KR101330562B1 - 전류측정회로와 이 회로의 결함진단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전류측정회로는 전류가 흐를 수 있는 저항요소(1)의 양측에서 각각 전압이 인가되는 제1 및 제2 입력노드(1a, 1b), 입력단자 사이에서 전압차를 나타내는 출력신호를 발생하는 차동증폭기수단(6), 제어신호에 응답하여 차동증폭기(6)의 적어도 하나의 입력에 대하여 선택적으로 옵셋전압을 인가하기 위한 제어가능한 전압원, 제1순간에서 제2순간에 인가되는 것보다 높은 옵셋전압이 인가되도록 전압원에 인가되는 제어신호를 발생하는 제어신호발생기와, 옵셋전압이 인가되는 제1순간과 옵셋전압이 인가되지 않는 제2순간에서 증폭기로부터의 출력을 비교함으로서 제1입력노드와 증폭기에 대한 각 입력 사이의 전로에 존재하는 결함을 식별할 수 있게 된 진단수단을 포함한다.

전류측정회로, 저항요소, 차동증폭기.

Description

전류측정회로와 이 회로의 결함진단방법 {CURRENT MEASUREMENT CIRCUIT AND METHOD OF DIAGNOSING FAULTS IN SAME}

본 발명은 전류측정회로와 이러한 회로의 무결성시험방법의 개선에 관한 것이다.

전기회로의 전로를 따라서 흐르는 전류는 이러한 전로내에 직렬로 연결된 저항을 통한 전위차를 측정함으로서 측정될 수 있는 것이 잘 알려져 있다. 옴의 법칙을 적용할 때, 전류는 I=(V_i-V_o)/R 로 표시될 수 있다. 여기에서, V_i 와 V_o 는 저항에 대한 볼트단위의 입력 및 출력전압이고 R 은 옴단위의 저항이다.

전형적으로, 전위차의 측정은 저항의 입력측과 출력측은 차동증폭기의 포지티브 입력단자와 네거티브 입력단자에 연결하고 요구되는 경우 차동증폭기의 출력을 전류값으로 변환시키는 마이크로프로세서에 연결함으로서 이루어진다. 또한 고주파잡음을 제거하고 증폭기의 고주파 공통모드제거에 도움이 될 수 있도록 저항으로부터의 전압인출부와 증폭기에 대한 입력 사이에 일부 필터링을 제공하기도 한다. 가장 간단한 형태로서 이는 단일의 저항과 캐패시터로 구성된 1차저역통과필터로 구성될 수 있다. 이와 같이 적은 수의 부품으로 구성된다 하여도 고장이 일어나 오류성의 전류측정이 이루어질 수 있다.

따라서, 제1관점에 따라 본 발명은 전류측정회로를 제공하는 바, 이러한 본 발명의 전류측정회로는 전류가 흐를 수 있는 저항요소의 양측에서 각각 전압이 인가되는 제1 및 제2 입력노드, 입력단자 사이에서 전압차를 나타내는 출력신호를 발생하는 차동증폭기수단, 각 입력노드와 차동증폭기의 각 입력단자 사이에 연결이 이루어질 수 있도록 하는 전로형성수단, 제어신호에 응답하여 차동증폭기의 적어도 하나의 입력에 대하여 선택적으로 옵셋전압을 인가하기 위한 제어가능한 전압원, 제1순간에서 제2순간에 인가되는 것보다 높은 옵셋전압이 인가되도록 전압원에 인가되는 제어신호를 발생하는 제어신호발생기와, 옵셋전압이 인가되는 제1순간과 옵셋전압이 인가되지 않는 제2순간에서 증폭기로부터의 출력을 비교함으로서 제1입력노드와 증폭기에 대한 각 입력 사이의 전로에 존재하는 결함을 식별할 수 있게 된 진단수단을 포함한다.

진단수단은 제1순간에서 증폭기의 출력과 제2순간에서의 출력 사이의 차이가 사전에 결정된 한계레벨 이하인 경우 이를 결함으로 나타내는 에러신호를 발생한다. 이러한 레벨은 전로에 배치되는 구성요소의 값, 저항 양단의 예상된 전압차 등에 따라서 선택될 수 있다.

