电流监控和放大器增益控制的制作方法

1.本公开涉及用于电流监控和放大器增益控制的装置和相应方法。


背景技术：

2.分路电流感测是一种简单、相对便宜的方法，并且被广泛用于诸如电动工具应用的数字电机控制中。为了减小高电流感测时的功耗，分路电阻值通常被调整得非常小(例如，小于0.5毫欧姆[0.5mω])，这使得在宽电流范围内进行精确电流感测存在挑战，尤其是在低速或轻负载情况下电流很小时。
[0003]
对于电动工具应用中的电机控制，一种趋势是实施所谓的电子离合器(也称为e离合器)代替机械离合器来设置和限制由电机提供的扭矩(和电流)。在这种应用中，实施电流感测策略以使用相同的电流感测电阻器、adc(模数转换器)参考电压和电源来感测大范围的电流。
[0004]
提高检测通过电机绕组的电流的幅度的分辨率或精度的一种方法是提高相应的adc(模数转换器)分辨率，诸如从8位或10位adc提高到12位。在特定情况下，这并不能解决提高测量通过电机绕组的对应电流的精度的问题。


技术实现要素：

[0005]
本公开包括观察到监控通过电机绕组的电流的传统技术存在缺陷。例如，如前所讨论的，在大范围的可能电流设置范围内，更精确地感测通过电机绕组的电流的幅度通常是困难的，但也是期望的。
[0006]
本文的实施例包括改进确定通过电机绕组的电流的幅度的精度的新方法。例如，本文的实施例实施可变增益放大器和即时增益的变化，以确保每个电流范围条件(诸如不同的电子离合器设置、负载水平等)下测量的最大分辨率。这种实施例支持大范围的电机电流，并且提供电机绕组电流的更精确确定。
[0007]
更具体地，本文的实施例包括了包括控制器的装置和/或系统。控制器用于控制接收由电阻路径产生的采样电压的放大器的操作；来自电阻路径的采样电压表示通过电机绕组的电流的幅度。为了更精确地确定通过电机绕组的电流的幅度，控制器选择适当的增益设置来应用于放大器。在多个可能的增益设置中选择选定的增益设置。在选择之后，通过将选定增益设置应用于放大器并基于放大器的输出(放大的采样电压)，控制器确定并监控通过电机绕组的电流的幅度。
[0008]
在一个实施例中，放大器根据一个或多个参数(诸如通过电机绕组的电流的幅度、通过电机绕组的控制电流的选定操作范围等)调整应用于放大器的选定增益设置的幅度。
[0009]
本文的其他实施例包括：通过控制器，根据通过电阻路径由电机绕组提供的电流的幅度，改变放大器的选定增益。
[0010]
本文的又一些实施例包括：通过控制器，经由从操作包括电机绕组的工具的用户接收的控制输入，控制通过电机绕组的电流的幅度。
[0011]
在又一些示例性实施例中，控制器接收指示驱动电机绕组的最大电流量的电流限制值。控制器根据电流限制值选择放大器的增益设置。
[0012]
本文所述的电阻路径可以是任何合适的形式。例如，在一个实施例中，电阻路径是与电机绕组串联设置的电阻器。可代替地，电阻路径是电流通过电机绕组的开关的节点之间导通电阻。
[0013]
在一个实施例中，在测量不同大小的电流的操作期间，控制器实施应用于放大器的第一增益和应用于放大器的第二增益之间的滞后。
[0014]
本文中的其他实施例包括：通过控制器，控制与电机绕组串联设置的开关的操作。控制器根据选定的模式/操作范围调整放大器的增益，在该模式/操作范围内，通过电机绕组的电流可经由相应的用户进行选择。
[0015]
在又一些示例性实施例中，控制器响应于检测到选择性地控制通过电机绕组的电流的减小操作范围而增加放大器的增益；控制器响应于检测到选择性地控制通过电机绕组的电流的增大操作范围而减小放大器的增益。
[0016]
本文的又一些实施例包括：通过控制器，响应于检测到通过电机绕组的电流的幅度中的增加而减小放大器的选定增益的幅度；以及响应于检测到通过电机绕组的电流的幅度中的减小而增加放大器的选定增益的幅度。
[0017]
在又一些示例性实施例中，控制器控制和监控通过电机的多个绕组中的每个绕组的电流。例如，控制器将相应的选定增益设置应用于多个放大器中的每一个，从多个增益设置中选择相应的选定增益设置。通过使用选定增益设置放大相应的采样电压，控制器监控通过每个电机绕组的相应电流的幅度。
[0018]
在又一些示例性实施例中，如本文所述的系统包括被耦合以从电阻路径接收采样电压的多个放大器(诸如第一放大器和第二放大器)。控制器将第一增益应用于第一放大器，并将第二增益应用于第二放大器。控制器在第一放大器的输出和第二放大器的输出之间进行选择，以确定通过电机绕组的电流的幅度。
[0019]
如前所讨论的，本文的实施例比传统技术有用。例如，本文的实施例包括实施可变增益控制技术，以更精确地确定通过电机绕组的电流的幅度。
[0020]
下面更详细地公开这些和其他更具体的实施例。
[0021]
注意，尽管本文讨论的实施例适用于电流监控和电机控制，但本文公开的概念可有利地应用于任何合适的应用。
[0022]
进一步注意，本文讨论的任何资源可包括一个或多个计算机化设备、移动通信设备、服务器、基站、无线通信设备、通信管理系统、工作站、用户设备、手持或膝上型计算机等，以执行和/或支持本文公开的任何或所有方法操作。换言之，一个或多个计算机化设备或处理器可被编程和/或配置为如本文所解释进行操作以执行本文所述的不同实施例。
[0023]
本文的又一些其他实施例包括用于执行上文总结并在下文详细公开的步骤和操作的软件程序。一个这样的实施例包括计算机程序产品，其包括非暂态计算机可读存储介质(即，任何计算机可读硬件存储介质)，在该存储介质上对软件指令进行编码以供后续执行。当在具有处理器的计算机化设备(硬件)中执行指令时，程序和/或使处理器(硬件)执行本文公开的操作。这种布置通常提供为被布置或编码在非暂态计算机可读存储介质(诸如光学介质(例如，cd-rom)、软盘、硬盘、记忆棒、存储设备等)或其他介质(诸如一个或多个
