CN106461738B - 用于使用高侧电流感测测量电力冲突的电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种用于检测电力供应器的输出的偏差的电力监测电路及方法。所述电力监测器经配置以检测并测量两种不同类型的偏差：瞬时偏差，其为正在被供电的装置所汲取的电流的短浪涌或尖峰；及超出阈值电流的持久偏差，其可为所述电力供应器的所述输出的有意、暂时的增加。所述电力监测器收集信息，例如每一类型的偏差的数目、每一偏差的持续时间及描述所识别的偏差的峰值电流。接着，特别是在开发阶段期间，此所收集的信息可用以定位所述偏差的根本原因。可根据需要禁用及启用用以检测并测量这些偏差的所述电力监测器的组件。

Description

用于使用高侧电流感测测量电力冲突的电路

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2014年5月15日申请的美国临时申请案第61/993,508号的权益，所述临时申请案的全文并入本文中。

技术领域

本发明涉及电力供应器中的电流监测，特定来说，涉及使用高侧电流感测来检测并测量电力供应器的输出的偏差。

背景技术

电力监测器用以测量并跟踪经由电力供应器而供应到电子装置的电力。电力供应器经设计以向电子装置提供经调节的电力电平，但是电力供应器的实际电力输出的明显偏差不断出现。电力供应器的输出的这些偏差可分成两大类。第一类型是为正在由所述电力供应器供电的外围装置所汲取的电流的简短、非预期浪涌或尖峰。这些瞬时尖峰可具有广泛范围的原因且可潜在地具有破坏性。第二类型的偏差为电力供应器上所汲取的电流的持续增加。此第二类型的偏差有时为电力供应器的输出的预期、暂时增加的结果。

当由电子装置所汲取的电流浪涌且导致供应器的电力输出的瞬时尖峰时，第一类型的偏差出现。电力供应器通常包含电路以防止此类尖峰超过可引起对装置电路的组件的破坏的量值。即使相对较小的电力浪涌无法触发电力供应器的电路保护组件，但其仍可归因于其累积效应而导致破坏。检测且测量这些事件可提供有利于诊断浪涌的原因的信息，尤其是在电子装置的开发阶段期间。

第二类型的偏差可归因于故障而出现，但常常将因特定装置中的设计而出现。在高性能便携式计算产品(例如，智能电话、平板计算机、上网本及膝上型计算机)中，电力供应器通常包含允许提供高电力电平的特征。电力供应器具备界定供应器的100％电力输出的规格。特定装置还提供“涡轮”模式，其允许电力供应器在指定的时间量内超过100％的输出电平。例如，支持涡轮模式的电力供应器可在Y时间周期内提供(100+X)％的电力，其中X及Y由电力供应器决定。如同第一类型的事件，电力输出的这些持久偏差可随着时间而导致对装置的破坏。因此，监测此类事件的持续时间及频率向设计者提供信息，所述信息可用以预期可能的破坏性副作用且促进长期可靠性。

由两种类型的偏差引起的物理过应力可随着时间而引起故障且必须解决此破坏的任何影响。然而，这两种类型的偏差的不同之处在于某些持久冲突是由设计所致。因此，区分电力供应器输出的这两种类型的偏差是有利的。还有利的是提供描述每一偏差的信息，其中所述信息是为观察到的偏差类型定制的。当必须识别对遭受电力故障的组件的识别时，此信息在开发循环期间尤其有用。通过电力监测器所捕获的描述电力故障的任何信息可用以诊断引起所述故障的问题组件。

常规电力监测器并不提供有效地检测并测量在两种类型的偏差期间所汲取的过多电流的能力。替代地，常规系统趋向于基于信息(例如温度测量)逼近电力供应器输出的偏差量值。此类近似值不仅在辨别电力供应器的输出的实际偏差方面不可靠，而且此类近似值并不提供关于偏差的量值及持续时间的准确信息。可靠且准确信息的缺乏阻碍对引起偏差的根本问题的有效诊断。

发明内容

为提高诊断电力供应器的输出的偏差的根本原因的能力，需要一种能够检测、测量这些偏差且提供关于这些偏差的诊断信息的电力监测器。此外，需要一种能够检测电力供应器的输出的瞬时偏差及持久偏差两者且提供描述每一类型的偏差的信息的电力监测器。

根据实施例，一种电力监测电路包括：监测电路，其经配置以检测并计数电力供应器的输出电流的瞬时偏差，其中基于输出电流及第一阈值电流检测所述瞬时偏差；及监测电路，其经配置以检测并测量电力供应器的输出电流的持久偏差，其中基于输出电流、第二阈值电流及持续时间阈值检测所述持久偏差。

