CN106033095B - 电流感测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流感测装置和方法，其中电流感测装置包括：温度传感器，其被配置成感测电力变换器的温度；电流感测单元，其被配置成感测电力变换器的输入电流；以及中央处理器(CPU)，其被配置成响应于所感测到的电力变换器的温度以及所感测到的电力变换器的输入电流，控制电力变换器的运行，其中中央处理器包括：补偿单元，其被配置成在接收到来自温度传感器的温度值时，将包含在电流感测单元中的至少一个二极管的工作电压存储在映射表中，并且当电流感测单元感测电力变换器的输入电流时，基于所存储的工作电压来补偿感测电流的误差。

Description

电流感测装置和方法

技术领域

本发明涉及一种电流感测装置，更具体涉及一种在利用电流互感器(CT)感测电流时，通过温度补偿来提高电流感测精度的技术。

背景技术

众所周知，带内燃机的车辆因过度消耗能源而会导致环境污染或能源枯竭。因此，人们已开发并使用以电力作为动力源的车辆(即，电动车辆)，以及利用内燃机和电力二者组合动力的车辆(即，混合动力车辆)，以代替以内燃机作为动力源。

在这方面，电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、燃料电池车辆、以及燃料电池混合动力车辆，必须利用具有电池充电电压的电动机来驱动。在过去，大容量充电电池已广泛应用到电动车辆，并且用于为大容量充电电池充电的电池充电装置也被嵌入到电动车辆中。电动车辆可包括低电压直流-直流变换器(LDC)，其被配置成为12伏的电池(例如，辅助电池)充电，同时为该电动车辆的全部负载接通电源。LDC可通过高压电池电力的变换而为12V电池充电。

LDC以两种模式运行，即，工作模式和充电模式。如果LDC以工作模式运行，则主电池的电力被提供给电力系统的全部负载，使车辆可以利用电池电力来工作。如果LDC以充电模式运行，则车载充电器(OBC)和冷却风扇接通电源，使得LDC能够控制充电过程，并能够抵消额外的热量排放。OBC是指嵌入到被设计成利用电力作为动力源的车辆中的充电装置。如果车辆通过OBC而被充电，则该OBC控制电力供应单元和冷却风扇接通电源，使LBC的输出电流减小。

可同时使用输入电流传感器和输出电流传感器来运行LDC或OBC等电力变换元件，以使其能够监控输入/输出(I/O)信号。近年来，用于利用输入电流传感器的值而不使用输出电流传感器来估算输出电流的方法，已得到广泛应用。因此，尽管所制造的产品的成本和尺寸得以优化，然而，输出电流传感器消失了，使得输入电流传感器的感测精度变得更加重要。

电流互感器(CT)用来感测安装在环保车辆(例如，电动车辆、混合动力电动车辆等)中的电力变换元件的电流值。为了执行利用CT的电流感测，还需要包含二极管、电阻器、以及电容器的外围电路。

在用于外围电路的多个功率电子器件中，对温度特别敏感的电子器件是二极管。温度越高，正向电压(Vf)越低，而温度越低，正向电压(Vf)越高。因此，二极管可能会导致在电流感测中出现意想不到的误差。因此，为了减少电流感测误差，需要将受温度影响的二极管的正向电压(Vf)值减到最小。

发明内容

本发明的各个实施方式旨在提供一种电流感测装置，其能够消除因相关现有技术的局限性和缺点而引发的一个或多个问题。

本发明的实施方式涉及一种电流感测装置，用于在利用电流互感器(CT)感测电流时，通过温度补偿来提高电流的感测精度的技术。

根据本发明的实施例，电流感测装置包括：温度传感器，其被配置成感测电力变换器的温度；电流感测单元，其被配置成感测电力变换器的输入电流；以及中央处理器(CPU)，其被配置成响应于所感测到的电力变换器的温度以及所感测到的电力变换器的输入电流，控制电力变换器的运行。中央处理器包括：补偿单元，其被配置成在接收到来自温度传感器的温度值时，将包含在电流感测单元中的至少一个二极管的工作电压存储在映射表中，并且当电流感测单元感测电力变换器的输入电流时，基于所存储的工作电压来补偿感测电流的误差。

电流感测单元可包括电流互感器(CT)。

补偿单元还可被配置成，响应于电力变换器的感测温度设定至少一个二极管的温度，并将与至少一个二极管的温度相对应的工作电压存储在映射表中。

至少一个二极管的工作电压可包含至少一个二极管的正向电压值。

电流感测单元可包括：电流互感器，其被配置成感测电力变换器的输入电流；整流器，其被配置成对电流互感器的输出信号进行整流；比较器，其被配置成将整流器的输出信号与第一节点的反馈信号进行比较，并将比较结果输出到第一节点；以及滤波单元，其被配置成过滤第一节点的信号。

