電流測量和過電流檢測的制作方法
【專利摘要】一種描述用于通過測量在隔離器件的電導體兩端的電壓水平來測量流過電導體的電流的量的技術。隔離器件也包括傳感器，該傳感器提供流過電導體的電流的量的測量。通過使用電壓水平和傳感器二者以確定流過電導體的電流的量，本技術提供驗證隔離器件進行的電流測量。本技術也提供快速過電流保護。
【專利說明】電流測量和過電流檢測
【技術領域】
[0001] 本公開內容涉及電流測量和過電流檢測，并且更具體地涉及相電流的電流測量和 過電流檢測。
【背景技術】
[0002] 電馬達由電流驅動。在電馬達的運行期間，一般希望測量電流W確定是否需要對 電流的進行任何修改。電流的測量也可W用于診斷和保護目的。
【發明內容】
[0003] -般而言，在本公開內容中描述的技術與利用驅動負載（例如電馬達）的預先存 在的電導體作為用于一種確定流向負載的電流的量的方式的分路器（shunt)有關。例如電 路可W確定在電導體兩端的電壓水平W確定流向負載的電流的量。電導體可W是隔離器件 的一部分。在一些示例中，隔離器件輸出電隔離的信號，該信號也可W用來確定流過電導體 的電流的量。
[0004] 在一個示例中，本公開內容描述一種包括隔離器件和電流診斷電路的系統。隔離 器件包括電導體和電流傳感器。在該一示例中，電流傳感器被配置用于輸出指示流過電導 體的電流的量的信號。電流診斷電路被配置用于確定在隔離器件的電導體兩端的電壓水平 并且基于確定的電壓確定流過電導體的電流的量的補充測量。在該一示例中，補充測量是 使用隔離器件的傳感器而確定的流過電導體的電流的量的測量的補充。
[0005] 在一個示例中，本公開內容描述一種用于電流診斷的方法，該方法包括確定在隔 離器件的電導體兩端的電壓水平。在該一示例中，隔離器件包括電導體和電流傳感器，并且 電流傳感器被配置用于輸出指示流過電導體的電流的量的信號。該方法也包括基于確定的 電壓確定流過電導體的電流的量的補充測量。在該一示例中，補充測量是使用隔離器件的 傳感器而確定的流過電導體的電流的量的測量的補充。
[0006] 在一個示例中，本公開內容描述一種系統，該系統包括用于確定在隔離器件的電 導體兩端的電壓水平的裝置。在該一示例中，隔離器件包括電導體和電流傳感器，并且電流 傳感器被配置用于輸出指示流過電導體的電流的量的信號。該系統也包括用于基于確定的 電壓確定流過電導體的電流的量的補充測量的裝置。在該一示例中，補充測量是使用隔離 器件的傳感器而確定的流過電導體的電流的量的測量的補充。
[0007] 在附圖和W下描述中闡述本公開內容的一種或者多種技術的細節。將從描述和附 圖中W及從權利要求中清楚公開內容的其它特征、目的和優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[000引圖1是圖示用于驅動N相電馬達的示例系統的框圖。
[0009] 圖2是圖不用于驅動N相電馬達的另一不例系統的框圖。
[0010] 圖3是圖示根據在本公開內容中描述的一種或者多種技術的示例操作的流程圖。
[0011] 圖4是圖示根據在本公開內容中描述的一種或者多種技術的另一示例操作的流 程圖。
【具體實施方式】
[0012] 在本公開內容中描述的技術利用驅動負載的電導體作為分路器，目的是確定流向 負載的電流的量該樣。電導體可W在向負載傳輸電流的系統中預先存在。例如電導體可W 包括電流傳感器、比如霍爾傳感器的傳導部分。根據該里描述的技術，可W執行次級電流測 量W便補充用霍爾傳感器進行的初級電流測量。W該一方式，在本公開內容中描述的技術 可W減少為了確定流向負載的電流的量的次級（例如補充）測量而原本需要的附加部件。 例如取代使用附加分路器電路器用于確定向負載傳輸的電流的量該樣的目的，本技術利用 預先存在的電導體作為分路器。去除該樣的分路器電阻器減少系統的總成本并且潛在地提 供W下更具體描述的附加優點。
[0013] 在本公開內容中描述的技術中，N相電馬達由流過N個電導體的電流驅動，其中N 個電導體向電馬達輸出電流，從而所有相電流之和為零。在該一示例中，N相電馬達為負載。 電導體的一個示例是隔離器件（例如霍爾傳感器）的電導體。隔離器件也包括輸出信號的 部件，該信號用來W電隔離方式確定流過隔離器件的電導體的電流的量。換而言之，霍爾傳 感器是相負載傳輸電流并且向負載輸出從電流電隔離的信號的隔離器件的一個示例，并且 霍爾傳感器是可W用來確定流向負載的電流的量的隔離器件的一個示例。
[0014] 出于示例的目的，關于N相電馬達（例如H相電馬達）為驅動的負載并且電導體 為霍爾傳感器的部分來描述本技術。然而在本公開內容中描述的技術不限于此而可W延及 其它類型的電負載。在本公開內容中描述的隔離器件也不限于霍爾傳感器，并且可W利用 驅動負載并且輸出信號的任何類型的隔離器件，該信號指示驅動負載的電流的量。
[0015] 在本公開內容中描述的技術中，控制器使得使多個高邊和低邊驅動器啟用和停用 開關W使電流流過N相的電導體。例如第一電導體連接到第一高邊開關和第一低邊開關， 第二電導體禪合到第二高邊開關和第二低邊開關，W此類推。第一高邊開關禪合到第一高 邊驅動器，并且第二低邊開關禪合到第一低邊驅動器，W此類推。控制器可W使高邊驅動器 和低邊驅動器有選擇地啟用和停用相應高邊和低邊開關。
[0016] 在電馬達的操作器件，確定每個電導體傳輸的電流的量可W是有益的。作為一個 示例，電馬達生成的轉矩與相電馬達傳輸的電流的量相關。為了保證電馬達未生成太多轉 矩或者不足轉矩，在電馬達的操作期間確定向電馬達傳輸的電流的量可W是有益的。
[0017] 一種用于確定相電馬達傳輸的電流的量的方式是通過包括電導體的隔離器件 (例如霍爾傳感器）。例如包括電導體的隔離器件包括輸出信號的部件，該信號指示流過電 導體的電流的量。在該一示例中，指示流過電導體的電流的量的信號和流過電導體的電流 被電隔離（即未W相同接地電勢為參考）。