rom、ram、prom等中的固件)上的软件、代码、指令和/或其他数据(例如，数据结构)，或者提供专用集成电路(asic)等。软件或固件或其他这种配置可安装在计算机化设备上，以使计算机化设备执行本文所述的技术。
[0024]
因此，本文的实施例针对支持本文所讨论的操作的方法、系统、计算机程序产品等。
[0025]
本文的一个实施例包括具有存储于其上的指令的计算机可读存储介质和/或系统。当由计算机处理器硬件执行时，指令使计算机处理器硬件(诸如一个或多个位于同一位置或不同位置的处理器设备)：在多个增益设置中选择增益设置；将选定增益设置应用于放大器，该放大器用于接收由电阻路径产生的采样电压，采样电压指示通过电机绕组的电流的幅度；以及基于放大器的输出来监控通过电机绕组的电流的幅度。
[0026]
为了清楚，添加了上述步骤的顺序。注意，本文所讨论的任何处理操作都可以任何适当的顺序执行。
[0027]
本公开的其他实施例包括用于执行上面总结并在下面详细讨论的任何方法实施例步骤和操作的软件程序和/或相应硬件。
[0028]
应理解，本文所讨论的系统、方法、装置、计算机可读存储介质上的指令等也可严格地体现为软件程序、固件、软件、硬件和/或固件的混合，或者仅体现为硬件，诸如在处理器内(硬件或软件)、操作系统内或软件应用内。
[0029]
如本文所讨论的，本文的技术非常适合用于实施不同增益控制实现的领域，以将电流传送到负载，诸如提供转矩的电机绕组。然而，应当注意，本文的实施例不限于在这种应用中使用，并且本文讨论的技术也非常适合于其他应用。
[0030]
另外，注意，尽管本文中的不同特征、技术、配置等中的每一个可在本公开的不同地方讨论，但是在适当的情况下，每个概念可以可选地彼此独立或彼此组合地执行。因此，如本文所述的一个或多个本发明可以许多不同的方式体现和查看。
[0031]
此外，注意，本文中对实施例的初步讨论(实施例的简要描述)有意地没有指定本公开或要求保护的发明的每个实施例和/或增量新颖方面。相反，该简要描述仅呈现相对于传统技术的一般实施例和相应新颖点。对于本发明的附加细节和/或可能的观点(排列)，读者被引导到下面进一步讨论的本发明的详细描述部分(其是实施例的概要)和相应的附图。
附图说明
[0032]
图1是根据本文实施例的电流监控和控制系统的示例性总体图。
[0033]
图2是示出根据本文实施例的与多个电机绕组中的每一个相关联的电流感测和控制的示例图。
[0034]
图3是示出根据本文实施例的多个电机绕组之间的电流感测和控制的示例图。
[0035]
图4是示出根据本文实施例的多个电机绕组的电流感测和控制的示例图。
[0036]
图5是示出根据本文实施例的多个电机绕组的电流感测和控制的示例图。
[0037]
图6是示出根据本文实施例的多个电机绕组的电流感测和控制的示例图。
[0038]
图7是示出根据本文实施例的应用于电流监控放大器的不同增益设置的示例图。
[0039]
图8是示出根据本文实施例的针对不同幅度的监控电流的放大器的不同增益设置的实施的示例图。
[0040]
图9是示出根据本文实施例的针对不同幅度的监控电流的应用于放大器的不同增益设置和相应滞后的示例图。
[0041]
图10是示出根据本文实施例的针对不同操作电流范围的不同应用放大器增益设置的示例图。
[0042]
图11是示出根据本文实施例的电流监控放大器的不同增益设置和滞后的实施的示例图。
[0043]
图12是示出根据本文实施例的实施多个增益调整放大器以监控通过电阻路径的电流的示例图。
[0044]
图13是示出根据本文实施例的对多个放大器应用不同增益设置以监控通过公共电阻路径的电流的示例图。
[0045]
图14是示出根据本文实施例的使用电阻路径和相应开关来监控通过多个绕组的电流的示例图。
[0046]
图15是示出根据本文实施例的控制和监控通过电机系统中的多个绕组的电流的系统的示例图。
[0047]
图16是示出根据本文实施例的控制和监控通过电机系统中的多个绕组的电流的系统的示例图。
[0048]
图17是示出根据本文实施例的执行方法的计算机处理器硬件和相关软件指令的示例图。
[0049]
图18是示出根据本文实施例的方法的示例图。
[0050]
图19是示出根据本文实施例的电路的装配的示例图。
[0051]
如附图所示，本发明的前述和其他目的、特征和优点将从下文对优选实施例的更具体描述中显而易见，在附图中，相同的参考标号在不同附图中指代相同的部分。附图不必按比例绘制，而是重点放在示出实施例、原理、概念等上。
具体实施方式
[0052]
一种装置(诸如电动工具或其他类型的设备)包括控制放大器的操作和通过绕组的电流的控制器。放大器接收由电阻路径产生的采样电压；来自电阻路径的采样电压指示通过绕组(诸如电机绕组、电感器等)的电流的幅度。控制器基于与该装置相关联的一个或多个操作条件选择应用于放大器的增益设置。在多个可能的增益设置中选择选定增益设置。在选择之后，通过将选定增益设置应用于放大器，并且基于放大器的输出，控制器监控通过电机绕组的电流的幅度。
[0053]
根据一种配置，放大器根据一个或多个参数(诸如通过电机绕组的电流的幅度、通过电机绕组的控制电流的选定操作范围、通过绕组的电流的限制等)调整选定增益设置的幅度。
[0054]
因此，一般地，本文的实施例包括使用一个或多个可变增益放大器和/或即时改变放大器增益，以确保在与相应绕组相关联的每个电流范围条件下(诸如在不同的电子离合器设置或负载水平下)测量的最大分辨率，同时支持大范围的电机绕组电流。
