CN110736867A - 用于使用运算放大器检测电流的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种使用运算放大器的电流检测设备及其方法。根据本公开的一方面，提供一种导体的电流检测设备，包括：分流电阻器，连接至导体；运算放大器，连接至分流电阻器；第一电阻器，连接在分流电阻器和运算放大器的第一输入端子之间；第二电阻器，连接在分流电阻器和运算放大器的第二输入端子之间；第三电阻器，连接在地面和运算放大器的第一输入端子之间；以及第四电阻器，连接在地面和运算放大器的第二输入端子之间。

Description

用于使用运算放大器检测电流的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月20日提交的申请号为10-2018-0084487的韩国专利申请的优先权，其通过引用并入本文以用于如同本文充分阐述的所有目的。

技术领域

本公开涉及一种使用运算放大器(Op.Amp.)的电流检测设备及其方法，并且更具体地，涉及一种使用连接至流过电流的导体的分流电阻器和连接至分流电阻的两端的运算放大器来检测流经导体的电流的设备和方法。

背景技术

近来，为方便车辆中的驾驶员提供了多种功能，并且安装各种先进的传感传感器和电子控制装置来实现这些功能。

同时，车辆设置有电动助力转向(EPS)装置以容易地操纵方向盘，并且电动助力转向装置可以通过使用电机的转动力来辅助驾驶员的转向力。

上述电机可以连接至H桥电路，并且可以通过H桥电路施加的电流而操作。在这种情况下，为了确保电机的安全，可能需要用于测量施加到电机的电流的电流检测装置。此时，在降低成本的同时，可能越来越需要提供能够在过电压的情况下稳定地测量电流的电流检测装置。

发明内容

在该背景下，本公开可以提供一种即使过电流被施加到导体也能够以最小成本稳定地测量过电流的电流检测装置。

根据本公开的一方面，提供一种导体的电流检测设备，包括：分流电阻器，连接至导体；运算放大器，连接至分流电阻器；第一电阻器，连接在分流电阻器和运算放大器的第一输入端子之间；第二电阻器，连接在分流电阻器和运算放大器的第二输入端子之间；第三电阻器，连接在地面和运算放大器的第一输入端子之间；以及第四电阻器，连接在地面和运算放大器的第二输入端子之间。

根据本公开的另一方面，提供了一种导体的电流检测方法，包括：将电流施加到连接至导体的分流电阻器；通过由第一电阻器和第三电阻器分压将分流电阻器的第一端的电压施加到运算放大器的第一输入端子，并且通过由第二电阻器和第四电阻器分压将分流电阻器的第二端的电压施加到运算放大器的第二输入端子；以及基于运算放大器输出端的电压确定导体的电流，其中第一电阻器连接在分流电阻器和运算放大器的第一输入端子之间；第二电阻器连接在分流电阻器和运算放大器的第二输入端子之间；第三电阻器连接在地面和运算放大器的第一输入端子之间；以及第四电阻器连接在地面和运算放大器的第二输入端子之间。

根据本公开的实施例，可以提供一种电流检测设备，该电流检测设备在确保一定水平或更高的电流检测精度的同时能够以最低成本稳定地测量电流。

附图说明

图1是示出测量低侧晶体管和地面之间的电流的装置的示例的示图；

图2是示出使用浮动式运算放大器(Op.Amp.)检测施加到电机的电流的设备的示例的示图；

图3是示出使用接地式运算放大器检测施加到电机的电流的设备的示例的示图；以及

图4是示出检测导体的电流的方法的示例的示图。

具体实施方式

在本公开的示例或实施例的以下描述中，将参照附图，在附图中通过图示的方式示出了可以实施的具体示例或实施例，并且在附图中，即使相同的附图标记和符号在彼此不同的附图中示出，它们也可以用于表示相同或相似的部件。此外，在本公开的示例或实施例的以下描述中，当确定描述可能使得本公开的一些实施例中的主题相当不清楚时，将省略对本文包含的公知功能和组件的详细描述。除非这些术语与术语“仅”一起使用，否则本文使用的诸如“包括”、“具有”、“包含”、“构成”、“组成”和“由......形成”之类的术语通常旨在允许添加其它组件。除非上下文另有清楚地说明，否则如本文使用的单数形式也旨在包括复数形式。

