电流感测电路的制作方法

本发明涉及一种电流感测电路，特别涉及一种电流感测电路，其可根据感测到的电流来调整感测路径上的阻抗。


背景技术：

一般而言，为了保护电子装置中的元件免于受到过大电流的影响，设置电流监控器以监控特定电路或装置上两节点/端子之间的电流，且电子装置根据感测到的电流进一步执行保护操作。举例来说，在笔记型计算机中，当感测到一特定电路或装置具有一大电流流经时，则表示该特定电路或装置的温度因大电流而提高，此时，则笔记型计算机可启动风扇笔或降低操作效能，以降低该特定电路或装置的温度。然而，在电子装置的电路板上用于感测电流路径的至少两条绕线的等效阻抗彼此之间可能不匹配，导致感测到的电流出现误差，使得电子装置无法正确定地执行对应实际电流的操作。若无法正确地执行对应实际电流的操作，在车用电子装置中，由于车用电子装置的每一项数据都与人的生命安全相关，因此，车用电子装置能准确地感测一特定电路或装置上的电流是很重要的。


技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种电流感测电路，用于一电子系统。电子系统包括一待测电路。待测电路的一第一电压端耦接一第一绕线，且待测电路的一第二电压端耦接一第二绕线。电流感测电路包括一感测电阻器、一电流监控器、一第一可变电阻器、以及一处理器。感测电阻器设置在待测电路，且耦接在第一电压端与第二电压端之间。电流监控器具有一第一端子与一第二端子。第一绕线耦接在第一端子与第一电压端之间，且第二绕线耦接在第二端子与第二电压端之间。第一可变电阻器与第一绕线串接在第一端子与第一电压端之间。处理器耦接电流监控器。电流监控器根据第一端子上的一第一电压、第二端子上的一第二电压、以及感测电阻器的阻抗获得一感测电流，且根据感测电流产生一感测信号。处理器接收感测信号，且根据感测信号来决定是否调整第一可变电阻器的阻抗。根据上述实施例，通过调整可变电阻器的阻抗，可使使第一绕线与可变电阻器的总等效阻抗与第二绕线的等效阻抗相匹配。基于阻抗匹配，电流监控器获得的感测电流可精确地表示流经感测电阻器的实际电流，即感测电流与流经感测电阻器的实际电流之间的电流差随时间成线性特性或接近线性特性。即使当电子系统的环境改变而导致第一或第二绕阻的等效阻抗发生变化，感测电流仍能精确地表示流经感测电阻器的实际电流，藉此使得电子系统能正确地且即时地执行特定操作。
附图说明
图1是本发明一实施例的具有电流感测电路的电子系统的示意图。图2是表示在理想情况与在实际操作时感测到的电流与实际电流之间的电流差随时间的变化。
图3是本发明另一实施例的具有电流感测电路的电子系统的示意图。图4是本发明另一实施例的具有电流感测电路的电子系统的示意图。【符号说明】
36.1，3，4:电子系统10:处理器11:电流监控器12:操作电路(待测电路)13:数字可变电阻器14:感测电阻器15n:第二绕线15n-1:第三绕线区段15n-2:第四绕线区段15p:第一绕线15p-1:第一绕线区段15p-2:第二绕线区段20，21:曲线30:数字可变电阻器100:电流感测电路110:第一端子111:第二端子120:第一电压端121:第二电压端gnd:接地电压s10:控制信号s11:感测信号s30:控制信号vdd:操作电压vn:第二电压vp:第一电压
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。图1是表示根据本发明一实施例的电子系统。参阅图1，电子系统1包括一处理器10、一电流监控器11、至少一操作电路12、一数字可变电阻器13、以及一感测电阻器14。在图1的实施例中，处理器10、电流监控器11、至少一操作电路12、数字可变电阻器13、以及感测电阻器14位于同一电路板上。在其他实施例中，电流监控器11、至少一操作电路12、数字可变电阻器13、以及感测电阻器14位于一电路板上，而处理器10位于另一电路板。电子系统1可包括多个操作电路以执行多个特定操作或功能。在图1的实施例中，
