專利名稱：電氣系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本^Hf涉及電氣系統(tǒng)，特別涉及使用磁阻傳感的電氣系統(tǒng)。
背景技術：
電氣系統(tǒng)通過電導體傳輸電流以4更執(zhí)行許多任務。電氣系統(tǒng)的許多應 用可需要檢測流經(jīng)一個或一個以上的電導體的電流的大小。有些電氣系統(tǒng) 使用對由電流產(chǎn)生的磁通進行檢測的磁阻傳感器來檢測電導體中的電流， 并產(chǎn)生與磁通大小有關且因此與電流大小有關的輸出信號。不幸的是，磁 阻傳感器可能僅僅能夠準確檢測有限范圍內的磁通強度。結果，使用磁阻 傳感器進行電流檢測的許多電氣系統(tǒng)僅僅能夠使用磁阻傳感器準確檢測有 限范圍內的電流。
Lienhard等人的美國專利No.4525668 ( "， 668專利，，)示出了一種 電流檢測方法，該方法包含用磁阻傳感器檢測來自未知電流和控制電流的 磁通，同時，使用控制電流保持由磁阻傳感器檢測的總磁通基本等于零。， 668專利公開了一種電氣系統(tǒng)，其包含在磁阻傳感器附近承載未知電流的 第一電導體。布置在磁阻傳感器附近的第二電導體承載受控電流。，668 專利的電氣系統(tǒng)還包含連接在磁阻傳感器與第二電導體之間的運算放大 器。運算放大器接收磁阻傳感器的輸出信號并以這樣的方式對第二電導體 中的控制電流的大小進行控制使得在磁阻傳感器處，來自控制電流的磁 通基本上抵消來自未知電流的磁通。，668專利的電氣系統(tǒng)包含附加的模 擬部件，其使用控制電流來產(chǎn)生表示未知電流的大小的信號。
盡管，668專利的系統(tǒng)包含將由磁阻傳感器檢測的總磁通保持為基本 等于零的同時用磁阻傳感器檢測電流的規(guī)定，存在某些缺點。例如，由于 與分別提供磁阻傳感器和第二電導體相關聯(lián)的部件成本，，668專利的電氣系統(tǒng)可能不受歡迎地昂貴。另外，相對于磁阻傳感器精確定位第二電導
體以便確保電氣系統(tǒng)的正確運行可能是困難和昂貴的。另外，，668專利 的電氣系統(tǒng)的模擬部件可能以相對較低的分辨率表示未知電流的大小。 扣&開的電氣系統(tǒng)和方法解決了一個或一個以上的上面所述的問題。

發(fā)明內容
一個公開實施例涉及一種具有第一單片電路的電氣系統(tǒng)。第一單片電 路可包含用于檢測磁通并產(chǎn)生與檢測到的磁通有關的輸出信號的第 一磁阻 傳感器。第 一磁阻傳感器可被定位為檢測由第 一單片集成電路的一個或一 個以上的電導體中的控制電流產(chǎn)生的第一控制通量。另外，第一磁阻傳感 器可^t定位為檢測由流經(jīng)一個或一個以上的附加電導體的凈皮檢測電流產(chǎn)生 的通量。電氣系統(tǒng)也可包含控制電路，控制電路用于接收第一磁阻傳感器 的輸出信號并以這樣的方式對產(chǎn)生第一控制通量的控制電流進行調節(jié)使 得來自第一磁阻傳感器的輸出信號基本上與預定目標一致。
另一實施例涉及運行電氣系統(tǒng)的方法。該方法可包含使用作為第一單 片集成電路的一部分的第 一磁阻傳感器來檢測磁通并產(chǎn)生與被檢測的磁通 有關的輸出信號，包括檢測由一個或一個以上的電導體中的被檢測電流產(chǎn) 生的磁通。該方法還可包含通過以這樣的方式將控制電流供給第一單片集 成電路的一個或一個以上的電導體以使得第一磁阻傳感器的輸出信號基本 上與預定目標一致產(chǎn)生至少部分地抵消來自被檢測電流的磁通的第一控 制通量。
另 一實施例涉及一種電氣系統(tǒng)，其具有用于檢測磁通并提供與被檢測 的磁通有關的輸出信號的磁阻傳感器。磁阻傳感器可被定位為檢測由流經(jīng) 一個或一個以上的電導體的被檢測電流產(chǎn)生的磁通。磁阻傳感器也可被定 位為檢測由流經(jīng)一個或一個以上的電導體的凈皮檢測電流產(chǎn)生的磁通。磁阻 傳感器也可^f皮定位為檢測由流經(jīng)一個或一個以上的附加電導體的控制電流 產(chǎn)生的控制通量。另外，電氣系統(tǒng)可包含控制電路，該電路具有數(shù)字信息 處理器，該處理器用于以基本上與預定目標一致的方式調節(jié)所述一個或一個以上的附加電導體中的控制電流。


