CN220527907U - 一种动力工具装置、动力工具、工地照明设备及电池组 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种动力工具装置、动力工具、工地照明设备及电池组。该动力工具装置（100）包括壳体（105）、电源接口（205）、壳体（105）内连接在电源接口（205）与动力工具装置（100）的负载（290）之间的场效应晶体管（305，310）、以及联接到场效应晶体管（305，310）的电子处理器（200）。电子处理器（200）被配置成控制场效应晶体管（305，310）以驱动负载（290）并测量场效应晶体管（305，310）的端子处的电压。电子处理器（200）还被配置成在不使用分流电阻器的情况下基于该电压确定流过场效应晶体管（305，310）的电流。

Description

一种动力工具装置、动力工具、工地照明设备及电池组
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年10月20日提交的美国临时专利申请号63/094,100的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过援引并入本文。
实用新型内容
本文描述的动力工具装置包括壳体、电源接口、该壳体内连接在该电源接口与该动力工具装置的负载之间的场效应晶体管、以及联接到该场效应晶体管的电子处理器。该电子处理器被配置成控制该场效应晶体管以驱动负载并测量该场效应晶体管的端子处的电压。该电子处理器还被配置成在不使用分流电阻器的情况下基于该电压确定流过该场效应晶体管的电流。
在一些方面，该端子是该场效应晶体管的源极。
在一些方面，该动力工具装置还包括逆变器电路，该逆变器电路联接在该电源接口与该负载之间，其中，该场效应晶体管是该逆变器电路的部件。
在一些方面，该场效应晶体管是该逆变器电路的低侧场效应晶体管。
在一些方面，该动力工具装置还包括偏压电阻器，该偏压电阻器联接在该低侧场效应晶体管的电流感测端子与地之间。该电流感测端子与该偏压电阻器之间的连接点用于测量电压。
在一些方面，该场效应晶体管是该逆变器电路的高侧场效应晶体管。
在一些方面，该动力工具装置还包括模数转换器，该模数转换器被配置成接收该电压并将该电压转换成用于该电子处理器的数字值。
在一些方面，该动力工具装置是拆除锤，并且该壳体包括被配置成接纳凿子的工具固持器。
在一些方面，该动力工具装置是链锯。
本文描述的动力工具包括壳体、联接到该壳体的电源接口、该壳体内的马达、该壳体内联接在该电源接口与该马达之间的逆变器电路。该逆变器电路包括联接在该电源接口的正电源端子与该马达之间的多个高侧FET，以及联接在该马达与该电源接口的负电源端子之间的多个低侧FET。动力工具还包括电子处理器，该电子处理器联接到该多个高侧FET和该多个低侧FET。该电子处理器被配置成激活该多个高侧FET和该多个低侧FET中的第一对以激活该马达的第一相，并且响应于该马达的第一相被激活，使用第一激活的FET测量流过该马达的电流。该电子处理器还被配置成激活该多个高侧FET和该多个低侧FET中的第二对以激活该马达的第二相，并且响应于该马达的第二相被激活，使用第二激活的FET测量流过该马达的电流。该电子处理器进一步被配置成激活该多个高侧FET和该多个低侧FET中的第三对以激活该马达的第三相，并且响应于该马达的第二相被激活，使用第三激活的FET测量流过该马达的电流。
在某个方面，该电子处理器还被配置成测量该第一激活的FET的第一源极端子处的第一电压，并且基于该第一电压确定该第一电流。
在一些方面，该第一激活的FET是该多个低侧FET之一。
在某个方面，动力工具装置还包括偏压电阻器，该偏压电阻器联接在该第一激活的FET的第一源极端子与地之间。该第一源极端子与该偏压电阻器之间的连接点用于测量该第一电压。
在某个方面，该第一激活的FET是该多个高侧FET之一。
在某个方面，该电子处理器还被配置成测量该第二激活的FET的第二源极端子处的第二电压，并且基于该第二电压确定该第二电流。
在某个方面，该电子处理器还被配置成测量该第三激活的FET的第三源极端子处的第三电压，并且基于该第三电压确定该第三电流。
本文描述的工地照明设备包括壳体、电源接口、该壳体内联接在该电源接口与该工地照明设备的负载之间的FET、以及联接到该FET的电子处理器。该电子处理器被配置成控制该FET以驱动负载并测量该FET的端子处的电压。该电子处理器还被配置成基于该电压确定流过该FET的电流。
