自动调节偏移电压的电流传感器

1.本发明涉及一种自动调节偏移电压的电流传感器以及自动调节电流传感器的偏移电压的方法。


背景技术：

2.近来，随着便携式电子产品需求的快速增长以及电动汽车、储能电池、机器人、卫星等的全面发展，对可重复充放电的二次电池的研究也在积极进行。
3.通常，在包括这种二次电池的电池组的供电系统中可存在用于测量电流的电流传感器。电流传感器通过测量流经电池组的充放电路径的电流来监测电池组状态并检测流经电池组的过电流等。而且，通过电流传感器测量的电流可用作计算soc的信息或者用作判断充放电过程是否正常进行等的依据。
4.然而，由于传统的电流传感器是以输出放大器的闭环形式进行补偿，因此当输入电压出现偏移时，难以准确地进行补偿。


技术实现要素：

5.本发明公开一种通过自动调整电流传感器中使用的器件和电路中产生的电压偏移来减少偏移带来的影响并产生准确的输出电压的电流传感器及其相关方法。
6.本发明所要解决的问题并不局限于上述问题，未提及的其他问题可通过以下描述来由本领域技术人员清楚地理解。
7.本发明涉及一种自动调节偏移电压的电流传感器，本发明一实施例的自动调节偏移电压的电流传感器可包括：输入校准部，当接收到第一电压、第二电压以及控制信号时，基于控制信号来校准第一电压和第二电压中的至少一个，以减少第一电压与第二电压之间的差值的绝对值并输出校准结果；输入放大部，用于放大从输入校准部输出的电压；输出放大部，当接收到由输入放大部放大的电压时，生成输出电压；以及控制部，上述控制部可包括：开关，与由输入放大部放大的电压中的一个相连接，当第一电压与第二电压之间的差值大于第一阈值时，上述开关接地；以及校准电路控制部，通过生成控制信号来向输入校准部输入。
8.优选地，开关可以在施加第一信号期间接地。
9.优选地，开关可以在施加第二信号的时间点上闭合。
10.优选地，电流感测值可以基于上述开关闭合后所获取的输出电压来确定。
11.优选地，控制信号可以基于上述第一电压与第二电压之间的差值的符号来确定。
12.优选地，当控制信号连续两次发生变化时，可以施加第二信号。
13.本发明另一实施例的自动调节电流传感器的偏移电压的方法可包括如下的步骤：当接收到第一电压、第二电压以及控制信号时，输入校准部基于控制信号来校准第一电压和第二电压中的至少一个，以减少第一电压与第二电压之间的差值的绝对值并输出校准结果；由输入放大部放大从输入校准部输出的电压；以及当输出放大部接收到由输入放大部
放大的电压时，输出放大部生成输出电压，其中，当第一电压与第二电压之间的差值大于第一阈值时，开关接地，控制信号可以由校准电路控制部生成并向输入校准部输入。
14.优选地，开关可以在施加第一信号期间接地。
15.优选地，开关可以在施加第二信号的时间点上闭合。
16.优选地，电流感测值可以基于上述开关闭合后所获取的输出电压来确定。
17.优选地，控制信号可以基于上述第一电压与第二电压之间的差值的符号来确定。
18.优选地，当控制信号连续两次发生变化时，可以施加第二信号。
19.本发明一实施例的电流传感器减少了由于放大器的电压偏移以及电阻器件的错配、噪声等引起的输出电压偏移，因此具有提高电流传感器的感测精度的效果。
20.另一方面，本发明的效果并不限定于以上所提及的效果，可在本发明所属技术领域的普通技术人员在以下说明的内容中明确理解的范围内包括多种效果。
附图说明
21.图1为用于说明本发明一实施例的自动调节偏移电压的电流传感器的图。
22.图2为用于说明本发明另一实施例的自动调节偏移电压的电流传感器的框图。
23.图3为用于说明本发明一实施例的电流传感器的工作方法的图。
24.图4a为用于说明本发明一实施例的电流传感器的输出电压的变化的图。
25.图4b为用于说明本发明一实施例的电流传感器的输出电压的变化的图。
26.图5为用于说明本发明一实施例的自动调节电流传感器的偏移电压的方法的流程图。
27.附图标记说明
28.200：自动调节偏移电压的电流传感器
29.210：输入校准部
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220：输入放大部
30.230：输出放大部
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240：控制部
具体实施方式
31.本发明可以具有多种变化和多种实施例，以下将结合附图对特定实施例进行详细说明。然而，这并不旨在将本发明限制于特定实施方式，应当理解为包括本发明的精神和技术范围内的所有修改、等同技术方案及代替技术方案。在说明各附图时，对于详细的结构要素赋予相似的附图标记。