[0055]
现在，更具体地，图1是根据本文实施例的电流监控和控制系统的示例通用图。
[0056]
在该简化示例实施例中，系统100(包括一个或多个绕组的电机系统或其他合适类
型的系统)包括控制器140、放大器145、开关120、绕组131和电阻路径135。
[0057]
如图所示，放大器145接收电阻路径135两端的采样电压137，以产生指示通过绕组131的电流121的幅度的相应输出电压171。在一个实施例中，控制器140包括一个或多个模数转换器，用于将相应接收到的输出电压转换为相应的数字形式以便进一步的处理。
[0058]
在一个实施例中，输出电压171的幅度等于电阻路径135两端的采样电压137的幅度乘以放大器145的选定增益gx。采样电压137等于电流121的幅度乘以电阻路径135的电阻。因此，
[0059]
电流121＝输出电压171/(增益gx乘以r)，其中r＝电阻路径135的电阻。
[0060]
根据进一步的示例实施例，控制器140控制与绕组131相关联的操作。例如，来自电阻路径135的采样电压137指示通过绕组131(诸如电机绕组、电感器等)的电流121的幅度；控制器140根据用户108经由用户接口115提供的控制输入105来控制通过绕组131的电流121的量(经由开关120的控制)。
[0061]
为了更精确地确定通过绕组131的电流121的幅度，控制器140根据操作条件选择适当的增益设置(诸如gx)以应用于放大器145。在一个实施例中，控制器140从多个可能的增益设置150中选择增益设置gx(例如，gx是增益设置g1、增益设置g2、增益设置g3、增益设置g4等中的一个)。
[0062]
在选择增益设置gx之后，通过将选定增益设置gx应用于放大器145并且基于放大器145的输出电压171(放大的采样电压137)，控制器140确定并监控通过绕组131(诸如电机绕组、电感器等)的电流121的幅度。
[0063]
如本文进一步讨论的，控制器140根据一个或多个参数(诸如通过绕组131的电流121的实际幅度、基于通过电机绕组的控制电流的选定操作范围的通过绕组131的电流121的预期幅度、操作系统100的设置等)来调整应用于放大器145的选定增益设置gx的幅度。
[0064]
进一步注意，本文所述的电阻路径135可以任何合适的方式实施。例如，在一个实施例中，电阻路径135是与被监控和控制的相应绕组131串联设置的电阻器(具有已知电阻)。可代替地，如本文参照其他附图和说明书文字进一步讨论的，电阻路径135是电流121通过其到达并通过绕组131的相应开关120的节点之间导通电阻。
[0065]
如前所讨论的，绕组可以是任何类型的绕组。根据进一步的实施例，绕组131是电机绕组。控制器140经由(通过用户接口115)从操作包括电机绕组的工具(系统100)的用户108接收的控制输入105来控制通过电机绕组的电流121的幅度。
[0066]
作为另一示例实施例，控制器140经由输入105(通过用户接口115)接收指示驱动绕组131的电流121的最大量(对应于最大扭矩139的值)的电流限制值。经由弹簧加载触发控制(诸如用户接口115)，用户108产生速度控制输入(诸如控制输入105)，以控制钻头的速度，该钻头在转动耦合到钻头的相应电机轴时接收由绕组131产生的扭矩139。在这种情况下，基于当前选择的最大扭矩设置(也称为最大电动离合器设置或者与这种最大扭矩设置相关联的电流范围)或选择的通过绕组131的最大允许电流，控制器140选择放大器145的适当增益设置。
[0067]
在与对应于全off(关)位置的触发器相关联的释放触发器状态中，控制器140控制开关120，使得电流121通过绕组131为零(对应于无扭矩)。当触发器从零压缩到最大压缩触发器设置时，控制器140将电流121的幅度增加到用户108选择的最大扭矩设置(电流设置)。
[0068]
以如上所讨论的方式，为了在电流限制模式下操作相应电动工具期间提供精确的电流监控和检测，控制器140从增益设置中选择诸如增益gx的适当增益(诸如g1、g2、g3、g4等)，使得放大器输出(产生输出电压171)的全范围(或该范围的一部分)用于监控零与最大选定扭矩和电流121设置之间的电流121的幅度。
[0069]
作为更具体的示例，在一个实施例中，如果选择的电流121的范围为0到25安培(其中最大扭矩可在0和25安培之间的任何位置)，并且放大器的相应范围为0伏(对应于零电流121)到最大电压(对应于25安培的最大电流121)，控制器140如下选择增益gx的幅度作为用户域：
[0070]
gx＝输出电压171/(25安培乘以r)，其中r＝电阻路径135的电阻。
[0071]
因此，如果需要，可以基于电流121的最大范围得出增益gx。这种增益的动态调整提供了电流121的最精确测量，因为放大器145的输出的全范围(或更大范围部分)用于确定电流121的幅度。
[0072]
再次注意，本文的实施例比传统技术有用。例如，如本文进一步讨论的，本文的实施例包括实施可变增益控制技术，以在不同的可能电流设置和范围上更精确地确定通过电阻路径135和相应绕组131的电流121的幅度。
[0073]
下面的图2-6和相应文本说明了可变增益放大器的实施，可变增益放大器可与门驱动器或控制器ic(集成电路)集成，以在电机控制中利用分路电阻器实现精确的电流感测。注意，分路电阻器(也称为电阻路径)可如图2-4所示设置在反相器的支路中，可选择三分路、两分路和一分路(也称为单分路)。对于两分路实施，相应的分路电阻器可设置在相应反相器的任意两个支路中。
[0074]