[001引例如可W沒有從隔離器件的電導體和隔離器件的部件的直流通路，該部件輸出指 示流過電導體的電流的量的信號。實際上，有在電導體與隔離器件的部件之間的間隙，該部 件輸出指示流過電導體的電流的量的信號。流過電導體的電流流量引起部件感測的磁場， 并且磁場的量值可W與流過電導體的電流的量成比例。
[0019] 控制器可W接收指示流過電導體的電流的量的信號并且基于接收的信號確定流 向電馬達的電流的量。在一些情況下，僅基于接收的信號確定流向電馬達的電流的量可能 不足W對系統進行故障保護、可能不足W在電馬達的操作器件提供診斷能力并且可能不足 W防范突然故障（例如過電流）。
[0020] 在本公開內容中描述的技術中，電流診斷電路確定直接在隔離器件的電導體兩端 的電壓水平。作為一個示例，電導體的第一側禪合到電流診斷電路的接地電勢，并且電導體 的第二側禪合到電流診斷電路。電流診斷電路可W確定在電導體的第一側與第二側之間的 電壓差。基于確定的電壓水平和隔離器件的電導體的已知電阻，電流診斷電路確定流過電 導體的電流的量。
[0021] 電流診斷電路也可W從控制器電隔離（例如電流診斷電路和控制器的接地電勢 不同）。W該一方式，電流診斷電路與控制器確定流過隔離器件的電導體的電流的方式比較 W獨立、電隔離方式確定流過隔離器件的電導體的電流。
[0022] 可W有用電流診斷電路確定流過隔離器件的電導體的電流的量的各種優點。作為 一個示例，如電流診斷電路確定的流過隔離器件的電導體的電流的量可W用于診斷目的。 例如如電流診斷電路確定的流過隔離器件的電導體的電流的量可W用作如控制器確定的 流過隔離器件的電導體的電流數量的合理性校驗。如果流過電導體的確定的電流的量不 同，則控制器可W確定在系統中可能有故障。
[0023] 作為另一示例，電流診斷電路可W提供快速過電流保護。例如，如果流過隔離器件 的電導體的電流變得太高（例如可能由于短路），則電流診斷電路可W立即停用高邊開關， 因此電流不能流向電馬達。
[0024] 在一些技術中，與隔離器件的電導體串聯放置分離分路器電阻器，并且在該一分 流電阻器兩端的電壓降用于確定流向電馬達的電流的量。然而使用分離分路器電阻器增加 部件（并且由此增加成本）、需要精確和昂貴電阻器、產生使供給電馬達的功率減少的所不 希望的電壓降并且如果分路器電阻器在操作中變得太熱則潛在地引起冷卻問題。
[0025] 在本公開內容中描述的技術中，可W避免或者消除該樣的分離分路器電阻器。取 而代之，本技術利用隔離器件的電導體作為分路器。因而在一些情況下，需要對系統的很少 修改，因為隔離器件可W在系統中預先存在。在該一情況下，可W設計修改W確定在隔離器 件的電導體而不是分路器電阻器兩端的電壓降。
[0026] 圖1是圖示用于驅動N相電馬達的示例系統的框圖。例如圖1圖示系統10,該系 統包括功率逆變器12、分路器14A-14C(統稱為"分路器14")、馬達16和分路器電壓測量 器件18A-18C(統稱為"分路器電壓測量器件18")。在圖1的示例中，馬達16為H相電馬 達。在該一示例中，每相包含分路器和分路器電壓測量器件。在一些示例中，一些相未包含 分路器和分路器電壓測量器件。
[0027] 分路器14的示例包括電阻器。馬達16的示例包括用于汽車應用的馬達、感應馬 達、用于加熱、通風和空調（HVAC)的馬達，或者任何其它類型的馬達。實際上，在本公開內 容中描述的技術不限于馬達應用，并且可W延及其中向負載（例如圖1中的馬達16)傳輸 電流的任何應用。
[002引在圖1的示例中，功率逆變器12向馬達16傳送電流。例如功率逆變器12傳送與 la、Ib和Ic,該些電流對應于H相之一。在該一示例中，圖示功率逆變器12為包括H個半 橋的典型H相功率逆變器拓撲結構。例如第一個橋包括用于第一相的開關T址和化1，第二 個橋包括用于第二相的開關T化和化1，并且第H個橋包括用于第H相的開關Tch和Tcl。 功率逆變器12的開關T址、化1、化K化1、Tch和Tcl可W是功率開關，比如金屬氧化物半 導體場效應晶體管（MOSFET)或者絕緣柵雙極晶體管（IGBT)。
[002引為了在相應的相中傳送電流Ia、Ib和Ic,控制器（未示出）使功率逆變器12的開 關T址、Tal、化KTbl、Tch和Tcl的驅動器（未示出）有選擇地啟用和停用開關T址、Tal、 化KTbl、Tch和Tcl。例如在啟用（即閉合）開關T址并且停用（即斷開）開關Tal時，電 流Ia經由分路器14A從化流向馬達16。相似地，在啟用開關化h并且停用開關化1時，電 流扣經由分路器14B從化流向馬達16,并且在啟用開關Tch并且停用開關Tcl時，電流 Ic經由分路器14C從化流向馬達16。
[0030] 可W多種方法提供在開關兩端的電壓化。作為一個示例，功率源可W提供電壓 化。作為另一示例，充電的電容器可W提供電壓化。一般而言，功率逆變器12的化和/或 接地（OV)可W不同于控制器的電源和/或接地。如更具體描述的那樣，可W有在控制器與 功率逆變器12的開關的驅動器和功率逆變器12之間的隔離屏障，從而沒有從控制器到功 率逆變器12的開關的驅動器和功率逆變器12的直流通路。
[0031] 在圖1的示例中，控制器可W使驅動器有選擇地啟用和停用開關T址、化1、化h、 Tbl、Tch和Tcl，從而在電流la、扣和Ic之間的相位近似為120° (即360° /3為120° )。 由于電流la、Ib和Ic各自為用于H相馬達16的電流，所W電流la、Ib和Ic可W稱為相電 流。例如控制器可W輸出脈寬調制（PWM)信號，該些P麗信號使驅動器在近似20曲Z或者 更高（例如在可聽范圍W外，從而人類未聽見嘯聲）有選擇地啟用和停用功率逆變器12的 開關。在該一示例中，周期為50微砂（y S)(即l/20k)。用于啟用和停用開關的20曲Z速 率是僅出于示例的目的而提供的并且不應視為限制。
