CN103913621B - 马达监测系统及其电流侦测装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种马达监测系统及其电流侦测装置，电流侦测装置包括待测电流获取模块、运算模块及控制模块。待测电流获取模块侦测电子装置中的工作电流，以输出待测电流信号。运算模块至少依据控制模块提供的偏移参数与倍率参数调整待测电流信号，以产生第一修正电流信号。控制模块藉由校准程序以计算出偏移参数与倍率参数。因此，于检测大电流时，本发明可减少伴随产生的热能。

Description

马达监测系统及其电流侦测装置

技术领域

本发明关于一种马达监测系统及其电流侦测装置，特别是关于一种可以准确估计马达的工作电流的马达监测系统及其电流侦测装置。

背景技术

一般来说，马达是一种可以将电能转化成机械能，以驱动其他设备的电子装置。为了实现各式各样的精密操作或者为了适应各种操作环境，马达的输出功率或是转速时常需要被准确地控制，而调整马达的驱动电流是一种常见的手段。然而，在调整马达的驱动电流之前，首先必须先确认马达内的驱动电流的实际电流值，以避免后续操作上的误差。

传统上，驱动电流的实际电流值大小往往通过霍尔感测器(Hall sensor)测量出来，但是当马达内的驱动电流较高，例如应用于电动车或者其他大型机械设备时，则需要更大的霍尔感测器才能有效地测量驱动电流，使得制造成本也随着提高。同时，在大驱动电流的情况下，若测量装置的电阻值或阻抗值较高，将会有大量的能量通过热能或其他形式被消耗掉，不仅过于浪费能源，马达的操作也可能产生安全上的疑虑。

据此，业界需要一种小体积、低成本的马达监测系统及其电流侦测装置，以改良传统的霍尔感测器。藉此，应用于锂电池、铅酸电池或其他适当的供电设备时，所述马达监测系统及其电流侦测装置可以简易且准确地检测出大驱动电流的实际电流值，且可以避免大量的能量通过热能或其他形式被消耗掉。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提出一种电流侦测装置，可以校准其侦测到的电流值，减少因为出厂时元件误差造成其侦测到的电流值不准确的问题。并且，所述电流侦测装置在检测大驱动电流时，且可以避免大量的能量通过热能或其他形式被消耗掉。

本发明实施例提供一种电流侦测装置，所述电流侦测装置包括待测电流获取模块、运算模块以及控制模块。所述待测电流获取模块侦测电子装置中的工作电流，并据以输出待测电流信号。所述运算模块至少依据偏移参数与倍率参数调整待测电流信号，以产生第一修正电流信号。所述控制模块提供偏移参数与倍率参数。其中控制模块藉由校准程序以计算出偏移参数与倍率参数。

于本发明的一个示范实施例中，当控制模块进行所述校准程序时，电子装置将工作电流固定于至少一个预设电流值，待测电流获取模块依据预设电流值输出校准电流信号，运算模块调整校准电流信号以产生第二修正电流信号，控制模块比对第二修正电流信号所指示的实际电流值与预设电流值的大小，据以计算出偏移参数与倍率参数。

于本发明的另一个示范实施例中，所述待测电流获取模块包括铜板，铜板耦接电子装置，待测电流获取模块侦测工作电流流经铜板所产生的电压差，并依据所述电压差输出待测电流信号。此外，待测电流获取模块耦接的电子装置是马达，当控制模块进行校准程序时，待测电流获取模块耦接的电子装置是电源供应器。