注意，与图2-4和图5-6所示的反相器相关联的开关设备可以是任何合适的类型，诸如mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)、igbt(绝缘栅双极晶体管)、bjt(双极结晶体管)等。进一步注意，本文的实施例不仅适用于pmsm(永磁同步电机)、bldc(无刷dc电机)或acim(ac感应电机)电机的三相电机控制，而且也适用于期望精确电流感测的其他类型的电机控制，例如，h桥有刷或无刷电机控制、步进电机控制等。
[0075]
图2是示出根据本文实施例的与多个电机绕组中的每一个相关联的电流感测和控制的示例图。
[0076]
在该示例性实施例中，系统100-2包括反相器210、电机220、电阻路径ru、rv和rw以及放大器145-u、145-v和145-w。
[0077]
反相器210包括开关q1、q2、q3、q4、q5和q6。
[0078]
开关q1、开关q4和电阻路径ru的组合在电压源vin(诸如5vdc或其他合适值的电源电压)和接地之间形成第一串联路径；开关q2、开关q5和电阻路径rv的组合在电压源vin和接地之间形成第二串联路径；开关q3、开关q6和电阻路径rw的组合在电压源vin和接地之间形成第三串联路径。
[0079]
电机220包括三个绕组，诸如电机绕组131-1、电机绕组131-2和电机绕组131-3。通过所有绕组131-1、131-2和131-3的电流121-1、112-2和121-3之和为零。因此，如果通过两个绕组的电流幅度已知，则可根据前两个电流确定第三绕组中的电流。
[0080]
所有三个绕组131-1、131-2和131-3在电机220的公共节点处连接在一起。
[0081]
每个绕组还连接到与反相器210相关联的相应串联电路路径。例如，绕组131-1的
第二节点连接到开关q1的源极节点(s)和开关q4的漏极节点(d)；绕组131-2的第二节点连接到开关q2的源极节点(s)和开关q5的漏极节点(d)；绕组131-3的第二节点连接到开关q3的源极节点(s)和开关q6的漏极节点(d)。
[0082]
在又一些示例性实施例中，通过生成应用于各个开关q1-q6的控制信号107，控制器140控制通过绕组的电流量。
[0083]
经由输出电压171-u、171-v和171-w，控制器140监控通过电机220的相应多个绕组131-1、131-2和131-3中的每一个的电流121-1、121-2和121-3的相应幅度。
[0084]
如前所讨论的，控制器140将相应选定增益设置g应用于多个放大器中的每一个；相应选定增益设置选自多个增益设置150。
[0085]
例如，根据通过绕组131-1、131-2和131-3中的每一个的预期或最大电流的范围，控制器140选择适当的增益gu(基于最大电流或相应的范围)并将其应用于放大器145-u；控制器140选择增益gv并将其应用于放大器145-v；控制器140选择增益gw并将其应用于放大器145-w。
[0086]
以与前面讨论的类似方式，使用选定增益设置放大相应的采样电压，控制器140在适当的时间窗口中监控通过每个电机绕组的相应电流的幅度。
[0087]
例如，当开关q4在控制循环中被激活为on(开)状态时，控制器140基于电阻路径ru两端的电压137-1的放大(基于放大器145-u和增益设置gu)来确定通过绕组131-1的电流121-1的幅度；当开关q5在控制循环中被激活为on状态时，控制器140基于电阻路径rv两端的电压137-2的放大(基于放大器145-v和增益设置gv)确定通过绕组131-2的电流121-2的幅度；当开关q6在控制循环中被激活为on状态时，控制器140基于电阻路径rw两端的电压137-3的放大(基于放大器145-w和增益设置gw)来确定通过绕组131-3的电流121-3的幅度。
[0088]
图3是示出根据本文实施例的多个电机绕组之间的电流感测和控制的示例图。
[0089]
在该示例实施例中，以与前面讨论的类似方式，系统100-3包括反相器210、电机220、电阻路径ru和rv以及放大器145-u和145-v。
[0090]
通过生成应用于各个开关q1-q6的控制信号107，控制器140控制通过绕组的电流量。经由输出电压171-u和171-v，控制器140监控通过电机210的相应多个绕组131-1、131-2和131-3中的每一个的电流121-1、121-2和121-3的相应幅度。
[0091]
如前所讨论的，控制器140将相应选定增益设置g应用于多个放大器中的每一个；如上所讨论的，相应选定增益设置选自多个增益设置150。
[0092]
在一个实施例中，根据通过每个绕组131-1、131-2和131-3的预期或最大电流的范围，控制器140选择增益gu并将其应用于放大器145-u；控制器140选择增益gv并将其应用于放大器145-v。
[0093]
此外，以与前面讨论的类似方式，使用选定增益设置放大相应的采样电压，控制器140监控通过每个电机绕组的相应电流的幅度。
[0094]
例如，当开关q4在控制循环中被激活为on状态时，控制器140基于电阻路径ru两端的电压137-1的放大(基于放大器145-u和增益设置gu)来确定通过绕组131-1的电流121-1的幅度；当开关q5在控制循环中被激活为on状态时，控制器140基于电阻路径rv两端的电压137-2的放大(基于放大器145-v和增益设置gv)来确定通过绕组131-2的电流121-2的幅度。
[0095]
如前所讨论的，通过所有绕组131-1、131-2和131-3的电流之和为零。因此，如果通
过输出电压171-u和171-v的测量知道通过两个绕组131-1和131-2中的每一个的电流，则可以根据前两个电流确定第三绕组中的电流121-3。
