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CN120294387A - 用于减少电流传感器的热生成和功率消耗的系统和方法 - Google Patents

用于减少电流传感器的热生成和功率消耗的系统和方法 Download PDF

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CN120294387A
CN120294387A CN202410041282.3A CN202410041282A CN120294387A CN 120294387 A CN120294387 A CN 120294387A CN 202410041282 A CN202410041282 A CN 202410041282A CN 120294387 A CN120294387 A CN 120294387A
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threshold
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韩连生
黄畅畅
艾雷
王振豪
刘智
李阳阳
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Honeywell International Inc
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Publication date
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Abstract

用于减少电流传感器的热生成和功率消耗的系统和方法。一种方法和装置，包括磁芯、被配置在磁芯的气隙中的霍尔效应传感器、耦合到霍尔效应传感器的放大器、耦合到放大器的驱动器、次级绕组，所述次级绕组包括(i)围绕芯体延伸的导线线圈和(ii)耦合到驱动器的第一端，以及(iii)耦合到采样电阻器的第二端，被配置为允许反馈电流从驱动器到次级绕组的开关，以及耦合到开关的控制器单元，所述控制器单元被配置为(i)基于与采样电阻器相关联的采样电压接收数字信号，(ii)基于至少包括超过一个或多个阈值的数字信号的操作状况数据生成一个或多个控制信号，以及(iii)将所述一个或多个控制信号传输到开关。

Description

用于减少电流传感器的热生成和功率消耗的系统和方法
技术领域
本公开的各种实施例涉及电流传感器，并且更特别地，涉及使电流传感器的操作变化以控制热生成和功率消耗。
背景技术
电流传感器在各种各样的工业和汽车应用中采用。例如，就电动车辆的安全性、性能和效率而言，对电流的监视是必不可少的。然而，电流传感器当被用在诸如电动车辆中之类的高电流或高电压应用中时，容易过热和高功率消耗。申请人已经认识到与常规电流传感器相关联的许多技术挑战和困难。
发明内容
本文中描述的各种实施例涉及用于控制电流传感器的组件、装置和系统。
根据本公开的各种实施例，提供了一种电流传感器。在一些实施例中，电流传感器包括磁芯，所述磁芯包括(i)芯体(corebody)和(ii)沿着芯体的气隙；被配置在气隙中的磁换能器；耦合到磁换能器的放大器；包括围绕芯体延伸的导线线圈的次级绕组；以及耦合在放大器和次级绕组之间的开关，所述开关被配置为通过基于控制信号在连续模式或脉冲模式下操作来打开或闭合放大器和次级绕组之间的电路路径。
在一些实施例中，放大器被配置为从磁换能器接收输出电压；并且生成包括反馈电流的放大电压。在一些实施例中，开关被配置为允许反馈电流从放大器经由电路路径到次级绕组。在一些实施例中，连续模式与较高的测量准确度相关联。在一些实施例中，脉冲模式与更低的功率消耗或更低的操作温度相关联。在一些实施例中，控制信号包括闭合值或打开值中的一个或多个。在一些实施例中，连续模式包括基于包括连续模式控制信号的控制信号来操作开关，所述连续模式控制信号包括稳定的闭合值。在一些实施例中，脉冲模式包括基于包括脉冲模式控制信号的控制信号来操作开关，所述脉冲模式控制信号包括多个交替的打开值和闭合值。
根据另一实施例，提供了一种装置。在一些实施例中，所述装置包括磁芯，所述磁芯包括(i)芯体和(ii)沿着芯体的气隙；被配置在气隙中的霍尔效应传感器；耦合到霍尔效应传感器的放大器；耦合到放大器的驱动器；次级绕组，包括(i)围绕芯体延伸的导线线圈，以及(ii)耦合到驱动器的第一端，以及(iii)耦合到采样电阻器的第二端；开关，被配置为允许反馈电流从驱动器到次级绕组；以及耦合到所述开关的控制器单元，所述控制器单元被配置为(i)基于与采样电阻器相关联的采样电压接收数字信号，(ii)基于至少包括超过一个或多个阈值的数字信号的操作状况数据生成一个或多个控制信号，以及(iii)将所述一个或多个控制信号传输到所述开关。