圖1為才艮據(jù)^^Hf的電氣系統(tǒng)的第一實施例的原理圖； 圖2為包含根據(jù);^^開的電氣系統(tǒng)的可移動機器的原理圖； 圖3示出了運行中的圖l的電氣系統(tǒng)；以及
圖4為一流程圖，其示出了運行根據(jù)^/〉開的電氣系統(tǒng)的方法的一個 實施例。
具體實施例方式
圖1示出了才艮據(jù)^/>開的電氣系統(tǒng)10的一個實施例。電氣系統(tǒng)10可 包含電導體12、框架13、電阻傳感器14與16、電導體18、 20、 22、 24 以及控制電路26。電導體12可以為任何類型的被配置為承載電流的結構， 包括但不限于導線、母線以及單片集成電路中的軌跡(trace)。電導體12 可延伸經(jīng)過框架13中的孔27。
磁阻傳感器14、 16和電導體18、 20、 22、 24可被安裝到框架13。磁 阻傳感器14、 16可以基本上距電導體12等距。電導體18、 20可被布置為 鄰近磁阻傳感器14，電導體22、 24可被布置為鄰近磁阻傳感器16。如圖 1所示，在某些實施例中，磁阻傳感器14、電導體18、電導體20可以為 單片集成電路28的一部分。類似地，磁阻傳感器16、電導體22、電導體 24可以為單片集成電路29的一部分。
磁阻傳感器14、 16各自可以為任何類型具有以這樣的方式被連接到至 少一個其他電路元件的至少一個磁阻器(magnetoresistor)的部件使得 磁阻傳感器14、 16能夠檢測磁通并產(chǎn)生與所檢測的磁通有關的輸出信號。 如圖1所示，在某些實施例中，各磁阻傳感器可包含多個磁阻器30、 31、 32、 33以及40、 41、 42、 43。各磁阻器30-33、 40-43可以以任何這樣的 方式構造而成提供在磁阻器30-33、 40-43的靈敏度方向Sr上流動的磁通 的強度與磁阻器30-33、 40-43的電阻之間相對較強的相關性。在某些實施例中，各磁阻器30-33、 40-43可用坡莫合金構造而成。另外，在某些實施 例中，各磁阻器30-33、 40-43可通過"barber柱"偏置("barber pole" biasing)來構造。如圖1所示，各磁阻器30-33、 40-43可被構建為使其具 有對于磁通的各向異性靈敏度。
如圖1所示，磁阻器30-33可被布置在惠斯頓電橋中。惠斯頓電橋的 輸入端子36可被連接到電源，例如恒壓DC電源?；菟诡D電橋的輸出端子 38可被連接到地，直接地或通過連接在輸出端子38與地之間的一個或一 個以上的其他電路元件。磁阻器30-33的"易軸"("easy" axes ) Er和靈 敏度方向Sr可被定向為使得磁阻傳感器14的靈敏度方向Ss以與電導體12 的一角度延伸。如圖1所示，在某些實施例中，磁阻器30與33的靈敏度 方向Sr可基本相同，且磁阻器31與32的靈敏度方向Sr可基本相同且基本 上與磁阻器30以及33的相反。另外，磁阻器30與31可具有基本相等的 缺省電阻(它們在沒有暴露于磁通時的電阻)，且磁阻器32與33也可具 有基本相等的缺省電阻。
另外，磁阻傳感器14可包含連接到惠斯頓電橋的中間端子48、 50的 電導體44、 46。如將在下面更為詳細討論的那樣，在圖1所示的實施例中， 電導體44、 46可共同地向控制電路26供給與由磁阻傳感器14檢測的磁通 有關的輸出信號。
類似于磁阻傳感器14，磁阻傳感器16可使其磁阻器40-43布置在惠斯 頓電橋中，使輸入端子52連接到電源，輸出端子54連接到地，電導體60、 62連接到中間端子56、 58。另外，如圖1所示，磁阻器40-43的靈敏度方 向Sr和磁阻傳感器16的靈敏度方向Ss可被定向為與磁阻器30-33和磁阻 傳感器16的類似。
磁阻傳感器14、 16不限于圖1所示以及在上面討論的構造。例如，磁 阻傳感器14、 16可包含與圖l所示相比較多或較少的磁阻器。在某些實施 例中，磁阻傳感器14、 16可包含傳統(tǒng)的電阻器而不是一個或一個以上的圖 l所示磁阻器30-33、 40-43。另外，在某些實施例中，磁阻傳感器14、 16 的磁阻器可被布置在與圖1所示相比不同構造的電橋中。另外，在某些實施例中，磁阻傳感器14、 16的磁阻器可被布置在除電橋以外的構造中。例 如，磁阻傳感器14、 16可包含與一個或一個以上的傳統(tǒng)電阻器串聯(lián)連接的 一個磁阻器。另外，電氣系統(tǒng)10可省略一個磁阻傳感器14、 16或包含圖 1未示出的附加的磁阻傳感器。另外，在某些實施例中，磁阻傳感器14、 16的一個或一個以上的磁阻器可具有對于磁通的各向同性靈敏度。
