用于电加热器的电流测量的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于测量开关模式的供电电路（H）的电流或电压输出量的方法，该电路称为斩波电路，周期为T且占空比为α，其属于区间[0；1]，从而在每个周期，供电电流在持续时间αT的“接通”阶段期间是非零的，以及在持续时间(1-α)T的“断开”阶段期间是零。该测量方法包括以下步骤：在“接通”阶段期间，测量输出量的像点的值Gon，在“断开”阶段期间，测量输出量的像点的值Goff，计算差ΔG=Gon-Goff；和使用差ΔG，用于评估输出量。
【专利说明】用于电加热器的电流测量
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关模式供电器的【技术领域】，也称为斩波电路，例如用于为电加热元件或甚至直流电马达供电。
【背景技术】
[0002]开关模式供电电路，称为斩波电路，设计为在其操作的每个循环或周期的一部分(可变持续时间)期间循环地传送电压和/或电流。这样的斩波器的速度通过其周期T和其占空比α (属于区间[O ;1])限定。由此，在每个周期或循环中，供电电流一方面在持续时间αΤ的“接通”阶段期间是非零的，另一方面在持续时间(1-Ci)T的“断开”阶段期间为零。通过调整占空比的值，则可以改变为连接到斩波电路的负载供电的平均功率。
[0003]这样的斩波电路具有大量应用，特别是在电加热应用中，其中，占空比的调整使得可以调节被电加热元件传送的平均热功率。
[0004]为了监视斩波电路的操作，用于安全目的以避免连接至其的电路或其功率部件的任何劣化，或用于调节目的以了解被斩波电路实际传送的平均功率，有必要评估斩波电路的输出电流和/或电压。为此，已知的实践是实施测量系统，其涉及一个或多个操作放大器，该放大器直接测量输出电压或测量电阻器(measurement resistor)端子处的电压，也称为分路，输出电流在其中流动，以从其导出该输出电流的值。
[0005]但是，每个操作放大器表现出具有在其反相输入和其非反相输入之间的偏移电压的缺点。在操作放大器的输入处的该偏移电压，也称为输入偏移电压或简单地称为偏移量，则产生测量误差，该测量误差通过放大器本身被放大。
[0006]为了消除该缺点，操作放大器可被选择，其具有尽可能低的偏移电压，与其要测量的电压值相容。但是，具有非常低的偏移电压的操作放大器相对较贵。
[0007]在通过测量电阻器进行电流测量的情况下，可以尝试通过选择测量电阻器的值而补偿通过偏移电压导致的误差，该测量电阻器的值对于误差值来说非常高，以关于被测量值具有相对较低的份额。但是，增加测量电阻器的值导致大的热消散，因此应用热消散系统的需要由此增加供电的总成本。此外，测量电阻器上的该热消散不利地影响供电的效率。
【发明内容】
[0008]为了消除上述缺点，因此需要一种方法和装置，其使得可以执行可靠的测量，而不必使用具有低偏移量或甚至高值测量电阻器的操作放大器。
[0009]为了实现该目的，本发明涉及一种用于测量开关模式的供电电路的电流或电压输出量的方法，该电路称为斩波电路，周期为T且占空比为α，其属于区间[O ;1]，从而在每个周期，供电电流一方面在持续时间a T的“接通”阶段期间是非零的，另一方面，在持续时间(1-α)Τ的“断开”阶段期间是零。根据本发明，该测量方法包括以下步骤:
[0010]在“接通”阶段期间，测量输出量的像点的值Gm，
[0011 ] 在“断开”阶段期间，测量输出量的像点的值Gtjff,[0012]计算差AG=Gm-Gtjff
[0013] 使用差AG，以评估输出量。
[0014]由此，因为由放大或测量误差引起的偏移电压在“断开”阶段期间和在“接通”阶段期间是相同的，获得对输出量的评估，其没有被偏移电压或测量误差影响。本发明因此使得可以获得测量的永久标定。
[0015]根据本发明的一个实施方式，6?和Gtjff测量在同一个周期的“接通”和“断开”阶段期间被执行。
[0016]根据该实施方式的变体，Gm和Gtjff测量以高于电源开关频率的频率执行。
[0017]根据本发明的一个实施方式，6。?和Gtjff测量每一个在两个连续周期的各“接通”和“断开”阶段期间被执行。
