CN108459648B - 具有电流反馈的驱动器电路 - Google Patents

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Abstract

提供了具有电流反馈的驱动器电路。本文描述了一种电路装置。依照一个示例性实施例，电路装置包括配置成可操作耦合到要由电子装置驱动的至少一个负载的至少一个输出通道。在所述至少一个输出通道中，电路装置包括配置成提供经调制的输出信号的驱动器电路、配置成感测穿过负载的负载电流的电流感测电路，以及配置成接收经调制的输出信号并且基于经调制的输出信号而确定表示负载电流的平均的至少一个数字值的反馈电路。

Description

具有电流反馈的驱动器电路
技术领域
本发明涉及用于驱动电气负载、特别是诸如电磁致动器之类的电感负载的驱动器电路的领域。
背景技术
比如例如汽车那样的机器正在变得日益更加复杂。除其它之外，对于该发展的一个原因是，机械组件被电气或机电组件的取代和电子控制器（电子控制单元ECU）的使用。增加复杂的系统更可能失效并且因而功能安全是复杂机器的技术子系统的设计中的重要议题。在汽车行业中，在2011年建立了题为“道路车辆-功能安全”的国际标准ISO 26262，并且该国际标准涉及使用在汽车中的电气和电子系统的功能安全。
汽车安全完整性等级（ASIL）是指汽车系统或这样的系统的子系统和元件中固有的安全风险的抽象分类。在标准ISO 26262中，通过以下来建立特定ASIL：通过着眼于车辆操作场景的严重性、暴露和可控制性来执行潜在威胁的风险分析。存在由该标准标识的四个ASIL：ASIL A、ASIL B、ASIL C、ASIL D。ASIL D限定关于特定系统的最高完整性要求，并且ASIL A最低。相应地，在系统设计时必须考虑特定电气或电子系统的期望或要求的ASIL等级。
现代汽车的动力系统包括例如用于引擎控制和变速控制的各种ECU。那些ECU例如负责控制燃料喷射、自动变速和许多其它子系统。在各种应用中，使用电磁致动器，例如在燃料喷射器中或在电磁阀中，所述电磁致动器可以用于控制液压子系统（例如液压致动器）中的油压。取决于实际应用，用于控制和驱动诸如电磁致动器之类的电气负载的电子控制单元通常必须被设计成遵守特定ASIL。降低系统失效（并且因而增加ASIL）的风险的一种方案是增加ECU中的冗余性。然而，冗余组件使增加的复杂度和成本成为必要。因此，ECU的设计中的一般设计目标是在不增加系统失效的风险的情况下避免冗余组件。
发明内容
本文描述了一种电路装置。依照一个示例性实施例，电路装置包括配置成可操作耦合到要由电子装置驱动的至少一个负载的至少一个输出通道。在所述至少一个输出通道中，电路装置包括配置成提供经调制的输出信号的驱动器电路、配置成感测穿过负载的负载电流的电流感测电路，以及配置成接收经调制的输出信号并且基于经调制的输出信号而确定表示负载电流的平均的至少一个数字值的反馈电路。
另外，本文描述了一种用于驱动至少一个负载的电子控制单元（ECU）。依照一个示例性实施例，ECU包括耦合到所述至少一个负载并且配置成接通和关断穿过所述至少一个负载的负载电流的至少一个开关。另外，ECU包括具有至少一个输出通道的电路装置。所述至少一个输出通道提供经调制的输出信号，所述经调制的输出信号被供给到所述至少一个开关的控制电极。在所述至少一个输出通道中，电路装置包括配置成提供经调制的输出信号的驱动器电路、配置成感测穿过负载的负载电流的电流感测电路，以及配置成接收经调制的输出信号并且基于经调制的输出信号而确定表示负载电流的平均的至少一个数字值的反馈电路。
附图说明
可以参考以下描述和附图来更好地理解本发明。附图中的组件不一定被按照比例，而是将重点放在图示本发明的原理上。而且，在附图中，相同的参考标号指代对应的部分。在图中：
图1图示了ECU的一个示例，其包括用于控制被提供应用于电磁致动器的电流的集成电流控制电路（电流控制IC）和附加的外部电流反馈路径。
图2图示了图1中所示的电流控制IC中所包括的电流控制回路的一个示例。
图3图示了具有冗余内部电流反馈路径的电流控制电路的一个示例，所述冗余内部电流反馈路径可以用于驱动诸如电磁致动器之类的电气负载。
图4是图示了通过电磁致动器的负载电流的示例性时序图。
图5A-E图示了具有冗余内部电流反馈路径和电池电压监视的电流控制电路的另一示例的各种变型。
图6图示了另外的示例，其为图5A的示例的修改。
图7图示了图5A的示例的进一步修改。
图8图示了类似于图5A的电流控制电路的另一示例，其中在电流控制电路内确定平均负载电流。
具体实施方式
如以上所提到的，汽车的许多系统要求供给到负载（例如电感负载，诸如电磁致动器或电磁阀）的负载电流的精确测量和控制。如果对于ECU而言高ASIL是必需的（例如ASILC或ASIL D），必须在ECU内提供附加的、冗余电流反馈路径以便实现由期望的ASIL限定的风险降低。该附加的电流反馈路径（其与用于电流控制的电流反馈回路独立地操作）允许ECU中的电流监视和因而故障的检测（即当实际的负载电流以超过所限定的最大偏差从设定点偏离时），以及在特定时间间隔内作用于所检测到的故障。所提到的作用通常在故障容许时间间隔（FTTI）内将致动器切换到安全状态。如同ASIL，FFTI也可以由ISO 26262标准限定。
