电流测量电路的制作方法

本发明涉及电流测量电路的改进和用于这种电路中的改进的电流感测电阻器。本发明尤其涉及电力辅助转向系统中的电流测量。

众所周知，沿着电路中的路径流动的电流可以通过测量路径内串联连接的电阻器两端的电位降来测量。通过应用欧姆定律，给出电流为i＝(vi-vo)/r，其中vi和vo是以伏特为单位的电阻器的输入电压和输出电压，并且r是以欧姆为单位的电阻。

通常通过将电阻器的输入侧和输出侧连接到差分放大器的正输入端和负输入端然后连接到微处理器来进行对电位降的测量，其中如果需要，微处理器将差分放大器的输出转换成电流值。

虽然这样的电路通常是可靠的，但是申请人首先认识到其中存在许多可能的故障模式，并且本发明的目的是改进至少一种可能的故障模式。

根据第一方面，本发明提供了一种电流测量电路，其适于测量电流沿着电路(诸如电力辅助转向系统的一部分)中的路径的流动，该电流测量电路包括：

电流测量电阻器，其串联地位于待测电流可以流动通过的电气路径中，

第一测量子电路，其测量电阻器的至少一部分的两端下降的电压，并产生第一输出信号，以及

第二测量子电路，其测量电阻器的至少一部分的两端下降的电压，并产生第二输出信号，

并且其中两个子电路到电阻器的电气连接彼此独立。

在最优选的布置中，除了电气连接彼此独立以外，两个子电路也可以完全独立，由此我们的意思可以是它们没有共享的电部件。

两个子电路可以测量通过电阻器的基本相同的路径两端的电压降。例如，在电阻器具有两个相对侧，其间限定了路径的情况下，每个子电路可以测量电阻器的两侧之间的电压差。

每个子电路可以包括放大器电路。一个子电路的放大器电路可以独立于另一个子电路的放大器电路。

电流测量电路可以包括控制器，该控制器在使用中处理两个子电路的输出以提供单个电流测量作为输出。

在使用中，控制器可以将单个电流测量设置为等于第一输出信号(除非检测到故障)，或者等于第二输出信号的输出(除非检测到故障)。

当检测到故障时，控制器可以将单个电流测量切换为等于第一输出信号和第二输出信号中的另一个。

因此，电流测量电路可以包括监测第一输出信号和第二输出信号以检测故障的故障检测电路。

故障检测电路可以包括比较两个输出信号的比较装置，并且在它们以与预期偏差不一致的方式偏离的情况下，生成指示故障存在的信号。

故障检测装置还可以被布置成对每个子电路执行诊断测试，其中偏移电压被施加到放大器的一个输入端或两个输入端，以确定放大器中或者在将放大器连接到电流感测电阻器的电路中是否存在故障，或者在电阻器本身中是否存在故障。

第一电流测量电路和第二电流测量电路可以测量在感测电阻器元件的不同部分的两端下降的电压，并且根据该测量产生相应的输出信号。

已知流过电阻器的电流将在电阻器两端产生电压降，电压、电流和电阻之间的关系由基尔霍夫定律a来确定：

vdrop＝i*r

其中vdrop1,2是输出信号；

i是电流；并且

r是电阻器两端的路径的电阻。

每个子电路可以被布置成通过为电路提供电流感测电阻器的部分的电阻值来产生相应的输出信号，其中子电路连接到该电流感测电阻器的该部分的两端。这可以在电路的存储器中提供，并且可以在系统的校准期间进行设置。

电流测量电路可以包括电路板，该电路板设有电迹线，电流感测电阻器附连到该电迹线，该电路板携带第一测量子电路和第二测量子电路，每个子电路使用不与另一个子电路共享的电气连接连接到感测电阻器。

