具有故障检测的电流监视器制造技术

本公开涉及具有故障检测的电流监视器。差分放大器可用于提供通过负载设备的感应电流的放大表示。单独的信号路径可用于提供快速的故障检测，而无需使用差分放大器。例如，电压缩放电路可用于缩放指示负载电流的差分输入信号。然后可以将缩放表示与对应于故障电流值的指定阈值进行比较。以此方式，可以使用高速低压比较器来提供对故障电流的检测，否则该故障电流会超出差分放大器的输入范围，其中差分放大器单独用于精密电流监控。作为说明性示例，即使当差分放大器的输入饱和时，这种方案也可以提供故障检测。

【技术实现步骤摘要】
具有故障检测的电流监视器
该文件总体上但非限制性地涉及电流监视电路和相关技术，并且更具体地涉及包括故障检测的电流监视。
技术介绍
在各种应用中，可以感测电流，例如出于监视、保护或控制负载设备的目的。可以相对于单相或多相负载执行这种电流感测。通常，可以将电流感测元件(例如感测电阻器)与电源和负载串联放置。在多相系统中，可以将电流感应元件与电源和对应于每个相的负载串联放置。流过电源和相应负载的电流(例如瞬时电流)可以例如通过放大和测量代表传感设备产生的电压降的差分信号来确定。这种放大的输出可以用于监视或控制负载设备的目的。
技术实现思路
如上所述，指示电流流过负载的信号可以被放大。在一个示例中，诸如差分放大器之类的模拟放大器可以用于放大指示这种负载电流的差分信号。在一种方法中，这样的差分放大器的输出也可以被路由到差分放大器下游的其他设备，例如用于保护负载(例如，故障检测)。本专利技术人已经认识到这种方法会带来挑战。例如，作为说明性示例，差分放大器可以被配置为提供相对宽的共模输入电压容限，诸如在大约-20V至大约80V之间的容差。差分放大器还可具有规定的差分输入电压范围，以涵盖与所需负载电流测量范围相对应的电压范围。通常，差分放大器将下游设备与相对较高的共模电压隔离，同时放大指示负载电流的相对较低的差模电压。如果差分放大器还用于为下游故障检测设备(如故障电流检测比较器)提供信号调理，则差分放大器的差分输入电压范围也必须包含与故障电流阈值相对应的电压幅值。该故障电流阈值可能是正常运行期间预期的负载电流大小的值的许多倍。因此，如果差分放大器具有较宽的差分输入电压范围以驱动下游故障检测装置，则当差分信号幅度不接近故障阈值时，可牺牲一个或多个精度或精度。为了解决这些挑战，本专利技术人已经认识到可以使用单独的信号路径来提供快速的故障检测，而不是依赖于与用于精确负载电流监视的相同的差分放大器。例如，可以使用电压缩放电路，例如包括各个电阻分压器网络的无源电路，来缩放表示负载电流的差分输入信号。然后可以将缩放表示与对应于故障电流值的指定阈值进行比较。以此方式，可以使用高速低压比较器来提供故障电流的检测，否则该故障电流将超出单独用于精密电流监控的差分放大器的输入范围。作为说明性示例，即使当差分放大器的输入饱和时，这种方案也可以提供故障检测。可以使用阈值信号输入来提供用于故障电流检测的阈值。比较器电路可以将阈值信号与指示负载电流的差分信号的正极性和负极性成分相加。以这种方式，可以建立可调节的故障电流阈值。在一个示例中，电流监视电路可以在存在共模电压的情况下提供增强的动态范围和快速的故障检测。电流监视电路可包括差分放大器电路，包括：两端输入，用于接收指示被监视电流的差分信号；以及输出，用于提供具有指示被监视电流的幅度的信号；电压缩放电路；和比较器电路，包括两端输入，用于从所述电压缩放电路接收被监视电流的差分信号的缩放表示，以便与指示故障电流阈值的阈值信号进行比较。比较器电路可以被安排为具有连续时间输入方案或离散时间(例如，离散时间开关电容器)输入方案来操作。在一个示例中，用于电流监视的方法可以包括接收指示被监视电流的差分信号，以及响应地提供包括具有指示被监视电流的幅度的信号的输出。该方法可包括缩放指示被监视电流的差分信号以提供缩放表示，以及使用比较器电路将所述缩放表示与指示故障电流阈值的阈值信号进行比较。通常，本文档中描述的示例可以全部或部分地在集成电路封装中实现，例如使用共同共享的集成电路芯片进行单片集成。该概述旨在提供本专利申请的主题的概述。并不旨在提供本专利技术的排他性或详尽的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的更多信息。附图说明在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的组件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式大体上示出了本文档中讨论的各种实施例。图1总体上示出了用于产生指示所监视的电流的信号的电气设备的示例。图2A和图2B大体上示出了包括连续时间比较器电路的用于产生指示监视电流的信号的电气设备的各个示例。图3总体上示出了开关电容器比较器电路的示例，例如可以接收指示故障电流阈值的阈值信号，以与指示监视的负载电流的差分信号进行比较。图4总体上示出了诸如方法之类的技术，该技术可以包括：接收指示被监视电流的差分信号，以及提供输出，该输出包括指示被监视电流的信号以及缩放表示被监视电流的差分信号，并将缩放后的表示与指示故障电流阈值的阈值信号进行比较。图5A、图5B、图5C和图5D共同示出了与电流监视电路的说明性示例相对应的仿真结果。具体实施方式差分放大器电路可用于放大由电流感测元件提供的信号，以提供“精确”电流监控。电流感测元件可以包括与负载装置串联的电阻器。电流监控器可用于各种应用，例如电机控制、螺线管控制或电源管理。在某些应用中，可能需要快速检测故障电流(例如，大小超过指定阈值的电流)以提供保护(例如，保护设备不受损坏或防止对人员或设施的危险)。如上所述，在一种方法中，差分放大器可以提供输出，然后可以将其馈送到比较器中。以这种方式，差分放大器既提供指示正在被监视的电流的放大输出，又提供输入信号的信号调节以供比较器检测故障状况(例如，差分放大器可以移除高压共模输入，并且可以将接收到的差分输入信号转换为放大的单端信号作为输出)。下游比较器可以将差分放大器的输出与阈值进行比较。万一出现故障状况，例如短路或电感器饱和状况，则希望比较器迅速检测到这种状况。在差分放大器下游使用比较器的上述方法可能会带来挑战。挑战之一是动态范围减小。作为说明性示例，假设差分放大器提供的电压增益为20，并且“正常”工作负载电流的大小限制为50安培(A)，则差分放大器的输出摆幅与负载成比例为0V至5V电流范围为0A至50A。在此说明性示例中，为了最大化系统动态范围，可以将分流电阻选择为5V除以20，然后除以50A，对应于5毫欧(mΩ)的值。如果将下游比较器用于故障检测，通常，例如，只有在负载电流大到足以对系统造成损坏之前，才应触发比较器。因此，通常将故障电流阈值指定为正常工作电流大小的倍数，例如最大“正常”工作电流的四倍。在此说明性示例中，如果将分流电阻器选择为5mΩ，则一旦负载电流大于50A，放大器就会饱和，从而排除了任何幅度大于50A的负载电流的检测。可以将分流电阻器的值减小到大约1mΩ，以提供更大的检测范围。然而，通过将分流电阻器值减小五分之一，系统的动态范围也减小了五分之一。使用差分放大器为故障电流比较器供电的“串行”方法带来的另一个挑战是缺乏冗余。如果差分放大器出现故障或饱和，则可能会阻止下游故障电流比较器检测故障电流。差分放大器的特性(例如，有限的摆率、带宽、相位裕度或建立时间)可能会导致下游故障电流比较器对故障条件的响应发生延迟或延迟。在瞬变期间，差分放大器的输出端可能会出现过冲，因此进一步的信号状况(例如去毛刺)可能会增加故障检测的延迟或延迟。本专利技术人已经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.布置为提供增强的动态范围和快速的故障检测的电流监视电路，该电流监视电路包括：/n差分放大器电路，包括：两端输入，用于接收指示被监视电流的差分信号；以及输出，用于提供具有指示被监视电流的幅度的信号；/n电压缩放电路；和/n比较器电路，包括：/n两端输入，用于从所述电压缩放电路接收被监视电流的差分信号的缩放表示，以便与指示故障电流阈值的阈值信号进行比较。/n