[003引在馬達16的操作期間，確定向馬達16傳送的電流的量（即Ia、Ib和Ic在操作期 間的值）可能是有益的。為了確定Ia、Ib和Ic的值，系統10包括測量在相應分路器14兩 端的電壓降的分路器電壓測量器件18。例如流過分路器14A的相電流Ia引起分路器電壓 測量器件18A測量的在分路器14a兩端的電壓降。分路器電壓測量器件18A可W相控制器 輸出測量的電壓，并且控制器可W通過將測量的電壓除W分路器14A的已知電阻來確定Ia 的值。控制器可W相似地確定Ib和Ic的值。
[0033] 然而W該一方式確定la、扣和Ic的值，可能有某些缺點。例如為了確定la、扣和 Ic的值，分路器14AU4B和14C可能需要提供精確電阻的相對高質量電阻器。該樣的高質 量電阻器可能相當昂貴。作為另一示例，如果la、Ib和Ic太小或者分路器14AU4B和14C 的電阻太小，則電壓降可能太小從而導致分路器電壓測量器件18的不精確測量。
[0034] 可W有可能增加分路器14AU4B和14C的電阻W增加電壓降。然而在分路器14A、 14B和14C兩端的電壓降增加會減少向馬達16傳輸的功率。在分路器14A、14B和14C兩端 的電壓降的增加造成分路器14AU4B和14C發熱更多。該樣的發熱又可能導致不希望的冷 卻問題。
[0035] 圖1還圖示了分別在開關T址和化1、開關化h和化1 W及開關Tch和Tcl的交點 的相節點20A、20B和20C。在啟用開關化1、Tbl和Tcl并且停用開關T址、T化和Tch時， 在相節點20A、20B和20C的電壓為零伏特。在啟用開關T址、T化和Tch并且停用開關化1、 Tbl和Tcl時，在相節點20A、20B和20C的電壓化伏特。在一些示例中，在相節點20A、20B 和20C從零伏特到化伏特的電壓上升迅速。例如從零伏特到化伏特的電壓上升的速率 (即dVMt)可W近似為5kV/y S到lOkV/y S或者甚至更大。
[0036] 電壓的該樣的快速上升使分路器電壓測量器件18難W準確測量在分路器14兩端 的瞬時電壓降，該造成相電流la、Ib和Ic的值的不精確確定。例如在相節點20A、20B和 20C的電壓可W從0伏特迅速上升至近似700伏特，但是在分路器14兩端的電壓可W近似 為0. 5伏特。在該一情況下，有很高共模和很小的電壓改變，該使分路器電壓測量器件18 難W精確測量分路器14兩端的壓降。
[0037] 另外，如W上描述的那樣，功率逆變器12和控制器經由隔離屏障相互隔離。隔離 屏障也可W隔離分路器電壓測量器件18和控制器。該一隔離要求分路器電壓測量器件18 的輸出穿越隔離屏障W到達控制器，或者至少要求電平移位，因為控制器和分路器電壓測 量器件18未W相同接地電勢為參考。
[0038] 出于W上原因，圖1中所示示例可能不滿足或者不適合確定相馬達16傳輸的電流 的量。在一些情況下，關于圖1中所示示例描述的缺點可能在比如用于混合汽車或者電機 控制的高功率應用中尤其嚴重。然而在運行時間期間確定流向馬達16的電流的量、比如用 于轉矩控制算法、安全和診斷目的W檢測老化影響、分析突然故障和/或提供合理性校驗 (即驗證電流測量）可W仍然是有益的。
[0039] 根據在本公開內容中描述的技術，可W消除并且用包括隔離器件替換分路器14， 該隔離器件包括稱為電導體的傳導元件。隔離器件可W輸出指示流過電導體的電流的量的 信號。
[0040] 另外，本公開內容的技術可W利用隔離器件的電導體的用途用于附加目的。例如 通過確定在電導體兩端的電壓降，W及基于確定的電壓降確定流向馬達16的電流的量，該 些技術提供確定流向馬達16的電流的量的另一方式（例如流向馬達16的電流的補充測 量）。通過基于在電導體兩端的電壓降確定流向馬達16的電流的量，本技術可W提供快速 過電流保護。例如取代等待控制器確定比希望的電流更多的電流流向馬達16,本技術可W 立即停用開關T址、T化和Tch中的一個或者多個開關W限制電流流入馬達16而未穿過任 何隔離屏障。W下描述隔離屏障的示例。
[0041] 圖2是圖示用于驅動N相電馬達的另一示例系統的框圖。例如圖2圖示系統22， 該系統包括控制器24、隔離屏障26、高邊柵極驅動器28、低邊柵極驅動器30、電流診斷電 路32和隔離器件34。還圖示系統22包括與圖1的（例如功率逆變器12的）開關T址和 Tal相同的開關T址和化1。為了易于圖示，在圖2中僅圖示半橋拓撲之一（例如開關T址 和化1)。可W與在圖2中所示示例中驅動開關T址和Tal的方式相似地驅動其它半橋拓撲 (例如開關化h和化1 W及開關Tch和Tcl)。
[0042] 例如可W存在用于開關町h和Tch中的每個開關的相應高邊柵極驅動器（未示 出）W及用于開關Tbl和Tcl中的每個開關的相應低邊柵極驅動器（未示出）。開關化h 和化1 W及開關Tch和Tcl分別禪合到與隔離器件34相似的隔離器件。隔離器件的電導 體也可W禪合到與電流診斷電路32相似的相應電流診斷電路。
[0043] 隔離屏障26將系統22拆分成初級側和次級側。如W下描述的那樣，并非在每個 示例中均需要隔離屏障26,并且高邊柵極驅動器28的電平移位器46和低邊柵極驅動器的 電平移位器52可W提供隔離屏障26的功能。初級側包括在圖2中的隔離屏障26左側的 部件，并且次級側包括在隔離屏障26右側的部件。一般而言，在隔離屏障26的相反側上的 部件可W W不同電勢為參考。例如控制器24由初級側電源36供電，高邊柵極驅動器28和 電流診斷電路32由高邊驅動電源44供電，低邊柵極驅動器30由低邊驅動電源50供電，并 且流過隔離器件34的電流（例如電流Ia)源于提供電壓化的功率供應。次級側包括高邊 柵極驅動器28和低邊柵極驅動器30結構。