在另一实施例中，电力监测器还包括分流电阻器，其用于确定电力供应器的输出电流。在另一实施例中，电力监测器所使用的第一阈值电流及第二阈值电流相同。在另一实施例中，电力监测器进一步包括监测电路，所述监测电路经配置以存储在所检测的瞬时偏差期间所测量的电力供应器输出的峰值电流。在另一实施例中，电力监测器进一步包括监测电路，所述监测电路经配置以跟踪并存储所检测的瞬时偏差的数目。在另一实施例中，电力监测器进一步包括监测电路，所述监测电路经配置以存储电力供应器的输出电流的所检测的持久偏差的持续时间。在另一实施例中，电力监测器进一步包括监测电路，所述监测电路经配置以在所检测的持久偏差的持续时间期间计算电力供应器的总偏差输出能量。在另一实施例中，计算总偏差输出的监测电路包括积分取样器。在另一实施例中，积分取样器并不包含电力供应器的输出电流，所述输出电流低于计算总偏差输出能量中的阈值电流。在另一实施例中，可启用及禁用监测电路。

附图说明

所属领域的技术人员通过参考附图可更好地理解本发明，且可明白本发明的众多目的、特征及优点。不同图式中的相同参考符号的使用指示类似或相同项。

图1描绘时间序列的电流值，其说明电力供应器的输出的两种不同类型的偏差。

图2说明根据权利要求书的电力监测电路的示范性实施例。

具体实施方式

参考附图中说明及以下描述中详述的示范性且因此非限制的实施例，更充分地解释本发明及其各种特征及有利细节。对已知的编程技术、计算机软件、硬件、操作平台及协议的描述可被省略，以免不必要地混淆本发明的细节。然而，应理解，详细描述及特定实例在指示优选实施例时，仅通过说明而不通过限制给出。所属领域的技术人员将从本发明明白基本发明概念的精神及/或范围内的各种取代、修改、添加及/或重新布置。

此外，本文所给出的任何实例或说明并不以任何方式被视为对所述实例或说明所利用的任何项的约束、限制或明确定义。而是，这些实例或说明应被视为关于一个特定实施例进行描述且被视为仅具说明性。所属领域的一般技术人员应了解，这些实例或说明所利用的任何项涵盖其它实施例以及其实施方案及调适方案，其可或可不随说明书给出或在说明书中的别处给出，且所有此类实施例希望包含于所述项的范围内。

在本发明的实施例中，检测并测量电力供应器的输出的两种形式的偏差。如描述，第一类型的偏差为由连接到电力供应器的外围装置所汲取的电流的尖峰。此第一类型的偏差将被称为类型1偏差。第二类型的偏差为电力供应器的输出的持续增加(例如，涡轮模式)。第二类型的偏差将被称为类型2偏差。

两种类型的偏差在图1中可视化，图1为电力供应器的输出电流的时间序列图表。如图1中说明，类型1偏差的特征在于其短的持续时间。实施例将指派各种准则用于检测类型1事件。某些实施例将基于超出给定阈值的所测量的峰值电流的振幅而将偏差分类为类型1。在图1中，类型1偏差是以其超出阈值电流I_T的峰值电流振幅I_PEAK进行分类。在某些实施例中，类型1偏差还可以所测量的电流保持超出I_T的持续时间进行分类。各种实施例将能够基于此准则检测并识别类型1偏差且能够报告描述偏差的此信息。各种实施例将报告偏差的峰值振幅、偏差的持续时间及/或特定时间跨度内所检测的类型1偏差的总数目。某些实施例将向用于检测类型1偏差的阈值电流提供使用可配置值的能力。

再次参考图1，类型2偏差的特征在于其持久持续时间。如同类型1偏差，实施例将指派各种准则用于检测并测量类型2事件。某些实施例将基于所汲取的超出阈值电流的电流的总和测量类型2偏差。在图1中，由阴影区域表示此类型2偏差的测量，所述阴影区域是超出阈值电流I_T的积分电流。某些实施例将基于电流保持超出阈值的持续时间检测偏差。在图1中，基于初始时间量(t₁－t₀)检测类型2偏差，在所述时间量期间电流保持超出阈值电流I_T。某些实施例将测量并检测类型2偏差且可经配置以报告描述此偏差的信息，借此所述信息可用于偏差的进一步分析。某些实施例将向用于检测类型2偏差的阈值电流及/或最小持续时间提供使用可配置值的能力。