在一些方面，该端子是该FET的源极。
在某个方面，该工地照明设备还包括联接在该端子与地之间的偏压电阻器。该端子与该偏压电阻器之间的连接点用于测量该电压。
在某个方面，该工地照明设备还包括模数转换器，该模数转换器被配置成接收该电压并将该电压转换成用于该电子处理器的数字值。
本文描述的工地照明设备包括壳体、电源接口、电池组、该壳体内联接在该电源接口与该电池组之间的充电FET、以及联接到该充电FET的电子处理器。该电子处理器被配置成控制该充电FET以对该电池组充电并测量该FET的端子处的电压。该电子处理器还被配置成基于该电压确定流过该充电FET的充电电流。
在某个方面，该端子是该充电FET的源极。
在某个方面，该工地照明设备还包括联接在该端子与地之间的偏压电阻器。该端子与该偏压电阻器之间的连接点用于测量该电压。
在某个方面，该工地照明设备还包括模数转换器，该模数转换器被配置成接收该电压并将该电压转换成用于该电子处理器的数字值。
本文描述的电池组包括壳体、该壳体上的装置接口、该壳体内的多个电池单体、该壳体内联接在该多个电池单体与该装置接口之间的充电/放电FET、以及联接到该充电/放电FET的电子处理器。该电子处理器被配置成控制该充电/放电FET以对该多个电池单体充电/放电并测量该FET的端子处的电压。该电子处理器还被配置成基于该电压确定流过该充电/放电FET的充电/放电电流。
在一些方面，该端子是该充电/放电FET的源极。
在某个方面，该电池组还包括偏压电阻器，该偏压电阻器联接在该端子与地之间，其中，该端子与该偏压电阻器之间的连接点用于测量该电压。
在某个方面，该电池组还包括模数转换器，该模数转换器被配置成接收该电压并将该电压转换成用于该电子处理器的数字值。
本文描述的用于动力工具中的电流感测的方法包括：使用动力工具的电子处理器激活多个高侧场效应晶体管（FET）和多个低侧FET中的第一对以激活马达的第一相；以及响应于该马达的第一相被激活，使用第一激活的FET测量流过该马达的第一电流。多个高侧FET和低侧FET设置在该动力工具的逆变器桥中，该逆变器桥联接在电源接口与该动力工具的马达之间。该方法还包括激活该多个高侧FET和该多个低侧FET中的第二对以激活该马达的第二相，并且响应于该马达的第二相被激活，使用第二激活的FET测量流过该马达的第二电流。该方法还包括激活该多个高侧FET和该多个低侧FET中的第三对以激活该马达的第三相，并且响应于该马达的第三相被激活，使用第三激活的FET测量流过该马达的第三电流。
在一些方面，该方法还包括测量该第一激活的FET的第一源极端子处的第一电压，并且基于该第一电压确定该第一电流。
在一些方面，该方法还包括测量该第二激活的FET的第二源极端子处的第二电压，并且基于该第二电压确定该第二电流。
在一些方面，该方法还包括测量该第三激活的FET的第三源极端子处的第三电压，并且基于该第三电压确定该第三电流。
在详细解释任何实施例之前，应该理解的是，实施例并不将其应用限制于以下说明中阐述的或在附图中展示的配置细节和部件布置。实施例能够以多种不同的方式来实践或实施。还应理解，本文使用的措辞和术语是出于说明的目的，而不应被视为是限制性的。“包括（including）”、“包括（comprising）”或“具有”及其变型的使用意指涵盖了下文列出的项及其等同物、以及附加项。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变型以广义使用，并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和联接。
另外，应当理解的是，实施例可以包括硬件、软件和电子部件或模块，为了讨论的目的，这些部件或模块可以被展示和描述为好像大多数部件仅在硬件中实施。然而，本领域的普通技术人员基于对这个详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施例中，基于电子的方面可以在可由一个或多个处理单元（例如微处理器和/或专用集成电路（“ASIC”））执行的软件（例如，存储在非暂态计算机可读介质上）中实施。这样，应当注意的是，可以利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件来实施实施例。例如，说明书中描述的“服务器”、“计算装置”、“控制器”、“处理器”等可以包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口、以及连接部件的不同的连接件（例如，***总线）。