安全关键性ECU的一个说明性示例是变速控制单元（TCU），其可以用于控制汽车的自动变速。在该示例中，FTTI对于机电系统（TCU加上电磁致动器和耦合于此的其它机械组件）为近似150-300ms并且对于电气子系统（本质上，ECU）为近似50-100ms。在该示例中，供给到电磁致动器的负载电流设定点可以在近似0.2和1.5A之间，电流控制的精度（控制误差）通常为百分之1-2，而电流监视的精度可以在百分之10-30的范围中。在诸如变速控制之类的液压应用中，电磁电流可以与油压成比例。然而，要强调的是，变速控制仅仅是多个应用中的一个，其中ECU使用负载电流控制回路驱动负载。被驱动的负载不一定是电感负载。另外，以上指定的数字值也是粗略的估计并且强烈地取决于实际应用。
图1是图示了可以用于驱动电磁负载的一个示例性ECU的示意性框图。然而，可以以类似的方式驱动任何其它类型的负载（例如电阻式、电容式）。图1的示例性ECU包括电流控制电路10、控制器电路20（例如微控制器单元MCU）、供给电路30和用于接通和关断穿过（电感）负载L1的负载电流iL的电子开关SW1和SW1A。电子开关SW1和SW1A可以实现为晶体管，例如MOSFET。分流电阻器RS可以串联连接到负载L1；跨分流电阻器的电压降VS1可以通过电流控制单元10来感测（在输入管脚P1和N1处）并且用于负载电流控制。取代于分流电阻器，可以使用任何其它电流感测技术（例如形成开关SW1的MOSFET中所包括的感测FET）。在电感负载的情况下，续流二极管D1可以连接到负载L1。在本示例中，续流二极管D1并联连接到负载L1和分流电阻器RS的串联电路。（可选的）开关SW1A、负载L1、分流电阻器RS和开关SW1串联耦合在提供电池电压VBAT的供给端子与地GND之间。电流控制IC 10还可以在输入管脚BAT处接收电池电压VBAT。
电流控制电路10可以是称为电流控制IC的集成电路（IC）。电子开关SW1和SW1A中的一个或二者以及分流电阻器RS可以集成在电流控制IC 10中。然而，在本示例中，电子开关SW1和SW1A以及分流电阻器RS是外部组件（在电流控制IC外部）。开关SW1由电流控制IC 10经由输出管脚OUT1来控制，在所述输出管脚OUT1处提供驱动信号O1。开关SW1A是可选的并且可以由生成驱动信号O1A的MCU 20控制。在开关实现为MOSFET的情况下，向相应MOSFET的栅极端子供给驱动信号。
图1中所示的ECU 1的电路组件可以安装在一个或多个电路板（PCB，印刷电路板）上。当然，负载L1自身不是ECU的部分但是在外部连接于此。供给电路30接收电池电压VBAT并且配置成基于电池电压VBAT而生成用于MCU 20和电流控制IC 10的供给电压VDD（例如5V或3.3V）。MCU 20是ECU 1中的主控制器。其可以连接到总线，诸如例如现场总线，比如FlexRay、CAN（控制器域网络）或类似物，以便与外部设备（其它ECU、传感器等）通信。MCU 20接收一个或多个传感器信号Si，其可以经由所提到的总线系统（CAN、FlexRay等）或经由诸如例如LIN（本地接口网络）总线接口之类的单独接口来接收。传感器信号Si可以用于控制所连接的负载L1的操作，例如以确定负载电流iL的设定点。如何确定电流设定点的机制本身是已知的并且因而本文不更加详细地进行解释。MCU 20可以使用模拟或数字信号与电流控制IC 10通信。在本示例中，MCU 20和电流控制IC 10经由SPI（串行外围接口）总线而连接，所述SPI总线是串行总线。然而，还可以使用其它类型的总线（例如I2C总线）。
如以上提到的，与电流控制回路独立的电流监视可能是必要的以便遵守期望的ASIL，例如ASIL C。常规的方案可能是提供电流控制IC外部的单独电流反馈电路（参见图1，电路15）。在本示例中，在地与电子开关SW1之间连接附加的分流电阻器RF；向电流反馈电路15供给跨电阻器RF的电压VF1，所述电流反馈电路15配置成处理电压信号VF1并且向MCU 20供给电流信息。例如，电流反馈电路15可以配置成以与电流控制IC 10相同的方式经由SPI总线与MCU 20通信。可以使用任何其它模拟或数字信令而不是SPI总线。另外，理解到，可以使用任何其它电流感测技术而不是附加的分流电阻器RF。根据一个示例性可替换方案，还可以向电流反馈电路15供给跨分流电阻器RS的电压VS而不是电压VF。
如可以从图1看到的，外部电流反馈电路15要求附加的外部电路并且因而增加总体系统成本。另外，附加的外部电路可能占用MCU 20的附加输入管脚并且消耗MCU 20的计算能力。附加的外部电路的所提到的后果在考虑到实际的电流控制IC 10不是仅具有一个输出通道（用于连接单个负载L1）而是可能同时操作的多个输出通道（用于连接多个负载L1、L2, L3……）时甚至更糟。为了简化起见，图1包括仅一个输出通道。然而，理解到，所有外部组件（在电流控制IC 10外部），比如开关SW1、SW1A、分流电阻器RS、RF、续流二极管D1等，必须针对每一个附加的输出通道而复制。
图2是更加详细地图示了电流控制IC 10中所包括的电流控制回路的一个示例性实现方式的示意性框图。根据本示例，电流控制IC 10包括（对于每一个通道，然而，描绘仅一个通道）接收电压VS1的放大器AMP1，电压VS1表示通过负载L1的负载电流iL1（VS1=RS1·iL1）。如果使用其它电流感测技术，可能需要更加复杂的电路。向模拟到数字转换器DAC1供给放大器AMP1的输出，所述模拟到数字转换器DAC1将经放大的模拟电流感测信号（例如电压VS1）转换成数字电流感测信号CS1。将数字电流感测信号CS1作为输入信号供给到电流调节器REG1，电流调节器REG1还接收电流设定点SP1。电流调节器REG1基于电流感测信号CS1和电流设定点SP1而确定控制器输出信号DS1。可以在电流调节器REG1中实现任何已知的控制方案；电流调节器REG1可以例如是比例-积分（PI）调节器、比例（P）调节器或比例-积分-微分（PID）调节器。其它类型的调节器也可以用作可替换方案。