在一些实施例中，所述装置进一步包括耦合到控制器单元的温度传感器，所述温度传感器被配置为：生成代表采样电阻器的温度的数据信号；并且将数据信号传输到控制器单元。在一些实施例中，操作状况数据包括数据信号。在一些实施例中，所述开关被配置在控制器单元和放大器之间。在一些实施例中，所述开关被配置在控制器单元和驱动器之间。在一些实施例中，所述开关被配置在驱动器和次级绕组之间。
根据另一实施例，提供了一种用于控制电流传感器的方法。在一些实施例中，所述方法包括由一个或多个处理器接收与电流传感器相关联的操作状况数据；由一个或多个处理器基于操作状况数据确定一个或多个阈值已经被超过；由所述一个或多个处理器基于所述一个或多个阈值来确定操作模式；由所述一个或多个处理器基于操作模式来确定控制信号类型；以及基于控制信号类型生成控制信号，其中(i)控制信号包括连续模式控制信号或脉冲模式控制信号之一，并且(ii)由与电流传感器相关联的开关接收，并且被用于将电流传感器配置为在操作模式下操作。
在一些实施例中，操作状况数据包括温度数据、电流测量值或电流频率值。在一些实施例中，所述一个或多个阈值包括初级电流阈值、温度阈值或初级电流频率阈值。在一些实施例中，所述方法进一步包括基于检测到高于初级电流阈值的初级电流或高于温度阈值的温度来确定脉冲模式作为操作模式。在一些实施例中，所述方法进一步包括基于初级电流频率阈值优先于初级电流阈值或温度阈值中的一个或多个来确定连续模式作为操作模式。在一些实施例中，所述一个或多个阈值包括安全性阈值，所述安全性阈值优先于初级电流阈值、温度阈值或初级电流频率阈值。在一些实施例中，脉冲模式控制信号包括可调整的相位或占空比中的一个或多个。
在以下详细描述及其随附附图中，进一步解释了本公开的前述说明性概述以及其他示例性目的和/或优点，以及据其实现所述示例性目的和/或优点的方式。
附图说明
说明性实施例的描述可以结合随附附图来阅读。将领会，为了说明的简单性和清楚性，除非另外描述，否则各图中所图示的元件不一定是按比例绘制的。例如，除非另外描述，否则元件中的一些的尺寸可以相对于其他元件被夸大。并入本公开的教导的实施例被相对于本文中呈现的各图示出和描述，其中：
图1描绘了示例电流传感器；
图2描绘了根据本公开的各种实施例的示例电流传感器；
图3A描绘了根据本公开的各种实施例的示例连续模式控制信号；
图3B描绘了根据本公开的各种实施例的示例脉冲模式控制信号；
图4A是根据本公开的各种实施例的示例电流传感器装置的框图；
图4B是根据本公开的各种实施例的替代示例电流传感器装置的框图；
图4C是根据本公开的各种实施例的另一替代电流传感器装置的框图；
图5是根据本公开的一些示例实施例的用于控制电流传感器的示例性方法的示例流程图；
图6描绘了根据本公开的一些示例实施例的用于优化功率消耗的示例时序图。
图7描绘了根据本公开的一些示例实施例的用于优化电流传感器温度的示例时序图。
图8描绘了根据本公开的一些示例实施例的用于优化功率消耗和电流传感器温度这两者的示例时序图。
具体实施方式
现在将在下文中参考随附附图更全面地描述本公开的一些实施例，在随附附图中示出了本公开的一些但非全部实施例。实际上，这些公开内容可以以许多不同的形式来体现，并且不应当被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，这些实施例被提供，使得本公开将满足适用的法律要求。类似的数字始终指代类似的元件。
如本文中所使用的，诸如“前”、“后”、“顶”等的术语在下面提供的示例中用于解释目的，以描述特定组件或组件的部分的相对定位。更进一步地，鉴于本公开，如对于本领域普通技术人员来说将明显的是，术语“基本上”和“近似”指示所引用的元件或相关联的描述在适用的工程公差内是准确的。
如本文中所使用的，术语“包括”意指包括但不限于，并且应当以其在专利上下文中被典型地使用的方式来解释。诸如包括、包含和具有之类的更广泛术语的使用应当被理解为对诸如由……组成、实质上由……组成和基本上由……组成之类的更狭窄术语的支持。
短语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”以及诸如此类一般意指该短语之后的特定特征、结构或特性可以被包括在本公开的至少一个实施例中，并且可以被包括在本公开的多于一个实施例中(重要的是，这样的短语不一定指代同一实施例)。