[0018]根据本发明，被评估的或被测量的量可以是斩波供电电路的输出电压或甚至是输出电流。由此，根据本发明的特征，被评估量是输出电流，被测量像点对应于有输出电流流过的测量电阻器的端子处的电压的放大值。
[0019]根据本发明的特征，矫正分量被添加到被评估的量。由此，在评估输出电流的背景下，被测量像点则对应于有输出电流流过的测量电阻器的端子处的电压和恒定值的矫正电压的总和的放大值。这样的矫正分量的执行使得可以补偿由于放大缺陷导致的偏移量。
[0020]根据本发明的变体，矫正电压是正DC电压，其使得可以补偿负值的偏移量。
[0021]本发明还涉及一种用于测量开关模式的供电电路的电压或电流输出量的装置，该电路称为斩波电路，周期为T且占空比为α，其属于区间[O ;1]，从而在每个周期，供电电路一方面在持续时间a T的“接通”阶段期间通常是非零的，另一方面，在持续时间(1-α)T的“断开”阶段期间是零。为了允许根据本发明的方法的执行，该测量装置包括:
[0022]电路，用于放大要被测量的量的代表电压，
[0023]单元，用于测量在放大电路的输出端处的放大电压，其被设计为:
[0024]在“接通”阶段期间测量放大电压的值Gm，
[0025]在“断开”阶段期间测量放大电压的值Gtjff,
[0026]计算差AG=Gm-Gtjff
[0027]使用差AG的值，以评估输出量。
[0028]根据本发明的一个实施例，测量装置包括一电路，用于(在放大电路的输入端处)向表示测量量的电压添加矫正电压。
[0029]根据该实施例的特征，矫正电压是正DC电压。
[0030]根据本发明的变体实施例，测量单元被设计为在同一个周期的“接通”和“断开”阶段期间执行Gm和Gtjff测量。
[0031]根据该变体的特征，测量单元被设计为以高于电源开关频率的频率执行6。?和Gtjff测量。
[0032]根据该变体实施例的另一特征，测量单元被设计为以低于电源开关频率的频率计
算差Δ。
[0033]根据本发明的变体实施例，测量单元被设计为在两个不同周期的“接通”接通”和“断开”阶段期间执行Gm和Gtjff测量。
[0034]根据本发明的一个实施例，装置被设计为测量斩波电路的输出电流，且包括测量电阻器，电流在该测量电阻器中流动，放大电路被设计为放大在测量电阻器的端子处的电压。
[0035]显然，本发明的各个特征、变体和实施例可在各个组合中彼此关联，只要它们没有彼此不兼容或排他。
[0036]【专利附图】
【附图说明】此外，参考单个附图，本发明的各个其他特征从以下详细描述浮现，该附图示意性地示出执行根据本发明的方法的测量装置以测量开关模式的供电电路的输出电流的非限制性实施例。
【具体实施方式】
[0037]根据所示例子，本发明在监视和调节电加热元件I的操作的背景下执行，该电加热元件用于加热车辆乘客舱。加热元件I由开关模式供电电路供电，也称为斩波器H。该供电电路H具有操作周期T和占空比α，该占空比可在区间[0;1]内变化。供电电路H被控制单元UC驱动,该控制单元依据加热元件I所需的加热功率来调节占空比α的值。在每个周期Τ，在时间区间[ηΤ;ηΤ+αΤ](称为“接通”阶段)中，输出电流Is具有非零值，而在时间区间[ηΤ+αΤ;(η+1)Τ](称为“断开”阶段)中，输出电流Is为零。
[0038]为了了解通过加热元件I实际提供的加热功率或甚至检查由供电电路H传递的输出电流对于电缆线(将供电电路H链接至加热元件I)是否可接受，提出测量输出电流Is。为此，测量电阻器S，还称为“分路”，被执行，其与加热元件I串联连接。如已知，在后者端子处的电压U的测量使得可以评估传递至加热元件I的输出电流Is的值。
[0039]本发明因此提出执行测量装置2，其将通过放大电路3而放大电压U，以便随后通过测量单元UM评估该电压。
[0040]根据所示例子，放大电路3包括操作放大器4，其反相输入端(_)经由电阻器Rl连接到测量电阻器S的第一端子。放大电路3还包括逆反馈线5，该逆反馈线通过电阻器R2将反相输入端(_)链接至操作放大器4的输出端6。操作放大器的非反相输入端(+ )还经由电阻器R3连接到测量电阻器S的第二端子，以及通过电阻器R4接地。最后，放大电路3包括用于添加矫正电压的电路7，其通过电阻器R5形成，其一个端子连接至非反相输入端(+ )而另一端子通过恒定值的DC矫正电压Vc供电。