32.诸如“第一”、“第二”、“a”、“b”等术语用于说明多种结构要素，但是上述结构要素并不限定于上述术语。上述术语仅用于区分一个结构要素与另一个结构要素。例如，在不脱离本发明的发明要求保护范围的情况下，第一结构要素可以被命名为第二结构要素，类似地，第二结构要素也可以被命名为第一结构要素。术语“和/或”包括多个相关项目的组合或多个相关项目中的任一种。
33.当表示某一结构要素与另一结构要素“相连接”或“相联接”时，这可以表示与另一结构要素直接连接或直接联接，但应理解的是，中间还可存在其他结构要素。另一方面，当表示某一结构要素与另一结构要素“直接连接”或“直接联接”时，应该理解为中间不存在其他结构要素。
34.本发明中所使用的术语仅用于说明特定实施例，并不用于限制本发明。若在文中未明确表示其他含义，则单数的表述包括复数的表述。在本发明中，“包括”或“具有”等术语用于指定说明书中所记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在，并且应理解为不预先排除一个或一个以上的其他特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
35.除非另有定义，否则包括技术术语或科技术语在内的在本技术中所使用的所有术语的含义与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含义相同。常用的词典中所定义的术语应解释为其含义与相关技术在文中所体现的含义相同，只要未在本技术中明确定义，则不应解释为理想化或过于形式化的含义。
36.以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。
37.图1为用于说明本发明一实施例的自动调节偏移电压的电流传感器的图。
38.参照图1，本发明一实施例的电流传感器100可包括输入校准部110、输入放大部120、输出放大部130、校准电路控制部141以及开关142。而且，校准电路控制部141和开关142可以是控制部(未图示)的结构要素。
39.为了感测输入电流i
sen
，可向电流传感器100的输入校准部110输入第一电压(称为in+或v1)和第二电压(称为in-或v2)。在此情况下，现有技术的电流传感器具有输出端的闭环结构，由于在输入放大部或输出放大部中产生的电压偏移以及电阻器件的错配、噪声等原因，输出电压可能会出现偏移。当输出电压出现偏移时，电流传感器的感测精度可能会下降。
40.因此，本发明一实施例的电流传感器100可以通过将输出端的闭环结构改为开环结构来调小输入电压，以防止输出电压v
out
出现偏移。在这种情况下，可以通过使输入放大部120的两个输入电压将相等，可通过使开环输出电压v
out
达到0[v]来消除在电流传感器100内部产生的电压偏移。
[0041]
具体地，通过使图1中的电流传感器100所包括的开关142接地，来断开闭环并形成开环状态，然后利用高开环电压增益特性来以满足数学式1的方式改变输入电压，从而可以生成不受在电流传感器100内部所产生的偏移的影响的输出电压v
out
。
[0042]
[数学式1]
[0043]
(1)v1-v2＝0＝v
cm
[0044]
(2)in+＝v1
[0045]
(3)in-＝v2
[0046]
(4)in-＝in+
[0047]
即，根据本发明一实施例的电流传感器100为使因内外部噪声引起的输出电压v
out
的误差在开环状态下达到in+－in-＝0而工作，从而无需使用单独技术即可将输出电压v
out
的误差减少成最低。
[0048]
图2为用于说明本发明另一实施例的自动调节偏移电压的电流传感器的框图。
[0049]
本发明一实施例的自动调节偏移电压的电流传感器200可以包括输入校准部210、输入放大部220、输出放大部230以及控制部240。另一方面，对于本发明所属技术领域的技术人员来说，除了包括图2所示的结构要素之外，电流传感器200还可以包括其他结构要素是显而易见的。
[0050]
当接收到第一电压、第二电压以及控制信号时，输入校准部210可以基于控制信号来校准第一电压和第二电压中的至少一个，以减少第一电压与第二电压之间的差值的绝对值并输出校准结果。
[0051]
输入放大部220可以放大从输入校准部210输出的电压。
[0052]
当接收到由输入放大部220放大的电压时，输出放大部230可以生成输出电压。