電導體18、 20、 22、 24各自可以為被配置為承載電流的任何結構。電 導體18可被配置為使得由電導體18中的電流所產(chǎn)生的磁通的至少一部分 至少部分地在至少一個磁阻器30-33的靈敏度方向Sr上或與^f目反地流 動。例如，如圖l所示，在某些實施例中，電導體18可具有一個或一個以 上的垂直于各磁阻器30-33的靈敏度方向Sr延伸的部分。電導體20可被 配置為使得至少一部分由電導體20中的電流產(chǎn)生的磁通至少部分地沿著 磁阻器30-33的易軸Er流動。例如，如圖1所示，在某些實施例中，電導 體20可具有一個或一個以上的基本上垂直于各磁阻器30-33的易軸Er延 伸的部分。電導體22、 24可被布置為使得電導體22、 24中的電流產(chǎn)生的 磁通相對于磁阻器40-43具有與上面介紹的由電導體18、 20中的電流產(chǎn)生 的磁通與磁阻器30-33之間的關系相同的關系。
控制電路26可被連接到磁阻傳感器14、 16和電導體18、 20、 22、 24。 控制電路26可包含用于接收由磁阻傳感器14、 16產(chǎn)生的輸出信號并如下 所述地控制電導體18、 20、 22、 24中的電流的電路元件的任何組合。如圖 l所示，在某些實施例中，控制電路26可包含運算放大器64與66、基準 電壓源68、信息處理器70、低通濾波器72與74、觸發(fā)電翻flipping circuit) 76。運算放大器64、 66可具有分別連接到電導體44、 46以及電導體60、 62的輸入。另外，基準電壓源68可向各運算放大器64、 66的輸入提供基 準電壓，例如基本恒定的DC電壓。運算放大器64、 66的輸出81、 83可 被連接到信息處理器70的輸入82、 84。另外，低通濾波器72、 74可分別 連接在信息處理器70的輸出與電導體18以及22之間。
信息處理器70可以為任何類型的用于從運算放大器64、 66接收輸出 信號并控制到電導體18、 22的電流供給的電路。信息處理器70可以為數(shù)字電路或模擬電路。信息處理器70可以為單片集成電路或離散電路元件的組合。在某些實施例中，信息處理器70可以為數(shù)字微控制器。信息處理器70可用于向低通濾波器72、 74供給脈寬調制電壓。低通濾波器72、 74可又將接收自信息處理器70的脈寬調制電壓轉換為DC電壓并將之供給電導體18、 22。
觸發(fā)電路76可連接在信息處理器70的輸出和電導體20、 24之間。當信息處理器70激活觸發(fā)電路76時，觸發(fā)電路76可用于在各電導體20、24中造成電流的脈沖。另夕卜，觸發(fā)電路76可被配置為使得其在電導體20、24中產(chǎn)生的各個電流脈沖以與前一 電流脈沖相反的方向流動。
控制電路26不限于圖1所示的構造。例如，控制電路26可包含代替圖1所示電路元件或作為圖1所示電路元件的附加的其他電路元件。另夕卜，控制電路26可省略圖l所示的電路元件中的一些。在某些實施例中，控制電路26可僅僅包含才莫擬電路元件。
另外，電氣系統(tǒng)10—般不限于圖1所示的構造。例如，電氣系統(tǒng)IO可省略電導體20和/或電導體24。另外，電氣系統(tǒng)10可包含多個電導體而不是電導體18,和/或電氣系統(tǒng)10可包含多個電導體而不是電導體22。另外，電氣系統(tǒng)10可包含多個電導體而不是電導體12。另外，在某些實施例中，電氣系統(tǒng)10可省略磁阻傳感器16和電導體22。
圖2示出了包含電氣系統(tǒng)10的可移動機器78?？梢苿訖C器78可具有用于推進可移動機器78的推進系統(tǒng)80。推進系統(tǒng)80可包含推進裝置85、87以及有效連接到推進裝置85、 87的動力供給系統(tǒng)86。推進裝置85、 87可以為任何類型的被配置為通過接收來自動力供給系統(tǒng)86的動力并將該動力的至少一部分傳送到可移動機器78周圍的環(huán)境來推進可移動機器78的裝置，包括但不限于車輪、履帶單元以及推進器。