전로형성수단은 저역통과필터로 구성될 수 있다. 저항 및 증폭기의 입력측과 저항 및 증폭기의 출력측 사이의 각 전로상에 별도의 저역통과필터가 배치될 수 있다. 이는 1차필터, 예를 들어, 단일의 저항과 캐패시터로 구성될 수 있다.

전압원은 증폭기의 단 하나의 입력단자, 예를 들어 포지티브 입력 또는 네거티브 입력, 또는 이들 입력단자 모두에 옵셋전압을 인가할 수 있다. 단 하나의 입력단자에 옵셋전압을 인가함으로서 이러한 입력의 무결성이 시험될 수 있으나 다른 입력에 대하여서는 시험되지 않는다. 양측 입력에 모두 인가하는 경우 전로(소위 공통모드) 사이의 무결성이 시험될 수 있다.

제어가능한 전압원은 단일제어신호에 의하여 제어될 수 있으나, 옵셋전압이 독립적으로 포지티브 또는 네거티브 단자에 인가될 수 있도록 두개의 신호가 사용되는 것이 좋다. 이는 독립된 스위치를 통하여 증폭기의 각 입력단자에 연결된 전압원을 이용함으로서 달성될 수 있으며, 각 스위치는 그 자신의 제어신호에 의하여 제어된다. 전압원으로부터 흐르는 전류를 제한하기 위하여 각 스위치와 증폭기의 각 입력 사이에 저항이 제공될 수 있다.

진단수단은 제어신호발생기내에 구성되는 마이크로프로세서내에 구성될 수 있다. 이러한 프로세서에서 운영되는 프로그램은 제어신호가 발생되어 증폭기로부터 획득된 출력신호가 프로세서에 의하여 진단될 수 있도록 한다.

프로그램(또는 이에 준하는 수단)은 진단수단과 제어수단이 다음의 기능을 수행할 수 있도록 한다.

포지티브 입력 시험 - 이러한 시험중에 제어신호발생기는 제2순간에 옵셋전압이 포지티브 단자에 인가되도록 하는 반면에 네거티브 단자에는 인가되지 않도록 하는 신호를 발생한다. 제1순간에는 옵셋전압이 인가되지 않는다.

네거티브 입력 시험 - 이러한 시험중에 제어신호발생기는 제2순간에 옵셋전압이 네거티브 단자에 인가되도록 하는 반면에 포지티브 단자에는 인가되지 않도록 하는 신호를 발생한다. 제1순간에는 옵셋전압이 인가되지 않는다.

공통입력 시험 - 이러한 시험중에 제어신호발생기는 제2순간에 옵셋전압이 포지티브 단자와 네거티브 단자 모두에 인가되도록 하는 반면에 포지티브 단자에는 인가되지 않도록 하는 신호를 발생한다. 제1순간에는 옵셋전압이 인가되지 않는다.

제1순간은 제2순간에 앞서거나, 뒤따를 수도 있다. 어느 경우든지, 이들은 저항을 통하여 발생될 수 있는 전류의 변화를 최소화하기 위하여 서로 근접하는 것이 좋다. 아울러, 사전에 결정된 한계값은 제1순간으로부터 제2순간으로의 예상된 전류변화가 허용될 수 있도록 정하여질 수 있다.

또한, 본 발명은 제2순간에 일측 또는 양측의 입력단자에 상이한 옵셋전압이 인가되는 한 항상 입력단자에 옵셋전압이 인가되어 작동됨을 이해하여야 한다. 상기 언급된 바와 같이 회로에 연결되거나 이러한 회로를 개방유지하는 전압원을 제공하는 것이 보다 간단하다.

제2관점에 따라서, 본 발명은 차동증폭기가 전류감지저항의 양단의 전압차를 나타내는 출력을 발생하는 종류의 전류감지장치내에 존재하는 결함을 진단하는 방법을 제공하는 바. 이러한 방법이 제1순간에서 증폭기의 출력을 측정하는 단계, 제2순간에 차동증폭기의 적어도 하나의 입력에 옵셋전압을 인가하는 단계, 제2순간에 증폭기의 출력을 측정하는 단계와, 제2순간의 증폭기의 출력을 제1순간의 증폭기의 출력에 비교하는 단계로 구성된다.