词语“示例”或“示例性”在本文中被用于意指“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实现方式不一定被解释为优选于或优于其他实现方式。
如果说明书陈述了组件或特征“可以”、“能够”、“可能”、“应当”、“将”、“优选地”、“有可能”、“典型地”、“可选地”、“例如”、“经常”或“也许”(或其他这样的语言)被包括或具有特性，则特定的组件或特征不要求被包括或具有该特性。这样的组件或特征可以可选地被包括在一些实施例中，或者其可以被排除。
闭环电流传感器可以包括电流测量技术，所述电流测量技术在初级电路(例如，被测电路)和用于测量初级电路的初级电流的传感器输出之间提供电气和电隔离(例如，没有电接触)。
图1描绘了示例电流传感器100。如图1中所描绘的，电流传感器100包括闭环电流传感器。电流传感器100包括卷绕有次级绕组108的磁芯104。电流传感器100进一步包括被配置在磁芯104的气隙中的磁换能器106。磁换能器106被耦合到放大器110。磁换能器106被配置为在气隙中的磁换能器106周围存在磁场的情况下生成电压输出(例如，霍尔电压)。可以通过在磁芯104内部插入承载初级电流112的导体102来引起磁场。电压输出可以基于磁换能器106周围的磁场的磁通量密度，所述磁通量密度与初级电流112成比例。
由磁换能器106生成的电压输出可以由放大器110放大并转换成反馈电流116。次级绕组108在次级绕组108的第一端处耦合到放大器110，并且接收反馈电流116，使得次级绕组108可以生成与初级电流112相关联的磁场相反的磁场，由此在次级绕组108的第二端处生成次级电流114，使得以下条件被创建：
IPNP＝ISNS 等式1
其中IP可以表示初级电流112，IS可以表示次级电流114，NP可以表示与导体102相关联的初级绕组的数量，并且NS可以表示次级绕组108的数量。照此，初级电流112可以基于次级电流114的导数来确定。包括已知电阻值的采样电阻器118被耦合到次级绕组108的第二端。次级电流114可以通过接收跨采样电阻器118的采样电压120并且使用欧姆定律(例如，V＝IR)来确定。初级电流112可以使用等式1基于次级电流114来确定。
作为接收次级电流114的副产品，可以在采样电阻器118处生成热。根据焦耳定律，采样电阻器118处生成的热的量可以与电流安培数的平方和电阻值成比例。照此，初级电流112越大，次级电流114和采样电阻器118处的相关联的热输出可以越大。由此，更大的次级电流114可能要求放大器110的更大功率消耗来生成反馈电流116。过热和高功率消耗一般是在诸如电动车辆之类的应用中被监视并且期望最小化的参数。
本公开的各种示例实施例克服了电流传感器中的这样的技术挑战和困难，并提供了各种技术进步和改进。根据本公开的各种示例，公开了用于改进电流传感器性能的示例电流传感器的组件。在一些实施例中，闭环电流传感器包括开关，所述开关被配置为基于热和功率消耗状况和要求来打开或闭合闭环电流传感器的电路。在一些实施例中，所述开关被配置为由例如控制器单元基于一个或多个阈值和/或一个或多个优化目标在连续模式或脉冲模式下操作。在一些实施例中，所述一个或多个阈值包括初级电流阈值、温度阈值和初级电流频率阈值。在一些实施例中，所述一个或多个优化目标包括最优功率消耗调节、最优加热调节或总体调节。
图2描绘了根据本公开的各种实施例的示例电流传感器200。电流传感器200包括闭环传感器，所述闭环传感器包括沿着磁芯204的芯体的气隙中的磁换能器206(例如，霍尔效应传感器)。磁芯204可以包括铁磁材料，诸如纳米晶体和镍铁材料(例如，环形线圈芯)。在一些实施例中，磁芯204包括环面，或者俗称为甜甜圈或炸圈饼，包括环形部分和内部空隙的形状。磁芯204的内部空隙可以被配置用于检测由导体202承载的初级电流212，所述初级电流212可以产生由磁换能器206可检测的磁通量。
磁换能器206被耦合到放大器210(例如，运算放大器)。电压输出(例如，霍尔电压)可以基于由磁换能器检测到的磁通量来由磁换能器206生成。放大器210可以接收来自磁换能器216的电压输出，并生成包括反馈电流216的放大电压信号。反馈电流216可以被在次级绕组的第一端处接收，并且被驱动通过次级绕组208。次级绕组208可以包括围绕磁芯204的芯体延伸的导线线圈。在一些实施例中，次级绕组208包括缠绕在磁芯204外部的螺旋线圈。例如，次级绕组208可以包括围绕磁芯204的Ns数量的匝。次级绕组208可以包括铜导线或适用于传导电流的任何导体。