在本示例中，控制器输出信号DS1表示驱动器电路的期望占空比，所述驱动器电路可以是或包括配置成依照所限定的调制方案（例如脉宽调制）调制控制器输出信号DS1的调制器MOD1（例如脉宽调制器PWM）。调制器输出信号O1是具有仅两个状态的二进制信号：接通（高电平）和关断（低电平）。如图2中所示，调制器输出信号O1用于驱动电子开关SW1接通和关断。在将开关SW1实现为MOSFET的情况下，向MOSFET的栅极端子供给调制器输出信号O1。取决于应用，可以使用栅极驱动器电路（未示出）。放大器AMP1、模拟到数字转换器DAC1、电流调节器REG1和调制器MOD1形成电流控制IC 10内的控制回路CL1。
如图2中所示，电流控制IC 10可以包括逻辑电路11和通信接口12，通信接口12可以是——如在本示例中那样——SPI总线接口。通信接口12可以用于与诸如ECU的MCU 20（参见图1）之类的上级控制器电路通信。控制逻辑11配置成基于经由通信接口12从MCU 20接收的信息而确定针对电流调节器REG1的电流设定点SP1。逻辑电路11可以经由通信接口12从MCU 20接收例如和更新电流设定点SP1A并且向该设定点SP1A施加抖动（具有所限定的频率）。也就是说，向电流调节器REG1提供的电流设定点SP1是从MCU 20接收的原始设定点SP1A和所提到的抖动的叠加。施加抖动是避免诸如电磁致动器或电磁阀之类的机电负载中的滑粘效应的已知技术。在这点上应当提到的是，调制器MOD1的载波频率（PWM频率）、抖动幅度和频率还可以由MCU 20经由通信接口12设定。因此，电流控制IC 10可以是可由ECU设计者配置的并且适配于期望的应用和要连接的负载。
再次参照图1，要指出的是——在如以上所提到的电流控制IC 10施加抖动的情况下——与电流控制IC 10独立地操作的外部电流反馈15需要执行平均化以便平均掉由抖动导致的负载电流的该部分。如果电流控制IC 10正确地操作，平均负载电流应当匹配（在给定容限内）由电流控制电路10从MCU 20接收的设定点SP1A（在施加抖动之前）。由于调制器MOD1的载波频率以及抖动频率在不同应用中可能不同，因此外部电流反馈15需要针对期望的应用而具体地适配。例如，在电流反馈15中用于平均化反馈信号（例如电压VF1）的平均化时间可以与抖动的时间周期同步。这样的同步关于冗余外部反馈路径可能是困难的。
图3图示了电流控制IC 10的另一示例，其包括配置成提供关于平均负载电流的信息的附加（冗余）内部反馈电路13。形成电流控制回路CL1、通信接口12和（在大部分中）逻辑电路11的组件与图2的示例相同，并且参考以上的相应描述。在本示例中，反馈电路13接收作为输入信号的调制器输出信号O1并且基于输入信号而确定表示平均负载电流iLA的至少一个数字值TC 1，使得诸如噪声和以上提到的抖动之类的扰动平均掉（即通过平均化抵消掉）。经由通信接口12（例如SPI总线接口）将由反馈电路13确定的数字值TC 1传送至MCU20。为此目的，可以定期向逻辑电路11中所包括的至少一个寄存器REGS写入由反馈电路13确定的所述至少一个数字值TC1。然后可以向MUC 20传送包括关于平均负载电流iLA的信息的最新寄存器值。例如，MCU 20可以经由SPI总线定期轮询寄存器值。可替换地，电流控制IC10可以配置成以所限定的时间间隔向MCU 20主动发送寄存器值。基于所述至少一个数字值TC1和另外的已知参数（例如由调制器MOD1使用的PWM载波频率），MCU 20可以计算平均负载电流iLA。
在这点上应当强调的是——尽管反馈电路13集成在电流控制IC 10内——反馈电路13与电流控制回路CL1完全独立地操作。换言之，反馈电路13和电流控制回路CL1在功能上与彼此分离。也就是说，反馈电路13和形成电流控制回路CL1的电路组件可以集成在一个半导体管芯中或布置在一个芯片封装中的两个单独半导体管芯中；在任一情况下，电流控制电路10包括配置成检测和/或避免反馈电路13和电流控制回路CL1的共因失效（CCF）的电路。如果共因失效被避免，可以将反馈电路13和电流控制回路CL1的操作视为与彼此独立（即在功能上分离）。当使用根据图3的电流控制电路10时，MCU 20可以执行电流监视，其与电流控制回路CL1的操作独立而不要求如在图1的示例中的情况那样的单独外部电流反馈电路（还在图3的示例中省略第二分流电阻器RF）。另外，图3的示例中所示的方案允许例如灵活地调整用于平均化所估计的负载电流的时间间隔和将该平均化与例如抖动周期同步。例如，可以将该时间间隔设定成等于如以上描述的向设定点SP1A施加的抖动周期或等于其整数倍。用于平均化的时间间隔可以例如由MCU 20经由通信接口12来设定。