于本发明的再一个示范实施例中，控制模块包括偏移校准单元与倍率校准单元，于校准程序中，电源供应器将工作电流固定于零电流值，待测电流获取模块依据零电流值输出零电流信号，运算模块依据第一预设参数与第二预设参数调整零电流信号，以产生等效零电流信号，偏移校准单元比对等效零电流信号所指示的实际零电流值与零电流值的大小，据以调整并记录偏移参数。另一方面，于校准程序中且调整完偏移校准单元之后，电源供应器更将工作电流固定于固定电流值，待测电流获取模块依据固定电流值输出固定电流信号，运算模块依据调整过的偏移参数与第二预设参数调整固定电流信号，以产生等效固定电流信号，倍率校准单元比对等效固定电流信号所指示的实际固定电流值与固定电流值的大小，据以调整并记录倍率参数。

本发明在于提出一种马达监测系统，可以校准其侦测到的电流值，减少因为出厂时元件误差造成其侦测到的电流值不准确的问题。并且，所述电流侦测装置在检测大驱动电流时，且可以避免大量的能量通过热能或其他形式被消耗掉。

本发明实施例提供一种马达监测系统，包括马达以及电流侦测装置。所述电流侦测装置，包括待测电流获取模块、运算模块以及控制模块。所述待测电流获取模块耦接马达或电源供应器，侦测马达或电源供应器中的工作电流，并据以输出待测电流信号。所述运算模块耦接待测电流获取模块，至少依据偏移参数与倍率参数调整待测电流信号，以产生第一修正电流信号。所述控制模块耦接运算模块，提供偏移参数与倍率参数。其中于校准控制模块时，电流侦测装置耦接于电源供应器，电源供应器将提供的工作电流固定为至少一预设电流值，待测电流获取模块依据预设电流值输出校准电流信号，运算模块调整校准电流信号以产生第二修正电流信号，控制模块比对第二修正电流信号所指示的实际校准电流值与预设电流值的大小，据以计算出偏移参数与倍率参数。

综上所述，本发明实施例提供的马达监测系统及其电流侦测装置的体积小且设计简单，不需使用传统的霍尔感测器就能简易且准确地检测出在大驱动电流操作下的实际电流值。此外，有别于传统的霍尔感测器需要使用线圈，而在检测所述大驱动电流时伴随产生大量的热能，本发明实施例提供的马达监测系统及其电流侦测装置更能有效减少能量通过热能或其他形式被消耗掉。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1A绘示依据本发明一示范实施例的电流侦测装置的功能方块图。

图1B绘示依据本发明一示范实施例的待测电流获取模块的功能方块图。

图1C绘示依据本发明另一示范实施例的电流侦测装置的功能方块图。

图2绘示依据本发明一示范实施例的马达监测系统的功能方块图。

图3绘示依据本发明又一示范实施例的电流侦测装置的功能方块图。

【主要元件符号说明】

1：电流侦测装置

10：待测电流获取模块 12：运算模块

14：控制模块 102：定电阻元件

104：信号产生元件 142：偏移校准单元

144：倍率校准单元

2：马达监测系统 20：马达

3：电流侦测装置

30：待测电流获取模块 32：运算模块

34：控制模块 342：偏移校准单元

344：倍率校准单元 36：外部处理器

A、A’、B：连接端点 OP：运算放大器

R1、R2：电阻 C1：电容

具体实施方式

请参见图1A，图1A绘示依据本发明一示范实施例的电流侦测装置的功能方块图。如图1A所示，电流侦测装置1包括了待测电流获取模块10、运算模块12以及控制模块14，待测电流获取模块10至少具有两个连接端点A、A’，使得另一个电子装置能藉由连接端点A、A’耦接于待测电流获取模块10。此外，待测电流获取模块10与控制模块14分别耦接到运算模块12，运算模块12可以依据控制模块14的控制，而计算出待测电流获取模块10所测得的工作电流的电流大小。

待测电流获取模块10的连接端点A、A’耦接于电子装置里工作电流的电流路径上，故待测电流获取模块10可以依据工作电流的大小而对应输出待测电流信号。于实务上，待测电流获取模块10在两个连接端点A、A’之间等效地具有一个足够精密的电阻阻值，且所述电阻阻值是可以预先被选定的。当连接端点A、A’耦接于电子装置时，电子装置的工作电流流经待测电流获取模块10会产生电压差，而待测电流获取模块10即可以依据所述电压差输出待测电流信号。为了使所属技术领域的技术人员更加清楚本发明所述的待测电流获取模块10，以下特举出一种待测电流获取模块10的实施方式，但本发明不以此为限。