由次级绕组208接收的反馈电流216可以生成抵消由初级电流212创建的磁通量的相反磁场，由此在次级绕组208的第二端处产生与初级电流212成比例的次级电流214。采样电阻器218(例如，分流电阻器)被耦合到次级绕组208的第二端。次级电流214可以通过接收跨采样电阻器218的采样电压220并且将采样电压220转换成可用于基于采样电阻器218的已知电阻值确定次级电流214的值的数字信号来确定。次级电流214可以用于导出和确定初级电流212。
电流传感器200进一步包括被配置在放大器210和次级绕组208之间的开关222。所述开关222可以被配置为打开或闭合(例如，在放大器210到次级绕组208之间的)电路路径，所述电路路径允许反馈电流216被从放大器210传输到次级绕组208，并且由此切换电流传感器200的操作(例如，开启或关闭)。根据本公开的各种实施例，开关222被配置为基于从例如控制器单元接收的控制信号在连续模式或脉冲模式下操作。在一些实施例中，电流传感器200被配置为当期望(例如，与采样电压220相关联的交流电(AC)的)更高的测量准确度时，在连续模式下操作。在一些其他实施例中，电流传感器200被配置为当期望更低功率消耗或更低操作温度时在脉冲模式下操作。在图3A和图3B中描绘了可以被传输到开关222和由开关222接收的连续模式控制信号和脉冲模式控制信号的示例。
图3A描绘了根据本公开的各种实施例的示例连续模式控制信号。如图3A中所描绘的，被配置为切换电流传感器的操作的开关(例如，开关222)是经由控制信号可控制的，所述控制信号包括分别与闭合开关状态或打开开关状态相关联的“闭合”或“打开”值。根据本公开的各种实施例，闭合开关状态包括处于闭合定位的开关，由此使电流传感器(例如，电流传感器200)被“开启”或启用(例如，闭合电路)。相反，打开开关状态包括开关处于打开定位，由此使电流传感器“关闭”或禁用(例如，开路)。如图3A和图3B中所描绘的，“闭合”值包括非零值，并且“打开”值包括零值。然而，在其他实施例中，“闭合”值可以包括零值，并且“打开”值可以包括非零值。“闭合”和“打开”值可以被任意指定，并且不限于这里公开的值。
如图3A中进一步描绘的，连续模式控制信号包括在给定时间段上的稳定的“闭合”值。如图3A中所描绘的，稳定的“闭合”值可以由开关接收，在此期间，与开关相关联的电流传感器被指导在连续模式下操作。在连续模式期间，稳定的“闭合”值可以允许来自放大器210的输出(例如，反馈电流216)被以连续方式传输到次级绕组208，由此允许电流传感器200的连续操作和连续读数以确定次级电流214。
图3B描绘了根据本公开的各种实施例的示例脉冲模式控制信号。如图3B中所描绘的，脉冲模式控制信号包括在给定时间段上的交替的“闭合”和“打开”值。如图3B中所描绘的，交替的“闭合”和“打开”值可以由开关接收，在此期间，与开关相关联的电流传感器被指导在脉冲模式下操作。在脉冲模式期间，与电流传感器相关联的开关在打开和闭合定位之间转换，并且可以允许来自放大器210的输出(例如，反馈电流216)被周期性地传输到次级绕组208，由此允许电流传感器200的周期性操作和周期性读数来确定次级电流214。
图4A是根据本公开的各种实施例的示例电流传感器装置400A的框图。电流传感器装置400A包括磁芯402和霍尔效应传感器404，霍尔效应传感器404被配置在沿着磁芯402的芯体的气隙内。将承载初级电流410的导体材料插入由磁芯402限定的内部空隙中可以引起由霍尔效应传感器404可检测的磁通量。霍尔效应传感器404可以生成与磁通量的强度成比例的电压输出(例如，霍尔电压)，磁通量的强度进而与初级电流410的量成比例。从霍尔效应传感器404输出的电压可以由放大器406放大，以生成由驱动器408使用的放大电压，从而驱动反馈电流从次级绕组412的第一端通过次级绕组412到次级绕组412的第二端。次级绕组412被盘绕在磁芯的一部分周围，使得当反馈电流被驱动通过次级绕组412时，可以实现零通量。
采样电阻器422被配置为与次级绕组412的第二端串联。电压信号可以从跨采样电阻器422(例如，与采样电阻器422并联)取得，并且由放大器414放大。来自放大器414的放大电压可以由模数转换器416转换成适用于输入到控制器单元418的数字电压信号。控制器单元418可以包括一个或多个复杂可编程逻辑器件(CPLD)、微处理器、多核处理器、协处理实体、专用指令集处理器(ASIP)、微控制器和/或控制器。