【技术特征摘要】
20181221 US 16/230,8901.布置为提供增强的动态范围和快速的故障检测的电流监视电路，该电流监视电路包括：
差分放大器电路，包括：两端输入，用于接收指示被监视电流的差分信号；以及输出，用于提供具有指示被监视电流的幅度的信号；
电压缩放电路；和
比较器电路，包括：
两端输入，用于从所述电压缩放电路接收被监视电流的差分信号的缩放表示，以便与指示故障电流阈值的阈值信号进行比较。


2.权利要求1所述的电流监视电路，其中所述电压缩放电路包括：
第一分压器电路，耦合到所述比较器电路的两端输入的第一输入；和
第二分压器电路，耦合到所述比较器电路的两端输入的第二输入。


3.权利要求2所述的电流监视电路，其中所述第一分压器电路包括第一电阻分压器电路；和
其中所述第二分压器电路包括第二电阻分压器电路。


4.权利要求1至3中任一项所述的电流监视电路，其中所述比较器电路的潜伏期比所述差分放大器电路的相应群时延短。


5.权利要求1所述的电流监视电路，其中所述比较器电路包括连续时间电路拓扑；和
其中所述电流监视电路包括耦合到所述比较器电路的输入以提供阈值信号的电流源。


6.权利要求1所述的电流监视电路，其中所述比较器电路包括开关电容器输入电路，该开关电容器输入电路包括用于接收所述差分信号和所述阈值信号的缩放表示的输入。


7.权利要求6所述的电流监视电路，其中所述比较器电路包括全差分前置放大器模块。


8.权利要求1所述的电流监视电路，还包括电流感测电阻器，被配置为提供表示在所述电流感测电阻器两端形成的指示被监视电流的电压的差分信号。


9.一种使用提供增强的动态范围和快速故障检测的电流监视电路进行电流监视的方法，该方法包括：
接收指示被监视电流的差分信号；
响应地提供包括具有指示被监视电流的幅度的信号的输出；
缩放指示被监视电流的差分信号以提供缩放表示；和
使用比较器电路将所述缩放表示与指示故障电流阈值的阈值信号进行比较。


10.权利要求9所述的方法，其中缩放差分信号包括：
使用耦合到所述比较...

【专利技术属性】
技术研发人员：万全，B·A·帕勒蒂尔，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US