具有偏移校准的电流感测电路的制作方法【专利说明】[0001]相关申请的交叉引用[0002]本发明要求于2013年7月16日提交的、针对题为乂URRENTSENSEWITHOFFSETCALIBRATIONALGOR口ΗΤ的美国临时专利申请号61/846，913的优先权。
技术领域：
[0003]本发明设及一种用于确定电路的无负载输出电压的电路，并且更特别地设及一种电路，该电路用于感测系统中的特定点处的电流，并且用于间歇地更新无负载偏移，W便更精确地确定电流。【
背景技术：
】[0004]为了确定通过电路中的特定点的电流，经常使用基于分流的电流测量电路。运样的电路使用电流分流电阻器和放大器。如本领域中公知的，跨电阻器的电压降等于通过电阻器的电流倍乘电阻器的电阻:V=IR。电流分流电阻器的电阻典型地非常小并且精确地已知，并且跨电阻器的电压降可W被精确地测量。运允许计算通过电阻器的电流。在图1中示出现有技术电路的示例。[0005]化是放大器电路，其测量跨电流分流电阻器Rshunt的小电压(V+和V-)，并且施加固定的已知增益。Ui的输出然后被传递到微控制器10,用于诸如通过模数转换器进行处理。通过从化确定电压Vcmt，可W确定跨Rshunt的电压，运允许确定跨Rshunt的负载电流。运样的系统在本领域中是公知的。[0006]然而，电路中的电流和电压测量受连接到电路的负载影响。相比于当不存在连接到电路的负载时，当负载连接到电路时，跨分流电阻器的电压并且因此通过分流电阻器的电流不同。电路的"无负载输出电压"或"无负载偏移"是指当负载电流为零时的该电路的输出电压。当偏移不是已知的或在操作期间变化时，测量误差发生。图2图示具有考虑的偏移的示例传递函数。[0007]如图2中所图示，线性传递函数在非零数字处交叉电压接入，非零数字是无负载偏移。因此，当确定通过分流电阻器流动的电流时，应当考虑无负载偏移。[000引该偏移实际上可能随着时间推移而漂移。无负载偏移可能受电路中的组件的溫度和/或老化影响。照此，为了正确地校准任何电流确定，有时应当重新计算无负载偏移。计算无负载偏移的最简单的方式是将负载与电路的其余部分断开，即将负载电流设置到零。遗憾的是，运在许多电路中是困难的、不切实际的或不可能的。[0009]因此期望提供一种系统，该系统将允许重新计算无负载偏移而不从电路移除负载。优选地，运样的系统将可适于高侧或者低侧电路。"高侧"电路包括与正电压源串联并且在负载之前的分流电阻器。"低侧"电路包括在负电压侧上的负载之后串联的分流电阻器。分别在图3和4中示出示例现有技术的高侧和低侧电路。【
发明内容】[0010]本发明设及一种系统，该系统测量无负载偏移电压而不将负载电流设置到零。切换设备由微处理器控制，W在电流测量模式和校准模式之间选择性地配置电路。当开关被设置到"打开"状态时，电路充当正常的现有技术电路，其中输出Vdu油微处理器读取W确定到负载的电流。然而，当开关被设置到"关闭"状态时，小值电阻器巧可大于Rshunt大约立个数量级)连接测量电路的输入端，使得电路可W生成对应于零负载电流的输出Vout。通过将V+和V-输入一起与低电阻的电阻器连接，无负载条件Vdiff=V+-V-3〇适用。在该状态中，无负载偏移可W在不关闭负载的情况下通过则量电路的输出电压来确定。[0011]开关在其中电流总是在一个方向上通过分流电阻器流动的应用中可能是单向的。然而，在电流可能在任一方向上通过分流电阻器流动的情况下，双向开关是优选的。[0012]另外，系统可被应用于高侧或者低侧电路。