每个子电路到电阻器的电气连接可以包括焊接接头。每个子电路可以具有不与另一个电路共享的其自己的焊接接头(在本申请的上下文中，每个焊接接头被认为是单个电气连接)。

感测电阻器可以包括通过焊接接头连接到相关联的子电路的支脚或引脚。引脚可以是检测电阻器的组成部分。

测量电路中的每一个可以连接到电阻器的不与另一个测量电路共享的一对支脚。因此，如果支脚中存在故障，那么它将只对一个测量电路引起相应的故障而不会对另一个测量电路引起相应的故障。

将电阻器连接到要沿其测量电流的电流路径的到电阻器的输入端和电阻器的输出端还可以包括不与电流测量电路连接到的支脚共享的支脚。输入端可以包括两个支脚，并且输出端也可以包括两个支脚，使得在输入端存在两个焊接连接(每个支脚一个焊接连接)并且在输出端存在两个焊接连接(每个支脚一个焊接连接)。这确保了如果一个电焊接接头或支脚发生故障，不会存在单点故障。

电阻器上的支脚的位置确定在其两端测量电压降的路径。

支脚可以穿过电路板中的开口，在那里它们被焊接在适当位置，或者可以搁置在电路板的表面上(通过安装(throughmounted)或表面安装)。

感测电阻器可以包括导电的(例如金属或金属合金)元件，元件被折叠成u形以限定在脊处接合的两个翼，每个翼沿着与脊相对的边缘设有四个支脚，这些支脚用于连接到子电路，连接到要沿着其测量电流的路径的第一部分，以及连接到位于电阻器的电气相对侧上的路径的第二部分。

因此，感测电阻器包括单个整体形成的元件，该元件限定两条单独的电阻性路径，在该路径两端测量电压降。每条路径可以在其两端被支脚或引脚端接，其不与两条路径中的另一条共享该支脚或引脚。

特别地，电流测量电路可以适用于故障关键系统中，诸如电力辅助转向系统，其包括具有至少一相的电马达、产生控制信号的控制电路，其中控制信号被转换成要通过马达驱动电路施加到该至少一相的电压，电流测量电路产生指示在马达中流动的电流的输出信号。

根据第二方面，本发明提供了一种用于电流测量电路的电流感测电阻器，该电流感测电阻器包括设有至少八个支脚的金属元件，每个支脚限定连接点，电阻器通过导电接头经由该连接点连接到电流测量电路，其中支脚成对地位于金属元件上，使得具有已知电阻的电气路径存在于一对的每个支脚之间。

支脚可以被定位成使得通过每对之间的元件的电气路径不同。

为了方便起见，沿着两条路径的电阻可以匹配。(问题——对两条路径的电阻是否有偏好)。

电流感测电阻器可以被固定到电路板，其中每个支脚通过相应的焊接接头连接到电路板的迹线。

每个支脚可以通过电路板迹线中的开口，或者可以在不通过迹线的情况下被焊接到迹线的表面。

电阻器可以包括形成u形的金属元件，u形限定了在脊处接合的两个翼，每个翼沿着与脊相对的边缘设有四个支脚，用于连接到电流测量电路的子电路。

可以沿着一个边缘提供四个支脚，并且沿着另一个边缘提供四个支脚。这些支脚可以沿着边缘等间隔隔开。

现在将参考附图并如附图中所示的那样仅作为示例来描述本发明的一个实施例，其中：

图1是落在本发明的第一方面的范围内的电流测量电路的简单的框图；

图2是可以用于图1的电路的电流感测电阻器的透视图；

图3显示了被拉平的元件；

图4示出了到电流感测电阻器的八个支脚中的每一个的连接；以及

图5是示出图1的电流测量电路在电力辅助转向系统中的典型应用的图；以及

图6是电阻器和触点的电气表示。

图1示出了落在本发明的第一方面的范围内的电流测量电路100。该电路包括电流测量电阻器110，该电流测量电阻器110串联地位于要沿着其测量电流的路径中(问题——我是否正确绘制了该路径？)。图1中的电流作为iin在左侧进入，并作为iout在右侧离开。