在某些實施例中，例如圖2所示的實施例中，推進系統(tǒng)80可被配置為至少部分地用電力來推進可移動機器78，且電導體12可以為推進系統(tǒng)80的電力線。在圖2所示的實施例中，電源系統(tǒng)86包含原動機89 (例如內燃機或燃氣渦輪)、驅動地連接到原動機89的電動機/發(fā)電機88、驅動地連接到推進裝置85、 87的電動機/發(fā)電機90。另外，電動機/發(fā)電機88和電動機/發(fā)電才幾90可經(jīng)由電導體12電氣連接。工業(yè)應用性
電氣系統(tǒng)10可以應用在任何需要電來執(zhí)行一個或一個以上的任務的地方。電氣系統(tǒng)10的運行將在下面介紹。
在電氣系統(tǒng)10的運行過程中，出于多種目的，電導體12可在兩個或兩個以上的部件之間承載電流。例如，在圖2所示電氣系統(tǒng)10的實施方式中，出于向電動機/發(fā)電機90提供電力以推進可移動機器的目的，電導體12可承栽從電動機/發(fā)電機88到電動機/發(fā)電機卯的電流。在許多情況下，出于多種目的——例如用于控制電氣系統(tǒng)10的多個運行方面，可能希望知道通過電導體12流動的電流的大小。
當電流流經(jīng)電導體12時，磁阻傳感器14、 16可產(chǎn)生輸出信號，控制電路26可使用該信號來產(chǎn)生與流經(jīng)電導體12的電流大小有關的信號。圖3示出了運行中的圖l的電氣系統(tǒng)的構造。流經(jīng)電導體12的電流可產(chǎn)生大小與電流成正比的磁通92。依賴于電導體12中的電流的方向，磁通92可繞著電導體12逆時鐘流動或繞著電導體12順時鐘流動。當磁通92流經(jīng)磁阻傳感器14、 16時，其可影響磁阻傳感器14、 16的各磁阻器的電阻，并由此影響各磁阻傳感器14、 16的輸出信號。磁通92影響磁阻傳感器的磁阻器的電阻以及該磁阻器的輸出的程度將依賴于磁通92的大小以及電導體12和磁阻器之間的空間關系。
在圖3所示的情況下，磁通92可影響磁阻傳感器14、 16的惠斯頓電橋的中間端子48、 50、 56、 58上的電壓。在磁阻器30-33具有相等的缺省電阻的實施例中，當磁阻傳感器14沒有暴露于磁通時，各磁阻器30-33可導致相等的電壓降，中間端子48、 50的電壓可相等。然而，當磁通92流經(jīng)磁阻器30-33時，磁阻器30-33的電阻可作為磁通92的大小的函數(shù)而變化。這可與磁通92成比例地在中間端子48、 50之間產(chǎn)生電壓差。在圖3所示的實施例中，此電壓差(或其缺失)構成磁阻傳感器14的輸出信號。磁阻傳感器16可類似地以中間端子56、 58之間的電壓差來響應磁阻92，該電壓差(或其缺失)為其輸出信號。
在磁阻器14、 16如圖3所示布置的情況下，磁通92將總是以相反的方向驅動磁阻傳感器14、 16的輸出信號。這是因為磁通92關于各磁阻傳感器14、 16的對應的磁阻器——例如磁阻器30和磁阻器40——的靈敏度方向Sr以相反的方向流動。
周圍的磁通94——例如來自地球磁極的磁通——也可影響磁阻器30-33、 40-43的電阻，并因此影響磁阻傳感器14、 16的輸出信號。不像磁通92那樣，周圍的磁通94將以同一方向(盡管不必是圖3所示的方向)一般地流經(jīng)所有磁阻器30-33、 40-43。結果，周圍的磁通94將一般地加到由磁阻傳感器14、 16中的一個檢測的磁通92，同時，抵消另一磁阻傳感器14、 16檢測的磁通92的一些或全部。在圖3所示的示例性情況下，周圍磁通94將與由磁阻傳感器16檢測的磁通92相加，周圍磁通94將抵消由磁阻傳感器14檢測的磁通92的至少一部分。
控制電路26可通過由磁阻傳感器14、 16提供的輸出信號進行多種操作。運算放大器64可從中間端子50上的電壓中減去中間端子站上的電壓，將結果乘以運算放大器64的增益，將結果加到接收自基準電壓源68的基準電壓，并將結果得到的電壓從輸出81輸出到信息處理器70的輸入82。運算放大器66可用來自中間端子56以及中間端子58的電壓進行相同的運算，并將結果從輸出83輸出到信息處理器70的輸入84。
