專利名稱：用于測(cè)量被監(jiān)視的信號(hào)的有效電流的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測(cè)量被監(jiān)視的信號(hào)的有效電流的電路，具體地在監(jiān)視可變電感電機(jī)(諸如用于機(jī)動(dòng)車輛中的所謂的電磁閥(“無(wú)凸輪”系統(tǒng))的致動(dòng)器)的電流的領(lǐng)域。更一般地，本發(fā)明涉及任何設(shè)備，其需要真正有效量(具體地，有效電流)的一個(gè)或多個(gè)同時(shí)測(cè)量以用于監(jiān)測(cè)、診斷或閉環(huán)(close)保護(hù)其內(nèi)沒(méi)有可用的數(shù)值資源或計(jì)算能力(power)或者不足以處理該測(cè)量并且不希望在其中引入昂貴的模擬組件(諸如模擬乘法器或其他不平常的專用集成電路)。本發(fā)明特別地在可靠地診斷過(guò)載方面有益，具體地在優(yōu)化其中期望利用最大能力同時(shí)不超過(guò)工作極限的電磁閥系統(tǒng)方面有益。
背景技術(shù)：
實(shí)際上，必須監(jiān)視為負(fù)載提供強(qiáng)電流的設(shè)備以便具體地保證人和硬件的安全，優(yōu)化負(fù)載的消耗，檢測(cè)這些負(fù)載的可能的異常(過(guò)載)和/或?qū)⒈Ｗo(hù)閾值適配為外部和/或可變參數(shù)(諸如溫度、啟動(dòng)模式或設(shè)備項(xiàng)的特定配置)的函數(shù)。在線性負(fù)載的情況下，不管電流是AC還是DC，測(cè)量峰值電流、平均電流或平均整流電流足以獲得有效電流的間接測(cè)量。事實(shí)上，在一方面測(cè)量的量與系統(tǒng)的消耗或傳導(dǎo)該電流的組件的變熱之間存在直接聯(lián)系。因而不必要執(zhí)行有效電流的測(cè)量。但是，當(dāng)負(fù)載是非線性的并且電流的形狀因子很小且隨時(shí)間變化時(shí)，峰值電流、平均電流或平均整流電流的測(cè)量不再指示有效電流。考慮例如圖1所示的脈動(dòng)電流，平均值測(cè)量Imean與有效測(cè)量ieffe。tive之間的比率是占空比的平方根，占空比被定義為信號(hào)的持續(xù)時(shí)間tl與它的周期T的比率。根據(jù)特定于汽車領(lǐng)域的示例，該情況發(fā)生在電磁閥控制中，其中閥的致動(dòng)器消耗其頻率被適配于發(fā)動(dòng)機(jī)速度的脈動(dòng)電流。因而，脈沖的寬度與它們的周期相比變化很小，以致這樣的信號(hào)的平均值恒定而它的有效電流卻不恒定。在此典型情況下，峰值和平均值均不表示致動(dòng)器、供電電纜或傳導(dǎo)該電流的任何其他組件的變熱。
現(xiàn)有技術(shù)提供的已有解決方案主要分五種類型- iM寸船山條翩糊觸折撞i十捕·隱這樣的方案例如在專利申請(qǐng)W09505023“METH0DAND APPARATUS FOR RMS CURRENT APPROXIMATION"中描述。此方案受限于信號(hào)的諧波失真率。此外，此方案對(duì)外部干擾和各種類型的控制非常敏感，因而降低了它的可再現(xiàn)性。具體地，此方案不能通過(guò)諸如由專利US5027060 "MEASURING DEVICE OF THE RMS VALUE OF A SIGNAL,NOTABLY FOR CURRENT MEASUREMENT IN A SOLID-STATE TRIP DEVICE” 提出的校正因子來(lái)改進(jìn)。-通過(guò)數(shù)倌計(jì)算推導(dǎo)有效電流的倌通過(guò)基于模擬-數(shù)字采集的數(shù)值計(jì)算可以獲得有效電流的測(cè)量，模擬-數(shù)字采集需要足夠大以不對(duì)處理的信號(hào)進(jìn)行過(guò)度濾波的通帶和采樣頻率。因此，這些計(jì)算可以獨(dú)占重要的數(shù)值資源，具體地在計(jì)算能力方面，更重要的是， 被監(jiān)視的電流的測(cè)量的數(shù)量越高，諧波率越顯著。因此，該解決方案呈現(xiàn)出高成本。-通過(guò)樽擬計(jì)算推導(dǎo)有效電流的倌為了不獨(dú)占計(jì)算資源，可以采用模擬電路。市場(chǎng)上存在各種使得可以執(zhí)行必需的計(jì)算(具體地，乘法和平方根函數(shù))以獲得有效值的模擬設(shè)備。借助于諸如這些的模擬設(shè)備，可以獲得信號(hào)的有效值的平方的值。還可以將有效值的平方的該測(cè)量與預(yù)期從其中提取它的平方根的函數(shù)關(guān)聯(lián)，因而趨向于有效測(cè)量的值。這樣就是具體地基于吉伯電池的解決方案的情況，諸如由專利 US7002394 "LOW SUPPLY CURRENT RMS-TO-DC CONVERTER，，提出的那樣。但是當(dāng)必須對(duì)大量路徑執(zhí)行測(cè)量時(shí)，例如在用于8或16個(gè)電磁閥的電子控制電路的情況下，該函數(shù)的成本變得和前一方案一樣高。此外，有效值的平方的測(cè)量不能使得可以在寬范圍的值上具有良好的靈敏度，測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差和分辨率與測(cè)量的平方相反地變化。