[0041]根据本发明，供电电路、测量电阻器、放大电路和测量单元可以单个集成电路的形式或以彼此相关联的分散部件的形式或甚至以集成电路和分散部件的组合的形式制造。
[0042]在放大电路输出端处的电压Vs通过以下关系给出:
[0043]
【权利要求】
1.一种用于测量开关模式的供电电路(H)的电流或电压输出量的方法，该电路称为斩波电路，周期为T且占空比为α，其属于区间[O ;1]，从而在每个周期，供电电流一方面在持续时间a T的“接通”阶段期间是非零的，另一方面，在持续时间(1-α)Τ的“断开”阶段期间是零，该测量方法的特征在于其包括以下步骤: 在“接通”阶段期间，测量输出量的像点的值Gm， 在“断开”阶段期间，测量输出量的像点的值Gtjff, 计算差 AG=Gm-Gtjff 使用差AG，以评估输出量。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，Gm和Gtjff测量在同一个周期的“接通”和“断开”阶段期间被执行。
3.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，Gm和Gtjff测量以高于电源开关频率的频率执行。
4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，Gm和Gtjff测量每一个在两个连续周期的各“接通”和“断开”阶段期间被执行。
5.如权利要求1至4中的一项所述的测量方法，其特征在于，矫正分量在测量之前添加到被评估的量。
6.如权利要求1至4中的一项所述的测量方法，其特征在于，被评估量是输出电流，且在于，被测量像点对应于有输出电流流过的测量电阻器的端子处的电压的放大值。
7.如权利要求1至4中的一项所述的测量方法，其特征在于，被评估量是输出电流，且在于，被测量像点对应于一方面有输出电流流动的测量电阻器的端子处的电压和另一方面恒定值的矫正电压的总和的放大值。
8.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，矫正电压是正DC电压。
9.一种用于测量开关模式的供电电路(H)的输出量的装置，该电路称为斩波电路，周期为T且占空比为α，其属于区间[O ;1]，从而在每个周期，供电电流一方面在持续时间a T的“接通”阶段期间通常是非零的，另一方面，在持续时间(1- a ) T的“断开”阶段期间是零，该装置包括: 电路(3)，用于放大要被测量的量的代表电压(U)， 单元(UM)，用于测量在放大电路的输出端处的放大电压(Vs)，其被设计为: 在“接通”阶段期间测量放大电压(Vs)的值Gm， 在“断开”阶段期间测量放大电压(Vs)的值Gtjff, 计算差 AG=Gm-Gtjff 使用差AG的值，以评估输出量。
10.如权利要求9所述的测量装置，其特征在于，其包括一电路(7)，用于在放大电路的输入端处向表示测量量的电压(U)添加矫正电压(Vc)。
11.如权利要求10所述的测量装置，其特征在于，矫正电压是正DC电压。
12.如权利要求9至11中的任一项所述的测量装置，其特征在于，测量单元被设计为在同一个周期的“接通”和“断开”阶段期间执行Gm和Gtjff测量。
13.如权利要求13所述的测量装置，其特征在于，测量单元被设计为以高于电源开关频率的频率执行Gm和Gtjff测量。
14.如权利要求13所述的测量装置，其特征在于，测量单元被设计为以低于电源开关频率的频率计算差AG。
15.如权利要求9至11中的任一项所述的测量装置，其特征在于，测量单元被设计为在两个不同周期的“接通”和“断开”阶段期间执行Gm和Gtjff测量。
16.如权利要求9至15中的任一项所述的测量装置，其特征在于，其被设计为测量斩波电路(H)的输出电流，且包括测量电阻器(S)，电流在该测量电阻器中流动，放大电路(3)被设计为放大在测量电阻器的端子处的电压。
【文档编号】G01R19/00GK103492887SQ201180064122
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2011年11月9日 优先权日:2010年11月9日
【发明者】L.戈斯塔斯, B.普泽纳特 申请人:法雷奥热系统公司