本公開涉及電流測量電路和用于控制電流測量裝置的方法。具體地，本發(fā)明涉及具有飽和保護的可切換增益放大器以及包含所述可切換增益放大器的電流保護裝置和負載驅(qū)動器。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代車輛中，通常具有消耗非常高電流的幾個負載。例如，在高需求情況下(例如在城市駕駛場景中)，車輛的電動轉(zhuǎn)向(eps)系統(tǒng)可汲取高達80至100安培。相反，當車輛在高速公路情況下以較高速度行駛時，eps汲取的電流較低，這是因為轉(zhuǎn)向動作相對最小。隨著車輛包括更多的自動化系統(tǒng)，對負載驅(qū)動電路的電流需求的范圍持續(xù)增加。例如，負載驅(qū)動器電路可能需要提供1安培到800安培范圍內(nèi)的電流。

2、上述電流范圍對與負載驅(qū)動器相關(guān)聯(lián)的電流監(jiān)控電路提出了具體的挑戰(zhàn)。即，通常需要包含分路器或電流感測電阻器作為電流測量傳感器，以監(jiān)控車輛系統(tǒng)中的操作并且檢測故障。例如，電流監(jiān)控電路可用于觸發(fā)電子熔絲，因此必須正確地測量電流以檢測可能的過電流或短路。然而，在能夠支持非常高電流的負載驅(qū)動器中，必須使電流傳感器的增益適中以避免測量飽和。然而，這降低了在較低電流時的測量分辨率。

3、在能夠傳遞非常高電流的負載驅(qū)動器中，通常使用雙驅(qū)動器來避免超過mosfet的技術(shù)限制。在這種情況下，解決上述問題的一種配置是包含雙電流測量，兩個測量的輸出被組合以測量總電流。然而，盡管這允許在每個通道上實現(xiàn)較低的增益，從而改善總的測量分辨率，但是由于每個通道需要電流放大器，所以增加了部件成本。此外，組合測量需要具有幾個輸入引腳的微控制器，這增加了費用和復雜性。

4、因此，需要解決上述問題并提供一種對于低電流具有良好的測量分辨率并同時仍然能夠監(jiān)控過電流并使部件成本最小化的電流測量電路。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)第一實施方式，提供了一種電流測量電路，該電流測量電路包括：運算放大器，所述運算放大器包括兩個輸入端和一輸出端；輸入連接器，所述輸入連接器用于跨電流感測電阻器連接所述兩個輸入端；增益控制子電路，所述增益控制子電路連接到所述輸出端，其中，所述增益控制子電路包括可操作以從多個電流路徑中選擇電流路徑的開關(guān)；以及測量輸出端，所述測量輸出端連接到所述增益控制子電路，用于基于所選擇的電流路徑來輸出指示所測量的電流的信號，所述增益控制子電路被配置為基于所述輸入連接器與所選擇的電流路徑之間的比率來選擇所述運算放大器兩端的增益。

2、這樣，可以提供可切換增益放大器，其通過選擇性地改變其增益來允許飽和保護。這樣，通過選擇較高增益配置可以在低電流電平下實現(xiàn)高分辨率電流測量，而通過選擇較低增益配置可以在信號沒有飽和的情況下容納較高的電流。

3、在一些形式中，增益控制子電路包括多個輸出電阻器，并且多個電流路徑通過多個輸出電阻器中的一個或更多個連接。

4、在一些形式中，增益控制子電路包括高增益電流路徑和低增益電流路徑，其中，低增益電流路徑具有比高增益電流路徑低的電阻，并且其中，所述開關(guān)可操作為選擇性地將輸出連接到高增益電流路徑和低增益電流路徑之一。

5、在一些形式中，電流測量電路還包括控制器，所述控制器用于基于指示所感測的電流幅度的特性來控制所述開關(guān)。這樣，控制器可以自動地改變測量電路的增益，以針對測量飽和的風險來優(yōu)化分辨率。

6、在一些形式中，所述控制器基于超過閾值的特性來控制所述開關(guān)，并且其中，所述閾值被選擇為指示低于與運算放大器相關(guān)聯(lián)的飽和幅度的電流幅度。這樣，通過選擇比測量將飽和的電流幅度水平低的閾值，可以避免測量飽和的風險。

7、在一些形式中，所述特性包括電壓。

8、在一些形式中，所述輸出端上的電壓是相對于地測量的。

9、在一些形式中，控制器包括用于將測量輸出端上的電壓與閾值進行比較的比較器。這樣，控制器可以提供快速響應。

10、在一些形式中，控制器還包括連接在測量輸出端與比較器之間的電壓跟隨器，所述電壓跟隨器基于測量輸出端上的電壓產(chǎn)生比較器的輸入信號。這樣，電壓跟隨器可以用作輸入緩沖器，以避免比較器對測量信號的影響。