反馈电路13的内部功能取决于负载如何连接到电流控制IC 10，以及如何实现电流感测和续流。图4的时序图图示了示例性波形。图4的顶部图图示了调制器MOD1（参见图3）的输出信号O1的一个示例性波形，所述输出信号O1也由反馈电路13接收。在本示例中，输出信号O1是PWM信号。将PWM信号O1的周期标注为T，将接通时间标注为tON并且将关断时间标注为tOFF，其中周期T是接通时间tON和关断时间tOFF之和（T=tON+TOFF）并且占空比D为比率tON/T(D=tON/T)。以下，将负载L1的电感标注为L并且将由负载电流“看到的”总（欧姆）电阻标注为RT。在接通时间期间，电阻RT为分流电阻器RS的电阻、开关SW1的接通电阻RON和负载L1的欧姆电阻RL之和（RT=RS+RON+RL）。在关断时间期间，电阻RT是分流电阻器RS的电阻、续流二极管D1的接通电阻RD和负载L1的欧姆电阻RL之和（RT=RS+RD+RL）。相应地，理论最大负载电流iMAX为VBAT/RT（iMAX=VBAT/(RS+RON+RL)）。
图4的底部图图示了穿过负载L1的负载电流iL的一个示例性波形。负载电流波形对应于PWM信号波形。负载电流波形包括上升分支和下降分支，并且负载电流在峰值i0和i1之间变化。在接通时间期间（上升分支iON(t)），负载电流通过以下函数来表示
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，（1）
而在关断时间期间（下降分支iOFF(t)），负载电流通过以下函数来表示
Figure 232327DEST_PATH_IMAGE002
，（2）
平均电流iLA可以通过以下等式来表示
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，（3）
其中平均化周期T可以等于由调制器MOD1使用的（PWM）载波频率的周期。求解等式3中的积分得出
Figure 478630DEST_PATH_IMAGE004
，（4）
其中时间常数
Figure DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 258367DEST_PATH_IMAGE006
可以通过以下等式表述
Figure DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 715893DEST_PATH_IMAGE008
（5）
通过替换时间常数
Figure 530265DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 165777DEST_PATH_IMAGE006
可以将等式4变换成
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，（6）
其中
Figure 432810DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，并且D为PWM信号的占空比。要指出的是，在等式3至6中，平均电流iLA表示一个PWM周期中的平均负载电流，因为时间周期T为PWM时间周期。贯穿两个或更多PWM周期的平均化可以通过将时间周期T（参见等式6）设定成PWM周期的整数倍而容易地达成。在该情况下，时间周期
Figure 694027DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure DEST_PATH_IMAGE013
是贯穿时间周期T（平均化时间）累积的接通时间和关断时间。理解到，接通时间tON和关断时间tOFF中的仅一个需要被测量，因为
Figure 674491DEST_PATH_IMAGE014
。（所累积的）接通时间tON（或关断时间tOFF）的测量可以使用诸如门和计数器之类的已知电路来达成。理解到，可以将诸如PWM信号之类的经调制的信号视为二进制信号，即接连脉冲的序列，其中每一个脉冲具有随后是暂停（即关断时间）的脉冲长度（即接通时间）。贯穿平均化时间周期T累积的接通时间tON因而是平均化时间周期T内的所有脉冲的所有脉冲长度之和。类似地，贯穿平均化时间周期T所累积的关断时间tOFF是平均化时间周期T内的所有脉冲的所有脉冲长度之和。如果平均化时间周期T仅等于单个PWM周期，所累积的接通时间tON等于当前PWM周期的接通时间。如果平均化时间周期T等于PWM周期的整数倍，可以将平均占空比D计算为D = tON/T（在脉宽调制的情况下），其中tON是所提到的贯穿平均化时间周期T累积的接通时间。
以上等式1至6示出，可以基于接通时间和关断时间（占空比D=tON/(tON+tOFF)）和所提到的时间常数
Figure 667854DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 422184DEST_PATH_IMAGE006
容易地计算平均负载电流iLA。要指出的是，除了接通和关断时间之外，最大电流iMAX需要是已知的。该电流iMAX (iMAX=VBAT/(RS+RON+RL)可以被视为当电池电压VBAT被考虑为恒定时的恒定因子。在一些应用中，将iMAX考虑为恒定因子可以是足够的。然而，如果期望精确估计，电压VBAT还可以被监视和用于确定电流iMAX的更加精确的值。