图2展示高侧电力监测器200的实施例的框图，高侧电力监测器200包括实施电力监测电路的模拟及数字组件。在此实施例中，模拟电路用以实施差分输入放大器220、峰值检测器250、量值比较器225及积分取样器235。图2的实施例中的剩余电路是数字的。在图2的实施例中，电力监测器200用以检测并测量电力供应器210的输出的偏差。电力供应器210的输出用以向负载215供电。负载215为电子装置，其归因于电力供应器210的输出的偏差而可被潜在地破坏。电力监测器200经设计以检测并测量电力供应器210的输出的类型1及类型2两种偏差。由电力监测器200产生的信息可用以诊断输出电力的偏差的根本原因，同时区分类型1偏差及类型2偏差。

在图2的实施例中，高侧电力监测器200使用分流电阻器205来测量电力供应器210的输出。实施例将利用具有小电阻(通常小于0.010欧姆)的分流电阻器205。在典型的电子装置中，这将导致跨分流电阻器的10mV到80mV的电压。电力监测器200测量跨分流电阻器205的电压以测量由负载215所汲取的电流。电力监测器200接收所产生的电流感测信号作为输入差分放大器220(用以测量两个电流感测信号之间的差)的输入，其提供对由负载215所汲取的电流的测量。其它电力监测器实施例可使用不同的组件及/或集成电路用于测量由电力供应器210上的负载215所汲取的电流。

在图2的实施例中，通过输入差分放大器220确定由负载215所汲取的所测量的电流且提供所述电流作为输出。输入差分放大器的所测量的电流输出被用作量值比较器225的一个输入，所述量值比较器225确定负载215目前是否正在汲取超过预定义阈值的电流。量值比较器225的第二输入为指定预定义阈值电流的信号。在图2的实施例中，将阈值电流存储在寄存器中且使用DAC 230将所述阈值电流转换为模拟信号。其它电力监测器实施例可使用不同的组件及/或集成电路用于测量由负载215所汲取的电流是否超出阈值。某些实施例可使用多个不同的预定义阈值电流，所述电流可单独用于类型1及类型2偏差的检测。由DAC 230产生的表示阈值电流的模拟信号被量值比较器225使用以确定所汲取的电流是否超出预定义阈值。

由实施例提供的优点为基于是否已检测电力输出的电位偏差而选择性启用及禁用电力监测器的内部组件的能力。此禁用某些组件的能力允许电力监测器实施例提供对电力输出偏差的检测，同时最小化由电力监测器自身所消耗的能量。在某些实施例中，还可基于电力供应器的操作状态启用及禁用电力监测器的某些组件。例如，如果信号指定正被监测的电力供应器目前处于低电力状态，那么可禁用电力监测器的某些组件以便最小化监测器的电力消耗。然而，在高电力状态期间，例如，在早先所描述的涡轮推进电力模式期间，将启用电力监测器的所有组件。在某些实施例中，替代地可基于信号启用及禁用电力监测器的某些组件，所述信号指示电力供应器正用于开发或正处于生产中。由于可在开发阶段期间专门使用电力监测器的诊断能力，因此一旦装置从开发阶段进入生产阶段，即可禁用电力监测器的特定组件。

在图2的实施例中，量值比较器225的输出用以发信号通知是否应启用事件检测电路。更具体来说，如果量值比较器225发信号通知输出电流超出阈值电流，那么此用以启用类型1事件检测电路245及类型2事件持续时间电路240。一旦启用，电力监测器200即开始跟踪阈值冲突以确定其是否为类型1及/或类型2偏差。

类型1事件检测电路245用以测量并计数电力供应器210的输出电流的类型1偏差。一旦类型1事件检测电路245已启用，其即开始跟踪由输入差分放大器220所输出的电流测量。结合二极管及存储电容器255使用峰值检测器放大器250以跟踪电流测量且存储在特定时间间隔内观察到的峰值电流。所测量的电流用以给存储电容器255充电。存储电容器255的电荷随同所测量的电流增加，但二极管阻止存储电容器255放电。以此方式，类型1事件检测电路存储峰值观察电流。电力监测器的其它实施例可利用不同的及/或额外的组件或集成电路以检测并测量电力供应器210的输出电流的峰值。

