用于接觸測量電路的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明大體涉及電氣電路，并且在特定實施例中涉及用于接觸測量電路的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電氣電路在技術(shù)上是普遍的，從而作為技術(shù)創(chuàng)新的啟用驅(qū)動器和過去和現(xiàn)在的無數(shù)創(chuàng)新的主題兩者而存在。一般地，電氣電路包括已知的元件并且根據(jù)已知定律來理解。例如，電路元件常常包括電阻器、電容器、電感器、晶體管、二極管、變壓器、電池和繼電器，來舉幾例。另外，這些電路能夠通常至少部分使用歐姆定律、基爾霍夫定律和各種其他電路竅門來理解。按照這些原則，大多數(shù)電路元件的相關(guān)屬性中的一個是電阻抗或在簡化的情況下為電阻，如下述簡化的歐姆定律中示出的那樣:
V = 1-R
其中，V是電壓，R是電阻，并且I是電流。這里，在電路操作的最基本原則中，電阻R確定電壓和電流的相互作用。
[0003]因此，理解電氣元件的電阻常常對電氣電路的操作有用。例如，當(dāng)更高的電壓被施加到電氣元件時，在電氣元件中消耗的功率可以隨著更高的電阻而顯著增大。另外，當(dāng)電阻和功率消耗增大時，額外的熱量被產(chǎn)生在電氣元件中。如果太多熱量被產(chǎn)生，則可能電氣電路將在某些方面發(fā)生故障，諸如例如熔化、起火或失靈。因此，電氣元件的電阻對電氣電路具有影響并且由此對使用這些電路技術(shù)(例如從汽車到計算機)具有影響。
[0004]作為另一圖示，電阻常常在接口處相關(guān)。在一些實例中，接口處的電阻被稱為接觸電阻。此外，接觸電阻在處于多個尺度(即大的又小的)的許多電氣電路中是相關(guān)的。例如，電氣接觸部被用來與處于例如微米(tun)尺度的半導(dǎo)體管芯對接并且還被用在可以傳導(dǎo)或阻斷來自例如1000伏特源的電流的機械繼電器中。在小尺度或大尺度中，電接觸部可以是在不同情況下的故障或改進(jìn)操作的原因。因此，理解接觸電阻是針對創(chuàng)新解決方案的相關(guān)目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)實施例，一種接觸測量電路被配置為耦合在第一接觸部和第二接觸部之間，并且所述接觸測量電路包括第一晶體管、控制電容器和電壓測量單元。第一晶體管包括被配置為耦合到第一接觸部的第一導(dǎo)電端子、第二導(dǎo)電端子和第一控制端子?？刂齐娙萜靼詈系降诙?dǎo)電端子的第一電容器端子和耦合到第一控制端子的第二電容器端子。電壓測量單元耦合到第一電容器端子和第二電容器端子，并且第二電容器端子被配置為耦合到第二接觸部。
【附圖說明】
[0006]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在對結(jié)合附圖的下面描述進(jìn)行參考，在附圖中:
圖1圖示了實施例繼電器系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
圖2圖示了可能的接觸測量電路的示意圖；
圖3圖示了另一可能的接觸測量電路的示意圖；
圖4圖示了實施例接觸測量電路的示意圖；
圖5圖不了另一實施例接觸測量電路的不意圖；
圖6圖示了實施例接觸測量系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
圖7a圖不了另一實施例接觸測量電路的不意圖；
圖7b圖示了針對實施例接觸測量電路的實施例晶體管實施方式的示意圖；
圖8圖不了另一實施例接觸測量系統(tǒng)的不意圖；
圖9a、9b、9c、9d、9e和9f圖示了仿真操作中的實施例測量電路的電流和電壓波形圖；以及
圖10圖示了測量接觸部的實施例方法的框圖。
[0007]不同附圖中的對應(yīng)數(shù)字和標(biāo)記總體上指代對應(yīng)部分，除非另有指示。附圖被繪制以清楚地圖示實施例的有關(guān)方面并且不一定是按比例繪制的。
【具體實施方式】
[0008]下面詳細(xì)討論各種實施例的做出和使用。然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是，本文中描述的各種實施例可適用在各種各樣的具體上下文中。討論的具體實施例僅僅說明做出和使用各種實施例的具體方式，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為在限制的范圍中。
[0009]關(guān)于在具體上下文中的各種實施例(S卩，測量電路，并且更具體地，用于機械接觸部的接觸測量電路)進(jìn)行描述。例如，本文中描述的各種實施例中的一些包括在諸如汽車應(yīng)用的高電壓應(yīng)用中耦合到機械繼電器的接觸測量電路。在其他實施例中，方面還可以被應(yīng)用到涉及根據(jù)如本領(lǐng)域中已知的任何樣式的任何類型的測量電路的其他應(yīng)用。
[0010]根據(jù)各種實施例，一種自保護的自動測量電路監(jiān)控在電氣元件的耦合處的接觸電阻。例如，具有相關(guān)接觸電阻的電氣元件可以包括機械繼電器、電熔絲、電開關(guān)和接觸插頭，以舉幾例。