进一步地，控制器单元418可以被体现为一个或多个其他处理设备或电路。术语电路可以指代完全硬件实施例或者硬件和计算机程序产品的组合。因此，控制器单元418可以被体现为集成电路、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、硬件加速器、其他电路和/或诸如此类。
因此如将理解，控制器单元418可以被配置用于特定使用，或者被配置为执行存储在易失性或非易失性介质中或者控制器单元418以其他方式可访问的指令。照此，无论是由硬件或计算机程序产品配置，还是由它们的组合配置，控制器单元418在被相应地配置时都可能能够执行根据本公开的实施例的步骤或操作。
根据本公开的各种实施例，数字电压信号包括跨采样电阻器422取得的(采样)电压。给定采样电阻器422的已知值，控制器单元418可以从模数转换器416接收数字电压信号，并确定次级电流以确定初级电流410的值。因此，控制器单元418可以被配置为基于跨采样电阻器422取得的电压来确定初级电流410。
供应电压开关420A被耦合在放大器406和控制器单元418之间。在一些实施例中，控制器单元418可以通过向供应电压开关420A传输控制信号来配置电流传感器装置400A的操作模式。供应电压开关420A被耦合到放大器406的供应电压，并且可以由控制器单元418(例如，经由连续模式和脉冲模式控制信号)控制以接通和断开放大器406。
图4B是根据本公开的各种实施例的替代示例电流传感器装置400B的框图。如图4B中所描绘的，供应电压开关420B被耦合在驱动器408和控制器单元418之间，以用于配置电流传感器装置400B的操作模式。在一些实施例中，控制器单元418可以通过向供应电压开关420B传输控制信号来配置电流传感器装置400B的操作模式。供应电压开关420B被耦合到驱动器408的供应电压，并且可以由控制器单元418(例如，经由连续模式和脉冲模式控制信号)控制以接通和断开驱动器408。
图4C是根据本公开的各种实施例的另一替代电流传感器装置400C的框图。如图4C中所描绘的，模拟开关420C被配置在驱动器408和次级绕组412之间，以用于配置电流传感器装置400C的操作模式。在一些实施例中，控制器单元418可以通过向模拟开关420C传输控制信号来配置电流传感器装置400C的操作模式。模拟开关420C可以由控制器单元418(例如，经由连续模式和脉冲模式控制信号)控制以打开和闭合驱动器408和次级绕组412之间的路径，所述路径被用于将反馈电流驱动驱动到次级绕组412。
在一些实施例中，控制器单元418可以基于诸如采样电阻器422的组件温度来确定操作模式以配置电流传感器装置400A、400B和400C中的任何一个。如图4A、图4B和图4C中进一步描绘的，电流传感器装置400A、400B和400C进一步包括温度传感器424。温度传感器424可以被配置为监视采样电阻器422的温度。温度传感器424可以生成代表采样电阻器422的温度的数据信号。由温度传感器424生成的信号可以被传输到控制器单元418并且由控制器单元418接收，以确定采样电阻器422的温度是否超过温度阈值。在一些示例实施例中，控制器单元418可以基于采样电阻器422在超过温度阈值的温度下操作的确定，将电流传感器装置400A、400B和400C配置为在脉冲模式下操作。
根据本公开的各种实施例，电流传感器装置400A、400B或400C中的一个或多个基于一个或多个操作阈值在连续模式或脉冲模式下操作。在一些实施例中，如果由电流传感器装置400A、400B或400C中的一个或多个(基于次级电流的确定和从次级电流的导出)确定的初级电流高于定义的阈值，则电流传感器装置400A、400B或400C中的一个或多个由处理设备(诸如控制器单元418)配置为在脉冲模式下操作以降低功率消耗。在一些其他实施例中，如果(例如，使用温度传感器424确定的)操作温度高于温度阈值，则电流传感器装置400A、400B或400C中的一个或多个由处理设备配置为在脉冲模式下操作以降低加热。在一些附加实施例中，如果包括AC电流的初级电流的频率由电流传感器装置400A、400B或400C中的一个或多个确定为高于阈值，则电流传感器装置400A、400B或400C中的一个或多个由处理设备配置为在连续模式下操作，由此提供足够的采样率来确保初级电流的准确确定。