[0053]
控制部240可以包括开关241以及校准电路控制部242。其中，开关241与由输入放大部220放大的电压中的一个相连接，当第一电压与第二电压之间的差值大于第一阈值时，上述开关241接地。而且，校准电路控制部242可通过生成用于减少第一电压与第二电压之间的差值的控制信号来向输入校准部210输入。其中，控制信号可以为图3所示的offcon信号。
[0054]
另一方面，开关241可以在施加第一信号期间接地。根据一实施例，第一信号可以为图3所示的cal_pen信号。并且，开关241可以在施加第二信号的时间点上闭合。其中，第二信号可以为图3所示的cal_done信号。
[0055]
另一方面，电流感测值(还称为输入电流，i
sen
)可以基于开关241闭合后所获取的输出电压v
out
来确定。
[0056]
并且，控制信号可以基于第一电压与第二电压之间的差值的符号来确定。而且，当控制信号连续两次发生变化时，可以施加第二信号。
[0057]
图3为用于说明本发明一实施例的电流传感器的工作方法的图。
[0058]
图3示出本发明一实施例的电流传感器的时序图。具体地，图3的时序图示出电流传感器由闭环变为开环且通过改变第一电压v1进行校准(calibration)的过程。另一方面，校准电路控制部可以生成图3中的cal_pen信号、cal_done信号、offcon信号，并且可以控制开关。并且，还可以向输入校准部输出offcon信号。
[0059]vcm
是表示第一电压v1与第二电压v2之间的差值的指标，能够影响输出电压v
out
。因此，当输出电压v
out
具有一定的误差水平时，cal_pen信号的值变为高值(high)，从而使电流传感器从闭环变为开环。
[0060]
另一方面，当第一电压v1小于第二电压v2时，为使第一电压与第二电压相等，校准电路控制部可以增加offcon信号(向输入放大部输入的信号)后，将其发送至输入放大部。
[0061]
如果第一电压v1大于第二电压v2，校准电路控制部可以在减少offcon信号后向输入校准部输入。在此情况下，当校准电路控制部感测到输出电压v
out
的变化并将变化的offcon信号固定时，可以通过将cal_pen信号与cal_done信号同步到低值(low)来终止校准工作。
[0062]
图4a及图4b为用于说明本发明一实施例的电流传感器的输出电压的变化的图。
[0063]
图4a及图4b为用于说明使用本发明一实施例的电流传感器中的校准电路控制部时对输出电压v
out
进行补偿的曲线图。
[0064]
参照图4a，当校准电路控制部不工作时，由于内部被动器件的错配或输入放大部或输出放大部的误差，与理想值(ideal)相比，补偿前的输出电压v
out
的值沿着y轴偏移(shift)并具有较大的误差。
[0065]
然而，参照图4b，当校准电路控制部工作后，校准电路控制部可在开环状态下生成用于以使第一电压v1与第二电压v2相等的方式微调第一电压v1的控制信号，并向输入校准
部输出所生成的信号。在这种情况下，由于输出电压v
out
将会把在电流传感器内部产生的误差考虑在内，因此从开环到闭环时，可确认到将根据输入电流i
sen
形成与理想值(ideal)相似的值。
[0066]
图5为用于说明本发明一实施例的自动调节电流传感器的偏移电压的方法的流程图。
[0067]
在步骤501中，当接收到第一电压、第二电压以及控制信号时，输入校准部可以基于控制信号来校准第一电压和第二电压中的至少一个，以减少第一电压与第二电压之间的差值的绝对值并输出校准结果。
[0068]
在步骤520中，可由输入放大部放大从输入校准部输出的电压。
[0069]
在步骤530中，当输出放大部接收到由输入放大部放大的电压时，输出放大部可以生成输出电压。
[0070]
另一方面，开关可以在施加第一信号期间接地。并且，开关可以在施加第二信号的时间点上闭合。而且，电流感测值可以基于开关闭合后所获取的输出电压来确定。
[0071]
并且，控制信号可以基于第一电压与第二电压之间的差值的符号来确定，当控制信号连续两次发生变化时，可以施加第二信号。
[0072]
以上，以优选实施例为中心说明了本发明。本发明所属技术领域的普通技术人员将理解，可在不脱离本发明的本质特征的情况下，可通过变形实施方式实施本发明。因此，应从说明的角度理解所公开的实施例，而不应从限定的角度去理解。本发明的范围由发明要求保护范围来表示，而不是以上所进行的说明，等同范围内的所有不同之处应解释为包括在本发明中。