또한 본 발명의 방법은 제3순간에 차동증폭기의 적어도 하나의 다른 입력에 옵셋전압을 인가하는 단계, 제3순간에 증폭기의 출력을 측정하는 단계, 제3순간의 증폭기의 출력을 제1순간의 증폭기의 출력에 비교하는 단계를 포함한다.

옵셋전압이 증폭기의 입력에 인가되는 증폭기의 출력과 증폭기의 입력에 인가되지 않는(두 입력에 대하여 선택적으로 수행된다) 증폭기의 출력을 비교함으로서 감지저항으로부터 증폭기 입력까지 입력전로의 무결성이 시험될 수 있다.

또한 본 발명의 방법은 제4순간에 옵셋전압이 증폭기의 포지티브 및 네거티브 입력단자 모두에 인가되는 동안에 증폭기의 출력을 측정하는 단계, 제4순간에 증폭기의 출력을 측정하는 단계, 제4순간의 증폭기의 출력을 제1순간의 증폭기의 출력에 비교하는 단계를 포함한다.

비교하는 단계는 제1순간 및 제2(또는 제3)순간에서 증폭기의 출력사이의 차이를 결정하는 단계로 구성되며, 그 차이가 사전에 결정된 한계값 보다 작은 경우 결함이 있음을 나타낸다. 또한 비교하는 단계는 제1순간 및 제4순간에서 증폭기의 출력사이의 차이를 결정하는 단계로 구성되며, 그 차이가 사전에 결정된 한계값 보다 큰 경우 결함이 있음을 나타낸다.

본 발명의 방법은 예를 들어 일정한 간격을 두고 수 회 반복되거나, 전류감지저항을 포함하는 회로의 턴온과 같은 사전에 한정된 이벤트가 일어날 때마다 수 회 반복될 수 있다.

또한 본 발명의 방법은 증폭기의 입력을 옵셋전압이 인가되어야 할 때 전압원과 요구되지 않을 때 고임피던스 소오스(예를 들어, 개방회로)에, 또는 두개의 상이한 전압레벨에 교대로 연결하는 단계를 포함한다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래기술의 전류감지회로를 보인 설명도.

도 2는 본 발명에 따른 전류감지회로를 보인 설명도.

도 2에서 보인 시스템은 전류의 레벨이 측정될 전로(2)에 배치된 저항(1) R_test 을 통하여 흐르는 전류를 측정하기 위하여 구성된 것이다. 전형적으로 저항(1)은 순전히 이러한 목적을 위하여 능동시스템(3)에 직렬로 배치되며 이러한 저항은 공차가 크고 그 저항값이 알려져 있는 저항일 수 있다. 이러한 저항의 저항값은 능동회로에 유효한 전체 전압에 대하여 거의 영향을 주지 않는 값으로서, 예를 들어 1mΩ 이하 정도로 작은 것이 좋다.

두개의 전압입력 V_i 및 V_o 은 저항(1)의 양측인 입력노드 1_a 및 1_b 으로부터 얻는다. 각 전압 V_i 및 V_o 은 저역통과 필터의 형태인 전로를 따라서 차동증폭기(6)의 각 입력(4)(5)에 인가된다. 설명을 간편히 하기 위하여, 증폭기(6)는 기능블록으로 도시하였다. 본 발명의 범위내에서 다양한 구성의 증폭기가 사용될 수 있다.

특히, 전로중의 하나는 전압입력 V_i 과 증폭기의 포지티브 단자 사이에 직렬로 연결된 저항 R1 과, 증폭기 입력의 포지티브 단자를 접지연결하는 캐패시터 C1 으로 구성된다. 전로중의 다른 하나는 전압입력 V_i 과 증폭기의 네거티브 단자 사이 에 직렬로 연결된 저항 R2 와, 증폭기 입력의 네거티브 단자를 접지연결하는 캐패시터 C2 로 구성된다. 이러한 구성은 종래기술로서 잘 알려져 있는 것이다. 물론, 다른 부가적인 구성요소를 포함하는 보다 복잡한 전로가 제공될 수도 있을 것이다. 본 발명은 도 2의 실시형태로 한정되는 것은 아니다.

부가적으로, 제어가능한 전압원 V_DD 이 저항 R1 과 증폭기의 포지티브 단자 사이의 전로의 한 지점에서 저항 R4 를 통하여 연결된다. 이러한 전압원은 또한 저항 R2 와 증폭기의 네거티브 단자 사이의 전로의 한 지점에서 저항 R3 를 통하여 연결된다.