稍后将更详细地描述并在图6中以电气方式表示的电阻器110包括携带8个导电支脚111-118的单个元件，这些支脚形成其间存在具有已知电阻的路径的对。在这个示例中，路径具有电阻r。

电流测量电路包括两个子电路120、130，每个子电路测量在电阻性路径两端下降的电压。通常，纯粹是为了这个目的而在马达的电流流动路径中与有源系统串联地设置感测电阻器110，并且将具有高公差和已知的电阻。优选地，沿着支脚对之间的每条路径的电阻小，使得其对于有源电路可用的总电压几乎没有影响，该电阻例如为1mohm或更小的量级。

两个电压输入(v1,1’和v2,2’)取自电阻器r的每一侧。电压v1,1’和v2,2’中的每一个被馈送到每个子电路的相应输入。如图所示，每个子电路120、130包括由运算放大器(op-amp)形成的差分放大器。一个子电路的输出(isense1)将与电流成比例，并且另一个子电路的输出isense2也将与电流成比例。电阻器包括具有两对感测连接的单个电阻性元件。

两个信号被馈送到包括故障诊断电路150的控制器140中。控制器监测这两个信号，并且，除非故障诊断电路标记出故障，否则它使用isense_1作为电流测量电路的主输出。

诊断电路可以对每个子电路实施诊断测试以确定是否其中一个或两个子电路有故障。例如，可以将偏移电压施加到每个子电路的差分放大器(在使用的情况下)的一个或两个输入，并且观察放大器的输出的行为，以确定是否存在故障。

如果偏移测试指示isense_1出现问题，则系统将转移到isense_2，用于电流测量电路的输出。isense_2也配备有与isense_1相同的偏移测试，并且当控制已经转移到isense_2时，偏移测试将被转移到isense_2，以监测该放大器通道的正确操作。如果之后偏移测试揭示isense_2放大器出现问题，则系统将转移到另一个复现操作模式，如下所述。

因为isense_1和isense_2得自电流感测电阻器的不同支脚，所以不存在两个子电路共同的单点故障模式。这排除了现有技术电路的感测连接和相关联的信号路径的常见单点故障模式。两个子电路不共享共同的部件或共同的电气路径，并且不共享电阻器的支脚或共同的焊接接头。

图2至图4详细示出了合适的感测电阻器元件110。可以通过将扁平的金属元件弯曲成u形来形成该元件，该u形具有在脊处相遇的两个翼160、170，每个翼的自由边缘携带八个支脚中的四个。图2示出了折叠的电阻器，而图3示出了在折叠前被拉平的电阻器。如图所示，翼各自是平面的并且彼此平行，以与电路板成90度从电路板延伸离开，以最小化在电路板上使用的基板面(realestate)的量。该形状也有助于冷却，因为空气可以容易地流过电阻器110。此外，感测电阻器的低封闭面积最小化其自感，如果测量的电流信号在快速变化，则这是有益的。

图4示出了从感测电阻器元件到两个子电路以及到待测量电流沿着其流动的路径的输入侧和输出侧的电气连接的位置。图4中的箭头表示电阻测量点，在这些点中的每一个处提供支脚。

电流测量电路尤其适用于监测电气系统(诸如电力转向系统)的马达中流动的电流。图5是一个这样的合适的应用的框图。

向转向系统的一部分施加辅助力的马达由马达桥电路驱动，该马达桥电路由马达桥驱动器控制，其中马达桥驱动器从马达控制器接收脉宽调制信号。两个子电路与马达桥电路集成，并且如图所示，可以共享公共的电路板和散热器(未示出)。

电流感测电阻器110被放置在马达中流动的电流的路径中，并且电流测量电路的输出被馈送到马达控制器。

在由电流测量电路的诊断电路检测到两个电流感测放大器通道isense_1和isense_2都发生故障的情况下，系统马达控制器可以初始地移动到不依赖于马达电流测量的“电压控制”操作模式。但是，由于两个不共享共同部分的子电路的完全独立，预期这种故障事件将不太可能出现。