[0044] 在該一示例中，初級側電源36、高邊驅動電源44和低邊驅動電源50的接地電勢都 可W不同，并且初級側電源36、高邊驅動電源44、低邊驅動電源50和化的正電勢都可W不 同。在該些示例中，可W沒有從控制器24(例如初級側）到高邊柵極驅動器28、低邊柵極驅 動器30、電流診斷電路32和隔離器件34的直流通路。如W下更具體描述的那樣，電流傳 感器58、隔離器件34 W控制器24的接地電勢（初級側電源）為參考。例如初級側電源36 向控制器24和電流傳感器58二者提供功率。
[0045] 在一些示例中，信號從初級側傳輸并且由次級側接收，或者W相反的方向閥通過 隔離屏障26。為了圖示該一點，W虛線表示穿過隔離屏障26的信號或者另外隔離的信號。 例如從次級側傳輸的信號W次級側的電源之一的電勢為參考。隔離屏障26接收信號并且 使信號W初級側的電源的電勢為參考。相似地，從初級側傳輸的信號W初級側的電源的電 勢為參考。隔離屏障26接收信號并且使信號W次級側的電源之一的電勢為參考。
[0046] 例如隔離屏障26包括多個變壓器。變壓器的W初級側為參考的一側從初級側接 收信號。該信號使得變壓器的另一側產生電壓，其中該變壓器的另一側W次級側為參考。 然后，次級側接收信息。相似地，另一變壓器的一側從W次級側為參考的第二側接收信號。 信號使得變壓器的W初級側為參考的另一側產生電壓。在該一示例中，變壓器中斷從初級 側到次級側W及或相反方向的直流通路。利用變壓器W提供在初級側與次級側之間的隔離 是僅出于示例的目的而提供的，并且不應視為限制。一般而言，可W利用提供隔離的任何技 術、比如光學方法。
[0047] 在一些示例中，隔離屏障26可W在系統22中非必需。例如高邊柵極驅動的其28 的電平移位器46和低邊柵極驅動器30的電平移位器52可W被配置用于提供電隔離。例 如電平移位器46和電平移位器52可W包括變壓器、光學隔離器或者其它部件，該些部件提 供在控制器24與高邊柵極驅動器28和低邊柵極驅動器30之間的電隔離。因而，隔離屏障 26是可選的。在一些示例中，如果高邊柵極驅動器28和低邊柵極驅動器30未分別包括電 平移位器46和電平移位器52或者未被配置用于提供與控制器24的電隔離，則系統22可 W包括隔離屏障26。在一些情況下，即使在電平移位器46和電平移位器52提供電隔離的 示例中，系統22仍然可W包括隔離屏障26。W該一方式，可W利用不同類型的高邊柵極驅 動器和低邊柵極驅動器而無關于電隔離的任何負面影響。
[0048] 控制器24可W作為用于系統22的系統控制單元工作。例如控制器24可W是數字 或者模擬集成電路（IC)芯片，并且初級側電源36向控制器24提供功率。作為一個示例， 初級側電源36向控制器24提供3. 3伏特或者5伏特的電壓。
[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無需限于任何具體類型或者型號的芯片。一般而 言，控制器24可W包括一個或者多個數字信號處理器值SP)、通用微處理器、專用集成電路 (ASIC)、現場可編程邏輯陣列（FPGA)或者其它等效集成或者分立邏輯電路裝置。
[0050] 如圖所示，控制器24包括診斷接口 38、開關控制電路40和電流測量接口 42。圖 示診斷接口 38、開關控制電路40和電流測量接口 42為功能分離部件W便描述每個部件。 診斷接口 38、開關控制電路40和電流測量接口 42可W是在控制器24內的分離部件或者可 W-起形成于控制器24內。
[0051] 雖然圖示控制器24為包括診斷接口 38、開關控制電路40和電流測量接口 42,但 是在本公開內容中描述的技術不限于此。在一些示例中，診斷接口 38、開關控制電路40和 電流測量接口 42中的一個或者多個部件可W在控制器24外部。在該些示例中，控制器24 可W被配置用于控制外部一個或者多個診斷接口 38、開關控制電路40和電流測量接口 42 的功能。控制器24也可W包括與所示部件不同的附加部件。
[0052] 高邊柵極驅動器28由高邊驅動電源44供應并且包括電平移位器46和輸出驅動 器48,并且低邊柵極驅動器30由低邊驅動電源50供應并且包括電平移位器52和輸出驅動 器54。高邊驅動電源44和低邊驅動電源50可W是分離、獨立功率供應。換而言之，高邊驅 動電源44和低邊驅動電源50相互電隔離。高邊柵極驅動器28和低邊柵極驅動器30的一 個示例是Infineon⑩的EiceDRIVERTM產品2EDXX系列。
[0053] 高邊柵極驅動器28可W被配置用于啟用和停用開關T址，并且低邊柵極驅動器30 可W被配置用于啟用和停用開關化1。如圖所示，控制器24的開關控制電路40向高邊柵極 驅動器28的電平移位器46和低邊柵極驅動器30的電平移位器52輸出信號、比如脈寬調 巧Ij (PWM)信號。作為響應，電平移位器46使輸出驅動器48輸出使開關T址啟用或者停用 的電壓，并且電平移位器52使輸出驅動器54輸出使開關Tal啟用或者停用的電壓。在啟 用T址時停用化1，并且在啟用Tal時停用T址。
[0054] 電平移位器46和電平移位器52也可W向診斷接口 38輸出高邊柵極驅動器28和 低邊柵極驅動器30的診斷信息。例如，如果在高邊柵極驅動器28或者低邊柵極驅動器30 內的任何部件發送故障，則電平移位器46或者電平移位器52可W向控制器24的診斷接口 38輸出指示該一點的診斷信息。控制器24又可W確定是否需要采取任何附加動作、比如提 供故障指示或者W某個其它方式指示故障出現、包括停止電流流向負載（例如馬達16)。
[00巧]在啟用T址并且停用Tal時，電流Ia從化流過T址并且流過隔離器件34流向馬 達16。隔離器件34包括電導體56 (有時稱為傳導元件）和如虛線框（例如氣隙或者某個 其它絕緣）所示從電導體56隔離的電流傳感器58。換而言之，隔離中斷在電導體56與電 流傳感器58之間的任何直接連接。隔離器件34的一個示例是霍爾傳感器、比如Infineon 的化14970。然而可W利用能夠將感測路徑與傳導路徑隔離的任何器件。
