CN104237602B - 用于电流测量和过电流检测的系统及方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

用于电流测量和过电流检测的系统及方法

技术领域

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

电马达由电流驱动。在电马达的运行期间，一般希望测量电流以确定是否需要对电流的进行任何修改。电流的测量也可以用于诊断和保护目的。

发明内容

一般而言，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。例如电路可以确定在电导体两端的电压水平以确定流向负载的电流的量。电导体可以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，该信号也可以用来确定流过电导体的电流的量。

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。在这一示例中，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。在这一示例中，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。

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。在这一示例中，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。在这一示例中，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。

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。在这一示例中，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。在这一示例中，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。

在附图和以下描述中阐述本公开内容的一种或者多种技术的细节。将从描述和附图中以及从权利要求中清楚公开内容的其它特征、目的和优点。

附图说明

图1是图示用于驱动N相电马达的示例系统的框图。

图2是图示用于驱动N相电马达的另一示例系统的框图。

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。

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

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这样。电导体可以在向负载传输电流的系统中预先存在。例如电导体可以包括电流传感器、比如霍尔传感器的传导部分。根据这里描述的技术，可以执行次级电流测量以便补充用霍尔传感器进行的初级电流测量。以这一方式，在本公开内容中描述的技术可以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这样的目的，本技术利用预先存在的电导体作为分路器。去除这样的分路器电阻器减少系统的总成本并且潜在地提供以下更具体描述的附加优点。

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。在这一示例中，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，该信号用来以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以用来确定流向负载的电流的量的隔离器件的一个示例。

出于示例的目的，关于N相电马达(例如三相电马达)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以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，并且可以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。

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以使电流流过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，第二电导体耦合到第二高边开关和第二低边开关，以此类推。第一高边开关耦合到第一高边驱动器，并且第二低边开关耦合到第一低边驱动器，以此类推。控制器可以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。

在电马达的操作器件，确定每个电导体传输的电流的量可以是有益的。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以是有益的。

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。在这一示例中，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(即未以相同接地电势为参考)。

例如可以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场，并且磁场的量值可以与流过电导体的电流的量成比例。

控制器可以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以对系统进行故障保护、可能不足以在电马达的操作器件提供诊断能力并且可能不足以防范突然故障(例如过电流)。

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，电导体的第一侧耦合到电流诊断电路的接地电势，并且电导体的第二侧耦合到电流诊断电路。电流诊断电路可以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。

电流诊断电路也可以从控制器电隔离(例如电流诊断电路和控制器的接地电势不同)。以这一方式，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以独立、电隔离方式确定流过隔离器件的电导体的电流。

可以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以用于诊断目的。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以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，则控制器可以确定在系统中可能有故障。

作为另一示例，电流诊断电路可以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)，则电流诊断电路可以立即停用高边开关，因此电流不能流向电马达。

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，并且在这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。

在本公开内容中描述的技术中，可以避免或者消除这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，因为隔离器件可以在系统中预先存在。在这一情况下，可以设计修改以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。

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为三相电马达。在这一示例中，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。

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，并且可以延及其中向负载(例如图1中的马达16)传输电流的任何应用。

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Ia、Ib和Ic，这些电流对应于三相之一。在这一示例中，图示功率逆变器12为包括三个半桥的典型三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Tah和Tal，第二个桥包括用于第二相的开关Tbh和Tbl，并且第三个桥包括用于第三相的开关Tch和Tcl。功率逆变器12的开关Tah、Tal、Tbh、Tbl、Tch和Tcl可以是功率开关，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)。

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Tah、Tal、Tbh、Tbl、Tch和Tcl的驱动器(未示出)有选择地启用和停用开关Tah、Tal、Tbh、Tbl、Tch和Tcl。例如在启用(即闭合)开关Tah并且停用(即断开)开关Tal时，电流Ia经由分路器14A从Vp流向马达16。相似地，在启用开关Tbh并且停用开关Tbl时，电流Ib经由分路器14B从Vp流向马达16，并且在启用开关Tch并且停用开关Tc1时，电流Ic经由分路器14C从Vp流向马达16。

可以多种方法提供在开关两端的电压Vp。作为一个示例，功率源可以提供电压Vp。作为另一示例，充电的电容器可以提供电压Vp。一般而言，功率逆变器12的Vp和/或接地(0V)可以不同于控制器的电源和/或接地。如更具体描述的那样，可以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。