基于來自運算放大器64、 66的輸入，信息處理器70可控制電導體18、22中的電流，并計算流經(jīng)電導體12的電流的大小。圖4示出了信息處理器70這樣做所才艮據(jù)的方法的一個實施例。在開始時，信息處理器70可開始向電導體18、 22供給控制電流。(步驟96)例如，信息處理器70可開始將脈寬調制控制電壓供給低通濾波器72、 74，低通濾波器72、 74可將控制電流轉換為DC電流并將之供給電導體18、 22。流經(jīng)電導體18的控制電流可產(chǎn)生控制通量100 (圖3)，其將流經(jīng)磁阻傳感器14，并影響其輸出信號。類似地，電導體16中的控制電流可產(chǎn)生控制通量102(圖3)，其將流經(jīng)磁阻傳感器16并影響其輸出信號。信息處理器70于是可將計數(shù)器設置為等于零。(步驟97)此后，信息處理器70可激活觸發(fā)電路76。(步驟98)作為響應，觸發(fā)電路76可在各電氣導體20、 24中產(chǎn)生具有足夠大小的電流脈沖，以便產(chǎn)生與各磁阻器30-33、 40-43的靈敏度方向Sr相反的磁通脈沖。
隨后，依賴于來自運算放大器64、 66的輸出信號，信息處理器70可控制在電導體18、 22中流動的控制電流的大小。信息處理器70可計算來自磁阻傳感器14的輸出信號是否等于第一預定目標。(步驟104)由于磁阻傳感器14的輸出信號與運算放大器64的輸出信號之間的已知關系，信息處理器70可使用運算放大器64的輸出信號來這樣做。第一預定目標可以為單一的目標值，例如與磁阻傳感器14檢測到零磁通對應的磁阻傳感器14的輸出信號值?；蛘?，第一預定目標可以為目標范圍，在這種情況下，每當輸出信號在該范圍內時，磁阻傳感器14的輸出信號可被認為是等于第一預定目標。第一預定目標可具有固定數(shù)值的值/多個固定數(shù)值的值，或者，其可被定義為多個其它因子的函數(shù)。
如果磁阻傳感器14的輸出信號不在第一預定目標的范圍內，信息處理器70可調節(jié)控制電流到電導體18的供給，以便向著第一預定目標驅動磁阻傳感器14的輸出信號。(步驟106)在信息處理器70向低通濾波器72傳送脈寬調制電壓的實施例中，信息處理器70可通過調節(jié)脈寬調制電壓的占空比來調節(jié)電導體18中的控制電流。通過改變流經(jīng)磁阻傳感器14的控制通量100的大小，調節(jié)電導體18中的控制電流可改變磁阻傳感器14的輸出信號。
隨后，信息處理器70可計算磁P且傳感器16的輸出信號是否在第二預定目標的范圍內。(步驟108)類似于第一預定目標，第二預定目標可以為單一的目標值或目標范圍。另外，第一預定目標可具有固定的數(shù)值/多個
固定的數(shù)值，或者，其可被定義為多個其它因子的函數(shù)。
如果磁阻傳感器16的輸出信號不在第二預定目標的范圍內，信息處理器70可調節(jié)電導體22中的控制電流，以便向著第二預定目標驅動磁阻傳感器16的輸出信號。(步驟110 )信息處理器70可繼續(xù)調節(jié)電導體18、 22中的一個或二者的控制電流，直到信息處理器70判斷為磁阻傳感器14的輸出信號等于第一預定目標(步驟104)且磁阻傳感器16的輸出信號等于第二預定目標(步驟112)。當這些條件滿足時，信息處理器70可存儲與電氣系統(tǒng)10的當前運行調節(jié)條件有關的信息。(步驟114 )例如，信息處理器70可存儲與電導體18、 22中的控制電流有關的數(shù)據(jù)，例如傳送到低通濾波器72、 74的脈寬調制電壓的占空比。另外，在某些實施例中，信息處理器70可存儲與磁阻傳感器14、 16的當前輸出信號有關的信息和/或與電氣系統(tǒng)10的多個其它運行條件有關的信息。
隨后，信息處理器70可增加計數(shù)器(步驟115)，并計算計數(shù)器是否等于二 (步驟116)。如果計數(shù)器不等于二，信息處理器70可重復從激活觸發(fā)電路76開始的動作序列(步驟98)。
一旦如判斷計數(shù)器等于二的信息處理器70所示、信息處理器70已經(jīng)兩次執(zhí)行此序列(步驟116)，信息處理器70可使用來自兩個周期的所存儲數(shù)據(jù)來計算在電導體IO中流動的電流。(步驟118)作為多個因子的函數(shù)，使用將這些因子與電導體12中的電流相關聯(lián)的信息，信息處理器70可計算電導體12中的電流的大小。例如，作為電導體18、 22中的控制電流以及磁阻傳感器14、 16的輸出信號的函數(shù)，信息處理器70可計算電導體12中的電流的大小。信息處理器70可使用多種算法來這樣做。