[0056] 在圖2中，電流Ia流過隔離器件34的電導體56。電流流過電導體56產生磁場。 電流傳感器58感測該磁場并且向控制器24的電流測量接口 42輸出信號。由于電流傳感 器58已經從電導體56隔離，所W電流傳感器58輸出的信號無需流過隔離屏障26流向電 流測量接口 42。
[0057] 電流測量接口 42從電流傳感器58接收信號并且確定流過電導體56的電流的量 (即電流Ia的值）。例如電流傳感器58的輸出信號的幅度可W與流過電導體56的電流的 量成比例。基于電流傳感器58的輸出信號的幅度和流過電導體56的實際電流的比例性， 電流測量接口 42可W確定流過電導體56的電流。控制器24利用確定的電流的量W確定 是否需要對向馬達16傳輸的電流做任何改變。例如電流測量接口 42是用于控制向馬達16 傳輸的電流的量的控制回路的一部分。W該種方式，控制器24能夠連續確定電流Ia的值， 并且沒有與W上關于圖1描述的與分路器14和分路器電壓測量器件18關聯的缺點。
[005引在用電流測量接口 42確定電流Ia的值之時，其中該電流測量接口提供在H相中 的一相（例如H相中的第一相）中流向馬達16的電流的量的準確測量，出于安全目的，雙 校驗或者驗證該電流測量可能是有益的。例如執行合理性校驗W確定通過電流測量接口 42 測量的電流是否合理可能是有益的。
[0059] 為了驗證電流測量，可W使用另一測量技術（即流向負載的電流的補充測量）。例 如可W有可能在相電流Ia、Ib和Ic的路徑中包括電流傳感器。在一些情況下，可W有可能 包括在相電流中的兩個相電流的路徑中的電流傳感器和禪合到化的一個電流傳感器。在 該些情況下，有可能根據禪合到化的電流傳感器感測的電流、用電流傳感器通過將在路徑 中流動的電流求和的方式，來為未包括電流傳感器的路徑確定相電流的量。然而使用電流 傳感器可能成本高昂。
[0060] 備選地，可W有可能如圖1中所示包括分路器14和分路器電壓測量器件18。例如 分路器14可W由在相電流la、Ib和Ic的路徑中的電阻材料形成，并且分路器電壓測量器 件18將測量在相電流la、Ib和Ic的路徑中的電阻材料兩端的電壓降。然而可能有與如W 上關于圖1描述的那樣使用分路器14和分路器電壓測量器件18關聯的缺點。
[0061] 根據在本公開內容中描述的技術，電流診斷電路32可W確定在電導體56兩端 (例如直接在電導體56兩端）的電壓水平并且基于確定的電壓水平確定流過電導體56的 電流的量作為使用電流傳感器58而確定的測量的補充測量。例如電導體56的兩個接觸 (例如兩側）可W禪合到電流診斷電路32的輸入。電流診斷電路32可W包括具有參考電 壓的模擬電路裝置，其中參考電壓用于如W下描述的過電流保護。電流診斷電路32的包括 微控制器的其它示例是可能的。
[0062] 如圖2中所示，電流診斷電路32從高邊柵極驅動器28的高邊驅動電源44接收功 率。例如電流診斷電路32的正供應電勢禪合到高邊驅動電源44的正供應電勢，并且電流 診斷電路32的接地電勢禪合到高邊驅動電源44的接地電勢。在該一示例中，高邊柵極驅 動器28的接地電勢與電流診斷電路32的接地電勢有關。例如高邊柵極驅動器28和電流 診斷電路32的接地電勢禪合在一起（例如二者連接到高邊驅動電源44的接地）。
[0063] 在圖2中所示示例中，電流診斷電路32禪合到電導體56的輸出。電導體56的輸 入禪合到與電流診斷電路32的接地電勢相同的、高邊驅動電源44的接地電勢。W該一方 式，電導體56的兩個接觸（例如電導體56的輸入和輸出）禪合到電流診斷路32的輸入 (例如禪合到電流診斷電路32和電流診斷電路32的接地電勢）。因此，電流診斷電路32 相對于電流診斷電路32的接地電勢確定的在電導體56的輸出的電壓等于在電導體56兩 端的電壓水平，因為電導體56的輸入禪合到電流診斷電路32的接地電勢。
[0064] 換而言之，如果電流診斷電路32要測量在電導體56的輸入的電壓，則電流診斷電 路32將把該電壓測量為零伏特，該是由于電導體56的輸入與電流診斷電路32禪合到的相 同接地電勢。因而，在電流診斷電路32測量在電導體56的輸出的電壓時，電流診斷電路32 可W視為測量在電導體56兩端的電壓水平（例如下降）。
[006引電流診斷電路32可W組合該測量的電壓與電導體56的已知電阻。例如雖然電導 體56作為導體工作，但是有與電導體56關聯的某個數量的最小電阻。作為一個示例，電導 體56的電阻近似為0. 6毫歐姆（mOhm)。此外，用來連接隔離器件45的裝配技術可W影響 隔離器件34 (例如裝配接線和導體56)的總電阻。例如，如果隔離器件34被不良地裝配到 開關T址和化1，則隔離器件34的總電阻可能增加。然而，阻抗的任何改變可W相對的小。 例如傳導路徑（例如焊線和電導體56)的總電阻可W近似為0. 6m0hm+10-20%。
[0066] 電流診斷電路32可W確定流過電導體56的電流的量的補充測量，其中補充測量 是使用電流傳感器58而確定的流過電導體56的電流的量的測量的補充。診斷電路32目 前可W傳輸數據，該數據指示流過電導體56的電流的量的補充測量。例如電流診斷電路32 可W基于在電導體56兩端的電壓水平，向診斷接口 38輸出電壓水平流過電導體56的電流 的補充測量的值。
[0067] 診斷接口 38也可W基于來自電流測量接口 42的電流傳感器58接收測量的電流 的量。診斷接口 38可W比較兩個電流測量并且確定測量中是否有明顯差值。例如診斷接 口 38利用來自電流診斷電路32的電流測量W確定來自電流測量接口 42的電流測量是否 合理。換而言之，診斷接口 38基于如下數據驗證使用電流傳感器58而確定的電流測量，該 數據指示如電流診斷電路32確定的電流的補充測量。