以一个操作电路12为例来说明。当电流监控器11执行一电流感测操作时，操作电路12作为待测电路。电流监控器11具有第一端子110与第二端子111。待测电路12具有第一电压端120与第二电压端121。感测电阻器14具有固定阻抗，其设置在待测电路12上且耦接在待测电路12的第一电压端120与第二电压端121之间。在图1的实施例中，当电子系统1上电时，第一电压端120接收待测电路12的一操作电压vdd，且第二电压端121则接收一接地电压gnd。电流监控器11的第一端子110通过电路板上的第一绕线15p连接待测电路12的第一电压端120，而电流监控器11的第二端子111通过电路板上的第二绕线15p连接待测电路12的第二电压端121。假设数字可变电阻器13未串接在第一绕线15p。在电子系统1的电路板布置完成后，在理想情况下，第一绕线15p的等效阻抗与第二绕线15n的等效阻抗相匹配(例如，第一绕线15p的长度与宽度分别与自二绕线15的长度和宽度相等)。因此，感测电流i可精确地表示流经电阻器14的实际电流，即感测电流i与流经感测电阻器14的实际电流之间的电流差δi随时间成线性特性(或接近线性特性)，如图2的曲线20所示。然而，在实际操作时，因电路板布置、电路板的工艺、或环境变化，第一绕线15p的等效阻抗与第二绕线15n的等效阻抗可能变为不匹配(例如，第一绕线15p的长度与第二绕线15的长度不相等，或第一绕线15p的宽度与第二绕线15的宽度不相等)，此时获得的感测电流i无法精确地表示流经感测电阻器14的实际电流，即电流监控器11的感测操作出现误差，这使得感测电流i与流经感测电阻器14的实际电流之间的电流差δi随时间成非线性特性，如图2的曲线21所示。为了要消除上述的误差，本技术在第一绕线15p或第二绕线15n上串接数字可变电阻器13，且可变电阻器13具有一初始阻抗。在图1的实施例中，假设在电子系统1的电路板布置完成后，第一绕线15p的长度短于第二绕线15n的长度，数字可变电阻器13则串接在第一绕线15p。图1所显示的第一绕线15p与第二绕线15n仅用于说明待测电路12与电流监控器11之间的连接，第一绕线15p与第二绕线15n在图1中的长度与配置非为在电路板上的实际情况。参阅图1，详细来说，第一绕线15p分为第一绕线区段15p-1以及第二绕线区段15p-2，且数字可变电阻器13耦接在第一绕线区段15p-1与第二绕线区段15p-2之间。数字可变电阻器13的阻抗可由处理器10所产生的控制信号s10来调整。控制信号s10的电压电平可决定数字可变电阻器13的阻抗的调整方向。举例来说，当控制信号s10具有一高电压电平时，数字可变电阻器13的阻抗增加(调整方向由低阻抗朝向高阻抗)，相反地，当控制信号s10具有一低电压电平时，数字可变电阻器13的阻抗减少(调整方向由高阻抗朝向低阻抗)。在图1的实施例中，处理器10、电流监控器11、可变电阻器13、以及感测电阻器14组成电流感测电路100。以下将详细说明电流感测电路100的操作。电流感测电路100可在不同的模式下操作，例如一测试模式和一操作模式。在一实施例中，测试模式发生在电子系统1的电路板布置完成但尚未出厂前。操作模式是发生在电子系统1出厂后且电子系统1所应用的电子设备被致能的期间。在一实施例中，电子设备例如可为交通运输设备，例如航空器、汽车、机车等。在测试模式下，数字可变电阻器13初始具有一基准阻抗。当电子系统1上电时，电流监控器11检测第一端子110上的第一电压vp以及检测第二端子111上的第二电压vn。根据
上述，感测电阻器14具有一固定阻抗(r14)。电流监控器11将阻抗r14存储在其内的一存储装置。参阅图1，电流感测路径经过第一端子110、第一绕线15p(15p-1与15p-2)、数字可变电阻器13、感测电阻器14、第二绕线15n、以及第二端子111。第一电压vp与第二电压vn间的电压差(vp-vn)可表示第一绕线15p与数字可变电阻器13的总等效阻抗(第一绕组15p的等效阻抗与数字可变电阻器13的基准阻抗的总和)与第二绕线15n的等效阻抗之间是否匹配。电流监控器11基于欧姆定律，使用阻抗r14以及感测到的电压vp与vn进行运算以获得一感测电流电流电流监控器11根据获得的感测电流i产生一感测信号s11，其表示感测电流i的值。