CN109683012A - 用于测量负载电流并用于诊断空载或过载的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量负载电流并用于诊断无负载或过载的系统，该系统包括智能电源开关(1)，其能够传递电流输出端上的负载电流的测量值(IS)；用于将测量的负载电流转换成电压值(Vs)的器件；以及能够将命令传递到所述智能电源开关的微控制器(2)，所述命令取决于所述电压值(Vs)。根据本发明，用于转换的器件包括第一电阻(3)和第二电阻(4)，它们串联地连接在所述电流输出端和参考电势之间，且该系统还包括控制电路(5、6)，其能够将串联连接的所述第一电阻(3)和第二电阻(4)的端子分接的电压与预定阈值(Vt)进行比较，并当分接的电压大于所述阈值(Vt)时自动地短路第一电阻(3)或第二电阻(4)。

Description

用于测量负载电流并用于诊断空载或过载的系统
本申请是申请号为201280058687.3、题为“用于测量负载电流并用于诊断空载或过载的系统”的分案申请，申请日为2012年11月30日。
技术领域
本发明总体涉及用于测量负载电流的系统，该系统用来诊断电路中的空载条件或过载。
背景技术
本发明涉及的非限制性应用领域特别地是机动车辆中的照明和/或发信号控制。智能电源开关用于各种照明和/或发信号装置(主光束、近光或危险指示器灯、过水平指示器、制动灯等)正确操作的控制的使用在该领域是已知的。
这些智能电源开关已知为具有各种称呼，比如注册商标Smart MOS、英文名字Smart FET、或首字母缩写IPS(其为智能电源开关的英文首字母)，其具有负载电流测量和诊断功能，使得可以一方面检测由于短路造成的过载，另一方面检测空载条件，空载条件由于例如所使用的灯的故障或供电线断开造成。
图1显示了用于智能电源开关的传统布置，所述智能电源开关通过参考标记1指示。在该开关中存在的各种输入/输出点中，图1中仅显示了对于理解必不可少的那些。由此，BATT和GND接点被用来经由电链接件10将开关1分别连接在连续电压电源和形成参考电势的点之间，所述连续电压电源通常为车辆电池(未示出)。OUT接点被用来建立智能开关1与由其控制的一个或多个负载(未示出)之间的电链接11。IS接点传递通过智能开关测量的负载电流IS。最后，IN接点从开关1之外的微控制器2接收命令，所述命令的本质是所执行的诊断的功能，例如如果检测到过载则命令切断到负载的供电。操作中，通过电连接在IS接点和电参考之间的电阻3的使用，负载电流IS被转换成电压值VS。该电压值VS被供应到用于模拟/数字转换20的模块20，其优选地并入在微控制器2中。微控制器2则能在任何时刻将电压VS与预定的阈值进行比较，并能依据比较结果决定发送命令到智能开关1。
当前使用的照明和/或发信号装置可以是白炽灯或发光二级管(LED)，且因此存在要通过同一智能开关测量的非常宽范围的电流。通常，对于具有2安培标称电流的21瓦白炽灯，智能开关必须能够测量高达4安培的电流以用于检测短路的目的，以及在空载条件的情况中的低至50mA的电流。
如果使用当前市场上可获得的智能电源开关(大部分仅具有一个电流测量输出)，则不可能在模拟/数字转换器20的输出端处具有足够精确的电压值以覆盖整个范围。
发明内容
本发明的目的是，通过提出一种系统来克服前述缺陷，所述系统用于借助单个智能开关获得负载电流的非常精确的测量，这即针对在空载条件中可能存在的低电流，还针对指示过载的高电流。
更精确地，本发明提出一种用于测量负载电流并用于诊断空载条件或过载的系统，包括智能电源开关，其适于传递电流输出端上的负载电流测量值；用于将测量的负载电流转换为电压值的器件；以及微控制器，所述微控制器适于根据所述电压值而将命令传递到智能电源开关，其特征在于，所述转换器件包括串联地连接在所述电流输出端和参考电势之间的第一电阻和第二电阻，且在于，该系统还包括控制电路，其适于将在串联地连接的所述第一电阻和第二电阻的端子处被取样的电压与预定的阈值进行比较，且如果取样的电压高于所述阈值则自动地将第一或第二电阻短路。