图5A-D图示了具有内部冗余反馈电路13的电流控制IC的另一示例的四个不同变型，内部冗余反馈电路13包括电池电压监视。图5A的示例与图3的在先示例基本上相同，除了反馈电路13被更加详细地图示并且提供附加的电池电压监视。形成电流控制回路CL1、逻辑电路11和通信接口12的电路组件与在图3中本质上相同，并且参考相应解释。反馈电路13包括配置成测量经调制的输出信号O1的接通时间tON的电路131。接通时间tON的测量可以是足够的，因为tOFF等于T-tON并且T通常是（PWM）载波频率的已知周期。可替换地，可以测量关断时间tOFF。接通时间tON的平均化通过连接到其下游的电路131的电路135表示。取决于实际的实现方式，由电路131和135提供的功能还可以由单个电路提供。如所提到的，电路135可以包括计数器，所述计数器配置成贯穿平均化时间周期T（例如PWM周期或其整数倍或抖动周期或其整数倍）在经调制的输出信号O1的接通时间周期期间对时钟信号的时钟循环计数。在每一个平均化周期的结尾处，提供表示贯穿平均化时间周期T的（所累积的）接通时间tON的经更新的数字值TC1。
反馈电路13还包括配置成数字化电池电压VBAT并且提供相应数字信号的模拟到数字转换器132。可以平均化电池电压VBAT的数字表示（参见图5A，电路133）并且结果得到的经平均的电池电压值VBAT’可以使用在电流估计中（参见等式6），其中可以基于值VBAT’计算最大电流iMAX，例如iMAX=VBAT’/(RS+RON+RL)。平均化电池电压对于抑制不期望的电压尖峰和电池线上的其它扰动可以是有益的。然而，取决于应用，可以省略平均化块133。另外，可以在上游向模拟到数字转换器132而不是平均化电路133应用模拟低通滤波。
可以稍后由MCU 20（参见图1）依照等式6执行平均负载电流iLA的实际计算。如图1中所示，MCU 20可以经由数字总线连接到电流控制电路10，可以经由所述数字总线接收数字值TC1和经平均的电池电压值VBAT’。如所提到的，如通过等式6表示的电流计算取决于负载如何连接到电流控制电路10，如何达成电流感测和续流。可以在其它示例中使用不同的等式。另外，平均化可以与电流控制回路CL1的操作同步。例如，平均化（电路135和133）可以在从MCU 20接收到新的设定点SP1A时复位（由逻辑电路11提供复位信号RES）。因此，平均化还可以同步到施加到设定点SP1A的抖动。
在这点上应当指出的是——当反馈电路13集成在与电流控制回路CL1相同的芯片中时——由电路133和135达成的平均化可以不仅与（PWM）调制器MOD1的载波频率和/或与电流设定点SP1中所包括的以上提到的抖动的频率同步；平均化时间周期还可以由MCU 20经由通信接口12任意地设定。
取决于电流控制电路10的应用，可能期望绕过电流调节器REG1并且直接设定调制器MOD1的占空比DS1或提供允许通过用于接通和关断开关SW1的（例如由MCU 20）外部生成的经调制的信号O1进行馈送的电路。图5B中所示的示例是图5A的示例的微小修改。如相比于图5A，图5B包括经由简单的缓冲器B1（参见图5B，虚线）耦合输入管脚X1与输出管脚OUT1的附加线，其允许在输入管脚X1处接收经调制的输出信号O1并且绕过电流调节器REG1和调制器MOD1。在该情况下，可以去激活电流调节器REG1和调制器MOD1。经调制的输出信号O1的电流调节和生成因而可以由其它电路（例如MCU 20，参见图1）达成。可替换地，逻辑电路11可以配置成经由通信接口12接收关注调制器MOD1的占空比的信息并且相应地设定由调制器MOD1使用的占空比值DS1。在该情况下，仅绕过电流调节器REG1。总结上文，示例5B允许三种不同的操作模式。在第一模式中，逻辑电路11基于经由通信接口12接收的电流设定点信息（例如设定点SP1A）而设定由调节器REG1使用的电流设定点SP1。在第二模式中，逻辑电路11直接设定调制器MOD1的占空比（因而绕过调节器REG1）。在第三模式中，在输出管脚OUT1处被提供并且用于接通和关断开关SW1的经调制的输出信号O1由其它电路生成并且通过电流控制电路10进行馈送（因而绕过调节器REG1和调制器MOD1）。要指出的是，在本示例中，驱动器电路包括除调制器MOD1之外的缓冲器B1。然而，取决于实际实现方式，可以省略调制器MOD1和调节器REG1。
图5C的示例与图5A的示例本质上相同，除了在电流控制电路10中包括开关SW1。与图5A形成对照，输出管脚OUT1不提供经调制的输出信号O1，而是连接到开关SW1的第一负载端子（例如在n沟道MOSFET的情况下，漏极端子），现在在电流控制电路10中包括开关SW1。开关SW1的第二负载端子（例如在n沟道MOSFET的情况下，源极端子）内部连接到地管脚G1。在输出管脚OUT1与感测管脚P1之间感测跨分流电阻器RS的电压降VS1。负载L1和续流二极管D1连接到电流控制电路，如在图5A的示例中那样。
图5D的示例与图5C的示例本质上相同，除了使用主动续流（即二极管D1被第二内部电子开关SW1取代）并且分流电阻器RS也被包括在电流控制电路10中。如可以在图5D中看到的，将第二开关SW2反相切换（switched inversely）到第一开关SW1。也就是说，第二开关SW2在其控制电极处接收经反相调制的输出信号
Figure DEST_PATH_IMAGE015
（由反相器I1生成）。在本示例中，开关SW1和SW2形成半桥并且内部分流电阻器RS将半桥输出与输出管脚OUT1耦合。在电池线与输出管脚OUT1之间连接负载L1。在另外的示例（未示出）中，电流控制电路可以包括如在图5D中的半桥，但是包括外部连接的分流电阻器RS。
图5E的示例与图5D的示例本质上相同，除了包括开关SW1和SW2的晶体管半桥外部连接到电流控制电路10。相应地，在输出管脚OUT1处提供经反相调制的输出信号
Figure 221513DEST_PATH_IMAGE015