[0068] 來自電流診斷電路32的電流測量可W不如來自電流測量接口 42的電流測量準 確。因而，兩個電流測量可W未確切相同、但是可W在可用于驗證的合理范圍內。例如，女口 果在來自電流診斷電路32的電流測量與來自電流測量接口 42的電流測量之間的百分比差 值在合理范圍內，則診斷接口 38可W確定無故障（例如驗證電流測量接口 42的電流測量 準確）。然而如果在來自電流診斷電路32的電流測量與來自電流測量接口 42的電流測量 之間的百分比差值在合理范圍W外，則診斷接口 38可W確定有故障（例如驗證電流測量接 口 42的電流測量不準確）。
[0069] 在一些情況下，電流診斷電路32可W測量負電壓水平，因為向電導體56的輸入禪 合到接地電勢并且電壓在電導體56兩端下降。該意味著在電導體56的輸出的電壓在比電 導體56的輸入更低的電壓。診斷接口 38可W被配置用于校正測量的電流的任何該樣的差 值W及將該樣的信息用于附加診斷校驗。
[0070] 例如，如果電流診斷電路32測量的電壓水平為負，則電流診斷電路32確定的電流 也將為負。診斷接口 38可W被配置用于確定電流診斷電路32何時輸出相電流Ia的負電 流值，并且電流測量接口 42何時輸出相電流Ia的正電流值，該種合理性校驗指示電流測量 路徑的可能故障。
[0071] W該一方式，電流診斷電路32 W與電流測量接口 42測量流過電導體56的電流的 量的方式完全獨立的方式確定流過電導體56的電流的量。換而言之，流過電導體56的電 流的補充測量獨立于使用電流傳感器58而確定流過電導體56的電流的測量。在用于確定 流過電導體56的電流的量的兩種不同方式之間的該樣的獨立性進一步保證可W用可靠方 式檢測電流測量路徑中的故障或者破壞的數據。
[0072] 例如電流測量接口 42的用于確定流過電流56的電流的能力的任何故障不影響電 流診斷電路32的用于確定流過電導體56的電流的量的能力。W該一方式，電流測量接口 42和電流診斷電路32二者可能同時不正確地確定流過電導體56的電流的量的可能性很 小。例如不同錯誤場景將可能是電流測量接口 42和電流診斷電路32二者同時出故障所需 要的。使電流測量接口 42和電流診斷電路32二者出故障的單個錯誤場景將很不可能。
[0073] 在一些示例中，除了確定流過電導體56的電流的量之外，電流診斷電路32也可W 被配置用于與控制器24和初級側供應36獨立地提供快速過電流保護。例如電流診斷電 路32可W如W上關于補充測量描述的那樣確定流過電導體56的電流，并且如果電流水平 在某個口限W上，則電流診斷電路32可W使高邊柵極驅動器28的輸出驅動器48停用開關 T址。停用開關T址立即使電流停止流過電導體56。
[0074] 作為一個示例，電流診斷電路32可W確定在電導體56兩端的電壓水平。電流診 斷電路32可W比較確定的電壓水平與電流診斷電路32的參考電壓。如果確定的電壓大于 參考電壓，則電流診斷電路32可W使高邊柵極驅動器38的輸出驅動器48停用開關T址。 通過選擇在電流診斷電路32內的參考電壓的值。可W對于不同電流水平提供過電流保護。
[0075] 相較于僅依賴于控制器24提供過電流保護，將電流診斷電路32用于過電流保護 提供了快速過電流保護。例如依賴于控制器24提供過電流保護將需要等待控制器24的電 流測量接口 42確定流過電導體56的電流太高。然后，開關控制電路40將需要向電平移位 器46輸出信號，該信號指電平移位器46使輸出驅動器48停用開關Tab。然后，輸出驅動 盎48將停用開關T址。
[0076] 控制器24提供過電流保護可能要求初級側電源36、電流傳感器58、電流測量接口 42、開關控制電路40、隔離屏障26、電平移位器46和輸出驅動器48都恰當地操作。電流診 斷電路32提供過電流保護可W僅要求輸出驅動器48恰當操作，因為本地（例如在次級側 上而無需向初級側傳輸數據或者向任何接口傳輸數據）執行是否啟用或者停用開關T址的 判決。W該一方式，使用電流診斷電路32的過電流保護可W比依賴于控制器24提供過電 流保護更有錯誤彈性。
[0077] 如圖所示，電流診斷電路32在高邊柵極驅動器28外部。然而本公開內容的方面 不限于此。例如，如W上描述的那樣，電流診斷電路32由高邊驅動電源44供電，該高邊驅 動電源44也向高邊柵極驅動器28的部件供電。因而在一些實施例中，高邊柵極驅動器28 包括電流診斷電路32。
[007引另外，如W上描述的那樣，電平移位器46向診斷接口 38輸出診斷信息。在高邊柵 極驅動器28包括電流診斷電路32的示例中，電流診斷電路32可W通過電平移位器46向 診斷接口 38輸出確定的電流的量的值。在該些示例中，在電流診斷電路32與診斷接口 38 之間無需附加通信接口。換而言之，電平移位器46可W視為通信接口。在高邊柵極驅動器 28包括電流診斷電路32的示例中，電流診斷電路32可W經由高邊柵極驅動器28的通信接 口（例如電平移位器46)傳輸數據。
[0079] 在電流診斷電路32通過電平移位器46輸出確定的補充測量的值的示例中，高邊 柵極驅動器28向診斷接口 38輸出的數據量增加，該數據量的增加又引起帶寬的緊張。然 而可W不必讓數據量不斷和準確地確定流過電導體56的電流的量，并且向診斷接口 38傳 輸該樣的數據。
[0080] 例如電流測量接口 42可W不斷和準確地確定流過電導體56的電流的量。可W不 必不斷執行該合理性校驗（例如不斷驗證電流測量）。實際上，每周期由電流診斷電路32 傳輸的數據的少數采樣可W足W驗證電流測量接口 42的電流測量。也為了執行合理性校 驗，無需電流的確切測量。流過電導體56的電流的電流水平的近似可W足夠了。
[0081] 在一些示例中，電流診斷電路32可W定期地確定用于流過電導體56的電流的量 的低分辨率值并且向診斷接口 38定期地傳輸流過電導體56的電流的量的數據（例如值）。 因此，在高邊柵極驅動器28包括電流診斷電路32的示例中，高邊柵極驅動器28將需要向 診斷接口 38傳輸的數據量的增加是最小，該又帶來帶寬過小的緊張。