[0011]圖1圖示了根據(jù)具體示例實施例的實施例繼電器系統(tǒng)100的系統(tǒng)框圖。在該具體示例實施例中，繼電器系統(tǒng)100包括耦合在被描繪為高電壓電池102的電壓源和被描繪為用于汽車的電機104的負(fù)載之間的機械繼電器105。在操作期間，機械繼電器105將高電壓電池102連接到電機104并且可以傳導(dǎo)大約10或100安培的電流，所述高電壓電池102可以生成在例如400 V和800 V之間的電源電壓VSUP。
[0012]在這樣的實施例中，機械繼電器105具有電阻Rreiay，其大致等于在節(jié)點A和B之間的機械繼電器105的接觸電阻RAB。在理想情形下，接觸電阻Rab為零。在實際應(yīng)用中，電阻Rreiay-Rab可以是大約幾毫歐姆(πιΩ )或微歐姆(μ Ω )。接觸電阻Rab可以根據(jù)各種技術(shù)諸如調(diào)節(jié)接觸化學(xué)性質(zhì)并增大接觸尺寸而被減小，這可能導(dǎo)致增加成本。然而，隨時間對機械繼電器105的使用可以引起使接觸部退化的接觸部磨損，并且氧化物或其他物質(zhì)還可以累積使得性能被降低并且接觸電阻Rab被增大。
[0013]作為示例，如果接觸電阻Rab隨時間通過磨損增大到IΩ，則流過繼電器的40 A電流根據(jù)以下功率公式將消耗1600瓦特:
P = I2-R,
其中，P是消耗的功率，I是電流，并且R是電阻，其得到計算(40A)2.(I Ω ) = 1600 W。在這樣的情況下，1600 W將被消耗在機械繼電器105中，這可以引起過多熱量和系統(tǒng)破壞并且可以是系統(tǒng)中的低效率的根源。因此，根據(jù)各種實施例，接觸測量電路101測量在節(jié)點A和B之間的接觸電阻Rab以便監(jiān)控接觸電阻并且防止故障或退化的性能。在一些實施例中，接觸測量電路101是自保護且自動的，從而無需來自外部或額外的控制器的控制信號。在特定實施例中，接觸測量電路101通過對常開型耗盡設(shè)備的操作自適應(yīng)，如本文中以下參考晶體管108和109描述的那樣。如以上討論的，繼電器系統(tǒng)100是具體指代電機、高電壓電池和機械繼電器的示例實施例。在其他實施例中，實施例接觸測量電路可以被包含在具有諸如機械繼電器、機械開關(guān)、電熔絲、(機械或電子的)電開關(guān)和接觸插頭，以舉幾例的任何類型的開關(guān)或電氣元件的任何類型的電路或系統(tǒng)中。
[0014]圖2圖示了跨開關(guān)SI耦合的并且包括測量電容器Cl、電壓測量單元106和具有耦合在節(jié)點A和B之間的電阻器R1、R2和R3的電阻分壓器電路的接觸測量電路1la的示意圖。接觸測量電路1la還可以包括與測量電容器Cl并聯(lián)耦合的電壓限制元件，諸如齊納二極管114和116或變阻器112。
[0015]接觸測量電路1la測量跨測量電容器Cl和電阻器R2的電壓，該電壓與跨耦合在節(jié)點A和B之間的開關(guān)SI的電壓成比例地相關(guān)?？玳_關(guān)SI的電壓指示開關(guān)SI的電阻，包括在節(jié)點A和B之間的接觸電阻RAB，因為基于歐姆定律電壓與電阻成比例地增大。在該可能配置中，具有電阻器Rl、R2和R3的電阻分壓器電路在高電壓操作的情況下可以限制電壓測量單元106有效地確定跨開關(guān)SI的電壓，因為電阻器Rl和R3在高電壓配置中可以是非常高的，諸如在500 kQ和50 M Ω之間，以便保護電壓測量單元106免于大電壓，諸如在400 V和1500 V之間，并且防止在開關(guān)SI打開時在接觸測量電路1la中的在節(jié)點A和B之間的大電流。例如，電壓測量單元106可以具有從100 mV到300 mV的操作范圍并且可以包括高達(dá)3 V的電壓容差。在其他應(yīng)用中，電壓測量單元106可以具有低于100 mV或高于300 mV的操作范圍并且可以包括高于3 V的電壓容差。在如圖2中描繪的、其中電阻器Rl和R3是大的這樣的情況下，可能難以使用跨測量電容器Cl和R2耦合的電壓測量單元106來確定在節(jié)點A和B之間的毫伏特電平電壓降。
[0016]為了提供完全DC阻斷并且減小測量電路中的電阻器的尺寸，額外開關(guān)可以被并入到在節(jié)點A和B之間的測量電路電流路徑中。圖3圖示了包括與測量電容器C2串聯(lián)耦合的開關(guān)S2和在節(jié)點A和B之間的測量電阻器R4的另一接觸測量電路1lb的示意圖。測量電容器C2和測量電阻器R4并聯(lián)耦合并且電壓測量單元106耦合到C2和R4的并聯(lián)組合并且被配置為測量跨C2和R4的并聯(lián)組合的電壓。當(dāng)開關(guān)SI和S2被閉合時，電壓測量單元106直接測量跨開關(guān)SI的電壓，該電壓取決于開關(guān)SI的電阻(包括接觸電阻)可以是大約幾毫伏或幾伏。當(dāng)開關(guān)SI打開時，開關(guān)S2還必須受控制單元110控制以也被打開。如果開關(guān)SI打開并且開關(guān)S2不被打開，則電壓測量單元106可以在中等或大的電壓被施加在節(jié)點A處的情況下被破壞。在各種實施例中，開關(guān)SI在閉合開關(guān)S2之前被閉合并且開關(guān)S2在打開開關(guān)SI之前被打開，以便防止對電壓測量單元106的損壞或破壞。在由定時錯誤引起的開關(guān)SI或開關(guān)S2的故障的情況下，例如，電壓測量單元10