，其中在管脚P1与供给电位VBAT之间连接负载L1。管脚N1连接到晶体管半桥的输出节点（中间抽头）。图5E的示例的电气功能可以与图5D的在先示例的电气功能相同。
图6图示了作为图5A的示例的修改的另外的示例。图6的示例与图5A的在先示例几乎相同，除了附加于接通时间tON，还感测和平均化PWM载波信号的时间周期。可以分别以与电路131和135基本上相同的方式实现用于感测时间周期T的电路136和用于执行所提到的平均化的电路137。类似于接通时间测量，时间周期T可以横跨一个PWM周期或其整数倍。由电路137提供的数字值TC2因而表示平均化时间T（一个或多个PWM周期），而数字值TC1表示所累积的接通时间tON。这些值TC1、TC2可以存储在寄存器REGS中并且被定期更新和传送至MCU 20，MCU 20能够基于这些值而计算所搜寻的平均负载电流iLA（参见等式6）。
图7图示了具有冗余反馈电路13的电流控制电路10的另外的示例。图7的示例与图6中的基本上相同，但是具有配置成平均化使用在电流控制回路CL1中以用于电流控制的电流感测信号CS1的附加平均化电路139。平均化电路139的操作还可以与平均化电路133、135和137的操作同步，使得在每一个平均化时间周期T的结尾处将经更新的经平均信号写入到寄存器REGS中。然后可以将经平均的电流感测信号CS1 ’与其它数字值TC1、TC2和VBAT’一起传送至MCU 20。经平均的电流感测信号CS1 ’可以由MCU 20用于合理性检查。
在以上参考图1至7描述的示例中，电流平均负载电流iLA的实际值由MCU 20基于从电流控制电路10接收的数字值（例如TC1、TC2等）来计算。参考等式6，平均负载电流iLA基本取决于（所累积的）接通时间tON（可替换地，关断时间tOFF）、平均化时间周期T、确定参数iMAX的经平均的电池电压VBAT’，以及先验已知的另外的恒定参数。取决于应用，可以有用的是计算电流控制电路10内的平均负载电流值iLA。图8的示例与图6的示例基本上相同，除了逻辑电路11包括计算电路ALU（例如算术逻辑单元），所述计算电路ALU配置成基于数字值TC1并且可选地还基于另外的数字值TC2和VBAT’而（例如在每一个平均化时间周期T中定期地）计算经更新的平均负载电流值iLA。在本示例中，计算电路ALU基本评估等式6。所计算的平均负载电流值iLA然后可以被传送至MCU 20。在一个示例中，计算电路ALU可以在功能上与其余逻辑电路11分离（即独立操作）以便增加功能安全性。该功能分离可以通过检测和/或避免计算电路ALU和逻辑电路11的其余部分的共因失效（CCF）来达成。
如所提到的，电流控制电路10可以被包括在专用芯片封装中。通常，MCU 20也被包括在单独的芯片封装中（参见图1）。如所提到的，电流控制电路10可以具有多个输出通道以驱动多个负载。对于每一个输出通道，可以提供输出管脚OUTi和感测管脚Pi和Ni（i=1, 2,…, N）。为了简化起见，在本文所描述的示例中示出仅一个输出通道。
以下总结示例性实施例。然而，要强调的是，下文不是示例的详尽枚举，而是示例性总结。示例性实施例的各种特征可以以任何方式组合，除非另行明确陈述。第一示例（示例1）涉及一种电路装置，其包括配置成可操作耦合到要由所述电路装置驱动的至少一个负载的至少一个输出通道。在所述至少一个输出通道中，所述电路装置包括配置成提供经调制的输出信号的驱动器电路、配置成感测穿过负载的负载电流的电流感测电路，以及配置成接收经调制的输出信号并且基于经调制的输出信号而确定表示负载电流的平均的至少一个数字值的反馈电路。
示例2：根据示例1所述的电路装置，其中电流感测电路配置成提供表示负载电流的电流感测信号，并且其中所述至少一个输出通道还包括配置成接收电流设定点和电流感测信号并且基于电流设定点和电流感测信号而生成调节器输出信号的调节器。
示例3：根据示例2所述的电路装置，其中，在所述至少一个输出通道中，驱动器电路包括耦合到调节器并且配置成基于调节器输出信号而生成经调制的输出信号的调制器。
示例4：根据示例3所述的电路装置，其中，在所述至少一个输出通道中，电流感测电路、调节器和调制器形成负载电流控制回路。
示例5：根据在前示例中的任何一个所述的电路装置，其中，在所述至少一个输出通道中，驱动器电路包括配置成基于从控制器接收的占空比值而生成经调制的输出信号的调制器。
示例6：根据在前示例中的任何一个所述的电路装置，其中，在所述至少一个输出通道中，驱动器电路包括配置成接收表示经调制的输出信号的输入信号的输入。
示例7：根据在前示例中的任何一个所述的电路装置，其中，在所述至少一个输出通道中，反馈电路在功能上与电流感测电路分离。
示例8：根据在前示例中的任何一个所述的电路装置，其中，在所述至少一个输出通道中，反馈电路配置成感测贯穿平均化时间周期的经调制的输出信号的累积接通时间或经调制的输出信号的累积关断时间；表示负载电流的平均的所述至少一个数字值分别包括累积接通时间或累积关断时间。
示例9：根据在前示例中的任何一个所述的电路装置，其中经调制的输出信号是包括脉冲序列的二进制信号，每一个脉冲具有随后是暂停的脉冲长度，贯穿平均化时间周期的累积接通时间是平均化时间周期内的所有脉冲的脉冲长度之和，并且贯穿平均化时间周期的累积关断时间是平均化时间周期内的所有脉冲的脉冲长度之和。
示例10：根据示例8或9所述的电路装置，其中，在所述至少一个输出通道中，反馈电路配置成接收指示供给电压的信号并且提供供给电压的平均的数字表示；表示负载电流的平均的所述至少一个数字值还包括平均供给电压。
