TW413733B - Circuit for sensing motor load current - Google Patents

Description

413733 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 ~-------------------------- ^ 五、發明説明（/ ) '有關申請案對照 這個申請案是以1996年Π月8日申請之美國暫准專 利申請案號60/030,068 ’取名為感測馬達負載電流的電路 為基礎及要求優先權。 本發明的背景 h本發明的範疇： 本發明係有關一種感測馬達負載電流的電路，一使用 半橋電路之可不間斷電源供應器或任何系統，及更特別的 是有關於一種藉由感測一分路電壓及傳送其資訊至接地位 準之負載感測電流電路。 2-有關技術的說明： 電阻分路是被廣泛使用的低廉電路元件用以感測通過 一裝置之電流。該分路係與該裝置争聯用以感測電流，因 此，該横.跨在該分路的電壓降是與流過該分路及裝置電流 成比例。 圖一顯示一典型的使用電阻分路的習用技術，用以感 測通過由三相馬達控制器所驅動之馬達電流。該三相電流 的總電流’ ia，ib ’及ic ’係由感測橫跨在共同分路電阻R 的電壓所感測’ 個單一電壓位準然後在微處理器1 〇内 使用數學的技術使殆如當在馬達控制器内每一個開關是 〇N時的資視”分解”成三個馬達電流，、，及[。 上述用以感測負載電流方法的缺點係其在確定負戴戽 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS )4M坑格（210><297公瘦） 先 閲 © 意 事 項 再 寫 本 頁 訂 A7 B7 413733 五、發明説明（么） 速度條件之下失敗，且因此不是一適當的方法。 另一個感測負載電流的方法如圖二所顯示，係使用霍 爾（Hall)效應元件去感測流入每一個相位的電流。在這個 方法中，每一個霍爾效應元件20，22及24在它的個別相 位内測置由馬達所引起流出的電流。使用霍爾效行元件的 缺點是每一個元件是昂貴的。 另一種在馬達電路控制器内採用感測負載電流的圖式 (圖一所顯示的是二個相位中的一個）是在低邊開關與接地 間加入串聯的電阻30，該感測橫跨在電阻30的電壓及 一取樣與維持（S/Η)元件32係使用重整該波形。， 顯示在圖三中之圖式缺點如下列： 1 ’ β亥電阻30有一寄生電感34(顯示與該電阻串聯），其在 波形（圖二Α)的每一個打開及關閉瞬間造成一大的電壓 波尖。該波尖的振幅可能高達信號值的—百倍； 2，該波形固有的突變,，； 3. ，如果在高邊開關上有一短路電路，電阻的電感34 所造成的電壓波尖將會破壞驅動器％ ;以及 4. 雖，上述的問題可以使用—具有低的寄生電感之電阻減 到最小，這樣的電阻是非常昂貴的。 本發明的摘要 、/發明係針對—利用電阻分路之電流感測電路，用以 避免如圖至圖二所示圖式及上述說明的相關習用技術的 缺點。 (I先^讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消费合作社印製

413733 ' I I Ι·ι I 1^ 五、發明説明（> ) 路，技術ΐ缺點，本發明提供-電流感剛電 垃赴/、=電阻在它的一端分路適於耦合至一半橋的 接點，南邊，低邊雪Β辨似 香的 ^⑹邊電Β日體對，及它的另—端適於輕合至— ^載以致於橫跨於該分路之感測電壓與傳送至該負載電、、ώ 成例，及—位準移位電路適於移位-感測.電壓的來考: 回 至邊電路内-較低電位節點以致於從該感測電壓產生〜 饋電壓可以使用於半橋電晶體的整流控制。 圖式簡單說明： 為了舉例說明本發明的目的，目前較佳的是以綠圖型 式顯示，它能夠被瞭解，然而’並非是將本發明限定在所 顯示的正確的排列與手段。 圖一係顯示一使用電阻分路感測通過由三相馬達控制 器所驅動馬達之電流的習用技術電路。 圖二係顯示另'一種使用霍.爾效應元件用以感測馬達電 流的習罔技術電路。 圖三係顯示用以感測流過馬達電流的第三種習用技術 電路。 圖四係顯示本發明第一個實施例的電路。 圖五·係顯示第一種實施例的另一種電路，其包括有一 内部的返沒，當該馬達控制器的低邊開關關閉時去避免不 好的電源浪費。. 圖六係顯示本發明的第二個實施例，其係本發明以數 位完成的電流感測電路。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2iOX2的公釐> 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 413733 B7 五、發明説明（#) 圖號說明： 10微處理器 電路 20霍爾效應元件 48處理方塊 22霍爾效應元件 50WHEN電路 24霍爾效應元件 52 S/Η或not-WHEN電路 ” 3〇電阻 54低邊電晶體 32取樣與維持（S/Η)元件 60積體電路（1C) 34寄生電感 62信號狀態方塊 36驅動器. 64電壓至時間變換方1塊 42積體電路（1C) 66準位移動向下方塊 44信號狀態方塊 68接收方塊 46高邊電壓類比準位移位70時間至電壓回復方塊 較佳實施例的詳細明.： 如圖四所示，係本發明的第一個實施例。如圖所示， 一分路電阻，RSHUNT，係在一半橋電路内從高邊及低邊電 晶體的接面至該負載，例如一馬達或其它類似的負載。一 電壓降Vs是發生橫跨在電阻RSHUNT，其表示電流流過該 負载（例如，馬達繞組的一個相位）。 該電壓vs，不同於習用技術，不是”突變"，但是實實 上較平滑（雖然也許雜亂），因為該分路是直接與負載串 聯’因此，從兩個開關獲得電流。然而，該電壓vs，是 參考至高邊與低邊開關的接面，該接面同樣是一高邊（或 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (__請先軋讀背面之注意事項再填寫本頁)

