專利名稱：測量直流電機消耗的平均電流的方法與電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量直流電機的電流的方法與電路。進(jìn)一步地，本發(fā)明 提供一種測定直流電機消耗的平均電流的方法與電路。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機冷卻系統(tǒng)包括電子控制單元，該電子控制單元根據(jù)內(nèi)燃機的控制 單元提供的控制信號調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。該電子控制單元通常具有額外的診斷 功能用于檢測系統(tǒng)的運行，尤其是通過監(jiān)控電機消耗的電流來檢測超載情況 或者設(shè)定必需的功率限制。業(yè)內(nèi)常用的測量電機消耗的電流的方法是使用 精密電阻與電機串聯(lián)，測量該精密電阻兩端的電壓降。
精密電阻是一種昂貴的零部件，因此，現(xiàn)有的這種方法成本較高，增加 了總成本。此外，精密電阻還具有額外的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種新的測量電機消耗的平均電流的方法。該 方法包括將一電感線圈串接到直流電機的供電電路，使該電感線圈與所述 直流電機串聯(lián)；測量所述電感線圈兩端的電壓降；根據(jù)所測量到的電壓降的 平均值以及電感線圈的電阻值計算所述直流電機消耗的平均電流。
作為一種改進(jìn)，該方法還包括測量環(huán)境溫度，根據(jù)所述環(huán)境溫度確定 所述電感線圈的電阻值；還通過第一濾波器過濾所述電感線圈的電感分量， 通過放大器來測量所述電感線圈兩端的電壓。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)，該方法還包括將所述放大器的輸出電壓從模擬變 量轉(zhuǎn)換成數(shù)字變量，并傳輸給所述微處理器；所述微處理器根據(jù)所述數(shù)字變 量的輸出電壓計算所述電壓的平均值，并計算所述平均電流。本發(fā)明還提供一種測量直流電機消耗的平均電流的電路，包括電感線 圈，所述電感線圈用于與直流電機串聯(lián)；放大器，所述放大器用于測量所述 電感線圈兩端的電壓降，并放大所述電壓降；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器 接收所述放大的電壓降，并將所述放大的電壓降轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式；微處理 器，所述微處理器接收所述數(shù)字形式的電壓降，根據(jù)所述電感線圈的阻抗以 及所述數(shù)字形式的電壓降計算流過所述電感線圈的平均電流。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述第一濾波器還包括第一電容、第一電阻以及第 二電阻，所述第一電阻的第一端和第二電阻的第一端分別連接到所述電感線 圈的兩端，所述第一電阻的第二端和第二電阻的第二端分別連接到所述放大 器的輸入端，所述第一電容的兩極分別連接所述第一電阻的第二端和第二電 阻的第二端。
本發(fā)明使用電感線圈與直流電機串聯(lián)，通過測量電感線圈兩端的電壓來 測算直流電機消耗的平均電流。本發(fā)明不需要使用精密電阻，節(jié)省了成本。
為了能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征以及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā) 明的詳細(xì)說明與附圖，然而所附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明 加以限制。


附圖中
圖l是本發(fā)明的測量電機消耗的平均電流的電路示意圖2是圖1所示電路的局部放大示意圖3是用表格的方式顯示出根據(jù)本發(fā)明計算得到的電機消耗的平均電流。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的具體實施方式
詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的 技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見。
在圖1中，三相無刷電機BLM具有端子A、 B禾nC。端子A、 B和C分 別連接到全橋控制電路BR的對應(yīng)端子。全橋控制電路BR已為業(yè)內(nèi)所知，包括6個固態(tài)電子開關(guān)Q1 Q6，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管 (MOSFET)晶體管。
固態(tài)電子開關(guān)Q1 Q6具有對應(yīng)的控制端子與電機的電子控制單元(圖中 未示出)連接。
全橋控制電路BR串接電感線圈Ls后連接到恒壓電源VB的正極和負(fù) 極，恒壓電源Ve可以是汽車的電池。電容Cp的兩端連接到恒壓電源Vb的正 極與負(fù)極，從而與串接了電感線圈Ls的全橋控制電路BR并聯(lián)。
圖l所示電路還包括電容Q和Cb，電容Ca和CB的直接與全橋控制電路 BR并聯(lián)。
