专利名称：电流检测集成电路的制作方法
本申请要求2000年9月18日提出的美国临时申请No.60/233424和2001年1月29日提出的美国临时申请No.60/264292的利益。
2.相关技术说明近年来推出了诸如IR2171之类的线性电流检测集成电路芯片，用于测量电动机电流。美国专利No.6215435中公开了IR2171电流检测集成电路(IC)的电路并要求其利益。如美国专利No.6215435中所述，IR2171线性电流检测IC有利地测量高压电位处、例如放置在电源切换节点和电动机之间的路径中的电流检测电阻上的电流，然后再将信号进行电平移动至较低电压电位以便进一步处理，该输出最后用于闭合电流反馈回路以控制电动机。如’435专利中所述，与大的共模电位相比，高电位上的电流检测信号可能较小，使电路检测信号难以隔离。
IR2171线性电流检测IC通过提供一种电路，将高电压电流检测信号转换为PWM信号，然后再对PWM信号进行电平移动，从而解决这个问题。为了限制功耗，在将高电位上的PWM信号电平移动至恢复电流检测信号的低电位之前，将其转换为电流脉冲串。
无论IR2171 IC或者其它一些装置是否被用来测量电动机相电流，所希望的只是PWM电动机相电流的基本频率分量，而不是电动机电流的基本频率分量加或减纹波电流。与基本的电动机电流相比，纹波电流的幅度可以相当大，尤其是对于低电感电动机类型或对于以低PWM频率驱动的电动机。
在大多数情况下，电流反馈回路以软件闭合，因此，与电流检测IC连接的微控制器或数字信号处理器(DSP)定期对电动机电流进行采样。如果电动机电流的采样频率与PWM频率并非谐波关系，则混叠误差会破坏测量。混叠误差的幅度将会等于纹波电流幅度。为了减少这些误差，软件通常被写为以与电动机电流的PWM频率同步的电流进行采样。
然而，即使采样命令可以很好地将时间控制到PWM信号，但由于传统电流测量技术的带宽限制(相位延时)，仍然会出现误差。此外，因出现在软件例程的中断使采样时间通常为一种折衷，并且在大多数微控制器或DSP中无法同时对多电流通道进行采样。
本发明的电路最好是以IC的形式来实现，它测量电动机相电流路径中分路电阻上的电压。IC将所测量电流转换为与电动机PWM频率同步的PWM信号。虽然IC的输出与电动机PWM频率同步，但输出占空度完全独立于电动机的PWM占空度输出PWM占空度正好与该PWM周期期间的平均电动机电流成比例。这样，重构的IC采样输出正好等于基本电动机电流，而没有纹波电流的影响。
通过以下结合附图对本发明进行的详细说明，本发明的其它特性和优点将会变得显而易见。
图2是
图1所示电路中的采样保持部件的电路示意图。
图3是电路图，说明本发明的新颖HVIC到电动机控制电路中的检测电阻器的连接。
图4是本发明的新颖HVIC的操作的时序图。
最佳实施方案详细说明现在参照图1，说明本发明的电路的方框图。方框图右侧的“Vin+”端子可连接到电动机控制电路和电动机输入段之间的电阻的高端，如图3的连接图中所示。输入信号首先被送到差分放大器10，用于缓冲以及在必要时用于放大。可根据需要执行其它偏移调整。为了将该信号的处理与PWM电动机载频同步，将输入信号发送给采样保持电路12(下面将会更详细说明)，该电路12由来自SYNCH输入端的信号进行时钟控制。
然后再经具有可变载频的锯齿波发生器14采用脉宽调制编码将同步输入信号从模拟转换为数字形式，载频被同步，即经到SYNCH管脚的连接设置到PWM电动机载频。在本发明的最佳实施例中，锯齿波发生器14输出高频(如40kHz)波形，将这个波形馈送给比较器16的一个输入端，另一个输入端是采样保持电路12的同步输出。比较器16的输出是脉宽调制波形，其中脉冲宽度表示电压Vin+。
来自比较器16的PWM输出被分离并被馈送到具有两个输出端的脉冲发生器18中，其中的一个输出端是上升沿触发，另一个是下降沿触发。
在脉冲发生器18中转换为脉冲之后，数字PWM信息被转置为较低参考电位。这时通过采用相应的电平移动FET晶体管20、22和电阻24、26来完成的。同步传送PWM数据的单电平移动电路可能适合于共模电位足够低，能够耐受功耗，进一步降低成本的应用情况。另一方面，在按照图1所示使用两个电平移动电路时，功耗降低，这是因为仅需要短时间的传导阶段来传送必要的PWM边沿事件。
如图1所示，包括脉冲发生器28、电平移动FET晶体管30以及电阻器32的类似电路和技术用来将SYNCH信号(5V或3.3V逻辑信号)进行电平移动至锯齿波发生器14和采样保持电路12工作的高参考电位。
采用DV/DT脉冲滤波器34和R-S闩锁电路38来完成较低参考电位上数字PWM数据的恢复，如图1所示。其结果是表示输入电压Vin+的具有较低电压电位的PWM信号。该信号由FET晶体管40进行缓冲，并被发送给输出管脚PO，该输出管脚PO可以连接到微控制器或DSP(未示出)的输入端，以完成电动机控制的反馈回路。
图2说明采样保持电路12的详细电路。
当电平移动S/H信号(由施加到SYNCH管脚的信号进行时钟控制)为低时进行输入信号采样。低S/H信号由反相器42反相为高信号，它接通NMOS晶体管44，使电容器46上的电压跟随Vin+。提供运算放大器48用于缓冲，和IR2171 IC中一样，与美国专利No.6215435中所述的方式相同。采样保持电路12在S/H信号变为高时切换到“保持”模式。这个高信号由反相器42反相为低信号，关断NMOS晶体管44。电容器46上的电压为Vin+电压，该电压就在S/H信号变高之前的时刻被传送给电容器。电压被保持到S/H信号变低，然后再重复采样程序。