本文可以使用诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(A)”、“(B)”的术语来描述本公开的元件。这些术语中的每一个都不用于定义元件的本质、顺序、次序或数量等，而仅用于将相应元件与其它元件区分开。

当提到第一元件与第二元件“连接或联接”、“接触或重叠”等时，应该解释为，第一元件不仅可以与第二元件“直接连接或联接”或者“直接接触或重叠”，而且第三元件也可以“插入”在第一元件和第二元件之间，或者第一元件和第二元件可以通过第四元件彼此“连接或联接”、“接触或重叠”等。此处，第二元件可以包括在彼此“连接或联接”、“接触或重叠”等的两个或更多个元件中的至少一个中。

另外，当提及任何尺寸、相对大小等时，应该考虑到的是，即使未指明相关描述，但是元件或特征的数值或相应信息(例如，水平、范围等)包括可能由各种因素(例如，过程因素、内部或外部影响、噪声等)引起的公差或误差范围。此外，术语“可以”完全包含术语“能”的所有含义。

图1是示出测量低侧晶体管和地面之间的电流的装置的示例的示图。

参照图1，电流可以通过H桥电路被施加到电机100。电机100和H桥电路之间可连接两条相位线105和106。相位线可以指连接H桥电路的高侧晶体管和电机的导体或导线。

高侧晶体管101和102可以定位于B+线和相位线105和106之间。另外，低侧晶体管103和104可以放置在相位线105和106与GND之间。

在这种情况下，为了测量在低侧晶体管103和104与GND之间流动的电流，分流电阻器110可以位于低侧晶体管103和104与GND之间。在低侧晶体管103和104与GND之间流动的电流可以使用其输入端子连接至分流电阻器110的两端的运算放大器120和130来测量。

在这种情况下，地线(GND线)运算放大器可以用于上述运算放大器120和130。

地线运算放大器是指具有连接至地面(GND)的端子的运算放大器，并且具有便宜的优点。

然而，地线运算放大器具有以下缺点：最大输入可能电压值即可以输入到运算放大器的输入端子而不会导致运算放大器故障的电压值的最大值(例如5V)很低。也就是说，如果过电压施加到接地式运算放大器，则可能存在由于运算放大器的故障而在电流测量中发生错误的问题。

因此，地线运算放大器可以用于测量在两端之间，诸如在低侧晶体管103和104与地面(GND)之间的电压差不大的导体中流动的电流。

然而，可能存在地线运算放大器难以用于测量在可能在两端例如相位线105和106之间具有大的电压差的导体中流动的电流的问题。如果测量流经在两端具有大的电压差的导体的电流，则输入到运算放大器的输入电压值可能大于最大输入可能电压值，这可能导致运算放大器的异常工作。

图2是示出使用浮动式运算放大器检测施加到电机的电流的设备的示例的示图。

参照图2，电流可以通过H桥电路被施加到电机200。电机200和H桥电路之间可连接三条相位线。高侧晶体管201、202和203可以定位于B+线和相位线之间。低侧晶体管204、205和206可以放置于相位线和GND之间。

在这种情况下，分流电阻器210可以定位于一个高侧晶体管201和电机200之间，以便测量流经相位线的电流。流经相位线的电流可以使用运算放大器220测量，运算放大器220的输入端子连接至分流电阻器210的两端。

在这种情况下，运算放大器220可以是浮动式运算放大器。

浮动式运算放大器是指不单独连接至地面的运算放大器。浮动式运算放大器的优点是图1中描述的最大输入可能电压值(例如，70V)大于地线运算放大器的最大输入可能电压值。因此，浮动式运算放大器可用于测量两端的电压差可能很大的导体中流动的电流。