请一并参见图1A与图1B，图1B绘示依据本发明一示范实施例的待测电流获取模块的功能方块图。如图1B所示，待测电流获取模块10可以具有定电阻元件102以及信号产生元件104，定电阻元件102的两端分别是两个连接端点A、A’，而定电阻元件102被耦接在电子装置里工作电流的电流路径上。信号产生元件104耦接于定电阻元件102的两端，从电路上来看，也可以被视为等效地耦接在两个连接端点A、A’上。在此，信号产生元件104是用来侦测连接端点A、A’上的电压差，依据所述电压差输出待测电流信号，而连接端点B耦接运算模块12。并且较佳的是，信号产生元件104可以先滤波、放大所述电压差后，再自连接端点B输出所述待测电流信号。

于实务上，定电阻元件102的电阻值可先经过精密校准，同时定电阻元件102的电阻值可预先被记录下来，并储存于适当的储存媒体中，而当电子装置里的工作电流流经定电阻元件102，定电阻元件102的两端即有正比于工作电流数值的电压差。举例来说，定电阻元件102可以是一片金属板材，为了较佳的导电性或成本上的考量可以选用铜板(copperplate)，但不以铜板为限。所述金属板材经过两个连接端点A、A’耦接于外部的电子装置。此外，信号产生元件104可以由运算放大器OP、电阻R1、R2以及电容C1所组接而得。藉此，信号产生元件104的输出端B可以输出经滤波、放大的所述电压差，即将待测电流信号输出到运算模块12。

值得一提的是，所属技术领域的技术人员从图1B应可明白，运算放大器OP、电阻R1、R2用以放大定电阻元件102两端的电压差，电容C1具有滤波的功能，实际上更可以视需要，而选择性地使用其他能产生相同功能与效果的电子电路元件进行等效的替换。另外，信号产生元件104的连接端点B也可以先经过隔离单元(未绘示)再耦接至运算模块12，使得待测电流获取模块10与运算模块12各自的参考地端可以彼此独立，故纵使待测电流获取模块10在承载大电流的情况下，仍不致影响或干扰运算模块12的正常使用。换句话说，待测电流获取模块10可以操作在高电压(例如数百伏特)的环境中，且运算模块12可以操作在低电压(例如数伏特或数十伏特)的环境中。

请继续参见图1A，运算模块12耦接待测电流获取模块10以及控制模块14，至少依据控制模块14提供的偏移参数(offset parameter)与倍率参数(scale parameter)来调整待测电流信号，以产生第一修正电流信号。于实务上，由于待测电流信号是用来指示电子装置里的工作电流，但是可能因为出厂时各元件内的些许误差，或者受组装时品质不稳定的影响，使得待测电流信号所指示的工作电流未必准确。因此，运算模块12需要适当的校准所述待测电流信号，使得校准后的待测电流信号(即前述的第一修正电流信号)可以指示最正确的工作电流数值。

以实际例子来说，控制模块14用来判断测量到的工作电流的误差程度，并且提供适当的偏移参数与倍率参数给运算模块12，而让运算模块12能够依据偏移参数与倍率参数这两个参数修正待测电流信号。据此，如何在预备的阶段(例如出厂时、销售或使用前)将最适当的偏移参数与倍率参数校准储存在控制模块14，即是非常关键的课题。