在本发明的最佳实施例中，上述全部功能构造框均集成在一个单芯片中，以便为电动机驱动应用提供一种线性电流检测IC，如图3的方框图所示。图3所示IC的输出格式是输出管脚PO上的离散PWM信号，它消除了对A/D接口的需要。图4给出了本发明的电路的时序图。图3所示十管脚的线性电流检测IC的引出线如下所示VCC 低端及逻辑电源电压COM 低端逻辑地
V+ 正检测输入端V- 负检测输入端VB 高端电源VS 高端返回FC 电容PO 数字PWM输出端SYNCH 同步输入端OC 过流触发输出端如图4的时序图所示，如果电流检测输入Vin+在时间tdOC超出了预定值，则本发明的电流检测IC在OC管脚上提供一个低输出，表示过流情况。
虽然结合特定实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员非常清楚其它许多变型和修改以及其它用途。因此，本发明不应受限于本文的特定公开。
权利要求
1.一种用于恢复输入信号的电路，所述输入信号具有PWM频率，并为第一电位，所述第一电位与第二电位之间的偏移为共模位移，所述电路包括用于将具有所述第一电位的所述输入信号转换为脉宽调制信号的电路部分；以及用于将所述脉宽调制信号从所述第一电位电平移动至所述第二电位的电路部分；其中，所述用于恢复输入信号的电路输出经电平移动后的PWM信号，该信号与所述输入信号的所述PWM频率同步，从而有效地消除所述输出信号中的纹波波动。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于还包括用于在将所述脉宽调制信号从所述第一电位电平移动至所述第二电位之前，将具有所述第一电位的所述脉宽调制信号转换为电流脉冲串的电路部分；以及用于将所述电平移动后的脉冲串信号转换为具有所述第二电位的脉宽调制信号的电路部分。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于用于将具有所述第一电位的所述输入信号转换为脉宽调制信号的所述电路部分包括利用脉宽调制编码的A/D转换器，其中包括波形发生器，用于产生与所述输入信号的PWM频率同步的三角或锯齿波信号；采样保持电路，同步所述输入信号的PWM频率；以及比较器，用于确定所述输入信号是大于还是小于所述三角或锯齿波信号。
4.如权利要求2所述的电路，其特征在于用于将所述电平移动了的脉冲串信号转换为具有所述第二电位的脉宽调制信号的所述电路部分包括脉冲滤波器和R-S闩锁电路。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于所述输入信号包含电动机控制器电路中电流检测电阻上的电压。
6.一种用于恢复输入信号的方法，所述输入信号具有PWM频率并为第一电位，所述第一电位与第二电位之间的偏移为共模位移，所述方法包括以下步骤将具有所述第一电位的所述输入信号转换为脉宽调制信号，将所述脉宽调制信号与所述输入信号的所述PWM频率同步；以及将所述脉宽调制信号从所述第一电位电平移动至所述第二电位。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于还包括以下步骤在将所述脉宽调制信号从所述第一电位电平移动至所述第二电位之前，将具有所述第一电位的所述脉宽调制信号转换为电流脉冲串；以及将所述电平移动后的脉冲串信号转换为具有所述第二电位的脉宽调制信号。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于将所述第一电位上的所述输入信号转换为脉宽调制信号的所述步骤利用脉宽调制编码技术由A/D转换来执行，其中包括生成其载频同步于所述输入信号的所述PWM频率的三角或锯齿波信号；以同步于所述输入信号的所述PWM频率的方式采样并保持所述输入信号；以及确定所述输入信号是大于还是小于所述三角或锯齿波信号。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于将所述电平移动了的脉冲串信号转换为具有所述第二电位的脉宽调制信号的所述步骤是采用脉冲滤波器和R-S闩锁电路执行的。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述输入信号包含电动机控制器电路中电流检测电阻上的电压。
全文摘要
一种用于恢复电流检测信号的电路(12)，该信号偏移了共模位移，这是信号为位于高端总线上或位于电动机控制器电路的开关之间的电流检测电阻上的电压时的情况。本发明的电路将电阻器上的电压转换为脉码调制(PWM)(OUTPUT)数据，然后再向下移动电压，从而可在较低电压上处理和恢复所述信号，以用于电流反馈控制目的。执行所测量电流到PWM信号的转换，使PWM信号与电动机PWM频率同步。虽然IC的输出(MOTER PHASE，电动机的相)与电动机PWM频率同步，但输出的占空度完全独立于电动机PWM的占空度。这样，重构的IC采样输出正好等于基本电动机电流，而没有纹波电流的影响。
文档编号G05B11/28GK1462510SQ01815787
公开日2003年12月17日 申请日期2001年9月18日 优先权日2000年9月18日
发明者T·塔卡哈施, M·伍基切维克 申请人:国际整流器公司