<-tT 其係用於供應—h分地高電塵 經濟部中央標率局員工消費合作杜印製 413783 A7 B7 五、發明説明（r) 高電壓）供應線的參考點 .去打開高邊電晶體。 m2: 4控制電路(圖式未示)利用感測電壓〜去控制該 開關=流，該電壓Vs必須 轉變：ί Ϊ :、々S:NT的電壓係由-積體電路(iC”2處理 :'則5號’該積體電路包括有信號狀態電氣回 1尚電壓位準移動電氣回路，及信號處理電氣回路。特 3 :該橫跨於&刪的電壓是第-個傳送至1C 42的信 號狀恶方塊44,它的狀態,由渡波該信號，籍位及加 位移電壓至該信號。 該狀態信號係饋入-高邊電壓類比準位移位電路扣， 如圖四所示配置中，其係由—比較器驅動—

從一靴帶電容器CBS所供應的電流）。 且成（M 如這些顯而易見的習用技術，高電壓類比準位移位· 路46產生一控制電流通過一電阻心產生—電 與狀態信號Vs成比例。控制電流Ifb具有—穩定的值了缺 後通過㈣電阻R，而發展出—電壓^ ,其係 塊48内快速的處理以產生具有預定參數（例如大約一）I 中央電壓等）。該最後信號係然後由Ic φ ~· 該電流流進馬達。. 4出’其表示 圖四所示及上述電路的一個缺點是任何透過 位器46重要的電流造成在IC晶片42内過度的功^罄夕 這能避面在晶片外部配置電阻Rp。圖四所示電略二 個缺點係該靴帶電容CBS所供應的電流I ， 、另一 05如农這個電流 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（2丨0X297公釐） (.#-先閱讀背面之注意事項再填窝本頁)

il 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 413733 A7 A7 B7 五、發明説明（厶） 是重要的，將非常快速地被耗盡。 圖五所示的另一種電路避免上述所指問題，除了增加 了 WHEN電路50及（S/Η或not-\YHEN)電路52之外，^五 的電路係類似於圖四的電路。該WHEN電路50(其能以任 何許多的方式被實現如具有上述所揭露的觀點將是顯而易 見的習用技術）只有當馬達控制器電路的低邊電晶體54導 通時允許Ifb流通（低邊電晶體54的狀態（導通或關閉）能 容易地以習用的方法所偵測）。 " ’ 該S/Η或not-WHEN電路52取樣橫跨電阻R的電壓準 位並維持該準位在低邊開關關閉的這段時間期間保證一 $ 坦的反饋電壓能傳送出，例如，該急速處理電路。 當該低邊電晶體開關54關閉時電流ifb的流動停止， 在電阻RP内的功率消耗是最小的，且在靴帶電容Gw的充 -電是最小的。 如圖六所示，係本發明的第二個實施例電路；，其本實 上係第一個實施例的數位完成。如第一個實施例中，一電 [降vs务生撗跨在電阻，係透過馬達控制器電路 内的一高電壓供應線使用一感測電流流至馬達。 3或私' 跨在電阻rshunt 的負高電壓係由積體電路（JC)60 處理轉變為-彳信號’該積體電路6Q包括有信號 狀態方塊62、電壓至時間變換方塊M、準位移動向下方ϋ 塊、接收方塊68及時間至電壓回復方塊兀。特別地， 在第二個實施例的電路令，該橫跨^靠的電壓如同第 一個貫施例，是第-個傳送至1(：6〇的信號狀態方塊62。 不此悵尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） c請先舔讀背面之注意事項再填寫本頁) .訂 413733 - --- 五、發明説明（7 ) 、该2態信號係饋入電壓至時間變換方塊64，其係變 ’奐適應间電壓.化號為代表電壓信號大小一系列的數位脈波 (例如’ n於電壓大小變更脈波頻率或脈波寬度）。該方 塊64所產生的脈波係傳送至準位移位向下方塊66，其係 變換至些脈波從參考於vs的浮接信號為一接地參考信 號’及傳送這些便換過的脈波至接收（緩衝器.）方塊6δ。 逡，數位脈波然後往前至時間至電壓回復方塊7〇，其係 回復代表電流流向馬達的類比信號。 雖然本發明已針對特定實施例加以說明過，但熟知此 技藝之人士當可知悉許多其它的變化和修改，以及其它的 用途。因此其最好是不以本文的特定内容來限制本發明， 而是僅由所附的申請專利範圍來界定之。 C諫先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ 經濟部中央梂準局員工消費合作社印製 本紙張又度逋用中國國夸標準（CNS ) A4規格（210X297公釐}

