專利名稱：電流測量電路和診斷電流測量電路中的故障的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流測量電路的改進和測試這種電路的完整性的方法。
背景技術(shù)：
人們已經(jīng)知道通過測量串聯(lián)連接在路徑中的電阻器上的電壓降 來測量沿電路中的路徑流動的電流。通過應(yīng)用歐姆定律，電流可以由I- (Vi-V。)/R給出，其中，Vi和V。是電阻器的以伏特為單位的輸 入和輸出電壓，R是以歐姆為單位的電阻。一般如下測量電壓降將電阻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)連接到差動放 大器的正輸入端子和負輸入端子，然后在需要時再連接到將差動放大 器的輸出轉(zhuǎn)換為電流值的微處理器。另外，通常在從電阻器的電壓分 接點和放大器的輸入之間設(shè)置一些濾波，以去除任何高頻噪聲并使其 有利于放大器的高頻共模抑制。最簡單的方式可以包括第一級低通濾 波器，該第一級低通濾波器具有一個電阻器和一個電容器。即使這樣 少的部件，也會產(chǎn)生故障，導(dǎo)致進行了錯誤的電流測量。發(fā)明內(nèi)容因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種電流測量電路，包括 第 一和笫二輸入節(jié)點，在能夠流過電流的電阻元件的兩側(cè)接收各自的電壓；差動放大器裝置，生成表示其輸入端子之間的電壓差的輸出信號；電路徑形成裝置，提供輸入節(jié)點中的每一個與差動放大器的各個輸入端子之間的連接；可控電壓源，響應(yīng)于控制信號，選擇性地將偏移電壓施加到差動 放大器的至少一個輸入上；控制信號發(fā)生器，發(fā)生施加到電壓源的控制信號，使得在第一時 刻施加比在第二時刻施加的偏移電壓大的偏移電壓；以及診斷裝置，通過比較在施加偏移電壓時的第一時刻、和在未施加 偏移電壓的第二時刻來自放大器的輸出，來識別在第一輸入節(jié)點和放 大器的各個輸入之間的電路徑中存在的故障。在第一時刻的放大器的輸出和第二時刻的輸出之間的差小于預(yù) 定的閾值水平時，診斷裝置可以生成表示故障的錯誤信號。該水平可 以才艮據(jù)電路徑中的任何部件的值、電阻器上的期望電壓降等來選擇。電路徑形成裝置可以包括低通濾波器。在電阻器和放大器的輸入 側(cè)與電阻器和放大器的輸出側(cè)之間的每一個路徑中可以設(shè)置單獨的 低通濾波器。它可以包括第一級濾波器，例如一個電阻器和一個電容 器。電壓源可以只向放大器的一個輸入端子、例如其正輸入端子或負 輸入端子，或者也可以對兩個輸入端子都施加偏移電壓。將偏移僅施 加到一個上能夠測試該輸入的完整性，但對于另一個則不能。施加到 兩個上可以對路徑之間的完整性(所謂的共模)進行測試.可以利用單個控制信號控制可控電壓源，但最好利用兩個信號， 使得偏移電壓被獨立地施加到正端子或負端子。這可以通過使用經(jīng)由 單獨的開關(guān)與放大器的每個輸入端子相連接的電壓源來實現(xiàn)，其中， 每個開關(guān)由其自身的控制信號來控制。在每個開關(guān)和放大器的各個輸 入之間可以設(shè)置電阻器，以限制來自電壓源的電流。診斷裝置可以被包含在微處理器中，所述微處理器還可以具有控 制信號發(fā)生器。在處理器中運行的程序可以使得生成控制信號，并使 得由處理器診斷從放大器獲得的輸出信號。所述程序(或等效方案)可以使得診斷裝置和控制裝置執(zhí)行如下功能正輸入測試-在該測試中，控制信號發(fā)生器產(chǎn)生使得在第二時刻 偏移電壓被施加到正端子而不是負端子的信號。在第一時刻不施加偏 移。負輸入測試-在該測試中，控制信號發(fā)生器產(chǎn)生使得在第二時刻 偏移電壓被施加到負端子而不是正端子的信號。在笫一時刻不施加偏 移。