技术特征：
1.一种自动调节偏移电压的电流传感器，其特征在于，包括：输入校准部，当接收到第一电压、第二电压以及控制信号时，基于上述控制信号来校准上述第一电压和第二电压中的至少一个，以减少上述第一电压与第二电压之间的差值的绝对值并输出校准结果；输入放大部，用于放大从上述输入校准部输出的电压；输出放大部，当接收到由上述输入放大部放大的电压时，生成输出电压；以及控制部，上述控制部包括：开关，与由上述输入放大部放大的电压中的一个相连接，当上述第一电压与第二电压之间的差值大于第一阈值时，上述开关接地；以及校准电路控制部，通过生成上述控制信号来向上述输入校准部输入。2.根据权利要求1所述的自动调节偏移电压的电流传感器，其特征在于，上述开关在施加第一信号期间接地。3.根据权利要求2所述的自动调节偏移电压的电流传感器，其特征在于，上述开关在施加第二信号的时间点上闭合。4.根据权利要求3所述的自动调节偏移电压的电流传感器，其特征在于，电流感测值基于上述开关闭合后所获取的上述输出电压来确定。5.根据权利要求3所述的自动调节偏移电压的电流传感器，其特征在于，当上述控制信号连续两次发生变化时，施加上述第二信号。6.根据权利要求1所述的自动调节偏移电压的电流传感器，其特征在于，上述控制信号基于上述第一电压与第二电压之间的差值的符号来确定。7.一种电流传感器自动调节偏移的方法，其特征在于，包括如下的步骤：当接收到第一电压、第二电压以及控制信号时，输入校准部基于上述控制信号来校准上述第一电压和第二电压中的至少一个，以减少上述第一电压与第二电压之间的差值的绝对值并输出校准结果；由输入放大部放大从上述输入校准部输出的电压；以及当输出放大部接收到由上述输入放大部放大的电压时，上述输出放大部生成输出电压，其中，当上述第一电压与第二电压之间的差值大于第一阈值时，开关接地，上述控制信号由校准电路控制部生成并向上述输入校准部输入。8.根据权利要求7所述的电流传感器自动调节偏移的方法，其特征在于，上述开关在施加第一信号期间接地。9.根据权利要求8所述的电流传感器自动调节偏移的方法，其特征在于，上述开关在施加第二信号的时间点上闭合。10.根据权利要求9所述的电流传感器自动调节偏移的方法，其特征在于，电流感测值基于上述开关闭合后所获取的上述输出电压来确定。11.根据权利要求9所述的电流传感器自动调节偏移的方法，其特征在于，当上述控制
信号连续两次发生变化时，施加上述第二信号。12.根据权利要求7所述的电流传感器自动调节偏移的方法，其特征在于，上述控制信号基于上述第一电压与第二电压之间的差值的符号来确定。

技术总结
本发明涉及一种自动调节偏移电压的电流传感器以及自动调节电流传感器的偏移电压的方法，本发明一实施例的自动调节偏移电压的电流传感器可包括：输入校准部，当接收到第一电压、第二电压以及控制信号时，基于控制信号来校准第一电压和第二电压中的至少一个，以减少第一电压与第二电压之间的差值的绝对值并输出校准结果；输入放大部，用于放大从输入校准部输出的电压；输出放大部，当接收到由输入放大部放大的电压时，生成输出电压；以及控制部，控制部可包括：开关，与由输入放大部放大的电压中的一个相连接，当第一电压与第二电压之间的差值大于第一阈值时，上述开关接地；以及校准电路控制部，通过生成控制信号来向输入校准部输入。部输入。部输入。


技术研发人员：李康润 张柄淇 赵锺完 金珉莹 朴东水 崔耿德 夫荣健
受保护的技术使用者：成均馆大学校产学协力团
技术研发日：2021.09.08
技术公布日：2022/3/8