示例11：根据示例2（或包括调节器的任何其它示例）所述的电路装置，还包括配置成针对所述至少一个输出通道而向调节器提供电流设定点并且接收表示负载电流的平均的所述至少一个数字值的逻辑电路。
示例12：根据示例11所述的电路装置，还包括耦合到逻辑电路的通信接口，其中逻辑电路配置成经由通信接口与控制器双向交换信息。
示例13：根据示例11或12所述的电路装置，其中逻辑电路配置成从控制器接收电流设定点信息，并且针对所述至少一个输出通道基于所接收的设定点信息而确定针对调节器的电流设定点。
示例14：根据示例13所述的电路装置，其中逻辑电路配置成从控制器接收抖动周期，并且针对所述至少一个输出通道基于所接收的设定点信息而确定电流设定点，使得电流设定点展现根据抖动周期的抖动。
示例15：根据示例14所述的电路装置，其中逻辑电路配置成基于抖动周期而设定平均化时间周期。
示例16：根据示例15所述的电路装置，其中反馈电路还配置成更新表示每一个平均化时间周期中的负载电流的平均的所述至少一个数字值。
示例17：根据示例11至16中任何一个所述的电路装置，其中逻辑电路配置成从控制器接收平均化时间周期，并且其中反馈电路还配置成更新表示每一个平均化时间周期中的负载电流的平均的所述至少一个数字值。
示例18：根据在前示例中的任何一个所述的电路装置，其中电流感测电路包括配置成接收表示负载电流的信号并且生成表示负载电流的经放大的信号的放大器。
示例19：根据示例18所述的电路装置，其中电流感测电路还包括耦合在放大器与调节器之间并且配置成数字化经放大的信号的模拟到数字转换器，从而提供数字电流感测信号。
示例20：根据示例2（或包括调节器的任何其它示例）所述的电路装置，还包括配置成从控制器接收电流设定点信息并且针对所述至少一个输出通道基于所接收的电流设定点信息而确定针对调节器的电流设定点的逻辑电路，其中逻辑电路还配置成在从控制器接收到新的电流设定点信息时触发新的平均化时间周期。
示例21：根据示例2（或包括调节器的任何其它示例）所述的电路装置，还包括配置成以下的逻辑电路：从控制器接收电流设定点信息和抖动周期并且针对所述至少一个输出通道基于所接收的设定点信息而确定针对调节器的电流设定点，使得电流设定点展现根据所接收的抖动周期的抖动，并且其中逻辑电路还配置成在从控制器接收到新的电流设定点信息和新的抖动周期中的一个时触发新的平均化时间周期。
示例22：根据在前示例中的任何一个所述的电路装置，还包括半导体管芯，所述半导体管芯包括针对所述至少一个输出通道的驱动器电路、电流感测电路和反馈电路，其中反馈电路在功能上与电流感测电路分离。
示例23：根据在前示例中的任何一个所述的电路装置，在所述至少一个输出通道中，还包括可操作连接到负载的开关，其中开关配置成接收经调制的输出信号并且将负载与供给电压或地电位连接以及将负载从供给电压或地电位断开。
示例24：根据示例23所述的电路装置，在所述至少一个输出通道中，还包括耦合到负载的分流电阻器，其中电流感测电路配置成基于跨分流电阻器的电压降而生成电流感测信号。
另外的示例（示例25）涉及一种用于驱动至少一个负载的电子控制单元（ECU）。相应地，ECU包括耦合到所述至少一个负载并且配置成接通和关断穿过所述至少一个负载的负载电流的至少一个开关。另外，ECU包括具有至少一个输出通道的电路装置。所述至少一个输出通道提供经调制的输出信号，所述经调制的输出信号被供给到所述至少一个开关的控制电极。在所述至少一个输出通道中，电路装置包括配置成提供经调制的输出信号的驱动器电路、配置成感测穿过负载的负载电流的电流感测电路，以及配置成接收经调制的输出信号并且基于经调制的输出信号而确定表示负载电流的平均的至少一个数字值的反馈电路。该示例可以与在前示例中的任何一个组合或利用其增强。
尽管已经关于一个或多个实现方式说明和描述了本发明，但是可以对所说明的示例做出更改和/或修改而不脱离于随附权利要求的精神和范围。例如，图5B到5D的修改还可以应用于图6至8的示例中的任何一个。特别地关于由以上描述的组件或结构（单元、组装件、设备、电路、系统等）执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语（包括对“部件”的引用）意图对应于——除非另行指示——执行所描述的组件的指定功能的任何组件或结构（例如在功能上等同），即便在结构上不等同于执行本发明的本文所说明的示例性实现方式中的功能的所公开的结构。
此外，虽然可能已经关于若干实现方式中的仅一个公开了本发明的特定特征，但是这样的特征可以与其它实现方式的一个或多个其它特征组合，如对于任何给定或特定应用而言可以是期望的和有利的那样。另外，在详细描述和权利要求中使用术语“包含着”、“包含”、“具有着”、“具有”、“带有”或其变型的程度上，这样的术语意图以类似于术语“包括”的方式是包括性的。

Claims (25)

1.一种电路装置，包括：
配置成可操作耦合到要由所述电路装置驱动的至少一个负载的至少一个输出通道，
其中在所述至少一个输出通道中，所述电路装置包括：
配置成提供经调制的输出信号的驱动器电路；
配置成感测穿过负载的负载电流的电流感测电路；以及
配置成接收经调制的输出信号并且基于经调制的输出信号而确定表示负载电流的平均的至少一个数字值的反馈电路。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其中电流感测电路配置成提供表示负载电流的电流感测信号，并且其中所述至少一个输出通道还包括：