然而，浮动式运算放大器的缺点在于它比地线运算放大器更昂贵。因此，如果使用浮动式运算放大器，则可能存在实现电流测量装置所需的总成本增加的问题。

为了解决图1和图2的用于测量施加到电机的电流的设备的缺点，本公开可以提供一种电流检测设备或电流测量设备，其能够在使用低成本地线运算放大器的同时稳定地测量电流。

图3是示出使用接地式运算放大器检测施加到电机的电流的设备的示例的示图。

参照图3，电流可以通过H桥电路被施加到电机300。电机300和H桥电路之间可连接三条相位线。高侧晶体管301、302和303可以位于B+线和相位线之间。而且，低侧晶体管304、305和306可以定位于相位线和GND之间。

在这种情况下，分流电阻器310可以定位于一个高侧晶体管301和电机300之间，以便测量在相位线中流动的电流。流经相位线的电流可以使用运算放大器220测量，运算放大器220的输入端子连接至分流电阻器310的两端。

在图3的一个示例中，分流电阻器可以位于两个高侧晶体管301和303与电机300之间，并且一个高侧晶体管302和电机300彼此直接连接。

在这种情况下，运算放大器320可以是地线运算放大器。

如果地线运算放大器用于测量相位线的电流，则大于最大输入可能电压值的过电压可以被输入到运算放大器，如上参照图1所述。因此，与施加到分流电阻器310的电压相比，必须降低施加到运算放大器320的输入端子的电压。

为此目的，使用电阻器的分压器电路可以在分流电阻器310和运算放大器320的两个输入端子之间被构造。也就是说，输入到运算放大器320的电压可以被电阻器分压。

更具体地，分流电阻器310的两端可以分别称为第一端和第二端。(在该实施例中，连接至一个高侧晶体管301的端称为第一端，并且连接至电机300的端称为第二端)。

第一电阻器311可以连接在分流电阻器310的第一端和运算放大器320的第一输入端子之间，并且第三电阻器314可以连接在地面和运算放大器320的第一输入端子之间。在这种情况下，第一电阻器311和第三电阻器314可以彼此串联连接。

如果分流电阻器310的第一端处的电压值是V，则施加到运算放大器320的第一输入端子的电压的值变得小于V，电压的值可以由第一电阻器311的电阻与第三电阻器314的电阻的比确定。

例如，如果第一电阻器311的电阻与第三电阻器314的电阻的比是1：1，则施加到运算放大器320的第一输入端子的电压的值可以是V/2。

再例如，如果第一电阻器311的电阻与第三电阻器314的电阻的比是9：1，则施加到运算放大器320的第一输入端子的电压的值可以是V/10。

在这种情况下，第三电阻器314的电阻与第一电阻器311的电阻的比可以被设置为等于或小于预定阈值比值。也就是说，可以调整第三电阻器314的电阻相对于第一电阻器311的电阻，使得施加到运算放大器320的第一输入端子的电压的值比施加到运算放大器320的第一输入端子的电压的值小预定阈值比值。

例如，如果阈值比值是1/3(第一电阻器的电阻：第三电阻器的电阻＝3：1)，则第三电阻器314的电阻与第一电阻器311的电阻的实际比值可以设置为小于1/3(例如，第一电阻器的电阻：第三电阻器的电阻＝5：1)。

阈值比值的大小可以基于上述运算放大器320的最大输入可能电压值来确定。例如，如果运算放大器320的最大输入可能电压值增加(例如，从5V到10V)，则阈值比值的大小也可以增加(例如，从1/3到2/3)。

类似地，第二电阻器312可以连接在分流电阻器310的第二端和运算放大器320的第二输入端子之间，并且第四电阻器313可以连接在地面和运算放大器320的第二输入端子之间。在这种情况下，第二电阻器312和第四电阻器313可以彼此串联连接。

