中描述的一种或者多种技术的另一示例操作的流 程图。出于示例的目的，关于图2的系统22描述图4的示例。
[0095] 在图4中所示示例中，控制器24可W基于电流传感器58输出的信号测量流过电 导体56的电流的量（70)。例如电流传感器58从电导体56隔离，并且电流测量接口 42可 W基于电流传感器58输出的信号连续测量流过电导体56的电流。
[0096] 控制器24也可W接收数据，该数据指示如电流诊断电路32确定的流过电导体56 的确定的电流的量（即补充测量的数据）（72)。在该一示例中，控制器24和电流诊断电路 32 W不同电势为参考。因而控制器24经由隔离屏障26接收数据，该数据指示流过电导体 56的确定的电流的量。控制器24可W基于接收的数据验证流过电导体56的电流的量的测 量是合理的，该数据指示流过电导体56的确定的电流的量（74)。例如控制器24可W基于 接收的数据确定流过电导体56的电流的量的测量是否合理，该数据指示流过电导体56的 确定的电流的量。
[0097] 已经描述本技术的各种示例。该些和其它示例在所附权利要求的范围内。
【权利要求】
1. 一种系统，包括： 隔离器件，包括电导体和电流传感器，其中所述电流传感器被配置用于输出指示流过 所述电导体的电流的量的信号；以及 电流诊断电路，被配置用于： 确定所述隔离器件的所述电导体两端的电压水平；以及 基于所确定的电压确定流过所述电导体的电流的量的补充测量，其中所述补充测量是 对使用所述隔离器件的所述传感器而确定的流过所述电导体的电流的量的测量的补充。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述电流诊断电路被配置用于传输数据，所述数 据指示流过所述电导体的电流的量的所述补充测量。
3. 根据权利要求2所述的系统，还包括： 控制器，被配置用于： 基于所述电流传感器输出的所述信号测量流过所述电导体的电流的量； 接收来自所述电流诊断电路的指示所述补充测量的所述数据；并且 基于所接收的指示流过所述电导体的电流的量的所述补充测量的数据验证所测量的 电流的量。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中所述电流诊断电路被配置用于确定直接在所述隔 离器件的所述电导体两端的所述电压水平。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中所述电导体的两个接触耦合到所述电流诊断电路 的输入。
6. 根据权利要求1所述的系统，其中所述电流诊断电路被配置用于： 确定流过所述电导体的电流的量的所述补充测量是否指示流过所述电导体的电流的 量大于或者等于过电流水平；并且 如果流过所述电导体的电流的量大于或者等于所述过电流水平，则使开关限制流过所 述电导体的所述电流。
7. 根据权利要求1所述的系统，还包括： 开关，允许所述电流流过所述电导体；以及 栅极驱动器，被配置用于启用或者停用所述开关以允许或者不允许所述电流流过所述 电导体， 其中所述栅极驱动器的接地电势与所述电流诊断电路的接地电势相关。
8. 根据权利要求7所述的系统，其中所述栅极驱动器包括所述电流诊断电路，其中所 述栅极驱动器包括通信接口，并且其中所述电流诊断电路被配置用于经由所述栅极驱动器 的所述通信接口传输数据，所述数据指示流过所述电导体的电流的量的所述补充测量。
9. 根据权利要求1所述的系统，还包括： 控制器，以与所述电流诊断电路的接地电势不同的接地电势为参考；以及 隔离屏障， 其中所述电流诊断电路被配置用于经由所述隔离屏障传输数据，所述数据指示流过所 述电导体的电流的量的所述补充测量。
10. 根据权利要求1所述的系统，还包括： 电马达，其中流过所述电导体的所述电流驱动所述电马达的多个相中的一个相。
11. 一种用于电流诊断的方法，所述方法包括： 确定在隔离器件的电导体两端的电压水平，其中所述隔离器件包括所述电导体和电 流传感器，并且其中所述电流传感器被配置用于输出指示流过所述电导体的电流的量的信 号；以及 基于所确定的电压确定流过所述电导体的电流的量的补充测量，其中所述补充测量是 使用所述隔离器件的所述传感器而确定的流过所述电导体的电流的量的测量的补充。
12. 根据权利要求11所述的方法，还包括： 传输数据，所述数据指示流过所述电导体的电流的量的所述补充测量。
13. 根据权利要求12所述的方法，还包括： 基于所述电流传感器输出的所述信号测量流过所述电导体的电流的量； 接收指示流过所述电导体的电流的量的所述补充测量的所述数据；并且 基于所接收的指示流过所述电导体的电流的量的所述补充测量的数据验证所述测量 的电流的量。
14. 根据权利要求11所述的方法，其中所述确定在所述电导体两端的所述电压水平的 步骤：包括利用电流诊断电路确定直接在所述电导体的输出和所述电导体的输入的两端的 电压水平。
15. 根据权利要求11所述的方法，还包括： 确定流过所述电导体的电流的量的所述补充测量是否指示流过所述电导体的电流的 量大于或者等于过电流水平；并且 如果流过所述电导体的电流的量大于或者等于所述过电流水平，则使开关限制所述电 流流过所述电导体。
16. 根据权利要求15所述的方法， 其中所述确定流过所述电导体的电流的量的所述补充测量是否指示流过所述电导体 的电流的量大于或者等于所述过电流水平的步骤包括：利用电流诊断电路确定流过所述电 导体的电流的量的所述补充测量是否指示流过所述电导体的电流的量大于或者等于过电 流水平， 其中如果流过所述电导体的电流的量大于或者等于过电流水平，则所述使所述开关限 制的步骤包括：用栅极驱动器使所述开关限制所述电流流过所述电导体。
17. 根据权利要求11所述的方法，还包括： 利用流过所述电导体的所述电流驱动电马达的多个相中的一个相。
18. -种系统，包括： 用于确定在隔离器件的电导体两端的电压水平的装置，其中所述隔离器件包括所述电 导体和电流传感器，并且其中所述电流传感器被配置用于输出指示流过所述电导体的电流 的量的信号；以及 用于基于所确定的电压确定流过所述电导体的电流的量的补充测量的装置，其中所述 补充测量是使用所述隔离器件的所述传感器而确定的流过所述电导体的电流的量的测量 的补充。
19. 根据权利要求18所述的系统，还包括： 用于传输数据的装置，所述数据指示流过所述电导体的电流的量的所述补充测量。
20.根据权利要求18所述的系统，还包括： 用于确定流过所述电导体的电流的量的所述补充测量是否指示流过所述电导体的电 流的量大于或者等于过电流水平的装置；以及 用于如果流过所述电导体的电流的量大于或者等于所述过电流水平则使开关限制所 述电流流过所述电导体的装置。
【文档编号】G01R19/00GK104237602SQ201410201154
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2013年6月12日
【发明者】J·巴伦舍恩 申请人:英飞凌科技奥地利有限公司
专业数控铣床产品供应商
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