根据本发明的系统的其他可行特征：
-控制电路还适于，如果取样电压低于所述阈值，则自动地禁用第一电阻或第二电阻上的短路电路。
-控制电路包括，例如，MOS晶体管，其漏极和源极分别连接到要被短路的电阻的端子，且其栅-源极电压对应于所述阈值。
-控制电路可有利地包括过电压保护器件，例如保护电阻和齐纳二极管的串联关联，其与第一电阻和第二电阻构成的串联组合并联连接，且其公用端子电连接到MOS晶体管的栅极。
附图说明
通过参考附图给出的示例实施例的以下描述，本发明及其提供的优势将更容易理解，附图中：
图1，如上所述，描述了用于智能开关的使用的传统布置，所述智能开关用于诊断负载的正确操作；
图2显示了根据本发明的系统中同于相同智能开关的使用的功能性布置；
图3显示了转换器件的端子处的电压根据针对图2的系统的不同操作范围测量的负载电流的变化；和
图4显示了根据本发明的系统的可行实施例。
具体实施方式
在本说明书的剩余部分中，为了便于理解，对于所有附图共用的元件被给予相同的附图标记。
本发明基于这样的发现：尽管要被测量的电流范围无可否认地很宽，但除了(一方面)低值和(另一方面)高值之外，系统不必须精确地测量该电流以便能够分别诊断空载条件和过载。基于该发现，本发明提出一种系统，用于根据该系统所位于的操作区域，自动地适应由开关测量的负载电流到电压的转换。
图2再一次显示了如上参考图1所述的用于诊断和用于测量负载电流的系统的传统元件。该情况中的差别在于，用于将测量的负载电流IS转换为电压的器件不是由一个电阻形成，而是由串联地连接在智能电源开关1的电流输出端IS和参考电势之间的两个电阻3和4形成。此外，该系统包括控制电路，其通过开关5和比较器6表示，该控制电路适于将在电阻3和4的串联组合的端子处取样的电压VS与预定阈值Vt进行比较，且如果取样的电压超出该阈值Vt时则自动地将两个电阻3和4中的一个或另一个短路。在图2的情况中，开关5与电阻4并联。因此，如果比较器6的端子6a处的电压值大于比较器的端子6b处的阈值Vt，则该情况中该电阻4被短路。如果取样的电压低于阈值Vt，则控制电路5、6自动地禁用短路电路。
根据本发明的控制电路使得可以限定如在图3中可见的多个操作区域，其显示了电压VS根据负载电流IS的变化，即：
-用于电流IS的低值的下区域FMIN，对此，两个电阻3和4用来根据以下表达式将测量的负载电流转换为电压VS：
VS＝(R1+R2)x IS,其中R1和R2是电阻3和4的相应值
-用于电流IS的高值的上区域FMAX，对此，电阻4被短路且仅电阻3被用来根据如下表达式将测量的负载电流转换为电压VS：
VS＝R1x IS
-不稳定的中间区域FINT，其中，开关5可以在打开和关闭位置之间震荡，但是对该系统的正确操作没有任何影响，因为该区域不对应于严格的过载或空载情况。
下区域FMIN和上区域FMAX使得可以增加测量的负载电流到电压的转换的准确性，且因此增加过载或空载条件诊断的准确性。
图4显示了根据本发明的系统的可行实施例。在该情况中，控制电路包括MOS晶体管7，其漏极和源极分别被连接到要被短路的电阻(在该例子中为电阻4)的端子，且其栅-源极电压对应于阈值Vt。上述比较和短路功能可因此使用单个部件被非常简单地执行。过电压保护器件优选地设置在控制电路中。这些保护器件包括例如，如图4中指示的，保护电阻8和齐纳二极管9的串联关联，其与两个电阻3和4构成的串联组合并联，且其公共端子电连接到MOS晶体管7的栅极。
本发明可应用于所有其中通过智能电源开关测量的负载电流可落入宽变化范围内的所有领域，尤其涉及机动车辆或发动机的一个或多个照明和/或发信号装置的正确操作的控制。