本發(fā)明測量電機BLM消耗的平均電流lM的方法是測定電感線圈Ls兩端 的電壓VL，然后根據(jù)電壓VL平均值、電感線圈Ls的阻抗的函數(shù)計算電機消
耗的平均電流IM。
電感線圈Ls兩端的電壓VL可以表示為兩個分量的和，其中一個分量是 電阻分量(電阻值Rs)，另一個分量是電感分量(電感值L)，如下式所示
其中，k表示電感線圈的電流，而t表示時間。
"穩(wěn)態(tài)"條件下的電壓VL平均值^是:
1 '+7'
'+r
《=,仏,+ 0 (2)
因為'+f " ^ = 、(, + r) - l (,)=G(3)
因此，電感線圈Ls兩端的電壓的平均值主要由電阻分量貢獻(xiàn)。
串聯(lián)的電感線圈Ls兩端的電壓Vr^可通過電流測量放大器來測定，例如 圖1和圖2所示的電流測量放大器AMPL，可從商業(yè)市場上購買到這些放大 器。放大器AMPL與濾波器F1配合使用，以消除電感線圈Ls的電感分量。
參考圖2，濾波器Fl可以是RC型濾波器(即電阻電容型濾波器)，包括 一個電容Cl以及兩個電阻Rl和R2，電阻Rl的第一端和電阻R2的第一端分
6別連接到所述電感線圈Ls的兩端，而電容Cl則連接電阻Rl的第二端以及電
阻R2的第二端。
放大器AMPL的輸出通過輸出濾波器F2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D傳輸?shù)轿⑻?理器MP，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D可以集成到微處理器中MP。
下面將會提到，為了考慮電感線圈Ls的銅線的電阻值Rs的變化以提高 測量的精確度，可以通過設(shè)計使微處理器MP根據(jù)變化的變化提供額外的補償。
為了提供與溫度有關(guān)的補償，微處理器MP連接到溫度傳感器，例如圖l 所示的負(fù)溫度系數(shù)電阻器NTC。這種溫度傳感器與圖l所示電路中的其他元 器件安裝到同一塊電路板上，用于測量環(huán)境溫度而不是電感線圈Ls的溫度。 為了考慮電感線圈Ls的自熱效應(yīng)，還測量了電感線圈的熱阻，并將其溫度換 算成所消耗的功率的函數(shù)。
電感線圈Ls的電阻值與環(huán)境溫度T^b的函數(shù)關(guān)系可如下表示
= A。M [1 + a(rW7C 一 T鵬A + ^rt戶必s ) J = ( 4 )
=[i + a(r-r鵬6 + &《)]
其中Ramb是環(huán)境溫度為Lmb是測量到的電感線圈的電阻值； (X是銅的導(dǎo)熱系數(shù)；
TwTC是電路板的環(huán)境溫度，由電阻器NTC測定； Rth是電感線圈Ls的熱阻；
PdiM是電感線圈Ls消耗的功率；以及 lM是電機BLM消耗的平均電流。
關(guān)系式(4)可以轉(zhuǎn)換成
關(guān)系式(4)和關(guān)系式(5)表明，電感線圈Ls的串聯(lián)電阻值Rs可以表
示為環(huán)境溫度以及電機平均電流的函數(shù)
& (6)如圖2所示，放大器AMPL輸出端的電壓VouT等于轉(zhuǎn)換器A/D的輸入端
的電壓，可以表示如下
(7)
其中，G是放大器AMPL的增益。
輸出濾波器F2包括一個串聯(lián)電阻R3以及一個并聯(lián)電容C2。輸出濾波器 F2的作用是過濾放大器AMPL的輸出端的電壓，以生成電機的平均電流。
電阻器NTC與電阻R4和R5連接，其中，電阻器NTC—端通過電阻R4 接地以及通過電阻R5連接到穩(wěn)壓持續(xù)電源VDD，使得電阻器NTC的特性基 本上是線性的。
根據(jù)關(guān)系式(7)可以得到下面的關(guān)系式(8)。結(jié)合關(guān)系是(8)，微處理 器MP根據(jù)上述的輸出電壓V。ut以及電阻器NTC提供的溫度確定電機BLM 的平均電流。
(8)
因為平均電流lM與電阻Rs有關(guān)，因此，關(guān)系式(8)可以轉(zhuǎn)換成遞歸關(guān) 系式，如下
,'i+i 一_,「。",_一
微處理器MP根據(jù)關(guān)系式(9)執(zhí)行一系列迭代運算，從而計算出流入電 機BLM的平均電流，如圖3所示。
在上面所示的關(guān)系式(9)中，分母項的l+Ot(TNTC-Tamb)使微處理器MP
的計算相當(dāng)復(fù)雜。對關(guān)系式(9)中的上述分母項進(jìn)行如關(guān)系式(10)所示的 線性處理，將會顯著降低關(guān)系式(9)的計算復(fù)雜度。確定常數(shù)a和b的值是比較簡單的，因為該關(guān)系式在一定溫度范圍或者 NTNC域內(nèi)是有效的，例如，在-25° C至150。 C的范圍內(nèi)是有效的。
如果微處理器MP具有可重寫的存儲器(例如EEPROM或者閃存)，還 可以根據(jù)電機BLM和關(guān)聯(lián)電路的測試中的測量結(jié)果修改某些參數(shù)值，從而 改善所測量到的平均電流的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明適用于測量換向器型的電機(有刷電機)和電子開關(guān)型的電機 (無刷電機)的平均電流，尤其適用于測量驅(qū)動內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇的電 機的平均電流。這種冷卻系統(tǒng)包括電子控制單元，該電子控制單元根據(jù)內(nèi)燃 機的控制單元提供的控制信號調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。