在某些實施例中，當計算電導體12中的電流的大小時，信息處理器70可將來自磁阻傳感器14、 16的輸出信號作為常數(shù)而不是變量進行處理。下面詳細討論的示例性算法采用這種方法。在對于各磁阻傳感器14、 16
的輸出信號的預定目標僅包含一個目標值或相對較小范圍的值的實施例中，這樣的方法可提供電導體12中的電流大小的特別準確的推定。
信息處理器70可以以解釋影響磁阻傳感器14、 16的輸出信號的其他因子的方式計算電導體12中的電流的大小。 一個這樣的因子可以為磁阻器30-33與其設計規(guī)范之間的變化。如上所述，^磁阻器30和31可被設計為具有嚴格相等的缺省電阻，且磁阻器32和33可4皮i殳計為具有確切相等的缺
13省電阻。如果這種設計目標實際得到實現(xiàn)，當沒有磁通流經(jīng)磁阻器30-33 時，中間端子48、 50將會具有相等的電壓，且中間端子48、 50之間的任 何電壓差將為被檢測的磁通的函數(shù)。然而，實際上，制造變化通常將在磁 阻器30、 31的缺省電阻之間導致某些未知量的不平衡，并在磁阻器32、 33的缺省電阻之間導致某些未知量的不平衡。這可能導致中間端子48、 50 之間不能歸因于被檢測磁通的未知的電壓差。這種電壓差常常被稱為"電 橋偏移"。磁阻傳感器16也可具有電橋偏移。
周期性地使得磁阻器30-33、 40-43的靈敏度方向Sr反轉可產(chǎn)生允許信 息處理器70對任何電橋偏移析出因子(factor out)的^H牛。只要輸入端 子36接收到恒定的電壓，任何電橋偏移將在磁阻傳感器14的輸出信號上 具有恒定的影響。相反，反轉磁阻器30-33的靈敏度方向Sr反轉了磁通92 和94在磁阻傳感器14的輸出信號上的影響。結果，使得磁阻器30-33的 靈敏度方向Sr反轉將導致磁阻傳感器14的輸出信號中等于磁通92與94 在磁阻傳感器14的輸出信號上的總影響的兩倍的變化。
使用在磁阻器30-33、 40-43的靈敏度方向Sr反轉之前和之后的信息以 及此事實，信息處理器70可使用多種算法來計算表示流經(jīng)磁阻器30-33的 凈磁通的值(磁通92、 94的向量和)。例如，在某些實施例中，信息處理 器70可如下地分別計算與磁阻傳感器14、 16檢測得到的凈磁通相關聯(lián)的 值X1、 X2:
2 2
其中，ADC1為在磁阻器30-33的靈敏度方向Sr反轉之前傳送到低通濾波 器72的脈寬調制電壓占空比與在磁阻器30-33的靈敏度方向Sr反轉之后 傳送到低通濾波器72的脈寬調制電壓占空比之間的差，ADC2為在磁阻 器40-43的靈敏度方向Sr反轉之前傳送到低通濾波器74的脈寬調制電壓 占空比與在磁阻器40-43的靈敏度方向Sr反轉之后傳送到低通濾波器74 的脈寬調制電壓占空比之間的差。應當注意，存在信息處理器70可用來確 定流經(jīng)磁阻傳感器14、 16的凈磁通的影響的多種其他的方法。
另外，當計算電導體12中的電流的大小時，接收來自磁阻傳感器14和磁阻傳感器16的信息可使得信息處理器70對鄰近磁通94析出因子。如 上所述，鄰近磁通94以相同的方向驅動兩個磁阻傳感器14、 16的輸出信 號，且磁通92以相反的方向驅動磁阻傳感器14、 16的輸出信號。結果， 磁阻傳感器14的輸出信號與磁阻傳感器16的輸出信號之間的差對應于磁 通92在磁阻傳感器14上的影響以及磁通92在磁阻傳感器16上的影響的 和。另外，由于磁阻傳感器16基本上與電導體12等距，磁通92在磁阻傳 感器14的輸出信號上的影響可以基本上等于磁通92在磁阻傳感器16上的 影響。
使用這些事實，信息處理器70可執(zhí)行多種用于計算電導體12中的電 流的大小的算法，而不具有來自鄰近磁通94的偏離。例如，當計算電導體 12中的電流的大小時，信息處理器70可如下地計算與磁通92在各磁阻傳 感器14、 16上的影響有關的值Y:
— 2
其中，XI和X2分別為先前計算得到的與磁通92以及鄰近磁通94在磁阻 傳感器14、 16的輸出信號上的凈影響對應的值。在已知磁通92在各磁阻 傳感器14、 16的輸出信號上的影響的情況下，信息處理器70可使用多種 校準數(shù)據(jù)來計算電導體12中的電流的大小。
在計算電導體12中的電流的大小之后，信息處理器70可產(chǎn)生表示電 流的大小的信號。(步驟120)信號可以為保持在信息處理器70內的內部 信號，或者，信息處理器70可將該信號傳送到另一電路元件。