公共輸入測試-在該測試中，控制信號發(fā)生器產(chǎn)生使得在第二時 刻偏移電壓被施加到負端子和正端子雙方而不是正端子的信號。在第 一時刻不施加偏移。第一時刻可以領(lǐng)先于或遲于第二時刻。在任何情況下，它們都最 好彼此接近，以便使經(jīng)由電阻器可能產(chǎn)生的任何電流變化最小化。另 外地或替代地，可以定義預(yù)定的限度，以考慮到從第一時刻到第二時 刻的電流的任何預(yù)期變化。另外，應(yīng)當(dāng)理解，只要在第二時刻對一個或兩個端子施加不同的 偏移，就可以在所有時間都對輸入端子施加偏移的情況下實施本發(fā) 明?？梢匀菀椎卦O(shè)置電壓源，該電壓源如上所述或者是被連接的電路， 或者是保持開放的電路。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種診斷電流傳感裝置中存在的故 障的方法，在所述電流傳感裝置中，差動放大器生成表示電流傳感電阻器上的電壓降的輸出，所述方法包括如下步驟 在第一時刻測量放大器的輸出；在第二時刻對差動放大器的至少一個輸入施加偏移電壓； 在第二時刻測量放大器的輸出；以及比較在第二時刻放大器的輸出和在第一時刻放大器的輸出。該方法還包括如下步驟在第三時刻對差動放大器的至少另一個輸入施加偏移電壓； 在第三時刻測量放大器的輸出；以及 比較在笫三時刻放大器的輸出和在第一時刻放大器的輸出。 通過比較對其輸入施加偏移電壓時和未施加時放大器的輸出(對兩個輸入可選擇地進行)，可以測試從傳感電阻器到放大器輸入的輸 入路徑的完整性?？蛇x地或另外地，該方法可以包括如下步驟在第四時刻，測量放大器的輸出，同時對放大器的正輸入端子和 負輸入端子雙方施加偏移電壓；在第四時刻測量放大器的輸出；以及比較在第四時刻放大器的輸出和在第一時刻放大器的輸出。該比較可以包括如下步驟確定在第一時刻和在第二時刻(或第 三時刻)放大器的輸出之間的差，并在該差比預(yù)定的限度小時，指示 故障。該方法還可以包括如下步驟確定在第一時刻和在第四時刻放 大器的輸出之間的差，并在該差比預(yù)定的限度大時，指示故障?？梢栽诓煌瑫r刻，例如以有規(guī)則的間隔、或發(fā)生例如啟動包含電 流傳感電阻器的電路等預(yù)定義事件的任何時候，重復(fù)進行該方法。該方法可以包括有選擇地進行如下動作在要施加偏移電壓時， 將放大器的輸入連接到電壓源上，而在不需要時，將其連接到高阻抗 源(例如開放電路)上，或?qū)⑵溥B接到兩個不同的電壓水平上。


圖l是示出現(xiàn)有的電流傳感電路的圖。 圖2是示出本發(fā)明的電流傳感電路的圖。
具體實施方式
下面參考附圖來舉例說明圖中示出的本發(fā)明的一個實施方式。 圖2所示的系統(tǒng)被配置為測量流經(jīng)設(shè)置在電路徑2中的電阻器 lRtest的電流，其中，將沿著電路徑2測量電流的水平，為了這個目的， 典型地在該路徑中僅設(shè)置電阻器1，所述電阻器1與有源系統(tǒng)3串聯(lián) 連接，并且該電阻器具有高容許偏差和已知的電阻。更好地，該電阻 為小電阻，使得其對有源電路的整體電壓施加的影響小，例如為l毫 歐或更小的級別。從電阻1的每一側(cè)的輸入節(jié)點la、 lb取出兩個電壓輸入Vi和 V。。電壓Vi和V。中的每一個沿著低通濾波器形式的電路徑輸入到差 動放大器6的各個輸入4、 5上。為了清楚起見，以功能塊示出放大 器6，因為在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以采用很多放大器的配置。更具體地，電路徑中的第一個路徑包括在電壓輸入Vi和放大 器的正端子之間串聯(lián)連接的電阻器Rl，和將放大器輸入的正端子與 地連接的電容器C1。電路徑中的另一個路徑包括在電壓輸入Vi和 放大器的負端子之間串聯(lián)連接的同樣的電阻器R2，和將放大器輸入 的負端子與地連接的電容器C2。在本領(lǐng)域中，這種配置本身是^S知 的。