[0082] 關于電流測量的高精確度水平也可W是過電流保護不需要的，因為過電流保護 用來至少保護開關W免需要流動太多電流。例如假設電流診斷電路32被配置用于對于 在標稱操作電流的150% W上的電流提供過電流保護（即過電流水平為標稱操作電流的 150% )。在該一示例中，由于電流診斷電路32未精確地確定流過電導體56的電流的量， 所W可W有可能的是電流診斷電路32在標稱操作電流的155%或者145%時提供過電流保 護。
[0083] 可W通過調整用于過電流保護的電流診斷電路32提供過電流保護所在的電平來 校正電流診斷電路32的測量的任何精確度缺失。例如，如果在標稱電流的150%提供過電 流保護是關鍵的，則電流診斷電路32可W被配置用于在標稱電流的125%提供過電流保 護，從而使得電流診斷電路32的測量的任何精確度缺失未影響關鍵保護。也由于電流測量 接口 42是用于在操作期間調整流向馬達16的電流的控制回路的一部分，所W電流診斷電 路32的測量的任何精確度缺失未影響控制回路。
[0084] 然而應當注意如果標稱電流為50安培（A)、電導體56的電阻為6m0hm并且過電 流保護電平為標稱電流的150% (即75A)，則在電導體56兩端的電壓降近似為45毫伏特 (mV)(即75A*0. 6m0hm等于45mV)。電流診斷電路32可W能夠準確測量45mV。因此，即使 高精確度不是過電流保護所需要的，仍然可W有可能讓電流診斷電路32提供高精確度的 過電流保護。
[0085] 如W上描述的那樣，電導體56的電阻近似為0. 6m0hm。如果標稱操作電流為50A， 則電導體56耗散的功率的量近似為1. 5瓦特（W)(即502*0 . 00 06等于1. 5W)。電導體56 耗散1. 5W可W不足W加熱隔離器件34。換而言之，由于電導體56的電阻僅為0. 6m0hm，所 W在50A的標稱操作范圍中可W有很少或者無冷卻問題。
[0086] 如W上描述的那樣，圖2圖示用于一個開關對（例如開關T址和化1)的電流診斷 電路32。在一些示例中，可W不必包括用于所有H個開關對的電流診斷電路。例如對于H 相馬達16, 一個要求可W是電流Ia、Ib和Ic求和為零。因而如果測量兩個相電流，則可W 有可能確定第H相電流。然而利用H個電流診斷電路（一個用于每個相電流）可W對于提 供附加合理性校驗有用。
[0087] 圖3是圖示根據在本公開內容中描述的一種或者多種技術的示例操作的流程圖。 出于示例的目的，關于圖2的系統22描述圖3的示例。
[008引在圖3中所示過程中，電流診斷電路32可W確定在隔離器件34的電導體56兩端 (例如直接在電導體56兩端）的電壓水平化0)。例如在本公開內容中描述的技術中，可W 無需測量在電流路徑中的分離分路器兩端的電壓水平。實際上，隔離器件34的電導體56 形成為輔助分路器。
[0089] 在該一示例中，電導體56的輸入禪合到電流診斷電路32的接地電勢。例如電流 診斷電路32由向高邊柵極驅動器28的部件供電的相同功率供應（即高邊驅動電源44)供 電。
[0090] 電流診斷電路32可W基于確定的電壓水平確定流過電導體56的電流的量的補充 測量化2)。補充測量是使用電流傳感器58確定的流過電導體的電流的量的測量的補充。 例如電導體56的電阻可W近似為0. 6mOhm，并且通過將確定的電壓降除W已知電阻，電流 診斷電路32可W確定流過電導體56的電流的量。
[0091] 電流診斷電路32可W傳輸數據，該數據指示流過電導體的電流的量的補充測量 化4)。補充測量可W用于驗證用隔離器件34的傳感器56對流過電導體56的電流的量的 測量。例如電流診斷電路32可W向控制器24傳輸流過電導體56的電流的量的補充測量 的值（例如經由隔離屏障26)。控制器24可W利用流過電導體56的電流的量的補充測量 的值W確定流過電導體56的電流的測量是否合理。
[0092] 在一些示例中，電流診斷電路32可W經由高邊柵極驅動器28傳輸數據。例如高 邊柵極驅動器28的電平移位器46可W被配置用于向控制器24傳輸診斷信息，并且電流診 斷電路32可W經由電平移位器46傳輸數據。
[0093] 電流診斷電路32可W確定流過電導體56的電流的量是否大于或者等于過電流水 平化6)。如果電流診斷電路32確定流過電導體56的電流的量大于或者等于過電流水平， 則電流診斷電路32可W通過停用開關T址來使開關T址限制電流流過電導體56化8)。例 女口，如果電流診斷電路32確定流過電導體34的電流大于或者等于過電流水平，則電流診斷 電路32可W使輸出驅動器48使T址停用。
[0094] 圖4是圖示根據在本公開內容中描述的一種或者多種技術的另一示例操作的流 程圖。出于示例的目的，關于圖2的系統22描述圖4的示例。
[0095] 在圖4中所示示例中，控制器24可W基于電流傳感器58輸出的信號測量流過電 導體56的電流的量（70)。例如電流傳感器58從電導體56隔離，并且電流測量接口 42可 W基于電流傳感器58輸出的信號連續測量流過電導體56的電流。
[0096] 控制器24也可W接收數據，該數據指示如電流診斷電路32確定的流過電導體56 的確定的電流的量（即補充測量的數據）（72)。在該一示例中，控制器24和電流診斷電路 32 W不同電勢為參考。因而控制器24經由隔離屏障26接收數據，該數據指示流過電導體 56的確定的電流的量。控制器24可W基于接收的數據驗證流過電導體56的電流的量的測 量是合理的，該數據指示流過電導體56的確定的電流的量（74)。例如控制器24可W基于 接收的數據確定流過電導體56的電流的量的測量是否合理，該數據指示流過電導體56的 確定的電流的量。
[0097] 已經描述本技術的各種示例。該些和其它示例在所附權利要求的范圍內。