Claims (1)

1. 413 卿明修正 . Μ Η3 申請專利範圍專利範圍修正本民國八十八年十二月二十二曰 修正 1. 一種電流感測電路，包括有： —分流計在它的一端適於直接耦合至一半橋的接點， 而且，低邊電晶體對，及它的另—端適於直接耦合至 —負載的高壓侧以致於橫跨於該分路之感測電> 壓與傳 送至該負載電流成比例；及 一位準移位電路適於移位一感測電壓的參考點至該電 路内一較低電位節點以致於從該感測電壓產生一回饋 電壓可以使用於半橋電晶體的整流控制。 2. 如申請專利範圍第i項所述之電流感測電路，進一步 包括有一信號狀態電路適於濾波器，箝位，或在傳送 至準位移位電路之前加入—位移電壓至感測電壓。 3. 如申請專利範圍第1項所述之電流感測電路，其中該 準位移位電路包括有： ’、 A 一轉換電路適用變換該感測電壓為一回饋電流；及 一具有第一終端及第二終端的電阻電路，該電阻電路 的第一終端係運作輕合至該較低電位節點及該第二終 ^運作搞合至變換電路，以使該回饋《產生對饋 電流的反應。 4·如申請專利範圍第！項所述之電流感測電路，進一步 =-映速處理電路適於變換回饋電壓為一具有預 疋中夬電壓的電壓。 本紙張纽 7 413 卿明修正 . Μ Η3 申請專利範圍專利範圍修正本民國八十八年十二月二十二曰 修正 1. 一種電流感測電路，包括有： —分流計在它的一端適於直接耦合至一半橋的接點， 而且，低邊電晶體對，及它的另—端適於直接耦合至 —負載的高壓侧以致於橫跨於該分路之感測電> 壓與傳 送至該負載電流成比例；及 一位準移位電路適於移位一感測電壓的參考點至該電 路内一較低電位節點以致於從該感測電壓產生一回饋 電壓可以使用於半橋電晶體的整流控制。 2. 如申請專利範圍第i項所述之電流感測電路，進一步 包括有一信號狀態電路適於濾波器，箝位，或在傳送 至準位移位電路之前加入—位移電壓至感測電壓。 3. 如申請專利範圍第1項所述之電流感測電路，其中該 準位移位電路包括有： ’、 A 一轉換電路適用變換該感測電壓為一回饋電流；及 一具有第一終端及第二終端的電阻電路，該電阻電路 的第一終端係運作輕合至該較低電位節點及該第二終 ^運作搞合至變換電路，以使該回饋《產生對饋 電流的反應。 4·如申請專利範圍第！項所述之電流感測電路，進一步 =-映速處理電路適於變換回饋電壓為一具有預 疋中夬電壓的電壓。 本紙張纽 7

   413733 H3 5. 如申請專利範圍第丨項所述之電流感測電路，其中該 準位移位電路包括有一啟動電路，其係允許該準位移 位電路只有當該低邊電晶體導通時產生回饋電壓。 6. 如申請專利範圍第5項所述之電流感測電路，進一步 包括有一取樣及維持電路適於當低邊電晶體導通及產 生輪出電壓時，該回饋電壓係相同於當低邊電晶體 關閉時穩健。 7. 如申請專利範圍第i項所述之電流感測電路，進一步 包括有一電壓至時間變換電路適於接收該感測電壓及 產生一包含有代表感測電壓大小的一系列電壓脈波中 間的信號。 ' 8. 如申請專利範圍第7項所述之電流感測電路，其中該 電塵至時間變換電路係適於產生至少一個如中間的信 號的可變頻率及可變脈波寬度。 9·如申請專利範圍第7項所述之電流感測電路，進一步 包括有一時間至電壓變換電路適於回復感測電壓的類 比版本去產生回饋電壓。 10.如申請專利範圍第9項所述之電流感測電路，進一步 包括有一信號狀態電路適於濾波器，箝位，或在傳送 至電壓至時間變換電路之前加入一位移電壓至感測電 壓〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )Α4规格297公爱) Ο