当电流监控器11产生感测信号s11时，处理器10接收感测信号s11且根据感测信号s11判断感测电流i的值是否在一预设电流范围(ir)内。在本发明的实施例中，处理器10预先定义一预设电流值ipre，且根据电子系统1对于电流检测的可容忍度来定义上述预设电流范围。预设电流范围具有一上限值thh以及一下限值thl，且预设电流值ipre在预设电流范围ir内，即thl《ipre《thh。当处理器10判断出感测电流i的值落在预设电流范围ir内(即，thl《i《thh)，则表示第一绕线15p与数字可变电阻器13的总等效阻抗与第二绕线15n的等效阻抗相匹配或者此两者间的差距在可容许范围内，即获得的感测电流i能精确地表示流经感测电阻器14的实际电流。此时，处理器10不调整数位可变电阻器13的阻抗，即数字可变电阻器13的阻抗维持在基准阻抗。测试模式则结束。当处理器10判断出感测电流i的值不落在预设电流范围ir内(即，i《thl或i》thh)，则表示第一绕线15p与数字可变电阻器13的总等效阻抗与第二绕线15n的等效阻抗不匹配或者此两者间的差距在超出可容许范围，即获得的感测电流i未精确地表示流经感测电阻器14的实际电流。此时，处理器10根据判断结果得知须调整数位可变电阻器13的阻抗。因此，处理器10产生通过控制信号s10来调整数位可变电阻器13的阻抗。通过上述操作，第一绕线15p与数字可变电阻器13的总等效阻抗经调整后则与第二绕线15n的等效阻抗相匹配或者此两者间的差距回到可容许范围内。此时获得的感测电流i逐渐朝预设电流值ipre改变，最终维持等于或接近预设电流值ipre。之后，测试模式则结束。通过电流检测电路100在测试模式下的操作，在出厂前能确保第一绕线15p与数字可变电阻器13的总等效阻抗与第二绕线15n的等效阻抗变彼此匹配或者此两者间的差距在可容许范围内，使得感测电流i可精确地表示流经感测电阻器14的实际电流，即感测电流i与流经感测电阻器14的实际电流之间的电流差δi随时间成线性特性或接近线性特性。数字可变电阻器13的基准阻抗或测试模式结束前数字可变电阻器13的最后经调整的阻抗则作为一初始阻抗，以用于操作模式。在电子系统1出厂后且电子系统1所应用的电子设备被致能的期间，第一绕线15p与第二绕线15n各自的等效阻抗可能因为电子设备的操作环境变化(例如，温度变化)而改变，导致第一绕线15p与数字可变电阻器13的总等效阻抗与第二绕线15n的等效阻抗之间不匹配。因此，当电子设备被致能时，电流感测电路100则进入操作模式。在操作模式下，数字可变电阻器13具有上述初始阻抗。此时电子系统1上电。电流监控器11检测第一端子110
上的第一电压vp以及检测第二端子111上的第二电压vn，且基于欧姆定律，使用阻抗r14以及感测到的电压vp与vn进行运算以获得感测电流电流监控器11根据获得的感测电流i产生感测信号s11，其表示感测电流i的值。当电流监控器11产生感测信号s11时，处理器10接收感测信号s11且根据感测信号s11判断感测电流i的值在一预设时间长度内的变化幅度是否大于一临界值。当处理器10判断出感测电流i的值在预设时间长度内的变化幅度不大于一临界值，则表示第一绕线15p与数字可变电阻器13的总等效阻抗与第二绕线15n的等效阻抗相匹配或者此两者间的差距变在可容许范围内，即获得的感测电流i能精确地表示流经感测电阻器14的实际电流。此时，处理器10不调整数位可变电阻器13的阻抗，即数字可变电阻器13的阻抗维持在初始。当处理器10判断出感测电流i的值在预设时间长度内的变化幅度大于临界值时，则表示因电子设备的环境改变，第一绕线15p与数字可变电阻器13的总等效阻抗不与第二绕线15n的等效阻抗不匹配或者此两者间的差距超出可容许范围，即获得的感测电流i变为无法精确地表示流经感测电阻器14的实际电流。此时，处理器10根据判断结果得知须调整数位可变电阻器13的阻抗。因此，处理器10产生通过控制信号s10来调整数位可变电阻器13的阻抗。通过上述操作，第一绕线15p与数字可变电阻器13的总等效阻抗经调整后则与第二绕线15n的等效阻抗相匹配或者此两者间的差距回到可容许范围内。