如果分流电阻器310的第二端的电压值是V，则施加到运算放大器320的第二输入端子的电压的值变得小于V。施加到运算放大器320的第二输入端子的电压的值可以由第二电阻器312的电阻与第四电阻器313的电阻的比确定，并且可以与第一电阻器311和第三电阻器314之间的关系相同。

此时，第一电阻器311的电阻与第三电阻器314的电阻的比可以被设置为等于第二电阻器312的电阻与第四电阻器313的电阻的比。可选地，可以设置四个电阻器的电阻，使得第三电阻器314的电阻与第一电阻器311的电阻的比和第四电阻器313的电阻与第二电阻器312的电阻的比之差小于或等于阈值。

如果两个比值之差很大，则在分流电阻器310的两端之间的电压的比与运算放大器320的第一输入端子和第二输入端子之间的电压的比之间存在差，从而测量的电流值相对于实际电流的差可能变大。

例如，在第一电阻器311的电阻为10Ω、第三电阻器314的电阻为10Ω、第二电阻器312的电阻为5Ω、第四电阻器313的电阻为5Ω、分流电阻器的第一端的电压值为10V以及分流电阻器的第二端的电压值为5V的情况下，运算放大器320的第一输入端子可以施加5V的电压，并且运算放大器320的第二输入端子可以施加2.5V的电压。

在另一方面，如果第一电阻器311的电阻为10Ω、第三电阻器314的电阻为10Ω、第二电阻器312的电阻为1Ω、第四电阻器313的电阻为4Ω、分流电阻器的第一端的电压值为10V以及分流电阻器的第二端的电压值为5V的情况下，则运算放大器320的第一输入端子可以施加5V的电压，并且运算放大器320的第二输入端子可以施加4V的电压。因此，运算放大器320的第一输入端子和第二输入端子之间的电压差变小，从而与实际电流相比，测得的电流值也可以变小。

图3中描述的电流检测设备不仅可以适用于测量如上所述的相位线中的电流，而且还可以适用于测量在其它导体中流动的电流。例如，当测量B+线的电流时，分流电阻器可以配置在B+线中，并且B+线中的电流可以通过将图3中所示的电路连接至分流器的两端来测量。

如上所述，根据图3的电流检测装置，在相位线或B+线中流动的电流可以通过使用比浮动式运算放大器便宜的地线运算放大器来测量，从而可以具有降低所需总成本的优点。

图4是示出检测导体的电流的方法的示例的示图。

在下文中，将描述由参照图3描述的电流检测设备执行本方法的示例。

参照图4，电流可以施加到与导体(例如相位线)连接的分流电阻器310(S410)。施加到相位线的电流可以施加到与相位线连接的电机。

如果电流被施加到分流电阻器，则可以在分流电阻器310的第一端和第二端之间产生电压差。此时，分流电阻器310的第一端的电压被第一电阻器311和第三电阻器314分压，使得分压电压可以被施加到运算放大器320的第一输入端子。此时，运算放大器320可以是地线运算放大器。

分流电阻器310的第二端的电压被第二电阻器312和第四电阻器313分压，使得分压电压可以被施加到运算放大器320的第二输入端子(S420)。

在这种情况下，为了确保如上所述的电流测量的准确性，第一电阻器311的电阻与第三电阻器314的电阻的比可以被设置为等于第二电阻器312的电阻与第四电阻器313的电阻的比。可选地，可以设置四个电阻器的电阻，使得第三电阻器314的电阻与第一电阻器311的电阻的比和第四电阻器313的电阻与第二电阻器312的电阻的比之差小于或等于阈值。

如果两个比值之差很大，则在分流电阻器310的两端之间的电压的比与运算放大器320的第一输入端子和第二输入端子之间的电压的比之间存在差，从而测量的电流值相对于实际电流的差可能变大。

在一个实施例中，第三电阻器314的电阻与第一电阻器311的电阻的比可以被设置为等于或小于预定阈值比值。也就是说，可以调整第三电阻器314的电阻和第一电阻器311的电阻，使得施加到运算放大器320的第一输入端子的实际电压的值比施加到运算放大器320的第一输入端子的电压的值小预定阈值比值。阈值比值可以基于上述运算放大器320的最大输入可能电压值来确定。