전압원 V_DD 은 제어신호에 응답하여 제로전압의 고저항상태로부터 사전에 결정된 전압레벨로 전환될 수 있다. 도면에서 보인 바와 같이 두개의 스위치가 사용되었으며, 각 스위치는 각 제어신호에 의하여 요구되는 바에 따라 증폭기의 일측단자 또는 양측단자에 전압이 인가되거나 또는 이들 단자에 전압이 인가되지 않도록 작동된다.

증폭기의 출력은 아날로그-디지털 변환기(7)와 마이크로프로세서에 인가되며 여기에서 출력이 처리되어 저항 R_test 을 통하여 흐르는 전류를 측정할 수 있도록 한다. 또한 마이크로프로세서는 증폭기의 출력을 다른 시간대에 얻은 출력과 비교함으로서 다양한 진단시험을 수행한다. 다음의 시험들이 수행될 수 있다.

1. 포지티브 단자의 무결성 시험

스위치에 인가된 제어신호는 제1순간에 옵셋전압이 포지티브 입력에 인가되 지 않도록 하고 제2순간에 옵셋전압이 인가되도록 한다. 이들 순간에는 네거티브 단자에 옵셋전압이 인가되지 않으며, 증폭기로부터의 출력의 측정값을 제1 및 제2순간 모두에서 취한다. 제1 및 제2순간의 측정값 사이의 차이가 결정되며, 만약 그 차이가 사전에 결정된 한계값 이하이면 포지티브 입력의 무결성은 예를 들어 결함이 있는 것으로 간주된다. 그리고 측정값이 신뢰할 수 없음을 나타내는 에러 플래그가 프로세서에서 나타난다.

2. 네거티브 단자의 무결성 시험

이는 네거티브 단자에 대한 것임을 제외하고는 포지티브 단자의 무결성 시험과 동일하다. 스위치에 인가된 제어신호는 제1순간에 옵셋전압이 네거티브 입력에 인가되지 않도록 하고 제2순간에 옵셋전압이 인가되도록 한다. 이들 순간에는 포지티브 단자에 옵셋전압이 인가되지 않으며, 증폭기로부터의 출력의 측정값을 제1 및 제2순간 모두에서 취한다. 제1 및 제2순간의 측정값 사이의 차이가 결정되며, 만약 그 차이가 사전에 결정된 한계값 이하이면 네거티브 입력의 무결성은 예를 들어 결함이 있는 것으로 간주된다. 그리고 측정값이 신뢰할 수 없음을 나타내는 에러 플래그가 프로세서에서 나타난다.

3. 브릿지 공통모드 무결성 시험

이 시험은 옵셋전압이 제2순간에 포지티브 및 네거티브 단자 모두에 인가되고 제1순간에는 옵셋전압이 인가되지 않는 것을 제외하고는 포지티브 및 네거티브 시험과 유사하다. 제1 및 제2순간에서 증폭기 출력 사이의 차이가 사전에 결정된 한계값 보다 큰 경우 결함이 지시된다.

Claims (14)