类型1事件检测电路还可包含将存储在电容器255中的峰值电流数字化的能力。在某些实施例中，将存储在电容器255中的峰值存储在专用寄存器中。可基于确认已检测到峰值或基于通过量值比较器225确定由负载215所汲取的电流已下降到阈值电流以下而将此峰值周期性地存储到寄存器，从而发信号通知瞬时偏差的结束。将所测量的峰值存储在寄存器中的实施例还可包含软件功能，所述软件功能经配置以周期性地从寄存器读取这些值以用于产生描述所检测的类型1偏差的报告。

除识别峰值之外，图2的实施例中的类型1事件检测电路还包含数字计数器260，其用于跟踪由峰值检测放大器250测量且由存储电容器255存储的离散类型1偏差的数目。每当电流超出阈值电流时，数字计数器260增加，从而维持电力供应器210的输出的类型1偏差的累加总计。

在某些实施例中，将由数字计数器260所跟踪的偏差的数目存储在专用寄存器中，其中可通过软件功能存取所述数目，所述软件功能经配置以提供关于由电力监测器200所检测的偏差的报告。连同用以收集通过峰值检测器放大器250及存储电容器255所获得的峰值测量的软件功能，收集偏差的运行计数的软件功能可在某些实施例中使用，以产生详述电力供应器210中的类型1偏差的量值及数目的报告。尤其是在开发循环期间，此类报告可用以识别这些瞬时偏差的根本原因且估计可能由此类偏差引起的潜在破坏。

类型2事件持续时间电路240也通过量值比较器225确定由负载215所汲取的电流超出阈值电流而启用。在图2的实施例中，类型2事件持续时间电路240由数字计数器265构成，数字计数器265跟踪由负载215所汲取的电流保持超出阈值电流的连续循环的数目，其中量值比较器225在每一循环确定阈值电流是否已被超出。由数字计数器265所跟踪的累加计数由数字比较器280与类型2持续时间阈值进行比较，所述持续时间阈值指定将输出电流的偏差分类为类型2偏差的最小持续时间。由数字计数器270额外地跟踪由数字计数器265所跟踪的此累加计数，其中通过数字计数器270所跟踪的所述计数用于测量类型2偏差的持续时间。通过图1中所描绘的类型2偏差中的时间间隔(t₂－t₀)表示所述持续时间。

当已基于由数字比较器280所作出的确定检测类型2偏差时，由数字计数器270所维持的计数可用以提供指定每一类型2偏差的持续时间的输出。接着由数字计数器270所产生的此持续时间信息可使用软件功能来收集且可用于产生描述由电力监测器200检测的类型2偏差的报告。在一些实施例中，将类型2持续时间阈值及如由数字计数器270所确定的偏差的持续时间存储在专用寄存器中。在某些实施例中，用以表示类型2持续时间阈值的单位将为在其期间所汲取的电流保持低于阈值的连续循环的数目。

基于通过数字比较器280所作出的比较，启用积分取样器235。数字比较器280接收超出电流阈值的连续电流测量的运行计数且将其与类型2持续时间阈值相比较，所述类型2持续时间阈值为已经配置用于类型2偏差的最小持续时间。因此，如果偏差的持续时间超越此较低阈值，那么数字比较器280输出启用积分取样器235的信号，积分取样器235将测量类型2偏差期间电流的总量。

积分取样器235测量由电力供应器210在类型2偏差的持续时间期间所输出的总电力。积分取样器235在周期间隔内测量偏差的量值且加总这些周期测量。积分取样器235从输入差分放大器220接收由负载215所汲取的电流的测量且从阈值DAC 230接收阈值电流作为输入。在每一间隔内，积分取样器235测量由从输入差分放大器220接收的电流引起的电压，所述电压为反馈电容器充电。这用以积分从输入差分放大器220接收的引入的电流测量信号。在每一间隔之后，积分取样器235在开始对反馈电容器上的电压进行下一样本读取之前，自动将阈值电流归零。这允许积分取样器235从所测量的电流减去阈值电流，使得仅超出阈值电流的所测量电流在每一间隔期间被加到总和。通过图1中的类型2偏差的阴影部分表示通过积分取样器235所计算的此总和。

积分取样器235继续加总超出电流阈值的电流，直到由负载215所汲取的测量电流下降到由阈值DAC 230所提供的电流阈值以下。此刻，积分取样器235将已加总由电力供应器210在类型2偏差期间所输出的总电流。超出阈值的此总能量被积分取样器235提供为输出。可将这些总能量测量周期性地存储到寄存器。将总能量值存储在寄存器中的实施例还可包含软件功能，所述软件功能经配置以周期性地从寄存器读取这些值以用于产生描述所检测的类型2偏差的报告。