當(dāng)然，可以設(shè)置具有其他附加部件的更復(fù)雜的路徑，并且本發(fā)明 并不限定于圖2所示的實施方式。另外，可控電壓源VDD經(jīng)由電阻器R4連接到電阻器Rl和放大 器的正端子之間的路徑中的一個點上。重復(fù)進行如下連接經(jīng)由另外 一個電阻R3連接到電阻器R2和放大器的負端子之間的路徑中的一 個點上?？梢皂憫?yīng)于控制信號將電壓源VDD從O伏特的高阻狀態(tài)切換到預(yù)定的電壓水平。如圖所示，使用了兩個開關(guān)，根據(jù)需要通過各自的控 制信號來驅(qū)動每個開關(guān)，以便向放大器的一個或兩個端子施加電壓， 或不向任何一個端子施加電壓。放大器的輸出被供給到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器7，并供給到微處理器， 該微處理器對輸出進行處理以確定流經(jīng)電阻器Rtest的電流。該微處理 器還通過比較放大器的輸出和不同時刻獲取的輸出，來執(zhí)行各種診斷 測試?？梢詰?yīng)用如下測試l-正端子完整性測試對開關(guān)施加的控制信號在第一時刻不產(chǎn)生要向正輸入施加的偏 移電壓，而在第二時刻產(chǎn)生要施加的偏移。在這些時刻都不對負端子 施加偏移，并在第一和第二時刻都測量放大器的輸出。確定笫一和第 二時刻的測量之間的差，若該差小于預(yù)定的限度，則視為正輸入的完 整性被破壞，例如出現(xiàn)故障。然后微處理器可以生成錯誤標記來表示測量不可靠。2- 負端子完整性測試除了用于負端子，該測試與正端子完整性測試相同。對開關(guān)施加 的控制信號在第一時刻不產(chǎn)生要向負輸入施加的偏移電壓，而在第二 時刻產(chǎn)生要施加的偏移。在這些時刻都不對正端子施加偏移，并在第 一和第二時刻都測量放大器的輸出。確定笫一和第二時刻的測量之間的差，若該差小于預(yù)定的限度，則視為負輸入的完整性被損壞，例如 出現(xiàn)故障。然后微處理器可以生成錯誤標記來表示測量不可靠。3- 橋共模完整性測試除了在第二時刻在正端子和負端子都存在偏移電壓、在第一時刻 不存在偏移外，該測試與正端子和負端子測試相類似。在笫一時刻和 第二時刻的放大器的輸出之間的差大于預(yù)定的限度時，指示故障。
權(quán)利要求
1. 一種電流測量電路，包括第一和第二輸入節(jié)點(1a、1b)，在能夠流過電流的電阻元件(1)的兩側(cè)接收各自的電壓(Vi，Vo)；差動放大器(6)，生成表示其輸入端子(4、5)之間的電壓差的輸出信號；電路徑形成裝置，提供輸入節(jié)點(1a、1b)中的每一個和差動放大器(6)的各個輸入端子(4、5)之間的連接；可控電壓源，響應(yīng)于控制信號，選擇性地將偏移電壓施加到差動放大器(6)的至少一個輸入上；控制信號發(fā)生器，生成施加到電壓源的控制信號，使得在第一時刻施加偏移電壓，該偏移電壓比在第二時刻施加的偏移電壓大；以及診斷裝置，通過比較在施加偏移電壓時的第一時刻、和在未施加偏移電壓的第二時刻放大器的輸出，來識別在第一輸入節(jié)點和放大器的各個輸入之間的電路徑中存在的故障。
2. 如權(quán)利要求l所述的電流測量電路，其特征在于， 在第一時刻的放大器的輸出和第二時刻的輸出之間的差小于預(yù)定的閾值水平時，診斷裝置生成表示故障的錯誤信號。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的電流測量電路，其特征在于，電路 徑形成裝置包括低通濾波器。
4. 如權(quán)利要求l-3中的任一項所述的電流測量電路，其特征在于，電壓源僅對放大器的一個輸入端子、例如其正輸入端子或負輸入 端子，或者可能對兩個輸入端子，或者對兩個輸入端子施加偏移電壓。
5. 如權(quán)利要求l-4中的任一項所述的電流測量電路，其特征在于，利用單個控制信號來控制可控電壓源。