Claims (8)

1.一种用于测量负载电流并用于诊断空载条件或过载的系统，包括智能电源开关(1)，其适于传递电流输出端上的负载电流测量值(IS)；用于将测量的负载电流转换为电压值(VS)的器件；以及微控制器(2)，所述微控制器适于根据所述电压值(VS)而将命令传递到智能电源开关，其特征在于，所述转换器件包括串联地连接在所述电流输出端和参考电势之间的第一电阻(3)和第二电阻(4)，且特征在于，该系统还包括控制电路(5,6；7)，其适于将在串联地连接的所述第一电阻(3)和第二电阻(4)的端子处取样的电压与预定的阈值(Vt)进行比较，且如果取样的电压高于所述阈值(Vt)则自动地将第一电阻(3)或第二电阻(4)短路。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，控制电路(5、6、7)适于，如果取样电压低于所述阈值(Vt)，则自动地禁用第一电阻(3)或第二电阻(4)上的短路电路。
3.如权利要求1和2中的任一项所述的系统，其特征在于，控制电路包括MOS晶体管(7)，其漏极和源极分别连接到要被短路的电阻的端子，且其栅-源极电压对应于所述阈值(Vt)。
4.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，控制电路还包括过载保护器件(8、9)。
5.如权利要求3和4结合在一起所述的系统，其特征在于，所述保护器件包括保护电阻(8)和齐纳二极管(9)的串联关联，其与第一电阻(3)和第二电阻(4)构成的串联组合并联连接，并且其公用端子电连接到MOS晶体管(7)的栅极。
6.一种用于测量负载电流并用于诊断空载条件或过载的系统，包括智能电源开关(1)，其用于控制照明和/或发信号装置的正确操作且适于传递电流输出端上的负载电流测量值(IS)；用于将测量的负载电流转换为电压值(VS)的器件；以及微控制器(2)，所述微控制器适于根据所述电压值(VS)而将命令传递到智能电源开关，其特征在于，所述转换器件包括串联地连接在所述电流输出端和参考电势之间的第一电阻(3)和第二电阻(4)，且特征在于，该系统还包括控制电路(5,6；7)，其适于将在串联地连接的所述第一电阻(3)和第二电阻(4)的端子处取样的电压与预定的阈值(Vt)进行比较，且如果取样的电压高于所述阈值(Vt)则自动地将第一电阻(3)或第二电阻(4)短路；
其中，所述控制电路包括开关(5)和比较器(6)，所述比较器(6)用于将所述取样的电压与所述预定的阈值进行比较，所述控制电路使得限定所述电压值(Vs)根据所述负载电流(Is)变化的多个操作区域：
-用于负载电流(IS)的低值的下区域(FMIN)，对此，第一电阻(3)和第二电阻(4)用来根据以下表达式将测量的所述负载电流转换为所述电压值(VS)：
VS＝(R1+R2)x IS,其中R1和R2是第一电阻(3)和第二电阻(4)的相应值；
-用于负载电流(IS)的高值的上区域(FMAX)，对此，所述第二电阻(4)被短路且仅所述第一电阻(3)被用来根据如下表达式将测量的负载电流转换为所述电压值(VS)：
VS＝R1x IS；以及
-不稳定的中间区域FINT，其中，所述开关(5)可以在打开和关闭位置之间震荡，但是对该系统的正确操作没有任何影响。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，控制电路(5、6、7)适于，如果取样电压低于所述阈值(Vt)，则自动地禁用第一电阻(3)或第二电阻(4)上的短路电路。
8.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于，控制电路还包括过载保护器件(8、9)。
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