在图1的示例中，控制器可以使驱动器有选择地启用和停用开关Tah、Tal、Tbh、Tbl、Tch和Tcl，从而在电流Ia、Ib和Ic之间的相位近似为120°(即360°/3为120°)。由于电流Ia、Ib和Ic各自为用于三相马达16的电流，所以电流Ia、Ib和Ic可以称为相电流。例如控制器可以输出脉宽调制(PWM)信号，这些PWM信号使驱动器在近似20kHz或者更高(例如在可听范围以外，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。在这一示例中，周期为50微秒(μs)(即1/20k)。用于启用和停用开关的20kHz速率是仅出于示例的目的而提供的并且不应视为限制。

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可以相控制器输出测量的电压，并且控制器可以通过将测量的电压除以分路器14A的已知电阻来确定Ia的值。控制器可以相似地确定Ib和Ic的值。

然而以这一方式确定Ia、Ib和Ic的值，可能有某些缺点。例如为了确定Ia、Ib和Ic的值，分路器14A、14B和14C可能需要提供精确电阻的相对高质量电阻器。这样的高质量电阻器可能相当昂贵。作为另一示例，如果Ia、Ib和Ic太小或者分路器14A、14B和14C的电阻太小，则电压降可能太小从而导致分路器电压测量器件18的不精确测量。

可以有可能增加分路器14A、14B和14C的电阻以增加电压降。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14A、14B和14C发热更多。这样的发热又可能导致不希望的冷却问题。

图1还图示了分别在开关Tah和Tal、开关Tbh和Tbl以及开关Tch和Tcl的交点的相节点20A、20B和20C。在启用开关Tal、Tbl和Tcl并且停用开关Tah、Tbh和Tch时，在相节点20A、20B和20C的电压为零伏特。在启用开关Tah、Tbh和Tch并且停用开关Tal、Tbl和Tcl时，在相节点20A、20B和20C的电压Vp伏特。在一些示例中，在相节点20A、20B和20C从零伏特到Vp伏特的电压上升迅速。例如从零伏特到Vp伏特的电压上升的速率(即dV/dt)可以近似为5kV/μs到10kV/μS或者甚至更大。

电压的这样的快速上升使分路器电压测量器件18难以准确测量在分路器14两端的瞬时电压降，这造成相电流Ia、Ib和Ic的值的不精确确定。例如在相节点20A、20B和20C的电压可以从0伏特迅速上升至近似700伏特，但是在分路器14两端的电压可以近似为0.5伏特。在这一情况下，有很高共模和很小的电压改变，这使分路器电压测量器件18难以精确测量分路器14两端的压降。

另外，如以上描述的那样，功率逆变器12和控制器经由隔离屏障相互隔离。隔离屏障也可以隔离分路器电压测量器件18和控制器。这一隔离要求分路器电压测量器件18的输出穿越隔离屏障以到达控制器，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未以相同接地电势为参考。

出于以上原因，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、安全和诊断目的以检测老化影响、分析突然故障和/或提供合理性校验(即验证电流测量)可以仍然是有益的。

根据在本公开内容中描述的技术，可以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。隔离器件可以输出指示流过电导体的电流的量的信号。

另外，本公开内容的技术可以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，以及基于确定的电压降确定流向马达16的电流的量，这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，本技术可以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，本技术可以立即停用开关Tah、Tbh和Tch中的一个或者多个开关以限制电流流入马达16而未穿过任何隔离屏障。以下描述隔离屏障的示例。

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Tah和Tal相同的开关Tah和Tal。为了易于图示，在图2中仅图示半桥拓扑之一(例如开关Tah和Tal)。可以与在图2中所示示例中驱动开关Tah和Tal的方式相似地驱动其它半桥拓扑(例如开关Tbh和Tbl以及开关Tch和Tcl)。

例如可以存在用于开关Tbh和Tch中的每个开关的相应高边栅极驱动器(未示出)以及用于开关Tbl和Tcl中的每个开关的相应低边栅极驱动器(未示出)。开关Tbh和Tbl以及开关Tch和Tcl分别耦合到与隔离器件34相似的隔离器件。隔离器件的电导体也可以耦合到与电流诊断电路32相似的相应电流诊断电路。

隔离屏障26将系统22拆分成初级侧和次级侧。如以下描述的那样，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可以提供隔离屏障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以以不同电势为参考。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Vp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。

在这一示例中，初级侧电源36、高边驱动电源44和低边驱动电源50的接地电势都可以不同，并且初级侧电源36、高边驱动电源44、低边驱动电源50和Vp的正电势都可以不同。在这些示例中，可以没有从控制器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。如以下更具体描述的那样，电流传感器58、隔离器件34以控制器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。

在一些示例中，信号从初级侧传输并且由次级侧接收，或者以相反的方向阀通过隔离屏障26。为了图示这一点，以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以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以初级侧的电源的电势为参考。相似地，从初级侧传输的信号以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以次级侧的电源之一的电势为参考。