虽然电路的整体布置可能不同，但电路的偏移校准部分将优选地包括具有输入端和输出端的分流电阻器，其中分流电阻器的输入端还通向放大器的一个输入端，并且分流电阻器的输出端还通向放大器的第二输入端。另夕h开关由微控制器控制，并且开关的一侧连接到分流电阻器的输入端或者输出端。还使用小值电阻器，其中小值电阻器的一端连接到分流电阻器的另一输入端或输出端，并且小值电阻器的另一端连接到开关的第二侧。开关由微控制器致动，W选择性地断开分流电阻器的它的侧和放大器的各自的输入端之间的连接，使得分流电阻器的另一侧如正常地通向放大器的一个输入端，并且还通过小值电阻器通向放大器的另一输入端。【附图说明】[0013]图1是图示现有技术的分流电阻器的电路图。[0014]图2是示出具有考虑的偏移的示例传递函数的图形。[0015]图3是图示具有用于测量电流的分流电阻器的常规的现有技术的双向高侧嵌入式系统的电路图。[0016]图4是图示常规的现有技术的低侧电流测量电路的电路图。[0017]图5是类似于图3中示出的电路图的具有额外偏移校准组件的电流测量系统的电路图。[0018]图6是其中电流仅在一个方向上流动的类似于图5中示出的电路图的电路图。[0019]图7是其中电流仅在另一个方向上流动的类似于图6中示出的电路图的电路图。[0020]图8是类似于图4中示出的电路图的具有额外偏移校准组件的电流测量系统的电路图。[0021]图9是来自示出电流测量系统的电压输出的示波器的标记的图像。该系统在测量和校准模式之间切换，并且在取样之前等待Atstable。[0022]图10是示出微控制器的逻辑的流程图。[0023]应当理解的是:本附图不一定按比例，并且本文中公开的实施例有时通过片段视图来图示。在某些情况下，可能已经省略对于理解本发明不是必要的或致使其它细节难W感知的细节。还应当理解的是:本发明不一定限于本文中图示的特定实施例。贯穿各种附图利用的同样数字指定同样或类似的部件或结构。【具体实施方式】[0024]本系统和电路设及一种自校正的电流测量系统，其使用电流分流、用模拟开关和短路电阻器修改的放大器电路W及微处理器来产生与具有某一增益的电流成比例的电压。在运样的电路中，电流可W由下述线性方程来建模：I=m·(V-V0)，其中V是电流测量电路的输出电压，V0是当负载电流为零时的相同电流测量电路的输出电压，并且m是电路的跨导(即电压到电流转换因子）。[0025]返回来参考图3,现有技术的电路由电流分流电阻器Rshunt、可选的偏置和保护电阻器R1和R2、跨导放大器U1、输出增益电阻器Rcmt、可选的偏移偏置电流化1和化2、W及可选的滤波电容器C1、C2、C3和Cnut构成。当在电路的输出中期望负偏移偏置时，使用通过R1的可选的偏置电流化1的动作，并且当在输出中期望正偏移偏置时，施加通过R2的偏置电流化2。运分别对应于图2中的线性传递函数的向下和向上漂移。典型地，在任何一次将使用仅仅一个偏置电流。[0026]可W容易地从图3中的电路拓扑导出DC传递函数。U1表示跨导放大器，其增益由项gm给出，项抑是指W(安培/伏特)为单位的线性差分电压对电流增益。用于电路的VDUt的DC输出电压传递函数可W通过忽略1C化的输入偏置电流的检查来导出：[0027][00%]通过将输出U1上的电流转换成电压，电阻器Rout给电路提供额外增益，所述电压然后可W由微控制器上的模数转换器处理。该方程可W被改写成通过电流分流电阻器Rshunt的负载电流的函数，给定：[0029]Vdiff=V+-V-并且Vdiff=Iload·Rshunt[0030]对于电路输出电压，可W将表达式导出为Ilnad的函数：[当前第1页1 2