以上所述，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方 案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng) 屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種測量直流電機消耗的平均電流的方法，包括將一電感線圈(LS)串接到直流電機的供電電路中，使所述電感線圈與所述直流電機串聯(lián)；測量所述電感線圈兩端的電壓降(VL)；根據(jù)所述電壓降的平均值、所述電感線圈的電阻值(RS)計算流經(jīng)所述電感線圈的平均電流(IM)。
2、 如權(quán)利要求l所述的測量直流電機消耗的平均電流的方法，其特征在 于，還包括測量環(huán)境溫度(TNTC)，根據(jù)所述環(huán)境溫度(TNTC)確定所述電 感線圈的電阻值(Rs)。
3、 如權(quán)利要求2所述的測量直流電機消耗的平均電流的方法，其特征在 于，還包括通過第一濾波器過濾所述電感線圈的電感分量，通過放大器來測 量所述電感線圈兩端的電壓降(Vl)。
4、 如權(quán)利要求3所述的測量直流電機消耗的平均電流的方法，其特征在 于，將所述放大器輸出的電壓降從模擬變量轉(zhuǎn)換成數(shù)字變量，并傳輸給所述 微處理器；所述微處理器根據(jù)所述數(shù)字變量的電壓降計算所述電壓降的平均 值。 .
5、 如權(quán)利要求2或3或4所述的測量直流電機消耗的平均電流的方法，其 特征在于，使用負(fù)溫度系數(shù)傳感器檢測所述環(huán)境溫度。
6、 一種測量直流電機消耗的平均電流的電路，其特征在于，包括 電感線圈(Ls)，所述電感線圈用于與所述直流電機串聯(lián)；放大器(AMPL)，所述放大器用于測量所述電感線圈兩端的電壓降，并 放大所述電壓降；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收所述放大的電壓降，并將所述 放大的電壓降轉(zhuǎn)換成數(shù)字變量；微處理器(MP)，所述微處理器接收所述數(shù)字變量的電壓降，根據(jù)所述 電感線圈的電阻值(Rs)以及所述數(shù)字變量的電壓降的平均值計算流過所述 電感線圈的平均電流。
7、 如權(quán)利要求6所述的測量直流電機消耗的平均電流的電路，其特征在 于，還包括第一濾波器(Fl)，所述第一濾波器包括第一電容(Cl)、第一電 阻(Rl)以及第二電阻(R2)，所述第一電阻的第一端和第二電阻的第一端 分別連接到所述電感線圈的兩端，所述第一電阻的第二端和第二電阻的第二 端分別連接到所述放大器的輸入端，所述第一電容的兩極分別連接所述第一 電阻的第二端和第二電阻的第二端。
8、 如權(quán)利要求6所述的測量直流電機消耗的平均電流的電路，其特征在 于，還包括第二濾波器(F2)，所述第二濾波器包括第三電阻(R3)和第二 電容(C2);所述第三電阻(R3)的兩端分別連接所述放大器的輸出端和所 述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，所述第二電容的一極接地，另一極連接所述模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的輸入端。
9、 如權(quán)利要求6所述的測量直流電機消耗的平均電流的電路，其特征在 于，還包括負(fù)溫度系數(shù)電阻器(NTC)以及第四電阻(R4)和第五電阻 (R5)，所述負(fù)溫度系數(shù)電阻器的第一端接地，第二端連接所述微處理器，所 述第二端還通過所述第四電阻(R4)接地以及通過所述第五電阻(R5)連接 到所述微處理器的穩(wěn)壓電源(VDD)。
10、 如權(quán)利要求6至9中任意一項所述的測量直流電機消耗的平均電流的 電路，其特征在于，所述微處理器還包括可重寫的存儲器用于存儲所述電感 線圈、第一濾波器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量直流電機消耗的平均電流的電路與方法，所述電路包括電感線圈(LS)，所述電感線圈用于與所述直流電機串聯(lián)；放大器(AMPL)，所述放大器用于測量所述電感線圈兩端的電壓降，并放大所述電壓降；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收所述放大的電壓降，并將所述放大的電壓降轉(zhuǎn)換成數(shù)字變量；微處理器(MP)，所述微處理器接收所述數(shù)字變量的電壓降，根據(jù)所述電感線圈的阻抗以及所述數(shù)字變量的電壓降計算流過所述電感線圈的平均電流。本發(fā)明通過測量電感線圈兩端的電壓來測算直流電機消耗的平均電流，不需要使用昂貴的精密電阻，節(jié)省了成本。
文檔編號G01R19/00GK101634667SQ20091016007
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者潘杰拉·皮爾弗朗哥, 艾斯卡·弗朗西斯科 申請人:蓋茨股份有限公司