本实施例在此将示范一个校准程序，使得控制模块14可藉由校准程序计算出前述的偏移参数与倍率参数。于本实施例中，于校准程序中(即校准控制模块14)时，电子装置可以将工作电流固定于至少一组的预设电流值，例如是一个零电流值或一个固定电流值。待测电流获取模块10依据预设电流值输出对应的校准电流信号，运算模块12调整所述校准电流信号以产生第二修正电流信号，控制模块14比对所述第二修正电流信号所指示的实际电流值与所述预设电流值的大小，据以计算出偏移参数与倍率参数。详细来说，在校准控制模块14的校准程序中，电子装置可以是一个电源供应器(power generator)或者其他适当的电子设备，以提供精确且稳定的电压、电流给电流侦测装置1。另一方面，在非校准程序中或是已校准完毕后，电子装置可以是一个马达或者可以为各种欲销售的产品。

在此，校准控制模块14的校准程序可以分成两个阶段，第一个阶段是偏移校准，主要是将电子装置的工作电流设成零电流以检测电流侦测装置1是否存在着偏移误差，藉此调整控制模块14里的偏移参数。而第二个阶段是倍率校准，主要是将电子装置的工作电流设成固定电流以检测电流侦测装置1是否存在着倍率误差，藉此调整控制模块14里的倍率参数。

详细来说，请一并参见图1A、图1B与图1C，图1C绘示依据本发明另一示范实施例的电流侦测装置的功能方块图。如图1C所示，电流侦测装置1的控制模块14更包括了偏移校准单元142与倍率校准单元144。承接前段所述，于进行校准程序中的偏移校准时，电源供应器可以将工作电流固定于零电流值，待测电流获取模块10里的信号产生元件104仍会从定电阻元件102的两端测量电压差，据以输出依据所述零电流值得到的零电流信号。接着，运算模块12可依据一个第一预设参数与一个第二预设参数调整所述零电流信号，以产生等效零电流信号。此时，控制模块14里的偏移校准单元142即会比对所述等效零电流信号所指示的实际零电流值与零电流值的大小，据以将第一预设参数进行修改，并储存成偏移参数。

以实际例子来说，若电源供应器没有输出任何电流(即工作电流为零)，理论上定电阻元件102的两端测量不出电压差。但是，当受到元件之间的误差影响，定电阻元件102的两端仍有些许的电压差时，所述零电流信号即会反映出所述因误差而出现的电压差，从而运算模块12所输出的等效零电流信号也会带有误差。此时，偏移校准单元142即会比对所述等效零电流信号所指示的实际零电流值(即为电源供应器供应零电流时的误差量)与零电流值的大小，若实际零电流值与零电流值不相同，偏移校准单元142即会对应地变更偏移参数以消除等效零电流信号(指示实际零电流值)与零电流信号(指示零电流值)之间的误差。于实务上，偏移校准单元142可以具有非挥发性的储存媒体，以记录调整变更后的偏移参数。

当进行完偏移校准之后，电源供应器可以将工作电流固定于一个预设的固定电流值以进行校准程序中的倍率校准。待测电流获取模块10里的信号产生元件104同样会从定电阻元件102的两端测量电压差，据以输出依据所述固定电流值得到的固定电流信号。接着，运算模块12可依据调整后的偏移参数与前述的第二预设参数调整所述固定电流信号，以产生等效固定电流信号。此时，控制模块14里的倍率校准单元144即会比对所述等效固定电流信号所指示的实际固定电流值与固定电流值的大小，据以将第二预设参数进行修改，并储存成倍率参数。

以实际例子来说，倍率校准单元144会比对所述等效固定电流信号所指示的实际固定电流值与提供的固定电流值的大小，若实际固定电流值与提供的固定电流值不相同，倍率校准单元144即会对应地变更倍率参数以消除等效固定电流信号(指示实际固定电流值)与固定电流信号(指示固定电流值)之间的误差。于实务上，倍率校准单元144同样可以具有非挥发性的储存媒体，以记录调整变更后的倍率参数。

