[发明专利]具有故障检测的电流监视器

说明书

本公开涉及具有故障检测的电流监视器。差分放大器可用于提供通过负载设备的感应电流的放大表示。单独的信号路径可用于提供快速的故障检测，而无需使用差分放大器。例如，电压缩放电路可用于缩放指示负载电流的差分输入信号。然后可以将缩放表示与对应于故障电流值的指定阈值进行比较。以此方式，可以使用高速低压比较器来提供对故障电流的检测，否则该故障电流会超出差分放大器的输入范围，其中差分放大器单独用于精密电流监控。作为说明性示例，即使当差分放大器的输入饱和时，这种方案也可以提供故障检测。

技术领域

该文件总体上但非限制性地涉及电流监视电路和相关技术，并且更具体地涉及包括故障检测的电流监视。

背景技术

在各种应用中，可以感测电流，例如出于监视、保护或控制负载设备的目的。可以相对于单相或多相负载执行这种电流感测。通常，可以将电流感测元件(例如感测电阻器)与电源和负载串联放置。在多相系统中，可以将电流感应元件与电源和对应于每个相的负载串联放置。流过电源和相应负载的电流(例如瞬时电流)可以例如通过放大和测量代表传感设备产生的电压降的差分信号来确定。这种放大的输出可以用于监视或控制负载设备的目的。

发明内容

如上所述，指示电流流过负载的信号可以被放大。在一个示例中，诸如差分放大器之类的模拟放大器可以用于放大指示这种负载电流的差分信号。在一种方法中，这样的差分放大器的输出也可以被路由到差分放大器下游的其他设备，例如用于保护负载(例如，故障检测)。本发明人已经认识到这种方法会带来挑战。例如，作为说明性示例，差分放大器可以被配置为提供相对宽的共模输入电压容限，诸如在大约-20V至大约80V之间的容差。差分放大器还可具有规定的差分输入电压范围，以涵盖与所需负载电流测量范围相对应的电压范围。通常，差分放大器将下游设备与相对较高的共模电压隔离，同时放大指示负载电流的相对较低的差模电压。

如果差分放大器还用于为下游故障检测设备(如故障电流检测比较器)提供信号调理，则差分放大器的差分输入电压范围也必须包含与故障电流阈值相对应的电压幅值。该故障电流阈值可能是正常运行期间预期的负载电流大小的值的许多倍。因此，如果差分放大器具有较宽的差分输入电压范围以驱动下游故障检测装置，则当差分信号幅度不接近故障阈值时，可牺牲一个或多个精度或精度。

为了解决这些挑战，本发明人已经认识到可以使用单独的信号路径来提供快速的故障检测，而不是依赖于与用于精确负载电流监视的相同的差分放大器。例如，可以使用电压缩放电路，例如包括各个电阻分压器网络的无源电路，来缩放表示负载电流的差分输入信号。然后可以将缩放表示与对应于故障电流值的指定阈值进行比较。以此方式，可以使用高速低压比较器来提供故障电流的检测，否则该故障电流将超出单独用于精密电流监控的差分放大器的输入范围。作为说明性示例，即使当差分放大器的输入饱和时，这种方案也可以提供故障检测。

可以使用阈值信号输入来提供用于故障电流检测的阈值。比较器电路可以将阈值信号与指示负载电流的差分信号的正极性和负极性成分相加。以这种方式，可以建立可调节的故障电流阈值。

在一个示例中，电流监视电路可以在存在共模电压的情况下提供增强的动态范围和快速的故障检测。电流监视电路可包括差分放大器电路，包括：两端输入，用于接收指示被监视电流的差分信号；以及输出，用于提供具有指示被监视电流的幅度的信号；电压缩放电路；和比较器电路，包括两端输入，用于从所述电压缩放电路接收被监视电流的差分信号的缩放表示，以便与指示故障电流阈值的阈值信号进行比较。比较器电路可以被安排为具有连续时间输入方案或离散时间(例如，离散时间开关电容器)输入方案来操作。在一个示例中，用于电流监视的方法可以包括接收指示被监视电流的差分信号，以及响应地提供包括具有指示被监视电流的幅度的信号的输出。该方法可包括缩放指示被监视电流的差分信号以提供缩放表示，以及使用比较器电路将所述缩放表示与指示故障电流阈值的阈值信号进行比较。