整流器可包括至少一个二极管。

比较器可包括至少一个二极管。

此外，根据本发明的实施方式包括一种电流感测方法，包括以下步骤：通过温度传感器感测电力变换器的温度；通过电流感测单元感测电力变换器的输入电流；响应于感测到的电力变换器的温度以及感测到的电力传感器的输入电流，通过中央控制器控制电力变换器的运行；在接收到来自温度传感器的温度值时，通过中央处理器，将包含在电流感测单元中的至少一个二极管的工作电压存储在映射表中；以及当电流感测单元感测电力变换器的输入电流时，通过中央处理器，基于所存储的工作电压来补偿感测电流的误差。

此外，根据本发明的实施例，提供一种包含用于执行电流感测方法的程序指令的非暂时计算机可读介质，包括：响应于由温度传感器感测到的电力变换器的温度以及由电流感测单元感测到的电力变换器的输入电流，来控制电力变换器的运行的程序指令；在接收到来自温度传感器的温度值时，将包含在电流感测单元中的至少一个二极管的工作电压存储在映射表中的程序指令；以及当该电流感测单元感测电力变换器的输入电流时，基于所存储的工作电压补偿感测电流的误差的程序指令。

应当理解，本发明前面的描述以及后面的详细描述是出于示范性和解释性的目的，并且旨在提供如所要求保护的实施方式的进一步说明。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的电流感测装置的方框图；

图2是示出图1所示的电流感测单元的详细电路图；

图3是示出图2所示的电流感测单元的运行的波形图；

图4和图5是示出根据本发明的实施例的电流感测装置的效果图。

附图标记说明：

100：电流感测单元

200：温度传感器

300：CPU

310：温度补偿单元

400：电力变换器

具体实施方式

下面将详细参考本发明的实施方式，在附图中示出其实施例。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记指代相同或类似的部件。

本文所使用的术语只是为了描述特定实施方式的目的，并且该术语不旨在限制本发明。如本文使用的，除非上下文另外清楚地表明，否则单数形式的“一”、和“该”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括了”，限定了所述特征、整数、步骤、操作、要素，和/或元件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、元件，和/或其集合的存在或添加。如在此使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的列出术语的任何或全部组合。

应当理解，如在此使用的术语“车辆”“车辆的”或其他类似的术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多功能车辆(SUV)、公共汽车、货车、各种商用车辆的客运汽车，包括各种小船和轮船的船只，飞机等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，采自除石油之外的资源的燃料)。如本文所指，混合动力车辆是具有两种或多种动力源的车辆，例如，既是汽油动力又是电动力的车辆。

此外，应当理解，下面方法中的一个或多个，或者该方法的某些方面，可以由至少一个中央处理器(CPU)执行。术语“CPU”可以指包括处理器的硬件装置，该处理器可直接或间接连接到存储器。存储器被配置成执行程序指令，以执行一个或多个进程(下面将进一步描述)。而且，应当理解的是，可以由包含该CPU的装置来执行下面的方法。

此外，本发明的CPU可被实施为非暂时计算机可读介质，包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。算机可读介质的实例包括，但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和数据存储器装置。计算机可读介质也可分布在网络联接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式方式储存和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控域网(CAN)。

图1是示出根据本发明的实施例的电流感测装置的方框图。

参考图1，电流感测装置包括电流感测单元100，温度传感器200，CPU 300，以及电力变换器400。在这种情况下，CPU 300可以包括温度补偿单元310(也称作“补偿单元”)。

电流感测单元100可以包括电流互感器(CT)，以感测电力变换器400的电流。该电流感测单元100可通过CT感测电流，并且可以通过包括二极管、电阻器、电容器等的外围电路将感测到的电流输出到CPU 300。

温度传感器200可以感测电力变换器400的温度，并且将感测到的温度输出到CPU300。尽管为了方便描述，在图1中示出温度传感器200和电力变换器400彼此分离，然而，本发明的范围和实质并非局限于此，温度传感器200也可嵌入电力变换器400中。

响应于电流感测单元100和温度传感器200的感测结果，CPU 300可以控制电力变换器400的运行。CPU可以使用预定算法来驱动电力变换器400。基于此目的，CPU 300可以包括温度补偿单元310。在此情况下，CPU 300可以放置在控制板上。