配置成接收电流设定点和电流感测信号并且基于电流设定点和电流感测信号而生成调节器输出信号的调节器。
3.根据权利要求2所述的电路装置，其中，在所述至少一个输出通道中，驱动器电路包括：
耦合到调节器并且配置成基于调节器输出信号而生成经调制的输出信号的调制器。
4.根据权利要求3所述的电路装置，
其中，在所述至少一个输出通道中，电流感测电路、调节器和调制器形成负载电流控制回路。
5.根据权利要求1所述的电路装置，其中，在所述至少一个输出通道中，驱动器电路包括：
配置成基于从控制器接收的占空比值而生成经调制的输出信号的调制器。
6.根据权利要求1所述的电路装置，其中，在所述至少一个输出通道中，驱动器电路包括：
配置成接收输入信号的输入，所述输入信号表示经调制的输出信号。
7.根据权利要求1所述的电路装置，
其中，在所述至少一个输出通道中，反馈电路在功能上与电流感测电路分离。
8.根据权利要求1所述的电路装置，
其中，在所述至少一个输出通道中，反馈电路配置成感测贯穿平均化时间周期的经调制的输出信号的累积接通时间或经调制的输出信号的累积关断时间中的至少一个，并且
其中表示负载电流的平均的所述至少一个数字值包括累积接通时间或累积关断时间中的所述至少一个。
9.根据权利要求8所述的电路装置，
其中经调制的输出信号是包括脉冲序列的二进制信号，每一个脉冲具有随后是暂停的脉冲长度；并且
其中贯穿平均化时间周期的累积接通时间是平均化时间周期内的所有脉冲的脉冲长度之和，并且贯穿平均化时间周期的累积关断时间是平均化时间周期内的所有脉冲的脉冲长度之和。
10.根据权利要求8所述的电路装置，
其中，在所述至少一个输出通道中，反馈电路配置成接收指示供给电压的信号并且提供供给电压的平均的数字表示，并且
其中表示负载电流的平均的所述至少一个数字值还包括平均供给电压。
11.根据权利要求2所述的电路装置，还包括：
配置成针对所述至少一个输出通道而向调节器提供电流设定点并且接收表示负载电流的平均的所述至少一个数字值的逻辑电路。
12.根据权利要求11所述的电路装置，还包括：
耦合到逻辑电路的通信接口，其中逻辑电路配置成经由通信接口与控制器双向交换信息。
13.根据权利要求11所述的电路装置，
其中逻辑电路配置成从控制器接收电流设定点信息，并且针对所述至少一个输出通道基于所接收的设定点信息而确定针对调节器的电流设定点。
14.根据权利要求13所述的电路装置，
其中逻辑电路配置成从控制器接收抖动周期，并且针对所述至少一个输出通道基于所接收的设定点信息而确定电流设定点，使得电流设定点展现根据抖动周期的抖动。
15.根据权利要求14所述的电路装置，
其中逻辑电路配置成基于抖动周期而设定平均化时间周期。
16.根据权利要求15所述的电路装置，
其中反馈电路还配置成更新表示每一个平均化时间周期中的负载电流的平均的所述至少一个数字值。
17.根据权利要求11所述的电路装置，
其中逻辑电路配置成从控制器接收平均化时间周期，并且
其中反馈电路还配置成更新表示每一个平均化时间周期中的负载电流的平均的所述至少一个数字值。
18.根据权利要求1所述的电路装置，
其中电流感测电路包括配置成接收表示负载电流的信号并且生成表示负载电流的经放大的信号的放大器。
19.根据权利要求18所述的电路装置，
其中电流感测电路还包括耦合在放大器与调节器之间并且配置成数字化经放大的信号的模拟到数字转换器，从而提供数字电流感测信号。
20.根据权利要求2所述的电路装置，还包括：
配置成从控制器接收电流设定点信息并且针对所述至少一个输出通道基于所接收的电流设定点信息而确定针对调节器的电流设定点的逻辑电路，
其中逻辑电路还配置成在从控制器接收到新的电流设定点信息时触发新的平均化时间周期。
21.根据权利要求2所述的电路装置，还包括：
配置成以下的逻辑电路：从控制器接收电流设定点信息和抖动周期并且针对所述至少一个输出通道基于所接收的设定点信息而确定针对调节器的电流设定点，使得电流设定点展现根据所接收的抖动周期的抖动，并且
其中逻辑电路还配置成在从控制器接收到新的电流设定点信息和新的抖动周期中的一个时触发新的平均化时间周期。
22.根据权利要求1所述的电路装置，还包括：
半导体管芯，所述半导体管芯包括针对所述至少一个输出通道的驱动器电路、电流感测电路和反馈电路，
其中反馈电路在功能上与电流感测电路分离。
23.根据权利要求1所述的电路装置，在所述至少一个输出通道中，还包括：
可操作连接到负载的开关，其中开关配置成接收经调制的输出信号并且将负载与供给电压或地电位连接以及将负载从供给电压或地电位断开。
24.根据权利要求23所述的电路装置，在所述至少一个输出通道中，还包括：
耦合到负载的分流电阻器，其中电流感测电路配置成基于跨分流电阻器的电压降而生成电流感测信号。
25.一种用于驱动至少一个负载的电子控制单元，所述电子控制单元包括：
耦合到所述至少一个负载并且配置成接通和关断穿过所述至少一个负载的负载电流的至少一个开关；
具有至少一个输出通道的电路装置，所述至少一个输出通道提供经调制的输出信号，所述经调制的输出信号被供给到所述至少一个开关的控制电极；
其中在所述至少一个输出通道中，电路装置包括：
配置成提供经调制的输出信号的驱动器电路；
配置成感测穿过负载的负载电流的电流感测电路；以及
配置成接收经调制的输出信号并且基于经调制的输出信号而确定表示负载电流的平均的至少一个数字值的反馈电路。
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