例如隔离屏障26包括多个变压器。变压器的以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以次级侧为参考。然后，次级侧接收信息。相似地，另一变压器的一侧从以次级侧为参考的第二侧接收信号。信号使得变压器的以初级侧为参考的另一侧产生电压。在这一示例中，变压器中断从初级侧到次级侧以及或相反方向的直流通路。利用变压器以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，可以利用提供隔离的任何技术、比如光学方法。

在一些示例中，隔离屏障26可以在系统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可以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可以包括变压器、光学隔离器或者其它部件，这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可以包括隔离屏障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仍然可以包括隔离屏障26。以这一方式，可以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。

控制器24可以作为用于系统22的系统控制单元工作。例如控制器24可以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。

控制器24的示例包括的XC2xxx、TC17xx、TC19xx、XMC1xxx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可以包括一个或者多个数字信号处理器(DSP)、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。

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为功能分离部件以便描述每个部件。诊断接口38、开关控制电路40和电流测量接口42可以是在控制器24内的分离部件或者可以一起形成于控制器24内。

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以在控制器24外部。在这些示例中，控制器24可以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也可以包括与所示部件不同的附加部件。

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可以是分离、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的一个示例是的EiceDRIVER^TM产品2EDxx系列。

高边栅极驱动器28可以被配置用于启用和停用开关Tah，并且低边栅极驱动器30可以被配置用于启用和停用开关Tal。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、比如脉宽调制(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Tah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Tah时停用Tal，并且在启用Tal时停用Tah。

电平移位器46和电平移位器52也可以向诊断接口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可以向控制器24的诊断接口38输出指示这一点的诊断信息。控制器24又可以确定是否需要采取任何附加动作、比如提供故障指示或者以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)。

在启用Tah并且停用Tal时，电流Ia从Vp流过Tah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TLI4970。然而可以利用能够将感测路径与传导路径隔离的任何器件。

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，所以电流传感器58输出的信号无需流过隔离屏障26流向电流测量接口42。

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以与流过电导体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可以确定流过电导体56的电流。控制器24利用确定的电流的量以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。以这种方式，控制器24能够连续确定电流Ia的值，并且没有与以上关于图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。

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三相中的一相(例如三相中的第一相)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以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。

为了验证电流测量，可以使用另一测量技术(即流向负载的电流的补充测量)。例如可以有可能在相电流Ia、Ib和Ic的路径中包括电流传感器。在一些情况下，可以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耦合到Vp的一个电流传感器。在这些情况下，有可能根据耦合到Vp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。

备选地，可以有可能如图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可以由在相电流Ia、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Ia、Ib和Ic的路径中的电阻材料两端的电压降。然而可能有与如以上关于图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。

根据在本公开内容中描述的技术，电流诊断电路32可以确定在电导体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)可以耦合到电流诊断电路32的输入。电流诊断电路32可以包括具有参考电压的模拟电路装置，其中参考电压用于如以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。

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的正供应电势耦合到高边驱动电源44的正供应电势，并且电流诊断电路32的接地电势耦合到高边驱动电源44的接地电势。在这一示例中，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的接地电势耦合在一起(例如二者连接到高边驱动电源44的接地)。

在图2中所示示例中，电流诊断电路32耦合到电导体56的输出。电导体56的输入耦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。以这一方式，电导体56的两个接触(例如电导体56的输入和输出)耦合到电流诊断路32的输入(例如耦合到电流诊断电路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的输入耦合到电流诊断电路32的接地电势。

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，这是由于电导体56的输入与电流诊断电路32耦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可以视为测量在电导体56两端的电压水平(例如下降)。

电流诊断电路32可以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34的装配技术可以影响隔离器件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Tah和Tal，则隔离器件34的总电阻可能增加。然而，阻抗的任何改变可以相对的小。例如传导路径(例如焊线和电导体56)的总电阻可以近似为0.6mOhm+10-20％。

电流诊断电路32可以确定流过电导体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目前可以传输数据，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可以基于在电导体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。

诊断接口38也可以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可以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的电流测量以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。

来自电流诊断电路32的电流测量可以不如来自电流测量接口42的电流测量准确。因而，两个电流测量可以未确切相同、但是可以在可用于验证的合理范围内。例如，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内，则诊断接口38可以确定无故障(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以外，则诊断接口38可以确定有故障(例如验证电流测量接口42的电流测量不准确)。

在一些情况下，电流诊断电路32可以测量负电压水平，因为向电导体56的输入耦合到接地电势并且电压在电导体56两端下降。这意味着在电导体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可以被配置用于校正测量的电流的任何这样的差值以及将这样的信息用于附加诊断校验。

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可以被配置用于确定电流诊断电路32何时输出相电流1a的负电流值，并且电流测量接口42何时输出相电流1a的正电流值，这种合理性校验指示电流测量路径的可能故障。