结合量或条件使用的相对术语，比如“约”、“大约”、“基本上”等，将被本领域普通技术人员理解为包含所述的值并且具有由上下文所规定的含义（例如，术语至少包括与测量准确度相关联的误差程度、与特定值相关联的公差[例如，制造、组装、使用等]等）。这样的术语还应当被视为披露了由两个端点的绝对值定义的范围。例如，表述“约2到约4”也披露了范围“2到4”。相对术语可以指加减所指示的值的百分比（例如，1%、5%、10%、或更多）。
应当理解，虽然某些附图展示了位于特定装置内的硬件和软件，但是这些描绘仅出于说明的目的。本文中描述为由一个部件执行的功能可以由多个部件以分布式方式执行。同样，由多个部件执行的功能可以由单一部件合并和执行。在一些实施例中，所展示的部件可以组合或划分成单独的软件、固件和/或硬件。例如，逻辑和处理可以分布在多个电子处理器之间，而不是位于单一电子处理器内并由其执行。无论硬件部件和软件部件如何组合或划分，硬件部件和软件部件都可以位于同一计算装置上或者可以分布在通过一个或多个网络或其他合适的通信链路连接的不同计算装置之间。类似地，被描述为执行特定功能的部件也可以执行本文未描述的附加功能。例如，以某种方式“配置”的装置或结构至少以该方式被配置，但是也可以以未明确列出的方式被配置。
通过考虑详细说明和附图，这些实施例的其他方面将变得清楚。
附图说明
图1是动力工具装置中使用的电流感测电路的框图。
图2展示了根据一些实施例的手持式动力工具。
图3是根据一些实施例的图2的动力工具的框图。
图4A是示出根据一些实施例的图2的动力工具的FET开关模块的简化框图。
图4B是示出根据一些实施例的图2的动力工具的FET开关模块的简化框图。
图5是根据一些实施例的用于图2的动力工具中的电流感测的方法的流程图。
图6展示了根据一些实施例的高功率动力工具。
图7是示出根据一些实施例的图6的动力工具的FET开关模块的简化框图。
图8A至图8B展示了根据一些实施例的工地照明设备。
图9是根据一些实施例的图8A至图8B的工地照明设备的框图。
图10是示出根据一些实施例的图8A至图8B的工地照明设备的LED驱动器的简化框图。
图11是示出根据一些实施例的图8A至图8B的工地照明设备的充电电路的简化框图。
图12展示了根据一些实施例的户外动力工具。
图13至图15展示了根据一些实施例的电池组。
图16是根据一些实施例的图13至图15的电池组的框图。
图17是示出根据一些实施例的图13至图15的电池组的充电/放电模块的简化框图。
具体实施方式
电流感测用于实施动力工具装置的各种特征。例如，电流感测用于实施电子离合器、基于负载的速度控制、温度估计和过流保护。图1展示了在动力工具装置中使用的示例电流感测电路10。电流感测电路10包括联接在电源与负载之间的逆变器桥14。逆变器桥14由电子处理器18控制。在所展示的示例中，逆变器桥14是三相逆变器，并且包括成对激活和去激活的三个高侧FET 22和三个低侧FET 26以控制负载的每一相。
分流电阻器30联接在该三个低侧FET 26与地之间。电流感测电路10包括三个分流电阻器30，每相一个。分流电阻器30形成动力工具装置的电流感测元件。使用放大器34放大跨分流电阻器30的电压，并将其提供给该电子处理器18。电子处理器18包括接收经放大的电压信号并将经放大的电压信号转换为数字等值的模数转换器（ADC）38。电子处理器18基于该数字等值和分流电阻器30的电阻值来确定电流。
图2展示了锤钻/驱动器形式的示例动力工具100。动力工具100包括上部主体105、手柄部分110、电池组接纳部分115和触发器120。电池组接纳部分115接纳电池组1000（参见图13）并且包括端子组件，该端子组件包括多个端子。接纳部分115中存在的端子数量可以基于动力工具100的种类而变化。然而，作为说明性示例，接纳部分和端子组件可以包括电池正极（“B+”）端子、电池负极（“B-”）端子、感测或通信端子、识别端子等。
电池正极端子和电池负极端子可操作用于将电池组电连接到手持式动力工具100，并为动力工具100提供操作电力（即，电压和电流）。传感器或通信端子可操作用于为电池组的动力工具100提供通信或感测。电池组或手持式动力工具可以使用识别端子来识别电池组或动力工具100中的另一个。