-使用熱效應(yīng)耗散的功率與有效電流的平方成比例，可以通過(guò)將穩(wěn)定的DC電流經(jīng)過(guò)的電阻器的溫度上升隨動(dòng)(slave)到作為測(cè)量的電流的鏡像的電流經(jīng)過(guò)的電阻器的溫度上升，來(lái)得到有效電流的值。這樣的解決方案在專利US3911359和US3624525 “TRUE RMS CONVERTER”以及專利 US2007024265 "SYSTEMS AND METHODS FOR MEASURING AN RMS VOLTAGE” 中公開(kāi)。但是該技術(shù)實(shí)施起來(lái)很棘手，因?yàn)楸仨毐ＷC熱阻抗的對(duì)稱性以及相對(duì)于周圍的熱量的隔絕以便不干擾測(cè)量。此外，該電路的積分時(shí)間難以調(diào)節(jié)，并且熱時(shí)間常數(shù)限制裝置 (setup)的反應(yīng)作用。-將電流斷路一般使用的電流斷路解決方案是保險(xiǎn)絲和電磁熱斷路器。這些解決方案具有許多缺陷對(duì)閾值的容差很寬且對(duì)溫度敏感，需要外部干預(yù)來(lái)替換保險(xiǎn)絲或重置斷路器，需要的空間顯著并且斷路閾值或觸發(fā)時(shí)間不可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
在此背景下，本發(fā)明的目的在于提供用于測(cè)量被監(jiān)視的信號(hào)的有效電流的電路， 其對(duì)于諸如監(jiān)視用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電磁閥的電源電流之類的應(yīng)用呈現(xiàn)低成本和令人滿意的可靠性。為此，本發(fā)明提出一種用于測(cè)量被監(jiān)視的信號(hào)的有效電流的電路，其特征在于，它包括用于將DC參考信號(hào)隨動(dòng)(slave)到被監(jiān)視的信號(hào)的裝置，以使得該DC參考信號(hào)的有效電流等于被監(jiān)視的信號(hào)的有效電流。根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量電路具體地呈現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)-由于它可以用很便宜的電子電路以模擬方式實(shí)現(xiàn)同時(shí)避免依賴于數(shù)值計(jì)算的事實(shí)，它的成本減小了。此外，根據(jù)本發(fā)明的電路可以用諸如標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器之類的低成本的組件實(shí)現(xiàn)。 因此，不需要模擬乘法器或?qū)Ｓ眉呻娐贰?它的使用實(shí)現(xiàn)其電壓或強(qiáng)度容易測(cè)量的DC信號(hào)。-它的通帶僅僅由斬波頻率和使用的組件(諸如運(yùn)算放大器)的速度限制。因而， 可以將此通帶適配于電路期望的成本/性能比。-它的時(shí)間常數(shù)是可調(diào)節(jié)的，從而再次使得可以將該參數(shù)適配于期望的成本/性能比。-它的實(shí)施不消除包括在通帶中的任何諧波，從而排除了對(duì)被監(jiān)視的電流的任何過(guò)度的濾波。-它對(duì)被監(jiān)視的信號(hào)的測(cè)量通過(guò)與有效電流的平方成比例的測(cè)量來(lái)執(zhí)行，從而即便對(duì)該有效電流的低值也允許敏感的測(cè)量。-它的通帶是可調(diào)節(jié)的。在有效電流斷路的框架內(nèi)，該解決方案提供實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)斷路閾值的可能性。分別考慮或根據(jù)所有技術(shù)上可能的組合，根據(jù)本發(fā)明的電路還可以呈現(xiàn)下文特征中的一個(gè)或多個(gè)在一個(gè)實(shí)施例中，該電路包括第一調(diào)制器和第二調(diào)制器，其分別處理被監(jiān)視的信號(hào)或參考信號(hào)以便提供第一調(diào)制信號(hào)或第二調(diào)制信號(hào)，第一調(diào)制信號(hào)或第二調(diào)制信號(hào)的平均電流分別與被測(cè)量的信號(hào)的有效電流的平方或參考信號(hào)的有效電流的平方成比例。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該電路包括用于借助于周期信號(hào)通過(guò)脈沖寬度和幅度調(diào)制來(lái)調(diào)制第一調(diào)制信號(hào)和第二調(diào)制信號(hào)的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，第一調(diào)制器包括使得該脈沖寬度調(diào)制對(duì)應(yīng)于與被監(jiān)視的電流的強(qiáng)度成比例的占空比的裝置。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該電路包括用于利用斬波頻率調(diào)制被監(jiān)視的信號(hào)和DC參考信號(hào)的裝置，以使得在第一調(diào)制信號(hào)或第二調(diào)制信號(hào)的平均值的計(jì)算的周期T上該平均值與被測(cè)量的信號(hào)或參考信號(hào)的有效電流的平方成比例。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)調(diào)制器包括運(yùn)算放大器，其在第一輸入端處接收被調(diào)制的信號(hào)并在第二輸入端處接收該周期信號(hào)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該電路包括-在調(diào)制信號(hào)的有效電流之間通過(guò)它們的各個(gè)平均值執(zhí)行比較的塊，和