当校准控制模块14的校准程序完成后，请参见图2，图2绘示依据本发明一示范实施例的马达监测系统的功能方块图。如图2所示，马达监测系统2即为图1A所绘示的电流侦测装置1在完成校准控制模块14之后，实际用于监测马达20的工作电流时的示意图。也就是说，马达监测系统2实际上包括了图1A所绘示的电流侦测装置1，以及一个耦接待测电流获取模块10的马达20。其中图2所绘示的电流侦测装置1与前述段落相同，在此不予赘述。于实务上，当校准程序完毕，且调整过后的偏移参数与调整过后的倍率参数都被计算出来之后，若此时运算模块12收到一个待测电流信号(指示马达的工作电流)，则运算模块12会先依据偏移参数来对所述待测电流信号进行加法运算上的调整，以除去偏移误差。接着，运算模块12会再依据倍率参数来对所述待测电流信号进行乘法运算上的调整，以除去倍率误差。如此一来，校准完偏移参数与倍率参数馈入运算模块12之后，运算模块12便可以据以计算出第一修正电流信号，而所述第一修正电流信号便可以准确地指示马达20内的工作电流的确切数值。

于其他的例子中，偏移参数与倍率参数更可以由外部处理器辅助控制模块14的判断并进行设定，或者也可以由使用者利用外部处理器手动地调整偏移参数与倍率参数。请参见图3，图3绘示依据本发明又一示范实施例的电流侦测装置的功能方块图。其中图3与前述的图1C相同之处在于，图3的电流侦测装置3同样包括了待测电流获取模块30、运算模块32以及控制模块34，且控制模块34同样包括了偏移校准单元342与倍率校准单元344。然而，图3与前述的图1C不同之处在于，控制模块34更耦接到一个外部处理器36，而外部处理器36即可用来调整偏移校准单元342与倍率校准单元344。

举例来说，于进行偏移校准时，运算模块32产生的等效零电流信号并不直接馈入控制模块34，而是先馈入外部处理器36。接着，由外部处理器36(或者由使用者)判断对等效零电流信号所指示的实际零电流值与零电流值的大小。藉此，外部处理器36便可以指示控制模块34里的偏移校准单元342对应地变更偏移参数以消除等效零电流信号(指示实际零电流值)与零电流信号(指示零电流值)之间的误差。

同理，于倍率校准时，运算模块32产生的等效固定电流信号也不会直接馈入控制模块34，而是先馈入外部处理器36。接着，由外部处理器36(或者由使用者)判断等效固定电流信号所指示的实际固定电流值与固定电流值的大小。藉此，外部处理器36便可以指示控制模块34里的倍率校准单元344对应地变更倍率参数以消除等效固定电流信号(指示实际固定电流值)与固定电流信号(指示固定电流值)之间的误差。

综上所述，本发明实施例提供的马达监测系统及其电流侦测装置可以先通过校准电流偏移量与缩放倍率这两个主要的参数，使得校准过后的马达监测系统及其电流侦测装置能准确地判断马达或其他电子装置内的工作电流的确切数值。此外，本发明实施例提供的马达监测系统及其电流侦测装置不需使用传统的霍尔感测器，免除了占空间的线圈以及检测大电流时伴随产生的热能，更能有效减少能量通过热能或其他形式被消耗掉。

藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (9)

1.一种电流侦测装置，其特征在于，包括：

一待测电流获取模块，耦接一电子装置，侦测该电子装置中的一工作电流，并据以输出一待测电流信号；

一运算模块，耦接该待测电流获取模块，至少依据一偏移参数与一倍率参数调整该待测电流信号，以产生一第一修正电流信号；以及

一控制模块，耦接该运算模块，提供该偏移参数与该倍率参数；

其中该控制模块藉由一校准程序以计算出该偏移参数与该倍率参数；

当该控制模块进行该校准程序时，该电子装置将该工作电流固定于至少一预设电流值，该待测电流获取模块依据该预设电流值输出一校准电流信号，该运算模块调整该校准电流信号以产生一第二修正电流信号，该控制模块依据该第二修正电流信号所指示的一实际电流值与该预设电流值，据以计算出该偏移参数与该倍率参数。