运算放大器320的输出端子的电压基于施加到运算放大器320的第一输入端子的电压和施加到第二输入端子的电压来确定。导体的电流可以基于运算放大器320的输出端子处的电压输出来确定(S430)。

已经提供以上描述以使得本领域普通技术人员能够获得和使用本公开的技术构思，并且已经在特定应用及其要求的背景下提供了以上描述。对所描述的实施例的各种修改、添加和替换对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文中定义的一般原理可以适用于其它实施例和应用。以上描述和附图仅出于说明性目的提供了本公开的技术构思的示例。也就是说，所公开的实施例旨在说明本公开的技术构思的范围。因此，本公开的范围不限于所示的实施例，而是给予与权利要求一致的最宽范围。本公开的保护范围应基于以下权利要求来解释，并且在其等同方案的范围内的所有技术构思应被解释为包括在本公开的范围内。

Claims (12)

1.一种导体的电流检测设备，包括：

分流电阻器，连接至所述导体；

运算放大器，连接至所述分流电阻器；

第一电阻器，连接在所述分流电阻器和所述运算放大器的第一输入端子之间；

第二电阻器，连接在所述分流电阻器和所述运算放大器的第二输入端子之间；

第三电阻器，连接在地面和所述运算放大器的所述第一输入端子之间；以及

第四电阻器，连接在地面和所述运算放大器的所述第二输入端子之间。

2.根据权利要求1所述的电流检测设备，其中所述运算放大器是地线运算放大器。

3.根据权利要求1所述的电流检测设备，其中所述第一电阻器的电阻和所述第二电阻器的电阻相同，并且所述第三电阻器的电阻和所述第四电阻器的电阻相同。

4.根据权利要求1所述的电流检测设备，其中所述第三电阻器的电阻与所述第一电阻器的电阻的比等于所述第四电阻器的电阻与所述第二电阻器的电阻的比。

5.根据权利要求4所述的电流检测设备，其中所述第三电阻器的电阻与所述第一电阻器的电阻的所述比被设置为等于或小于预定阈值比值。

6.根据权利要求5所述的电流检测设备，其中所述阈值比值基于所述运算放大器的最大输入可能电压值来确定。

7.一种导体的电流检测方法，包括：

将电流施加到连接至所述导体的分流电阻器；

通过由第一电阻器和第三电阻器分压将所述分流电阻器的第一端的电压施加到运算放大器的第一输入端子，并且通过由第二电阻器和第四电阻器分压将所述分流电阻器的第二端的电压施加到所述运算放大器的第二输入端子；以及

以及基于所述运算放大器输出端的电压确定所述导体的电流，

其中所述第一电阻器连接在所述分流电阻器和所述运算放大器的所述第一输入端子之间，所述第二电阻器连接在所述分流电阻器和所述运算放大器的所述第二输入端子之间，所述第三电阻器连接在地面和所述运算放大器的所述第一输入端子之间，以及所述第四电阻器连接在地面和所述运算放大器的所述第二输入端子之间。

8.根据权利要求7所述的电流检测方法，其中所述运算放大器是地线运算放大器。

9.根据权利要求7所述的电流检测方法，其中所述第一电阻器的电阻和所述第二电阻器的电阻相同，并且所述第三电阻器的电阻和所述第四电阻器的电阻相同。

10.根据权利要求7所述的电流检测方法，其中所述第三电阻器的电阻与所述第一电阻器的电阻的比等于所述第四电阻器的电阻与所述第二电阻器的电阻的比。

11.根据权利要求10所述的电流检测方法，其中所述第三电阻器的电阻与所述第一电阻器的电阻的所述比被设置为等于或小于预定阈值比值。

12.根据权利要求11所述的电流检测方法，其中所述阈值比值基于所述运算放大器的最大输入可能电压值来确定。

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