隨后，信息處理器70可將計數(shù)器重置為零(步驟97)，并恢復周期 性激活觸發(fā)電路76的循環(huán)(步驟98)，根據(jù)需要調節(jié)電導體18、 22中的 控制電流(步驟104、 106、 108、 110),并存儲與電氣系統(tǒng)10的運行條 件有關的信息(步驟114)。由于信息處理器70繼續(xù)執(zhí)行圖4所示的算法， 信息處理器70可以以多種不同的次數(shù)計算電導體12中的電流的大小。在 某些實施例中，信息處理器70可存儲各個計算得到的值并保持計算值的連 續(xù)平均值，其可有助于使得數(shù)據(jù)收集過程中噪音的影響最小化。
電氣系統(tǒng)10的運行不限于圖4以及上面的討論所提供的實例。例如，
15控制電路26可以以與圖4所示不同的順序執(zhí)行上面討論的動作。在某些情況下，控制電路26可同時執(zhí)行某些動作。另外，控制電路26可省略某些上面介紹的動作和/或執(zhí)行上面未討論或圖4未示出的多種動作。
控制電路26也可以以與上面所討論的相比不同的不同M和/或算法執(zhí)行圖4所示的動作。另外，控制電路26可使用與上面所討論的相比不同的公式和/或算法來計算電導體12中的電流的大小。
另外，在電氣系統(tǒng)的物理配置與圖l和2所示的不同的實施例中，電氣系統(tǒng)10的運4亍可與上面討論的實例不同。例如，在電氣系統(tǒng)10包含多個電導體而不是電導體12的實施例中，控制電路26可計算在這些電導體中流動的合計電流和/或產(chǎn)生表示流經(jīng)這些電氣導體的合計電流的信號。類似地，在電氣系統(tǒng)IO包含多個電導體而不是電導體18和/或多個電導體而不是電導體22的實施例中，控制電路26可根據(jù)需要協(xié)調這些多個電導體中的控制電流，以便實現(xiàn)與上面所討論的相同的結果。另外，除信息處理器70以外的多個電路元件可執(zhí)行上面所討論的動作中的一些或全部。
所公開的實施例可使得準確檢測電導體12中的寬廣范圍內的電流成為可能。通過使用電導體18、 22中的控制電流來將磁阻傳感器14、 16的輸出信號調節(jié)為預定目標，控制電路26可保證磁阻傳感器14、 16在其提供可靠輸出信號的運行范圍內的運行。每當磁阻傳感器14、 M在這樣的運行范圍內時，電導體12中的電流的大小可作為電導體18、 22的控制電流以及磁阻傳感器14、 16的輸出信號的函數(shù)得到準確計算?？刂齐娐?6的保證磁阻傳感器14、 16在這樣的運行范圍運行的能力僅僅受到控制電路26調節(jié)電導體18、 22中的控制電流的能力的限制。因此，僅控制電路26調節(jié)電導體18、 22中的控制電流的能力的限制對能得到準確檢測的電流的范圍進行限制。
另外，將電導體18、 20并入具有磁阻傳感器14的單片集成電路28，以及將電導體22、 24并入具有磁阻傳感器16的單片集成電路29可提供多種好處。通過這種方式構建電氣系統(tǒng)10可避免與分別提供電導體18、 20、22、 24以及磁阻傳感器14、 16相關聯(lián)的部件成本。另外，這種構造可促進電導體18、 20以及電導體22、 24分別相對于磁阻傳感器14、 16的精確定位，其可有助于電導體12中的電流的準確計算。另外，這種構造可使得將電導體18、 20以及22、 24分別放置為非常接近于磁阻傳感器14、 16成為可能，其可限制為實現(xiàn)上述功能在電導體18、 20、 22、 24中必需的電
流的量。
另外，使用數(shù)字信息處理器來調節(jié)電導體18、 22中的控制電流、計算電導體12中的電流的大小并產(chǎn)生表示計算得到的電流大小的信號可提供特定優(yōu)點。數(shù)字信息處理器能夠計算電流的大小并以非常高的分辨率產(chǎn)生表示電流大小的信號。另外，數(shù)字信息處理器能夠產(chǎn)生可容易地傳送到其他數(shù)字信息處理器以便用于多種監(jiān)視和/或控制過程的信號。
本領域技術人員將會明了，在不脫離本公開的范圍的情況下，可在該電氣系統(tǒng)和方法中做出多種修改和變化。通過考慮說明書并實踐這里公開的電氣系統(tǒng)和方法，本領域技術人員將會明了所公開的電氣系統(tǒng)和方法的其他實施例。說明書和實例僅僅是示例性的，本公開的真實范圍由所附權利要求及其等價內容示出。