-經(jīng)由反饋環(huán)路將該比較的結(jié)果饋送給該電路作為DC參考信號(hào)的塊。本發(fā)明還涉及一種用于測(cè)量被監(jiān)視的信號(hào)的有效電流的方法，其特征在于，通過(guò)根據(jù)先前實(shí)施例之一的電路將DC參考信號(hào)隨動(dòng)到被監(jiān)視的信號(hào)，以使得該DC參考信號(hào)的有效電流等于被監(jiān)視的信號(hào)的有效電流。在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量機(jī)動(dòng)車輛的電磁閥致動(dòng)器的供電電流。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面給出的對(duì)參考附圖給出的本發(fā)明的實(shí)施例的非限制的指示的描述而清楚呈現(xiàn)，其中-圖1示出已被描述的脈動(dòng)電流；-圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)用于調(diào)制信號(hào)的比較電路；-圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的通過(guò)脈沖寬度和幅度調(diào)制的雙重調(diào)制信號(hào)；-圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)量電路的功能圖；-圖5表示運(yùn)算放大器和比較器電路；以及-圖6是使得可以執(zhí)行圖4描述的功能的電路圖。在所有圖中，公共的元件帶有相同的引用數(shù)字。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明，用于測(cè)量被監(jiān)視的信號(hào)i(t)的有效電流的電路包括用于將DC參考信號(hào)iDC(t)隨動(dòng)到該被監(jiān)視的信號(hào)i(t)的裝置，以使得該參考信號(hào)iDC(t)的有效電流 iDCeff(t)等于被監(jiān)視的信號(hào)的有效電流irff (t)。為了執(zhí)行此隨動(dòng)，根據(jù)本發(fā)明的電路可以實(shí)現(xiàn)施加于被監(jiān)視的信號(hào)i(t)和參考信號(hào)iDe(t) 二者的雙重調(diào)制功能。下面參考被監(jiān)視的信號(hào)i(t)描述對(duì)于兩個(gè)信號(hào)相似的該雙重調(diào)制。它具體地包括-第一脈沖寬度調(diào)制，使得調(diào)制信號(hào)U(t)的占空比·(t) ( S卩，在時(shí)刻t的脈沖寬度)根據(jù)下述公式與被測(cè)量的電流i(t)的強(qiáng)度成比例· (t) = K*i(t)其中K是常數(shù)。-第二幅度調(diào)制，使得調(diào)制信號(hào)U(t)的幅度與被測(cè)量的電流i(t)的強(qiáng)度成比例。在實(shí)際方式中，該脈沖寬度和幅度雙重調(diào)制可以通過(guò)包括運(yùn)算放大器10的調(diào)制器11(圖幻來(lái)執(zhí)行。為此，在運(yùn)算放大器10的V+輸入端(1 處提供被監(jiān)視的信號(hào)i(t)， 而在前述運(yùn)算放大器10的V-輸入端(14)處提供周期信號(hào)，通常為鋸齒波信號(hào)。當(dāng)V+端子(12)處的電壓大于放大器10的V-端子(14)處的電壓時(shí)，上拉電阻器 16施加信號(hào)i(t)的電壓。如果合適，該電壓為零。由這樣的雙重調(diào)制產(chǎn)生的信號(hào)u(t)的形狀如圖3所示，其中將該信號(hào)u(t)的強(qiáng)度(縱坐標(biāo)軸18)表示為時(shí)間(橫坐標(biāo)軸17)的函數(shù)。借助該雙重調(diào)制，獲得信號(hào)u(t)，在實(shí)踐中其平均值可以與它的有效強(qiáng)度irff(t)成比例。實(shí)際上，通過(guò)考慮該信號(hào)的脈沖周期(也兩倍于斬波周期)相對(duì)于為了對(duì)信號(hào) u(t)的平均值U(T)求值而實(shí)施的積分時(shí)間T較大，可以將平均值U(T)寫(xiě)為