响应于由温度传感器200检测到的温度值，温度补偿单元310可以利用映射来管理二极管的温度，使得随着温度变化的电流感测误差最小。也就是说，温度补偿单元310可以为包含在电流感测单元100中的二极管工作电压准备映射表。温度补偿单元310可利用映射表，根据由温度传感器200感测的温度，将电流感测单元100的电流值换算成实际的电流值。

电力变换器400可包括低压直流-直流变换器(LDC)和车载充电器(OBC)。供电电压在经过高压电池和LDC之后被变换，辅助电池利用经变换的电压充电，使得车辆的电子元件能够被通电。OBC是嵌入车辆中的充电模块，并且用于通过插头为电池完全充电。应当理解的是，尽管前面将电力变换器400描述为包括LDC和OBC，然而本发明并非局限于此(例如，电力变换器400可不必以上述方式配置)，本实施方式还可包括其它电力变换器。

图2是示出图1所示的电流感测单元的详细电路图。该电流感测单元100包括电流互感器(CT)、整流器110、比较器120、以及滤波单元130。在此情况下，该CT可以感测施加到电力变换器400的输入端的输入电流值。

整流器110可包括多个电阻器(R1、R2)、多个二极管(D1、D2)、以及电容器C1。二极管D1连接在CT和电阻器R1之间的正向(forward direction)上。电阻器R2与二极管D1串联连接。二极管D2连接在CT和节点ND1之间的正向上。例如，电阻器R2和电容器C2与节点ND1并联连接。

比较器120包括比较器A1和二极管D3。在此情况下，比较器A1可以将节点ND1的输出信号与节点ND2的输出信号进行比较，并且将比较结果输出到节点ND2。比较器A1的负(-)端与节点ND2连接，并且比较器A1的正(+)端与节点ND1连接。二极管D3连接在比较器A1的输出端与节点ND2之间的前进方向中。

另外，滤波单元130可包括多个电阻器(R3、R4)和电容器C2。在此，电阻器R2连接在节点ND2与节点ND3之间。电阻器R4和电容器C2与节点ND3并联连接。

图3是流入电流感测单元100的输入电流的波形图。通过CT感测的电流可通过二极管(D1、D2)、电阻器(R1、R2)和节点ND1应用到节点ND1。在图3中，第一个波形图是流入节点ND1中的输入电流的波形。

其后，比较器A1将节点ND1的输出信号与来自节点ND2的反馈输入信号进行比较，并将比较结果输出到二极管D3。通过二极管D3，对输出到比较器A1的信号进行整流，使得经整流的信号被输出到节点ND2。在这种情况下，图3的第二个波形图示出流入到节点ND2中的电流的波形图。其后，节点ND2的输出电流通过电阻器(R3、R4)和电容器C2进行滤波。滤波单元130的节点ND3的电流以DC电压值被输出。

例如，使用在电流感测单元100中的二极管D1～D3，其特征在于每个二极管的工作电压(正向电压：Vf)与升高的温度成比例地逐渐减少，并且与降低的温度成比例地逐渐增加。例如，在温度为25℃的特定条件下，每个二极管的正向电压(Vf)被设置成1V，CT的感测电流具有图4所示的波形。在温度为125℃的条件下，每个二极管的正向电压(Vf)被设置成0.8V，CT的感测电流具有图5所示的波形。

尽管给出相同的条件，然而正向电压(Vf)随温度变化，因此在电流感测操作中可能会出现意外的误差。在此情况下，不仅输入电流的感测操作的精确性会劣化，而且输出电流的感测精度也会劣化。因此，假定在本发明的实施例中应用这样的逻辑，即能够根据温度感测单元的操作，与温度相应地补偿二极管正向电压(Vf)的值，就能够使输入电流的感测误差最小。

参考图4和5的曲线图，响应于随温度变化的二极管正向电压(Vf)，感测电流可具有约5％的误差度。因此，温度补偿单元310可以预测随温度变化的二极管正向电压(Vf)，然后将所预测的正向电压(Vf)存储在映射表中。温度补偿单元310可以实验性地预测由不同正向电压(Vf)产生的感测电流误差。因此，温度补偿单元310可以使用下面由表1所示的温度补偿映射来补偿感测电流误差。