现在参考图5，图示根据本公开的一些示例实施例的用于控制电流传感器的示例性方法的示例流程图。注意，流程图的每个块以及流程图中的块的组合可以通过各种部件来实现，诸如硬件、固件、电路和/或与包括一个或多个计算机程序指令的软件的执行相关联的其他设备。例如，图5中描述的步骤/操作中的一个或多个可以由计算机程序指令来体现，所述计算机程序指令可以由采用本公开实施例的装置的非暂时性存储器来存储，并且由装置中的处理器组件(诸如但不限于控制器单元418)来执行。例如，这些计算机程序指令可以指导处理器组件以特定方式运转，使得存储在计算机可读存储存储器中的指令产生制品，所述制品的执行实现(一个或多个)流程图块中指定的功能。
在图5中，示例方法500可以由与电流传感器相关联的计算设备执行(例如，如在此图示和描述的那样)。在步骤502处，接收与电流传感器相关联的操作状况数据。在一些实施例中，操作状况数据包括温度数据、电流测量值或电流频率值。温度数据可以与电流传感器内的一个或多个组件的温度相关联，所述一个或多个组件诸如从中取得电压读数(例如，以确定次级电流并且基于次级电流导出/确定初级电流)的采样电阻器。电流测量值可以与所确定的次级电流或所导出/所确定的初级电流相关联。电流频率值可以与包括要被导出/确定的AC电流的初级电流的频率(例如，电流以其每秒改变方向的速率)相关联。
在一些实施例中，在步骤502之后，示例方法继续进行到步骤504，在步骤504处，分析操作状况数据以确定或检测是否已经超过一个或多个阈值。在一些示例实施例中，所述一个或多个阈值可以包括初级电流阈值TH_IP、温度阈值TH_temp或初级电流频率阈值TH_freq。
在一些实施例中，在步骤504之后，如果没有超过阈值，则可以经由步骤502和504针对超过一个或多个阈值继续接收和监视操作状况数据。
在一些实施例中，在步骤504之后，如果已经超过了一个或多个阈值，则示例方法继续进行到步骤506，在步骤506处，基于所述一个或多个超过的阈值来确定操作模式。例如，如果由电流传感器确定的初级电流高于初级电流阈值(例如，600A)，则电流传感器可以被配置为进入脉冲模式以降低功率消耗。在另一示例中，如果电流传感器的温度(或其组件)高于温度阈值(例如，158F或70℃)，则电流传感器可以被配置为进入脉冲模式以降低加热。在又另一示例中，如果初级电流频率(例如，包括AC电流的初级电流的频率)高于频率阈值(例如，400Hz)，则电流传感器可以被配置为进入连续模式，以能够捕获在初级电流频率下操作的初级电流，从而提供感测准确度。
在一些实施例中，确定操作模式进一步包括确定优化目标。可以针对其中超过多于一个阈值的实例确定优化目标。在一些实施例中，可以在规定电流传感器应当在哪种操作模式下操作下对一个或多个超过的阈值进行优先级排序。例如，电流传感器可以被配置在脉冲模式下以用于降低功率消耗和电流传感器温度，然而，测量准确度可以优先于功率消耗和/或电流传感器温度。也就是说，尽管超过了功率消耗和/或电流传感器温度阈值，但是电流传感器可以基于超过频率阈值的初级电流频率被配置在连续模式下。
在一些其他实施例中，所述一个或多个阈值进一步包括一个或多个安全性阈值。安全性阈值可以包括优先于非安全性阈值的阈值。例如，初级电流阈值TH_IP、温度阈值TH_temp或初级电流频率阈值TH_freq可以包括非安全性阈值。在一些示例实施例中，安全性阈值包括优先于主要电流频率阈值TH_freq的安全性温度阈值或过电流阈值。照此，在超过安全性温度阈值或过电流阈值的事件中，电流传感器可以被配置在脉冲模式或其中电流传感器的开关状态被配置在打开定位的模式下。
图6描绘了根据本公开的一些示例实施例的用于优化功率消耗的示例时序图。优化功率消耗可以包括监视所确定的初级电流和初级电流频率。优化功率消耗可以进一步包括基于所确定的初级电流和/或初级电流频率分别超过或不超过初级电流阈值TH_IP和/或初级电流频率阈值TH_freq，来将电流传感器配置为在脉冲模式或连续模式下操作。
如图6中所描绘的，基于(i)所确定的初级电流不超过初级电流阈值TH_IP和(ii)初级电流频率不超过初级电流频率阈值TH_freq，电流传感器被配置在连续模式下(例如，在T0之前、T1-T2和T5之后)。在仅所确定的初级电流超过初级电流阈值TH_IP的事件中，电流传感器可以被配置为在脉冲模式下操作(例如，T0-T1、T2-T3和T4-T5)以降低功率消耗。当初级电流频率超过初级电流频率阈值TH_freq时，电流传感器可以被配置为在连续模式下操作(例如，不管所确定的初级电流是否超过初级电流阈值TH_IP)，使得电流传感器能够捕获在初级电流频率下操作的初级电流(例如，T3-T4)。