2.如权利要求1所述的电流侦测装置，其特征在于，该待测电流获取模块包括一铜板，该铜板耦接该电子装置，该待测电流获取模块侦测该工作电流流经该铜板所产生的一电压差，并依据该电压差输出该待测电流信号。

3.如权利要求1所述的电流侦测装置，其特征在于，该待测电流获取模块耦接的该电子装置是一马达，当该控制模块进行该校准程序时，该待测电流获取模块耦接的该电子装置是一电源供应器。

4.如权利要求3所述的电流侦测装置，其特征在于，该控制模块包括一偏移校准单元与一倍率校准单元，于该校准程序中，该电源供应器将该工作电流固定于一零电流值，该待测电流获取模块依据该零电流值输出一零电流信号，该运算模块依据一第一预设参数与一第二预设参数调整该零电流信号，以产生一等效零电流信号，该偏移校准单元比对该等效零电流信号所指示的一实际零电流值与该零电流值的大小，据以计算出该偏移参数。

5.如权利要求4所述的电流侦测装置，其特征在于，于该校准程序中调整完该偏移校准单元之后，该电源供应器更将该工作电流固定于一固定电流值，该待测电流获取模块依据该固定电流值输出该固定电流信号，该运算模块依据调整过的该偏移参数与该第二预设参数调整该固定电流信号，以产生一等效固定电流信号，该倍率校准单元比对该等效固定电流信号所指示的一实际固定电流值与该固定电流值的大小，据以计算出该倍率参数。

6.一种马达监测系统，其特征在于，包括：

一马达；以及

一电流侦测装置，包括：

一待测电流获取模块，耦接该马达或一电源供应器，侦测该马达或该电源供应器中的一工作电流，并据以输出一待测电流信号；

一运算模块，耦接该待测电流获取模块，至少依据一偏移参数与一倍率参数调整该待测电流信号，以产生一第一修正电流信号；以及

一控制模块，耦接该运算模块，提供该偏移参数与该倍率参数；

其中于校准该控制模块时，该电流侦测装置耦接于该电源供应器，该电源供应器将提供的该工作电流固定为至少一预设电流值，该待测电流获取模块依据该预设电流值输出一校准电流信号，该运算模块调整该校准电流信号以产生一第二修正电流信号，该控制模块比对该第二修正电流信号所指示的一实际校准电流值与该预设电流值的大小，据以计算出该偏移参数与该倍率参数。

7.如权利要求6所述的马达监测系统，其特征在于，该待测电流获取模块包括一铜板，该铜板选择性地耦接该马达或该电源供应器，该待测电流获取模块侦测该铜板上的一电压差，并依据该电压差输出该待测电流信号。

8.如权利要求6所述的马达监测系统，其特征在于，该控制模块包括一偏移校准单元与一倍率校准单元，于校准该控制模块时，该电源供应器固定提供一零电流值，该待测电流获取模块依据该零电流值输出一零电流信号，该运算模块依据一第一预设参数与一第二预设参数调整该零电流信号，以产生一等效零电流信号，该偏移校准单元比对该等效零电流信号所指示的一实际零电流值与该零电流值的大小，据以计算出该偏移参数。

9.如权利要求8所述的马达监测系统，其特征在于，于校准该控制模块时且调整完该偏移校准单元之后，该电源供应器固定提供一固定电流值，该待测电流获取模块依据该固定电流值输出该固定电流信号，该运算模块依据调整过的该偏移参数与该第二预设参数调整该固定电流信号，以产生一等效固定电流信号，该倍率校准单元比对该等效固定电流信号所指示的一实际固定电流值与该固定电流值的大小，据以计算出该倍率参数。