[0096]
图4是示出根据本文实施例的多个电机绕组的电流感测和控制的示例图。
[0097]
在该示例实施例中，以与前面讨论的类似方式，系统100-4包括反相器210、电机220、电阻路径rx和放大器145-x。
[0098]
通过生成应用于各个开关q1-q6的控制信号107，控制器140控制通过绕组131-1、131-2和131-3的电流量。当相应的低压侧开关电路被激活时，控制器140在适当的时间窗口期间测量放大器145-x的输出电压171-x，以确定通过相应绕组131-1、131-2和131-3的电流121-1、121-2和121-3。
[0099]
更具体地，在经由控制信号107使开关q4被激活为on且q1被停用为off(关)状态的第一时间窗口期间，控制器140测量输出电压171-x以确定通过绕组131-1的电流121-1的幅度；在经由控制信号107使开关q5被激活为on且q2被停用为off状态的第二时间窗口期间，控制器140测量输出电压171-2以确定通过绕组131-2的电流121-2的幅度；在经由控制信号107使开关q6被激活为on且q3被停用为off状态的第三时间窗口期间，控制器140测量输出电压171-x以确定通过绕组131-3的电流121-3的幅度。
[0100]
因此，利用输出电压171-x，控制器140监控通过电机210的相应多个绕组131-1、131-2和131-3中的每一个的电流121-1、121-2和121-3的相应幅度。
[0101]
以与前面讨论的类似方式，控制器140将响应选定增益设置gx应用于放大器145-x；相应选定增益设置选自多个增益设置150。例如，根据通过每个绕组131-1、131-2和131-3的预期或最大电流的范围，控制器140选择增益gx并将其应用于放大器145-x。
[0102]
此外，以与前面讨论的类似方式，使用选定增益设置放大相应的采样电压，控制器140监控通过每个电机绕组的相应电流的幅度。例如，当开关q4在控制循环中被激活为on状态时，控制器140基于电阻路径rx两端的电压137-x的放大(基于放大器145-x和增益设置gx)来确定通过绕组131-1的电流121-1的幅度；当开关q5在控制循环中被激活为on状态时，控制器140基于电阻路径rx两端的电压137-x的放大(基于放大器145-x和增益设置gx)确定通过绕组131-2的电流121-2的幅度；当开关q6在控制循环中被激活到on状态时，控制器140基于电阻路径rx两端的电压137-x的放大(基于放大器145-x和增益设置gx)来确定通过绕组131-3的电流121-3的幅度。
[0103]
因此，诸如电阻路径rx的单个公共分路电阻器可用于识别通过每个绕组131-1、131-2和131-3的电流。
[0104]
进一步注意，如图5-6所示，分路电阻器也可以与电机相位一致，可选择三分路和两分路。对于两分路实施例，分路电阻器(电阻路径)可位于电机的任何两相中。
[0105]
图5是示出根据本文实施例的多个电机绕组的电流感测和控制的示例图。
[0106]
系统100-5是图2中系统101-2的变型，其中电阻路径ru、rv和rw串联设置在相应绕组131-1、131-2和131-3与串联开关对q1/q4、q2/q5和q3/q6之间。
[0107]
图6是示出根据本文实施例的多个电机绕组的电流感测和控制的示例图。
[0108]
系统100-6是图3中系统101-3的变型，其中电阻路径rv和rw串联设置在相应绕组131-2和131-3与串联开关对q2/q5和q3/q6之间。
[0109]
放大器增益的调整
[0110]
调节放大器增益的一种方法是根据不同的电机设置(例如，所谓的电动工具电子离合器设置)改变增益。下面的实施例包括示例和相应的解释。
[0111]
例如，与放大器145相关联的放大器增益可以是：4、8、12、16、20、24、32、48和64。在一个实施例中，控制器140例如通过spi通信来选择放大器增益。
[0112]
1.电动工具钻孔模式：感测的最大电机相电流为
±
150安培；
[0113]
2.电子离合器模式#1：感测的最大电机相电流为13a至39a，精度为4％；
[0114]
3.电子离合器模式#2：感测的最大电机相电流为5a至12a，精度为4％。
[0115]
4.电流感测分路电阻值为0.5mω；
[0116]
5.adc分辨率：12位；
[0117]
6.adc参考电压：5v。
[0118]
7.放大器输出被偏置为2.5v，用于双向电流感测。
[0119]
表1示出了放大器增益和每个adc lsb(最低有效位)精度的满足要求的可能组合。如果使用固定增益解决方案，16(或更小)的增益被用于所有设置：即，对于该示例，禁用电子离合器(电动工具钻孔模式)、电子离合器模式#1和电子离合器模式#2，则每个adc lsb的电流将过高而无法满足要求。
[0120]
表1：根据电机设置的放大器增益设置
[0121][0122]
因此，当控制器140检测到电子离合器被禁用时，控制器向一个或多个放大器145中的每一个应用增益16；当控制器140检测到电子离合器被设置为13安培和39安培之间的14个设置中的一个时，控制器140向一个或多个放大器145中的每一个应用增益32；当控制器140检测到电子离合器被设置为5安培和13安培之间的14个设置中的一个时，控制器140向一个或多个放大器145中的每一个应用增益64。如前所讨论的，控制器可被配置为基于范围内选定14个设置中的一个来限制通过相应绕组的电流121。相应范围的调整增益值确保相应电流121的精确读数。
[0123]