图7描绘了根据本公开的一些示例实施例的用于优化电流传感器温度的示例时序图。优化电流传感器温度可以包括监视电流传感器温度和初级电流频率。优化电流传感器温度可以进一步包括基于电流传感器温度和/或初级电流频率分别超过或不超过温度阈值TH_temp和/或初级电流频率阈值TH_freq，来将电流传感器配置为在脉冲模式或连续模式下操作。
如图7中所描绘的，基于(i)电流传感器温度不超过温度阈值TH_temp和(ii)初级电流频率不超过初级电流频率阈值TH_freq，电流传感器可以被配置在连续模式下(例如，在T0之前、T1-T2和T5之后)。在仅电流传感器温度高于温度阈值TH_temp的事件中，电流传感器可以被配置为在脉冲模式下操作(例如，T0-T1、T2-T3和T4-T5)以降低加热。当初级电流频率超过初级电流频率阈值TH_freq时，电流传感器可以被配置为在连续模式下操作(例如，不管电流传感器温度是否超过温度阈值TH_temp)，使得电流传感器能够捕获在初级电流频率下操作的初级电流(例如，T3-T4)。
图8描绘了根据本公开的一些示例实施例的用于优化功率消耗和电流传感器温度的示例时序图。同时优化功率消耗和电流传感器温度可以包括监视所确定的初级电流、电流传感器温度和初级电流频率。针对功率消耗和电流传感器温度这两者的优化可以进一步包括基于所确定的初级电流、电流传感器温度和/或初级电流频率中的一个或多个分别超过或不超过初级电流阈值TH_IP、温度阈值TH_temp和/或初级电流频率阈值TH_freq，来将电流传感器配置为在脉冲模式或连续模式下操作。
如图8中所描绘的，基于(i)所确定的初级电流不超过初级电流阈值TH_IP，(ii)电流传感器温度不超过温度阈值TH_temp，和(iii)初级电流频率不超过初级电流频率阈值TH_freq，电流传感器被配置在连续模式下(例如，在T0之前、T1-T2、T3-T4和T7之后)。基于(i)所确定的初级电流超过初级电流阈值TH_IP或(ii)电流传感器温度超过温度阈值TH_temp中的一个或多个，电流传感器被配置在脉冲模式下。当初级电流频率超过初级电流频率阈值TH_freq时，电流传感器可以被配置为在连续模式下操作(例如，不管所确定的初级电流是否超过初级电流阈值TH_IP或者电流传感器温度是否超过温度阈值TH_temp)，使得电流传感器能够捕获在初级电流频率下操作的初级电流(例如，T5-T6)。
返回到图5，在一些实施例中，在步骤506之后，示例方法继续进行到步骤508，在步骤508处，基于所确定的操作模式来确定控制信号类型。根据本公开的各种实施例，控制信号类型可以被确定为连续模式控制信号或脉冲模式控制信号。例如，可以针对连续模式确定连续模式控制信号，并且可以针对脉冲模式确定脉冲模式控制信号。
在一些实施例中，在步骤508之后，如果所确定的控制信号类型是连续模式控制信号，则示例方法继续进行到步骤510，其中生成连续模式控制信号。在一些实施例中，连续模式控制信号包括在给定时间段上的稳定的“闭合”值。所生成的连续模式控制信号可以由开关接收，并且用于控制电流传感器的操作，以连续地操作并且持续获得用于确定初级电流的读数。在一些实施例中，在步骤510之后，示例方法继续进行到步骤502。
在一些实施例中，在步骤508之后，如果所确定的控制信号类型是脉冲模式控制信号，则示例方法继续进行到步骤512，其中生成脉冲模式控制信号。在一些实施例中，脉冲模式控制信号包括在给定时间段上的交替的“闭合”和“打开”值。所生成的脉冲模式控制信号可以由开关接收，并且用于控制电流传感器的操作，以在周期性时间间隔处操作，并获得读数以确定周期性时间间隔期间的初级电流。在一些实施例中，可以调整与脉冲模式控制信号相关联的相位和/或占空比，以实现期望的优化目标(例如，更低的功率消耗、更低的加热或这两者)以及期望的感测准确度。在一些实施例中，在步骤512之后，示例方法继续进行到步骤502。
应当理解，本公开不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例意图被包括在所附权利要求的范围内。尽管本文中采用了特定的术语，但是除非另外描述，否则它们仅在一般的和描述性的意义上使用，而不是出于限制的目的。

Claims (21)

1.一种电流传感器，包括：
磁芯，包括(i)芯体和(ii)沿着芯体的气隙；
被配置在气隙中的磁换能器；
耦合到磁换能器的放大器；
包括围绕芯体延伸的导线线圈的次级绕组；和
耦合在放大器和次级绕组之间的开关，所述开关被配置为通过基于控制信号在连续模式或脉冲模式下操作来打开或闭合放大器和次级绕组之间的电路路径。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述放大器被配置为：