1. 전류가 흐를 수 있는 저항요소(1)의 양측에서 각각 전압(V_i, V_o)이 인가되는 제1 및 제2 입력노드(1a, 1b), 입력단자(4, 5) 사이에서 전압차를 나타내는 출력신호를 발생하는 차동증폭기수단(6), 각 입력노드(1a, 1b)와 차동증폭기(6)의 각 입력단자(4, 5) 사이에 연결이 이루어질 수 있도록 하는 전로형성수단, 제어신호에 응답하여 차동증폭기(6)의 적어도 하나의 입력에 대하여 선택적으로 옵셋전압을 인가하기 위한 제어가능한 전압원, 제1순간에서 제2순간에 인가되는 것보다 높은 옵셋전압이 인가되도록 전압원에 인가되는 제어신호를 발생하는 제어신호발생기와, 제1순간에서 증폭기로부터의 출력을 제2순간에서 증폭기로부터의 출력과 비교함으로서 제1입력노드와 증폭기에 대한 각 입력 사이의 전로에 존재하는 결함을 식별하고 제1순간에서 증폭기의 출력과 제2순간에서의 출력 사이의 차이가 사전에 결정된 한계레벨 이하인 경우 이를 결함으로 나타내는 에러신호를 발생하는 진단수단을 포함함을 특징으로 하는 전류측정회로.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 전로형성수단이 저역통과필터로 구성됨을 특징으로 하는 전류측정회로.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 전압원이 증폭기의 포지티브 입력 또는 네거티브 입력, 또는 이들 입력단자 모두에 옵셋전압을 인가할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 전류측정회로.
5. 제1항에 있어서, 제어가능한 전압원이 단일제어신호에 의하여 제어됨을 특징으로 하는 전류측정회로.
6. 제1항에 있어서, 제어가능한 전압원이 포지티브 또는 네거티브 단자에 독립적으로 옵셋전압이 인가될 수 있도록 하는 적어도 두개의 신호에 의하여 제어됨을 특징으로 하는 전류측정회로.
7. 제1항에 있어서, 진단수단이 제어신호발생기내에 구성되는 마이크로프로세서내에 구성되고, 프로세서에서 운영되는 프로그램은 제어신호가 발생되어 증폭기로부터 획득된 출력신호가 프로세서에 의하여 진단될 수 있도록 함을 특징으로 하는 전류측정회로.
8. 제1항에 있어서, 제어신호발생기는 전류측정회로가 다음의 하나 이상의 기능을 수행하도록 함을 특징으로 하는 전류측정회로.

   (a) 제2순간에 옵셋전압이 포지티브 단자에 인가되도록 하는 반면에 네거티브 단자에는 인가되지 않도록 하고, 제1순간에는 옵셋전압이 인가되지 않도록 한다.

   (b) 제2순간에 옵셋전압이 네거티브 단자에 인가되도록 하는 반면에 포지티브 단자에는 인가되지 않도록 하고, 제1순간에는 옵셋전압이 인가되지 않도록 한다.

   (c) 제2순간에 옵셋전압이 포지티브 단자와 네거티브 단자 모두에 인가되도록 하는 반면에 제1순간에는 옵셋전압이 인가되지 않도록 한다.
9. 차동증폭기(6)가 전류감지저항(1)의 양단의 전압차를 나타내는 출력을 발생하는 종류의 전류감지장치내에 존재하는 결함을 진단하는 전류측정회로의 결함진단방법에 있어서, 이 방법이 제1순간에서 증폭기(6)의 출력을 측정하는 단계, 제2순간에 차동증폭기(6)의 적어도 하나의 입력에 옵셋전압을 인가하는 단계, 제2순간에 증폭기(6)의 출력을 측정하는 단계, 제2순간의 증폭기(6)의 출력을 제1순간의 증폭기의 출력에 비교하는 단계, 제3순간에 차동증폭기(6)의 적어도 하나의 다른 입력(5, 4)에 옵셋전압을 인가하는 단계, 제3순간에 증폭기(6)의 출력을 측정하는 단계, 제3순간의 증폭기(6)의 출력을 제1순간의 증폭기의 출력에 비교하는 단계, 제4순간에 옵셋전압이 증폭기의 포지티브 및 네거티브 입력단자 모두에 인가되는 동안에 증폭기(6)의 출력을 측정하는 단계와 제4순간에 증폭기(6)의 출력을 측정하는 단계, 제4순간의 증폭기(6)의 출력을 제1순간의 증폭기의 출력에 비교하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전류측정회로의 결함진단방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제9항에 있어서, 상기 비교하는 단계들은 제1순간 및 제2(또는 제3)순간에서 증폭기의 출력사이의 차이를 결정하는 단계로 구성되며, 그 차이가 사전에 결정된 한계값 보다 작은 경우 결함이 있음을 나타냄을 특징으로 하는 전류측정회로의 결함진단방법.
13. 제9항 또는 제12항에 있어서, 제1순간 및 제4순간에서 증폭기(6)의 출력사이의 차이를 결정하는 단계를 포함하고, 그 차이가 사전에 결정된 한계값 보다 큰 경우 결함이 있음을 나타냄을 특징으로 하는 전류측정회로의 결함진단방법.
14. 제9항 또는 제12항에 있어서, 증폭기의 입력(6)을 옵셋전압이 인가되어야 할 때 전압원과 요구되지 않을 때 고임피던스 소오스에, 또는 두개의 상이한 전압레벨에 교대로 연결하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전류측정회로의 결함진단방법.

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