權利要求
1. 一種電氣系統(tǒng)(10)，其包含第一單片集成電路(28)，其包含用于檢測磁通(92)并產(chǎn)生與被檢測的磁通有關的輸出信號的第一磁阻傳感器(14)，第一磁阻傳感器被定位為檢測由第一單片集成電路的一個或一個以上的電導體(18)中的控制電流產(chǎn)生的第一控制通量(100)，以及由流經(jīng)一個或一個以上的附加電導體(12)的被檢測電流產(chǎn)生的通量(92)；以及控制電路(26)，其用于接收第一磁阻傳感器的輸出信號并以這樣的方式對產(chǎn)生第一控制通量的控制電流進行調節(jié)使得來自第一磁阻傳感器的輸出信號基本上與預定目標一致。
2. 根據(jù)權利要求l的電氣系統(tǒng)，其中，第一磁阻傳感器包含被布置在 惠斯頓電橋中的多個磁阻器(30)。
3. 根據(jù)權利要求2的電氣系統(tǒng)，其中，通過造成第一單片集成電路的 一個或一個以上的電導體(20)中的電流的周期性脈沖，控制電路用于周 期性地反轉惠斯頓電橋的磁阻器的靈敏度方向。
4. 根據(jù)權利要求l的電氣系統(tǒng)，其中，第一預定目標為與第一磁阻傳 感器檢測到零磁通對應的 一個值。
5. 根據(jù)權利要求l的電氣系統(tǒng)，其中，第一預定目標為一范圍內的值。
6. 根據(jù)權利要求l的電氣系統(tǒng)，其中，控制電路包含數(shù)字信息處理器 (70)，數(shù)字信息處理器(70)用于控制產(chǎn)生第一控制通量的電流。
7. —種運行電氣系統(tǒng)(10)的方法，該方法包含 使用作為第一單片集成電路(28)的一部分的第一磁阻傳感器(14)來檢測磁通(92)并產(chǎn)生與被檢測的磁通有關的輸出信號，包括檢測由一 個或一個以上的電導體(12)中的被檢測電流產(chǎn)生的磁通(92);以及 通過以產(chǎn)生至少部分地抵消來自被檢測電流的磁通的第 一 控制通量(100)的方式，將控制電流供給第一單片集成電路的一個或一個以上的電 導體(18)，使得第一磁阻傳感器的輸出信號基本上與預定目標一致。
8. 根據(jù)權利要求7的方法，其還包含至少部分地基于供給第一單片集 成電路的所述一個或一個以上的電導體的控制電流的大小來計算被檢測電 流的大小。
9. 根據(jù)權利要求8的方法，其中，第一磁阻傳感器包含被布置在惠斯頓電橋中的多個磁阻器(30);該方法還包含通過向第一單片集成電路的一個或一個以上的電導體 (20 )供給周期性脈沖傳感器反轉電流,周期性地反轉惠斯頓電橋中的磁阻 器的靈敏度方向(Sr);以及至少部分地基于控制電流的大小來計算被檢測電流的大小包含在傳 感器反轉電流的周期性脈沖之間的至少兩個連續(xù)的間隔內，至少部分地基 于控制電流的大小來計算被檢測電流的大小。
10. 根據(jù)權利要求7的方法，其還包含使用作為第二單片集成電路(29)的一部分的第二磁阻傳感器(16) 來檢測磁通(92)并產(chǎn)生與被檢測磁通有關的輸出信號，包括檢測由被檢 測電流產(chǎn)生的磁通；通過以產(chǎn)生在第二磁阻傳感器上至少部分地抵消來自被檢測電流的磁 通的第二控制通量(102 )的方式將控制電流提供給第二單片集成電路的一 個或一個以上的電導體(22)，使得第二磁阻傳感器的輸出信號基本上與 預定目標一致。
全文摘要
一種電氣系統(tǒng)(10)，其包含第一單片電路(28)。第一單片電路包含用于檢測磁通(92)并產(chǎn)生與被檢測的磁通有關的輸出信號的第一磁阻傳感器(14)。第一磁阻傳感器可被定位為檢測由第一單片集成電路的一個或一個以上的電導體中的控制電流產(chǎn)生的第一控制通量(100)。另外，第一磁阻傳感器可被定位為檢測由流經(jīng)一個或一個以上的附加電導體(12)的被檢測電流產(chǎn)生的通量(92)。電氣系統(tǒng)還包含控制電路(26)，該電路用于接收第一磁阻傳感器的輸出信號并以這樣的方式對產(chǎn)生第一控制通量的控制電流進行調節(jié)使得來自第一磁阻傳感器的輸出信號基本上與預定目標一致。
文檔編號G01R15/20GK101484811SQ200780024925
公開日2009年7月15日 申請日期2007年4月4日 優(yōu)先權日2006年5月31日
發(fā)明者D·G·馬錢德 申請人:卡特彼勒公司