根据上述，在操作模式下，即使电子设备的操作环境变化导致电路板上各绕线的等效阻抗改变，电流检测电路100能通过调整数位可变电阻器13的阻抗，使第一绕线15p与数字可变电阻器13的总等效阻抗变为与第二绕线15n的等效阻抗相匹配或者此两者间的差距回到可容许范围内。因此，电流监控器11获得的感测电流i可精确地表示流经感测电阻器14的实际电流，即感测电流i与流经感测电阻器14的实际电流之间的电流差δi随时间成线性特性或接近线性特性。电子设备能根据获得的感测电流i正确地且即时地执行特定操作。在图1的实施例中，将数字可变电阻器13串接在第一绕线15p。在其他实施例中，在电子系统1的电路板布置完成后，第二绕线15n的长度短于第一绕线15p的长度。此时，数字可变电阻器13未串接第一绕线15p，而一数字可变电阻器串接第二绕线15n。参阅图3，电子系统3与图1的电子系统1大致相同。电子系统1与3间的相异之处在于，一数字可变电阻器30串接第二绕线15n，而第一绕组15p未串接任何数字可变电阻器。在此实施例中，处理器10、电流监控器11、可变电阻器30、以及感测电阻器14组成电流感测电路100。如图3所示，详细来说，第二绕线15n分为第三绕线区段15n-1以及第四绕线区段15n-2，且数字可变电阻器30耦接在第三绕线区段15n-1与第四绕线区段15n-2之间。数字可变电阻器30的阻抗可由处理器10所产生的控制信号s30来调整。在图3的实施例中，电流监控器11以及处理器10的操作与图1的实施例相同，在此省略说明。须注意的是，在图3的实施例中，处理器10产生控制信号s30。产生控制信号s30的机制与图1的实施例中产生控制信号s10的机制相同，在此省略说明。在其他实施例中，第一绕线15p与第二绕线15n各串接一数字可变电阻器。参阅图4，电子系统4大致上与电子系统1、电子系统3相同。电子系统4相异于电子系统1与3之处在
于，一数字可变电阻器13串接第一绕线15p，且一数字可变电阻器30串接第二绕线15n。换句话说，电子系统4是电子系统1与3的结合。在此实施例中，处理器10、电流监控器11、可变电阻器13与30、以及感测电阻器14组成电流感测电路100。数字可变电阻器13与30分别与绕线15p与15n的串接方式，请参阅第1与3图的相关说明，在此省略叙述。在电子系统4中，电流监控器11的感测操作与处理器10的判断操作与图1的实施例相同，在此省略叙述。在一实施例中，在测试模式下当处理器10判断出感测电流i的值不落在预设电流范围ir内，处理器10可产生控制信号s10与s30中一个，以调整数位可变电阻器13与30中对应数字可变电阻器的阻抗；在操作模式下，当处理器10判断出感测电流i的值在预设时间长度内的变化幅度大于临界值时，处理器10可产生控制信号s10与s30中一个，以调整数位可变电阻器13与30中对应数字可变电阻器的阻抗。换句话说，处理器10根据判断结果不同时调整数位可变电阻器13与30的阻抗。在其他实施例中，处理器10根据判断结果可同时调整数位可变电阻器13与30的阻抗。详细来说，在测试模式下当处理器10判断出感测电流i的值不落在预设电流范围ir内，处理器10可产生控制信号s10与s30，以同时调整数位可变电阻器13与30的阻抗；在操作模式下，当处理器10判断出感测电流i的值在预设时间长度内的变化幅度大于临界值时，处理器10可产生控制信号s10与s30，以同时调整数位可变电阻器13与30的阻抗。在同时调整数位可变电阻器13与30的阻抗的情况下，数字可变电阻器13与30的调整方向相反。详细来说，处理器10产生的控制信号s13与s30中的一个具有高电压电平以增加对应的数字可变电阻器的阻抗，而控制信号s13与s30中的另一个具有低电压电平以减少对应的数字可变电阻器的阻抗。通过同时调整数位可变电阻器13与30的阻抗，第一绕线15p与数字可变电阻器13的总等效阻抗可在短时间内变为与第二绕线15n与数字可变电阻器30的总等效阻抗相匹配。虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。