6. 如權(quán)利要求l-4中的任一項所述的電流測量電路，其特征在于，利用至少兩個信號來控制可控電壓源，使得偏移電壓被獨立地施 加到正端子或負端子上。
7. 如權(quán)利要求1-6中的任一項所述的電流測量電路，其特征在于，診斷裝置被包含在微處理器中，所述微處理器還包含控制信號發(fā) 生器，在處理器中運行的程序使得生成控制信號，并使得由處理器診 斷從放大器獲得的輸出信號。
8. 如權(quán)利要求1-7中的任一項所述的電流測量電路，其特征在于，控制裝置使得該電路執(zhí)行以下功能中的一個或多個(a) 在第二時刻將偏移電壓施加到正端子而不是負端子，而在 第一時刻不施加偏移電壓；(b) 在第二時刻將偏移電壓施加到負端子而不是正端子，而在 第一時刻不施加偏移電壓；以及(c) 在第二時刻將偏移電壓施加到正端子和負端子雙方，而在 第一時刻不施加偏移電壓。
9. 一種診斷電流傳感裝置中存在的故障的方法，在所述電流傳 感裝置中，差動放大器(6)產(chǎn)生表示電流傳感電阻器(1)上的電壓 降的輸出，所述方法包括如下步驟在第一時刻測量放大器(6)的輸出；在第二時刻對差動放大器(6)的至少一個輸入施加偏移電壓； 在笫二時刻測量放大器(6)的輸出；以及 比較在第二時刻放大器(6)的輸出和在第一時刻放大器(6)的輸出。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟在第三時刻對差動放大器(6)的至少另一個輸入(5、 4)施加 偏移電壓；在第三時刻測量放大器(6)的輸出；以及 比較在第三時刻放大器(6)的輸出和在第一時刻放大器(6)的輸出。
11. 如權(quán)利要求9或IO所述的方法，其特征在于，所述方法還 包括如下步驟在第四時刻測量放大器(6)的輸出，同時對放大器的正輸入端 子和負輸入端子雙方施加偏移電壓；在第四時刻測量放大器(6)的輸出；以及 比較在第四時刻放大器(6)的輸出和第一時刻放大器(6)的輸出。
12. 如權(quán)利要求9-11中的任一項所述的方法，其特征在于， 該比較包括如下步驟確定在第一時刻與在第二時刻(或第三時刻)放大器(6)的輸出之間的差，在該差比預(yù)定的限度小時，指示 故障。
13. 如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟確定在第一時刻和在第四時刻放大器(6)的輸出之間的差，在 該差比預(yù)定的限度大時，指示故障。
14. 如權(quán)利要求9-13中的任一項所述的方法，其特征在于，還 包括如下步驟交替地進行如下動作在要施加偏移電壓時，將放大器(6)的 輸入連接到電壓源上，而在不需要時，將其連接到高阻抗源(例如， 開放電路)上，或者將其連接到兩個不同的電壓水平上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電流測量電路，包括第一和第二輸入節(jié)點(1a、1b)，在能夠流過電流的電阻元件(1)的兩側(cè)接收各自的電壓；差動放大器(6)，生成表示其輸入端子之間的電壓差的輸出信號；可控電壓源，響應(yīng)于控制信號，選擇性地將偏移電壓施加到差動放大器(6)的至少一個輸入上；控制信號發(fā)生器，發(fā)生施加到電壓源的控制信號，使得在第一時刻施加的偏移電壓比在第二時刻施加的偏移電壓大；以及診斷裝置，通過比較在施加偏移電壓時的第一時刻、和在未施加偏移電壓的第二時刻來自放大器的輸出，來識別在第一輸入節(jié)點和放大器的各個輸入之間的電路徑中存在的故障。
文檔編號G01R15/14GK101283282SQ200680037631
公開日2008年10月8日 申請日期2006年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月7日
發(fā)明者A·J·S·威廉姆斯, S·E·克羅澤 申請人:Trw有限公司