使用由类型1事件电路245、类型2事件持续时间电路240及积分取样器235所产生的信息，电力监测器200能够提供对电力供应器210的输出的偏差的详细描述。这些描述可提供关于类型1偏差的峰值量值及频率及类型2偏差的频率及总能量输出的信息。接着，此信息可用以诊断偏差的根本原因。如所描述，在一些情况中，类型2偏差将因设计而出现以便适应涡轮型电力模式。在这些情形中，这些有意的类型2偏差的能量输出仍然提供可用以估计应预期的热量及所得应力的信息。当检测到不对应于有意的涡轮型电力模式的实例的类型2偏差时，所提供的信息可用以诊断偏差的原因。

Claims (20)

1.一种电力监测电路，其包括：

第一监测电路，其经配置以检测并计数电力供应器的输出电流的瞬时偏差，其中检测瞬时偏差包括：

比较所述输出电流与第一阈值电流；及

确定所述输出电流超过所述第一阈值电流；及

第二监测电路，其经配置以检测并测量所述电力供应器的所述输出电流的持久偏差，其中检测每一持久偏差包括：

比较所述输出电流与第二阈值电流；

确定所述输出电流超过所述第二阈值电流；

确定所述输出电流连续超过所述第二阈值电流的持续时间；

比较所确定的持续时间与持续时间阈值；及

确定所述持续时间超过所述持续时间阈值。

2.根据权利要求1所述的电力监测电路，其包括分流电阻器以用于确定所述电力供应器的所述输出电流。

3.根据权利要求1所述的电力监测电路，其中所述第一阈值电流及所述第二阈值电流相同。

4.根据权利要求1所述的电力监测电路，其中所述第一监测电路进一步经配置以存储在所检测的瞬时偏差期间所测量的所述电力供应器输出的峰值电流。

5.根据权利要求1所述的电力监测电路，其中所述第一监测电路进一步经配置以跟踪并存储所检测的瞬时偏差的数目。

6.根据权利要求1所述的电力监测电路，其中所述第二监测电路进一步经配置以存储所述电力供应器的所述输出电流的所检测的持久偏差的所述持续时间。

7.根据权利要求1所述的电力监测电路，其中所述第二监测电路进一步经配置以在所检测的持久偏差的所述持续时间期间计算所述电力供应器的总偏差输出能量。

8.根据权利要求7所述的电力监测电路，其中所述第二监测电路包括积分取样器。

9.根据权利要求8所述的电力监测电路，其中所述积分取样器不包含所述电力供应器的所述输出电流，所述输出电流低于在计算所述总偏差输出能量中的所述阈值电流。

10.根据权利要求1所述的电力监测电路，其中可启用及禁用所述第一监测电路与所述第二监测电路中的至少一者。

11.一种用于监测电力供应器的输出电流的方法，所述方法包括：

检测所述电力供应器的所述输出电流的瞬时偏差，其中检测每一瞬时偏差包括：

比较所述输出电流与第一阈值电流；及

确定所述输出电流超过所述第一阈值电流；及

计数电力供应器的所述输出电流中的所检测的瞬时偏差的数目；

检测所述电力供应器的所述输出电流的持久偏差，其中检测每一持久偏差包括：

比较所述输出电流与第二阈值电流；

确定所述输出电流超过第二阈值电流；

测量所述输出电流连续超过所述第二阈值电流的持续时间；

比较所测量的持续时间与持续时间阈值；及

确定所测量的持续时间超过所述持续时间阈值。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

使用分流电阻器来确定所述电力供应器的所述输出电流。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一阈值电流与所述第二阈值电流相同。

14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

存储在所检测的瞬时偏差期间测量的所述电力供应器输出的峰值电流。

15.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

跟踪所检测的瞬时偏差的所述数目；以及

存储所检测的瞬时偏差的所述数目。

16.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

存储所述电力供应器的所述输出电流的所检测的持久偏差的所述持续时间。

17.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

在所检测的持久偏差的所述持续时间期间，计算所述电力供应器的总偏差输出能量。

18.根据权利要求17所述的方法，其中积分取样器用以计算所述总偏差输出。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述积分取样器不包含所述电力供应器的所述输出电流，所述输出电流低于在计算所述总偏差输出能量中的所述阈值电流。

20.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

禁用用于检测所述电力供应器的所述输出电流的瞬时偏差的组件；

计数所述电力供应器的所述输出电流的所检测的瞬时偏差的所述数目；

检测所述电力供应器的所述输出电流的持久偏差，且测量所述电力供应器的所述输出电流的所检测的持久偏差的所述持续时间。

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