图7是示出根据本文实施例应用于电流监控放大器的不同增益设置的示例图。
[0124]
本文的其他实施例包括：经由控制器140，控制与各个相应电机绕组串联设置的相
应开关的操作。控制器140根据可经由相应用户选择通过电机绕组的电流的选定模式/操作范围调整放大器145的增益。
[0125]
更具体地，如图表700所示，对于诸如用户108经由用户接口115选择的设置#1，控制器140将增益#1应用于用于监控相应电流幅度的一个或多个放大器145；对于诸如用户108经由用户接口115选择的设置#2，控制器140将增益#2应用于用于监控相应电流幅度的一个或多个放大器；对于诸如用户108经由用户接口115选择的设置#3，控制器140将增益#3应用于用于监控相应电流幅度的一个或多个放大器。
[0126]
图8是示出根据本文实施例的针对不同幅度的监控电流的放大器的不同增益设置的实施的示例图。
[0127]
调整放大器145的增益的另一种方法(诸如经由控制器140或其他合适的资源)是根据电流或接收到的adc(模数转换器)采样电压137值改变选定增益，其中电流可以是分路电流、瞬时电机相电流、电机相电流幅度、电池电流(例如，在一个分路电流感测中)等。
[0128]
在该示例性实施例中，图8示出了adc值与通过绕组的实际电流的关系。当adc值达到可配置阈值adcth时，控制器140即时应用不同的放大器增益调整值。
[0129]
图表800中的这个示例示出了三个放大器增益(增益1、增益2和增益3)，但注意，更多或更少的增益设置是可能的。
[0130]
如图表800所示，注意，本文的又一些实施例包括：通过控制器140，响应于检测到由采样电压137指示的通过电机绕组的电流的幅度中的增加而减小放大器的选定增益的幅度(诸如从增益3到增益2，或者从增益2到增益1)；以及响应于检测到由采样电压137指示的通过电机绕组的电流的幅度中的减小而增加放大器的选定增益的幅度(诸如从增益1到增益2，或者从增益2到增益3)。在该示例实施例中，增益3》增益2，增益2》增益1。
[0131]
图9是示出根据本文实施例的针对不同幅度的监控电流应用于放大器的不同增益设置和相应滞后的示例图。
[0132]
图表900是图8中的图表800的复制品，除了控制器140实施与图表900相关联的滞后。换句话说，为了在不同放大器增益的边界附近防止太频繁的放大器增益调整(诸如从增益3到增益2，或者从增益2到增益1，或反之亦然)，本文的实施例包括向如图9所示的增益调整值实施滞后，其中滞后带宽是可配置的。
[0133]
因此，本文的实施例包括：经由控制器140，在测量通过绕组的电流的不同幅度的操作期间，在应用于放大器145的第一增益和应用于放大器145的第二增益之间实施滞后。
[0134]
图10是示出根据本文实施例的针对不同电流范围的不同应用放大器增益设置的示例图。
[0135]
在该示例性实施例中，当通过绕组131的可能用户可选电流的范围在0和值i1之间时(如图表1000所示)，控制器140将增益#3应用于放大器(较高增益)；当通过绕组131的可能用户可选电流的范围在值i1和值i2之间时，控制器140将增益#2应用于放大器(中等增益)；当通过绕组131的可能用户可选电流的范围在值i2和值i3之间时(最宽范围)，控制器140将增益1应用于放大器(最低增益)。这些应用于放大器的不同增益值适应不同的范围，以便针对相应的范围更精确地确定通过绕组的电流。
[0136]
因此，根据进一步的示例实施例，控制器140响应于检测到选择性地控制通过电机绕组的电流的减小操作范围(诸如从范围i1-i2到范围0-i1)增加应用于放大器145的增益；
控制器140响应于检测到选择性地控制通过电机绕组的电流的增加操作范围(诸如从0-i1到范围i1-i2)减小应用于放大器145的增益(从增益3到增益2)。
[0137]
图11是示出根据本文实施例的电流监控放大器的不同增益设置和滞后的实施的示例图。
[0138]
如图11所示，作为相对于图10的操作的扩展，控制器140在随着实施范围的增加或减少而转换增益值时应用滞后。
[0139]
图12是示出实施多个增益调整放大器以监控通过电阻路径的电流的示例图。
[0140]
在又一些示例性实施例中，如本文所述的系统100-12包括多个放大器(诸如第一放大器171-1和第二放大器171-2)，它们被耦合以从电阻路径rx接收采样电压137-x。
[0141]
控制器140将第一增益(gain1)应用于第一放大器145-1，并将第二增益(gain2)应用于第二放大器145-2。控制器140在第一放大器145-1的输出(诸如输出电压171-1)和第二放大器145-2的输出(诸如输出电压171-2)之间进行选择，以确定通过每个绕组131-1、131-2和131-3的电流121-1、121-2、121-3的幅度。
[0142]
因此，图12示出了以不同的可变增益放大相同的分路压降的多个放大器。在一个实施例中，控制器140一次调整一个或两个放大器增益，并决定仅进行选定放大器输出的adc(将输出电压转换为数字值)或进行所有adc，以便在某一时刻始终可以为电机控制选择适当的放大器adc值，并且丢弃那些不合适的adc值或者由于不期望的放大器饱和而导致的异常值。
[0143]
如果需要，控制器140动态地调整放大器145-1和145-2中的每一个的幅度，使得至少一个放大器可用于确定通过绕组的相应电流的幅度。
[0144]
对于图12和图13中的两个示例系统100-12和100-13，可在宽泛的电流范围内实现精确的电流感测。如果在相同ic封装中具有额外的放大器但在其他情况下不会使用，则这些实施尤其具有成本效益。即使在使用额外运算放大器的情况下，成本最终也可能低于更高分辨率的adc或更高端运算放大器。