【權利要求】
1. 一種系統，包括： 隔離器件，包括電導體和電流傳感器，其中所述電流傳感器被配置用于輸出指示流過 所述電導體的電流的量的信號；以及 電流診斷電路，被配置用于： 確定所述隔離器件的所述電導體兩端的電壓水平；以及 基于所確定的電壓確定流過所述電導體的電流的量的補充測量，其中所述補充測量是 對使用所述隔離器件的所述傳感器而確定的流過所述電導體的電流的量的測量的補充。
2. 根據權利要求1所述的系統，其中所述電流診斷電路被配置用于傳輸數據，所述數 據指示流過所述電導體的電流的量的所述補充測量。
3. 根據權利要求2所述的系統，還包括： 控制器，被配置用于： 基于所述電流傳感器輸出的所述信號測量流過所述電導體的電流的量； 接收來自所述電流診斷電路的指示所述補充測量的所述數據；并且 基于所接收的指示流過所述電導體的電流的量的所述補充測量的數據驗證所測量的 電流的量。
4. 根據權利要求1所述的系統，其中所述電流診斷電路被配置用于確定直接在所述隔 離器件的所述電導體兩端的所述電壓水平。
5. 根據權利要求1所述的系統，其中所述電導體的兩個接觸耦合到所述電流診斷電路 的輸入。
6. 根據權利要求1所述的系統，其中所述電流診斷電路被配置用于： 確定流過所述電導體的電流的量的所述補充測量是否指示流過所述電導體的電流的 量大于或者等于過電流水平；并且 如果流過所述電導體的電流的量大于或者等于所述過電流水平，則使開關限制流過所 述電導體的所述電流。
7. 根據權利要求1所述的系統，還包括： 開關，允許所述電流流過所述電導體；以及 柵極驅動器，被配置用于啟用或者停用所述開關以允許或者不允許所述電流流過所述 電導體， 其中所述柵極驅動器的接地電勢與所述電流診斷電路的接地電勢相關。
8. 根據權利要求7所述的系統，其中所述柵極驅動器包括所述電流診斷電路，其中所 述柵極驅動器包括通信接口，并且其中所述電流診斷電路被配置用于經由所述柵極驅動器 的所述通信接口傳輸數據，所述數據指示流過所述電導體的電流的量的所述補充測量。
9. 根據權利要求1所述的系統，還包括： 控制器，以與所述電流診斷電路的接地電勢不同的接地電勢為參考；以及 隔離屏障， 其中所述電流診斷電路被配置用于經由所述隔離屏障傳輸數據，所述數據指示流過所 述電導體的電流的量的所述補充測量。
10. 根據權利要求1所述的系統，還包括： 電馬達，其中流過所述電導體的所述電流驅動所述電馬達的多個相中的一個相。
11. 一種用于電流診斷的方法，所述方法包括： 確定在隔離器件的電導體兩端的電壓水平，其中所述隔離器件包括所述電導體和電 流傳感器，并且其中所述電流傳感器被配置用于輸出指示流過所述電導體的電流的量的信 號；以及 基于所確定的電壓確定流過所述電導體的電流的量的補充測量，其中所述補充測量是 使用所述隔離器件的所述傳感器而確定的流過所述電導體的電流的量的測量的補充。
12. 根據權利要求11所述的方法，還包括： 傳輸數據，所述數據指示流過所述電導體的電流的量的所述補充測量。
13. 根據權利要求12所述的方法，還包括： 基于所述電流傳感器輸出的所述信號測量流過所述電導體的電流的量； 接收指示流過所述電導體的電流的量的所述補充測量的所述數據；并且 基于所接收的指示流過所述電導體的電流的量的所述補充測量的數據驗證所述測量 的電流的量。
14. 根據權利要求11所述的方法，其中所述確定在所述電導體兩端的所述電壓水平的 步驟：包括利用電流診斷電路確定直接在所述電導體的輸出和所述電導體的輸入的兩端的 電壓水平。
15. 根據權利要求11所述的方法，還包括： 確定流過所述電導體的電流的量的所述補充測量是否指示流過所述電導體的電流的 量大于或者等于過電流水平；并且 如果流過所述電導體的電流的量大于或者等于所述過電流水平，則使開關限制所述電 流流過所述電導體。
16. 根據權利要求15所述的方法， 其中所述確定流過所述電導體的電流的量的所述補充測量是否指示流過所述電導體 的電流的量大于或者等于所述過電流水平的步驟包括：利用電流診斷電路確定流過所述電 導體的電流的量的所述補充測量是否指示流過所述電導體的電流的量大于或者等于過電 流水平， 其中如果流過所述電導體的電流的量大于或者等于過電流水平，則所述使所述開關限 制的步驟包括：用柵極驅動器使所述開關限制所述電流流過所述電導體。
17. 根據權利要求11所述的方法，還包括： 利用流過所述電導體的所述電流驅動電馬達的多個相中的一個相。
18. -種系統，包括： 用于確定在隔離器件的電導體兩端的電壓水平的裝置，其中所述隔離器件包括所述電 導體和電流傳感器，并且其中所述電流傳感器被配置用于輸出指示流過所述電導體的電流 的量的信號；以及 用于基于所確定的電壓確定流過所述電導體的電流的量的補充測量的裝置，其中所述 補充測量是使用所述隔離器件的所述傳感器而確定的流過所述電導體的電流的量的測量 的補充。
19. 根據權利要求18所述的系統，還包括： 用于傳輸數據的裝置，所述數據指示流過所述電導體的電流的量的所述補充測量。
20.根據權利要求18所述的系統，還包括： 用于確定流過所述電導體的電流的量的所述補充測量是否指示流過所述電導體的電 流的量大于或者等于過電流水平的裝置；以及 用于如果流過所述電導體的電流的量大于或者等于所述過電流水平則使開關限制所 述電流流過所述電導體的裝置。
【文檔編號】G01R19/00GK104237602SQ201410201154
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2013年6月12日
【發明者】J·巴倫舍恩 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司
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