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))的有效電流(ieff(t))的電路(22)，其特征在于， 它包括用于將DC參考信號(hào)(iD。(t))隨動(dòng)到被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))的裝置，以使得該DC參考信號(hào)(iDC(t))的有效電流(iDCrff(t))等于被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))的有效電流(irff(t))。
2.如權(quán)利要求1所述的電路(22)，其特征在于，它包括第一調(diào)制器(11)和第二調(diào)制器(19)，分別處理該被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))或該參考信號(hào)(iDe(t))以便提供第一調(diào)制信號(hào) (u(t))或第二調(diào)制信號(hào)(uD。(t))，第一調(diào)制信號(hào)(u(t))或第二調(diào)制信號(hào)(uDe(t))的平均電流(U(T)、Udc(T))分別與該被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))的有效電流(irff(t))的平方或該參考信號(hào)(iDC(t))的有效電流(iDCeff(t))的平方成比例。
3.如權(quán)利要求2所述的電路(22)，其特征在于，第一調(diào)制器(11)和第二調(diào)制器(19) 包括用于借助于周期信號(hào)、通過(guò)脈沖寬度和幅度調(diào)制來(lái)調(diào)制第一調(diào)制信號(hào)(u(t))或第二調(diào)制信號(hào)(UDC⑴)的裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的電路(22)，其特征在于，第一調(diào)制器(11)包括使得第一調(diào)制信號(hào)(u(t))的脈沖寬度調(diào)制對(duì)應(yīng)于與被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))的強(qiáng)度成比例的占空比(α)的直ο
5.如權(quán)利要求4所述的電路(22)，其特征在于，它包括用于利用斬波頻率調(diào)制該被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))和參考信號(hào)(iD。(t))的裝置，以使得在第一調(diào)制信號(hào)或第二調(diào)制信號(hào)的平均值(U (T), Udc (T))的計(jì)算的周期T上該平均值(U (T), Udc (T))與被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))或參考信號(hào)(ieff(t))的有效電流(ieff(t)、iDCeff(t))的平方成比例。
6.如權(quán)利要求3、4或5所述的電路(22)，其特征在于，每個(gè)調(diào)制器(11、19)包括運(yùn)算放大器(10)，其在第一輸入端(1 處接收被處理的信號(hào)(i(t)、ieff(t))之一、并在第二輸入端(14)處接收該周期信號(hào)。
7.如權(quán)利要求2到6中的一個(gè)所述的電路(22)，其特征在于，它包括-在被處理的信號(hào)(i(t)、irff(t))的有效電流(irff(t)、iDCrff(t))之間通過(guò)它們的各個(gè)平均值(U (T)、Udc (T))執(zhí)行比較的塊(M)，以及-將該比較的結(jié)果經(jīng)由反饋環(huán)路饋送給該電路作為該電路02)的參考信號(hào)(irff(t)) 的塊(26)。
8.一種用于測(cè)量被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))的有效電流(irff(t))的方法，其特征在于，通過(guò)根據(jù)前述權(quán)利要求中的一個(gè)所述的電路將DC參考信號(hào)(iD。(t))隨動(dòng)到被監(jiān)視的信號(hào) (i(t))，以使得該DC參考信號(hào)(iDC(t))的有效電流(iDCeff(t))等于被監(jiān)視的信號(hào)(i(t)) 的有效電流(ieff(t))。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，監(jiān)視與用于機(jī)動(dòng)車輛的電磁閥致動(dòng)器的供電電流有關(guān)的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))的有效電流(ieff(t))的電路(22)，其特征在于，該電路包括用于使得連續(xù)的參考信號(hào)(iDC(t))依賴于被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))的裝置，以使得該連續(xù)的參考信號(hào)(iDC(t))的有效電流(iDCeff(t))等于被監(jiān)視的信號(hào)(i(t))的有效電流(ieff(t))。
文檔編號(hào)G01R19/02GK102209900SQ200980144217
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者多米尼克·杜普伊, 路易斯·德索薩 申請(qǐng)人:法雷奧電機(jī)控制系統(tǒng)公司