以这一方式，电流诊断电路32以与电流测量接口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这样的独立性进一步保证可以用可靠方式检测电流测量路径中的故障或者破坏的数据。

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。以这一方式，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。

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也可以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可以如以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门限以上，则电流诊断电路32可以使高边栅极驱动器28的输出驱动器48停用开关Tah。停用开关Tah立即使电流停止流过电导体56。

作为一个示例，电流诊断电路32可以确定在电导体56两端的电压水平。电流诊断电路32可以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可以使高边栅极驱动器38的输出驱动器48停用开关Tah。通过选择在电流诊断电路32内的参考电压的值。可以对于不同电流水平提供过电流保护。

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，该信号指示电平移位器46使输出驱动器48停用开关Tah。然后，输出驱动器48将停用开关Tah。

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提供过电流保护可以仅要求输出驱动器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Tah的判决。以这一方式，使用电流诊断电路32的过电流保护可以比依赖于控制器24提供过电流保护更有错误弹性。

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，如以上描述的那样，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。

另外，如以上描述的那样，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可以通过电平移位器46向诊断接口38输出确定的电流的量的值。在这些示例中，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可以视为通信接口。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可以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。

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。然而可以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传输这样的数据。

例如电流测量接口42可以不断和准确地确定流过电导体56的电流的量。可以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以足以验证电流测量接口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以足够了。

在一些示例中，电流诊断电路32可以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小，这又带来带宽过小的紧张。

关于电流测量的高精确度水平也可以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以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％以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％)。在这一示例中，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，所以可以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。

可以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可以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，所以电流诊断电路32的测量的任何精确度缺失未影响控制回路。

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6mOhm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*0.6mOhm等于45mV)。电流诊断电路32可以能够准确测量45mV。因此，即使高精确度不是过电流保护所需要的，仍然可以有可能让电流诊断电路32提供高精确度的过电流保护。

如以上描述的那样，电导体56的电阻近似为0.6mOhm。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*0.0006等于1.5W)。电导体56耗散1.5W可以不足以加热隔离器件34。换而言之，由于电导体56的电阻仅为0.6mOhm，所以在50A的标称操作范围中可以有很少或者无冷却问题。

如以上描述的那样，图2图示用于一个开关对(例如开关Tah和Tal)的电流诊断电路32。在一些示例中，可以不必包括用于所有三个开关对的电流诊断电路。例如对于三相马达16，一个要求可以是电流Ia、Ib和Ic求和为零。因而如果测量两个相电流，则可以有可能确定第三相电流。然而利用三个电流诊断电路(一个用于每个相电流)可以对于提供附加合理性校验有用。

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。

在图3中所示过程中，电流诊断电路32可以确定在隔离器件34的电导体56两端(例如直接在电导体56两端)的电压水平(60)。例如在本公开内容中描述的技术中，可以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。

在这一示例中，电导体56的输入耦合到电流诊断电路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。

电流诊断电路32可以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(62)。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的电阻可以近似为0.6mOhm，并且通过将确定的电压降除以已知电阻，电流诊断电路32可以确定流过电导体56的电流的量。

电流诊断电路32可以传输数据，该数据指示流过电导体的电流的量的补充测量(64)。补充测量可以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可以向控制器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可以利用流过电导体56的电流的量的补充测量的值以确定流过电导体56的电流的测量是否合理。

在一些示例中，电流诊断电路32可以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可以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可以经由电平移位器46传输数据。

电流诊断电路32可以确定流过电导体56的电流的量是否大于或者等于过电流水平(66)。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可以通过停用开关Tah来使开关Tah限制电流流过电导体56(68)。例如，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可以使输出驱动器48使Tah停用。

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。

在图4中所示示例中，控制器24可以基于电流传感器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可以基于电流传感器58输出的信号连续测量流过电导体56的电流。

控制器24也可以接收数据，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)。在这一示例中，控制器24和电流诊断电路32以不同电势为参考。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可以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可以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。

已经描述本技术的各种示例。这些和其它示例在所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种用于电流诊断的系统，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

基于所确定的电压水平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，其中所述电导体包括两个接触，所述两个接触中的一个接触耦合到所述电流诊断电路，并且所述两个接触中的另一接触耦合到所述电流诊断电路的接地电势。

5.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。

6.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。

7.根据权利要求6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。

8.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。

9.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。

10.一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

基于所确定的电压水平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。

11.根据权利要求10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。

12.根据权利要求11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。

13.根据权利要求10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。

14.根据权利要求10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。

15.根据权利要求14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。

16.根据权利要求10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。

17.一种用于电流诊断的系统，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水平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。

18.根据权利要求17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。

19.根据权利要求17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。