11、在一些形式中，測量輸出端包括高增益測量輸出端和低增益測量輸出端，并且其中，所述開關(guān)可操作為選擇在低增益測量輸出端上提供較低增益信號的電流路徑和在高增益測量輸出端上提供較高增益信號的電流路徑。

12、在一些形式中，增益控制子電路包括串聯(lián)連接在輸出端與地之間的第一輸出電阻器和第二輸出電阻器，并且所述開關(guān)可操作為將第一輸出電阻器旁路，并且其中，高增益測量輸出端通過第一輸出電阻器和第二輸出電阻器連接到地，并且低增益測量輸出端通過第二輸出電阻器連接到地。

13、根據(jù)第二實施方式，提供了一種負載驅(qū)動器，所述負載驅(qū)動器包括根據(jù)上述任一個方面的電流測量電路。

14、根據(jù)第三實施方式，提供了一種電流保護裝置，所述電流保護裝置包括根據(jù)上述任一方面的電流測量電路。

15、根據(jù)第四實施方式，提供了一種控制根據(jù)以上任一方面所述的電流測量電路的方法，該方法包括以下步驟：識別超過閾值的特性，其中，所述閾值被選擇為指示低于與所述運算放大器相關(guān)聯(lián)的飽和幅度的電流幅度；以及控制所述開關(guān)以選擇減小所述運算放大器兩端的增益的電流路徑。

16、在實施方式中，控制器還包括用于防止比較器輸出的振蕩的滯后(hysteresis)。這樣，閾值可以通過滯后來補充，例如通過位于比較器下方的從所述輸出端到正輸入的反饋電阻器來補充。因此，這可以避免比較器的輸出的振蕩，其中當在閾值周圍存在所測量的電流的低幅度振蕩時，存在所述開關(guān)的連續(xù)快速調(diào)諧開和關(guān)。

技術(shù)特征：

1.一種電流測量電路，所述電流測量電路包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流測量電路，

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流測量電路，其中，所述增益控制子電路包括高增益電流路徑和低增益電流路徑，其中，所述低增益電流路徑具有比所述高增益電流路徑低的電阻，并且其中，所述開關(guān)能夠工作為選擇性地將所述輸出端連接到所述高增益電流路徑和所述低增益電流路徑中的一者。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電流測量電路，所述電流測量電路還包括控制器，所述控制器基于指示所感測的電流幅度的特性來控制所述開關(guān)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流測量電路，其中，所述控制器基于超過閾值的所述特性來控制所述開關(guān)，并且其中，所述閾值被選擇為指示低于與所述運算放大器相關(guān)聯(lián)的飽和幅度的電流幅度。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電流測量電路，其中，所述特性包括電壓。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流測量電路，其中，所述輸出端上的電壓是相對于地測量的。

8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項所述的電流測量電路，其中，所述控制器包括比較器，所述比較器將所述測量輸出端上的電壓與閾值進行比較。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電流測量電路，其中，所述控制器還包括電壓跟隨器，所述電壓跟隨器連接在所述測量輸出端與所述比較器之間，以基于所述測量輸出端上的電壓來生成到所述比較器的輸入信號。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的電流測量電路，其中，所述控制器還包括用于防止所述比較器輸出的振蕩的滯后。

11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的電流測量電路，

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電流測量電路，

13.一種負載驅(qū)動器，所述負載驅(qū)動器包括根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的電流測量電路。

14.一種電流保護裝置，所述電流保護裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的電流測量電路。

15.一種控制根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的電流測量電路的方法，所述方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電流測量電路和方法。所述電流測量電路包括：運算放大器(3)，所述運算放大器(3)包括兩個輸入端和一輸出端；輸入連接器(4)，所述輸入連接器跨電流感測電阻器(21)連接兩個輸入端，其中，輸入連接器(2)包括輸入電阻器(4)。增益控制子電路(5)連接到輸出端，并包括多個輸出電阻器(51、52)和開關(guān)(53)，開關(guān)(53)能夠工作為選擇通過多個輸出電阻器(51、52)中的一個或更多個輸出電阻器的電流路徑，用于控制運算放大器兩端的增益；以及提供連接到增益控制子電路(5)的測量輸出端(61、62)，用于基于所選擇的電流路徑輸出指示所測量的電流的信號。

技術(shù)研發(fā)人員：E·布杜克斯,K·托卡爾茲
受保護的技術(shù)使用者：APTIV技術(shù)股份公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26