接收来自磁换能器的输出电压；和
生成包括反馈电流的放大电压。
3.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述开关被配置为允许反馈电流从放大器经由电路路径到次级绕组。
4.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述连续模式与更高的测量准确度相关联。
5.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述脉冲模式与更低的功率消耗或更低的操作温度相关联。
6.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述控制信号包括闭合值或打开值中的一个或多个。
7.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述连续模式包括基于包括连续模式控制信号的控制信号操作所述开关，所述连续模式控制信号包括稳定的闭合值。
8.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述脉冲模式包括基于包括脉冲模式控制信号的控制信号操作所述开关，所述脉冲模式控制信号包括多个交替的打开值和闭合值。
9.一种装置，包括：
磁芯，包括(i)芯体和(ii)沿着芯体的气隙；
被配置在气隙中的霍尔效应传感器；
耦合到霍尔效应传感器的放大器；
耦合到放大器的驱动器；
次级绕组，包括(i)围绕芯体延伸的导线线圈，和(ii)耦合到驱动器的第一端，和(iii)耦合到采样电阻器的第二端；
开关，被配置为允许反馈电流从驱动器到次级绕组；以及
耦合到所述开关的控制器单元，所述控制器单元被配置为(i)基于与采样电阻器相关联的采样电压接收数字信号，(ii)基于至少包括超过一个或多个阈值的数字信号的操作状况数据生成一个或多个控制信号，以及(iii)将所述一个或多个控制信号传输到所述开关。
10.根据权利要求9所述的装置，进一步包括耦合到控制器单元的温度传感器，所述温度传感器被配置为：
生成代表采样电阻器的温度的数据信号；并且
将所述数据信号传输到控制器单元。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述操作状况数据包括数据信号。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述开关被配置在控制器单元和放大器之间。
13.根据权利要求9所述的装置，其中所述开关被配置在控制器单元和驱动器之间。
14.根据权利要求9所述的装置，其中所述开关被配置在驱动器和次级绕组之间。
15.一种用于控制电流传感器的方法，所述方法包括：
由一个或多个处理器接收与电流传感器相关联的操作状况数据；
由所述一个或多个处理器基于操作状况数据确定已经超过一个或多个阈值；
由所述一个或多个处理器基于所述一个或多个阈值来确定操作模式；
由所述一个或多个处理器基于操作模式来确定控制信号类型；和
基于控制信号类型生成控制信号，其中(i)所述控制信号包括连续模式控制信号或脉冲模式控制信号之一，并且(ii)由与电流传感器相关联的开关接收，并且被用于配置电流传感器以在操作模式下操作。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述操作状况数据包括温度数据、电流测量值或电流频率值。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个阈值包括初级电流阈值、温度阈值或初级电流频率阈值。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括基于检测到高于初级电流阈值的初级电流或高于温度阈值的温度来确定脉冲模式作为操作模式。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括基于初级电流频率阈值优先于初级电流阈值或温度阈值中的一个或多个来确定连续模式作为操作模式。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述一个或多个阈值包括安全性阈值，所述安全性阈值优先于初级电流阈值、温度阈值或初级电流频率阈值。
21.根据权利要求15所述的方法，其中所述脉冲模式控制信号包括可调整的相位或占空比中的一个或多个。
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