[0145]
图13是示出根据本文实施例的对多个放大器应用不同增益设置以监控通过公共电阻路径的电流的示例图。
[0146]
系统100-13的该示例实施例类似于图4中的系统100-4。然而，图13中的系统100-13实施多个并联放大器145-1、145-2和145-3。
[0147]
更具体地，放大器145-1被设置为第一增益(gain1)并监控电阻路径rx两端的采样电压137-x；放大器145-2被设置为第二增益(gain2)，并监控电阻路径rx两端的采样电压137-x；放大器145-3被设置为第三增益(gain3)，并监控电阻路径rx两端的采样电压137-x。在一个实施例中，gain1》gain2》gain3。
[0148]
根据电流121的幅度，控制器140使用相应的一个或多个输出电压171-1、171-2和/或171-3来确定通过被监控绕组的相应电流。
[0149]
因此，如图13所示，多个放大器以不同的固定放大器增益(gain1、gain2、gain3)放大相同的分路压降，并且类似地，控制器140在某一时刻从放大器输出之一选择最合适的adc值来用于电机控制。
[0150]
图14是示出根据本文实施例的使用电阻路径和相应开关来监控通过多个绕组的电流的示例图。
[0151]
如图所示，可变增益放大器145还可用于使用mosfet rds(on)(漏极-源极导通状态电阻)的电流感测。mosfet rds(on)各不相同并且随温度的变化而改变，需要进行补偿以使利用可变增益放大器的rds(on)电流感测适用于更多的电机控制应用。
[0152]
因此，在该示例性实施例中，系统100-14包括反相器210、电机220和放大器145。
[0153]
反相器210包括开关q1、q2、q3、q4、q5和q6。
[0154]
如前所讨论的，控制器140将相应的选定增益设置g应用于多个放大器145-1、145-2和145-3中的每一个；通过控制器140从多个增益设置150中选择相应的选定增益设置。例如，根据通过每个绕组131-1、131-2和131-3的预期或最大电流的范围，控制器140选择增益gu并将其应用于放大器145-1；控制器140选择增益gv并将其应用于放大器145-2；控制器140选择增益gw并将其应用于放大器145-3。
[0155]
以与前面讨论的类似方式，使用选定的增益设置放大相应的采样电压，控制器140在适当的时间窗口中监控通过每个电机绕组的相应电流的幅度。例如，当开关q4在控制循环中被激活为on状态时，控制器140基于开关q4的漏极节点d和源极节点s(类似于电阻路径ru)两端的电压137-1的放大(基于放大器145-3和增益设置gu)来确定通过绕组131-1的电流121-1的幅度；当开关q5在控制循环中被激活为on状态时，控制器140基于开关q5的漏极节点d和源极节点s(类似于电阻路径rw)两端的电压137-2的放大(基于放大器145-2和增益设置gv)来确定通过绕组131-2的电流121-2的幅度；当开关q6在控制循环中被激活为on状态时，控制器140基于开关q4的漏极节点d和源极节点s(类似于电阻路径137-3)两端的电压137-1的放大(基于放大器145-1和增益设置gw)来确定通过绕组131-3的电流121-3的幅度。
[0156]
图15是示出根据本文实施例的控制和监控通过电机系统中的多个绕组的电流的系统的示例图。
[0157]
注意，本文的实施例可在任何合适的环境中实施。例如，本文的实施例可以在无传感器foc(磁场定向控制)、有传感器foc、带霍尔传感器的bldc块换向控制、无传感器bldc、无传感器或传感器dtc(直接转矩控制)等的电机控制算法中实施。
[0158]
图15中的系统100-2(并且进一步示出了栅极驱动器1530、一个或多个转换器1520等)可使用三个分路电阻器作为示例来支持无传感器foc电机控制。为了感测电机相电流，系统包括三个可变增益放大器145，它们放大被提供给控制器140(诸如微控制器)的输入(诸如adc单元)的分路电阻器电压。如前所讨论的，放大器增益可由控制器140即时调整。
[0159]
图16是示出根据本文实施例的控制和监控通过电机系统中的多个绕组的电流的系统的示例图。
[0160]
在该示例性实施例中，电机220包括霍尔传感器1611、1612和1613，它们的反馈1670被传送到控制器140。以先前讨论的方式，控制器140以先前讨论的方式即时调整由控制信号106指示的放大器增益。
[0161]
图17是根据本文实施例的用于实施本文讨论的任何操作的计算机设备的示例框图。
[0162]
如图所示，本示例的(诸如由诸如控制器140、用户接口115、放大器145等的一个或多个资源实施的)计算机系统1700包括互连1711，其耦合计算机可读存储介质1712(诸如可在其中存储和检索数字信息的非暂态型介质(或硬件存储介质))、处理器1713(例如，计算机处理器硬件，诸如一个或多个处理器设备)、i/o接口1714和通信接口1717。
[0163]
i/o接口1714提供与任何适当电路或部件(诸如用户接口115、绕组131、放大器145等)的连接。
[0164]
计算机可读存储介质1712可以是任何硬件存储资源或设备，诸如存储器、光存储器、硬盘驱动器、软盘等。在一个实施例中，计算机可读存储介质1712存储控制器应用140-1用于执行本文所述的任何操作的指令和/或数据。
[0165]
此外，在该示例性实施例中，通信接口1717使得计算机系统1700和处理器1713能够通过诸如网络190的资源进行通信，以从远程源取回信息并与其他计算机通信。