表1

温度传感器	二极管温度	正向电压(Vf)
			25℃	50℃	0.95
80℃	105℃	0.85
			125℃	150℃	0.75

参考表1，如果温度传感器200具有25℃的温度，则电流感测单元100的二极管具有50℃的温度，且该二极管正向电压(Vf)被设置成0.95。如果温度传感器200具有80℃的温度，则电流感测单元100的二极管具有105℃的温度，且该二极管正线电压(Vf)被设置成0.85。此外，如果温度传感器200具有125℃的温度，则电流感测单元100的二极管被设置成150℃的温度，且该二极管正线电压(Vf)被设置成0.75。

用于防止电力元件过热的温度传感器200嵌入电力变换器400内。响应于通过温度传感器200检测到的温度值，CPU 300可执行正常的操作命令，以及电力变换器400的输出限制命令。

在此情况下，CPU 300具有通过温度传感器200识别的外围温度。因此，温度补偿单元310可以基于由温度传感器200检测的温度值，以映射的形式，配置电流感测单元100的各个二极管温度，并且管理映射状的二极管温度，以使随温度变化的感测电流误差最小。

尽管电流感测操作的目的在于监控电流值，然而电流感测操作也可以具有过电流保护功能，使电力变换器400不出现异常情况。在每个元件的最大电流为20安(A)的情况下，如果该元件的最大电流为20A，却因为温度感测的误差而被错误地识别成19A的较低电流，但实际为21A的电流流入元件中，因此有可能会毁坏元件。因此，由于电流感测精度提高，而能够执行过电流保护功能。

另外，考虑到感测误差，被设计成的实际产品具有相当大的余量。例如，如果感测精度增加，则产品可被设计成具有最佳余量，以便降低每个产品的尺寸和成本。

应当理解，上述实施例的公开仅出于说明的目的，本发明并非限制于此。例如，单个型的组成元件可以分散的方式被实施，而分散型的组成元件也可被结合成一个元件。

从上面描述可以明显地看出，本发明的实施例至少具有以下效果：第一，例如，电流感测装置利用反映温度补偿映射的温度补偿逻辑，补偿随温度变化的二极管正向电压的变化，从而提高感测精度；第二，例如，当通过输入电流传感器监控I/O电流时，输入电流的感测精度提高，从而能够提高输出电流的监控质量；第三，例如，根据上述实施例的电流感测装置能够增强I/O过电流保护功能。

上面仅仅出于说明的目的，公开了本发明的上述实施例，并且本领域的技术人员在不背离如所附权利要求所公开的本发明的范围和实质的情况下，还可以对这些实施例进行变化、修改、添加、替换。

Claims (5)

1.一种电流感测装置，包括：

温度传感器，其被配置成感测电力变换器的温度，由此产生感测的温度；

电流感测单元，其被配置成感测所述电力变换器的输入电流，由此产生感测的输入电流；以及

中央处理器(CPU)，其被配置成响应于所感测到的所述电力变换器的温度以及所感测到的所述电力变换器的输入电流，控制所述电力变换器的运行，

其中所述中央处理器包括：

补偿单元，其被配置成在接收到来自所述温度传感器的温度值时，将包含在所述电流感测单元中的至少一个二极管的工作电压存储在映射表中，并且当所述电流感测单元感测所述电力变换器的输入电流时，基于所存储的工作电压来补偿所述感测的输入电流的误差，

其中所述电流感测单元包括：

电流互感器，其被配置成感测所述电力变换器的输入电流；

整流器，其被配置成对所述电流互感器的输出信号进行整流；

比较器，其被配置成将所述整流器的输出信号与第一节点的反馈信号进行比较，并将所述比较的结果输出到所述第一节点；以及

滤波单元，其被配置成过滤所述第一节点的信号，

其中，所述至少一个二极管包括第一二极管、第二二极管和第三二极管，

所述第一二极管耦合在所述电流互感器和第一电阻器之间的正向上；

所述第二二极管耦合在所述电流互感器和第二节点之间的正向上，所述第二二极管的一侧耦合到所述第一电阻器，所述第二二极管的另一侧耦合到所述第二节点，并且

所述第三二极管耦合在所述比较器的输出端和所述第一节点之间的正向上，

其中，所述第一节点是所述第三二极管连接所述比较器的负端的点，所述第二节点是所述第二二极管连接所述比较器的正端的点。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述补偿单元还被配置成，响应于所述电力变换器的感测温度设定所述至少一个二极管的温度，并将与所述至少一个二极管的温度相对应的工作电压存储在所述映射表中。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个二极管的工作电压包含所述至少一个二极管的正向电压值。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述整流器包括所述第一二极管和所述第二二极管。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述比较器包括所述第三二极管。

Images