[0166]
如图所示，计算机可读存储介质1712被处理器1713执行的控制器应用140-1(例如，软件、固件等)编码。控制器应用140-1可被配置为包括实施本文讨论的任何操作的指令。
[0167]
在一个实施例的操作期间，处理器1713经由使用互连1711访问计算机可读存储介质1712，以便启动、运行、执行、解释或以其他方式执行存储在计算机可读存储介质1712上的控制器应用140-1中的指令。
[0168]
控制器应用140-1的执行产生诸如处理器1713中的控制器处理140-2的处理功能。换句话说，与处理器1713相关联的控制器处理140-2表示在计算机系统1700中的处理器1713内或之上执行控制器应用140-1的一个或多个方面。
[0169]
根据不同实施例，注意，计算机系统1700可以是微控制器设备、逻辑、硬件处理器、混合模拟/数字电路等，其被置为控制电源并执行本文所述的任何操作。
[0170]
现在将通过图17中的流程图1700讨论由不同资源支持的功能。注意，以下流程图中的步骤可以任何适当的顺序执行。
[0171]
图18是示出根据本文实施例的控制功率转换器的方法的示例图。
[0172]
在流程图1800的处理操作1810中，控制器140在多个增益设置150中选择增益设置(诸如gx)。
[0173]
在处理操作1820中，控制器140将选定增益设置应用于放大器145；放大器145接收由电阻路径135产生的采样电压137。采样电压137指示通过绕组131的电流121的幅度。
[0174]
在处理操作1830中，控制器140基于放大器145的输出147(诸如反馈)监控通过绕组131的电流121的幅度。
[0175]
图19是示出根据本文实施例的控制系统(诸如电路)的装配的示例图。
[0176]
在该示例性实施例中，装配器1940接纳基板1910和系统100的相应部件(诸如控制器140、放大器145、开关120、电阻路径135等中的一个或多个)。装配器1940将控制器140和其他部件(诸如放大器145、开关120、电阻路径135等)附接(耦合)到基板1910。
[0177]
通过如本文所述的一个或多个相应的电路路径(诸如迹线、电缆、布线等)，制造商1940提供一个或多个部件(诸如控制器140、放大器145、开关120、电阻路径135等)之间的连接。进一步注意，部件(诸如控制器140、放大器145、开关120、电阻路径135等)可以任何适当的方式附接或耦合到基板1910。例如，电机系统100中的一个或多个部件可焊接到基板1910、插入到基板1910上设置的插座中等等。
[0178]
另外，基板1910是可选的。如上图所示和本文所述的任何一个或多个电路路径或连接可设置在电缆、柔性基板或其他合适介质中。
[0179]
在一个非限制性示例实施例中，负载(诸如一个或多个绕组)与基板1910无关地设
置其自有的装配上；负载(诸如电机)的基板经由导线、电缆、链路等直接或间接连接到基板1910。控制器140或电机系统100的任何部分也可以设置在插入基板1910的插座的独立较小的板上。
[0180]
如前所讨论的，通过一个或多个电路路径1922(诸如一个或多个迹线、电缆、连接器、导线、导体、导电路径等)，装配器1940将系统100和相应部件耦合到绕组131。在一个实施例中，电路路径1922将电流从输入电压(电源电压)传送到由开关120控制的绕组131。
[0181]
因此，本文的实施例包括一种系统，该系统包括：基板1910(诸如电路板、独立板、母板、预定耦合到母板的独立板、主机等)；系统100，包括如本文所述的相应部件；以及至少一个绕组(诸如电机、绕组等)。
[0182]
再次注意，本文中的技术非常适合用于电路应用，诸如实施更精确电流监控和控制的电路应用。然而，应当注意，本文的实施例不限于在这种应用中使用，并且本文讨论的技术也非常适合于其他应用。
[0183]
基于本文阐述的描述，已经阐述了许多具体细节以提供对所要求保护主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主题。在其他情况下，普通技术人员已知的方法、装置、系统等未被详细描述，以避免模糊所要求保护的主题。详细描述的一些部分已经根据对存储在计算系统存储器(诸如计算机存储器)中的数据位或二进制数字信号的操作的算法或符号表示来呈现。这些算法描述或表示是数据处理领域中的普通技术人员用于向本领域的其他技术人员传达其工作实质的技术的示例。如本文所述的算法通常被认为是导致期望结果的操作或类似处理的自相一致的序列。在这种情况下，操作或处理涉及物理量的物理操作。通常，尽管不一定，这些量可采取能够被存储、传输、组合、比较或以其他方式处理的电或磁信号的形式。有时，主要是出于通常使用的原因，参考诸如位、数据、值、元素、符号、字符、术语、数字等这样的信号是方便的。然而，应当理解，所有这些和类似术语都与适当的物理量相关联，并且仅仅是方便的标签。除非另有明确说明，否则从以下讨论中可以明显看出，在本说明书的整个讨论中，使用诸如“处理”、“计算”、“确定”等术语是指计算平台(诸如计算机或类似电子计算设备)的动作或处理，其在计算平台的存储器、寄存器或其他信息存储设备、传输设备或显示设备内处理或转换表示为物理电子量或磁量的数据。
[0184]
虽然已经参考本发明的优选实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求所定义的本技术的精神和范围的情况下，可以对形式和细节进行各种改变。这种变型旨在包含在本技术的范围内。因此，本技术实施例前面的描述并不用于限制。相反，对本发明的任何限制在以下权利要求中提出。