图3展示了动力工具100的框图。在所展示的示例中，动力工具100包括电连接和/或通信地连接到动力工具100的各种模块或部件的控制器（例如，电子处理器200）。例如，所展示的电子处理器200连接到电池组接口205、电力输入模块210、FET开关模块215、一个或多个传感器220、触发开关225（连接到触发器120）、收发器230、用户输入模块235和一个或多个指示器240。在一些实施例中，触发开关225与动力工具100内的壳体（例如，上部主体105和手柄部分110）内的电子处理器200结合并成一体。电子处理器200包括硬件和软件的组合，这些组合尤其可操作用于控制动力工具100的操作、激活一个或多个指示器240（例如，LED）、监测动力工具100的操作、与相关联的外部装置（例如，智能电话）通信等。
在一些实施例中，电子处理器200包括为电子处理器200和/或动力工具100内的部件和模块提供电力、操作控制和保护的多个电气部件和电子部件。例如，电子处理器200尤其包括处理单元250（例如，微处理器、微控制器、电子处理器或另一个合适的可编程装置）、存储器255、输入单元260和输出单元265。处理单元250尤其包括控制单元270、算术逻辑单元（“ALU”）275和多个寄存器280（在图3中示出为一组寄存器），并且使用如改进的哈佛架构、冯诺依曼架构等已知的计算机架构来实施。处理单元250、存储器255、输入单元260和输出单元265以及连接到电子处理器200的各种模块通过一个或多个控制总线和/或数据总线（例如，公共总线285）连接。出于说明性目的，在图3中大致示出了控制总线和/或数据总线。鉴于本文描述的实用新型，使用一个或多个控制总线和/或数据总线进行各种模块和部件之间的互连和它们之间的通信对于本领域技术人员而言将是已知的。
存储器255是非暂态计算机可读介质并且包括例如程序存储区和数据存储区。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型存储器的组合，比如只读存储器（“ROM”）、随机存取存储器（“RAM”）（例如，动态RAM[“DRAM”]、同步DRAM[“SDRAM”]等）、电可擦除可编程只读存储器（“EEPROM”）、闪速存储器、硬盘、SD卡或其他合适的磁存储器装置、光存储器装置、物理存储器装置或电子存储器装置。处理单元250连接到存储器255并执行软件指令，这些软件指令能够存储在存储器255的RAM（例如，在执行期间）、存储器255的ROM（例如，在通常永久的基础上）或者比如另一存储器或盘等另一非暂态计算机可读介质中。动力工具100的实施方式中包括的软件可以存储在电子处理器200的存储器255中。该软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、滤波器、规则、一个或多个程序模块以及其他可执行指令。电子处理器200被配置成从存储器进行检索并尤其执行与本文描述的控制过程和方法相关的指令。在其他构造中，电子处理器200包括附加的、更少的或不同的部件。
电池组接口205包括机械部件和电气部件的组合，这些部件被配置成并可操作用于与电池组（例如，图13至图15中的电池组1000、电池组1100或电池组1200）接口连接。例如，由电池组提供给动力工具100的电力通过电池组接口205提供给电力输入模块210。电力输入模块210包括有源部件和无源部件的组合，以在将从电池组接收的电力提供给电子处理器200之前调节或控制该电力。电池组接口205还向要由FET开关模块215中的开关FET进行切换的FET开关模块215提供电力，以向马达290选择性地提供电力。电池组接口205还包括例如通信线路295，该通信线路用于在电子处理器200与电池组之间提供通信线路或链路。
马达290是例如无刷型直流（BLDC）马达。马达290***作以在工件上操作输出（例如，钻头）。用户使用触发器120来控制马达290。当用户启动触发器120时，电子处理器200控制马达290的驱动器。FET开关模块215包括用于控制马达290的H桥或逆变器桥（如图1和图4所示出的）。电子处理器200向H桥或逆变器桥提供PWM信号，以基于从触发器120和转子位置传感器/估计器接收的信号来控制马达290的速度和方向。
一个或多个传感器220尤其包括一个或多个温度传感器、一个或多个霍尔效应（Hall Effect）传感器等。例如，可以使用多个霍尔效应传感器来感测马达290的转子的旋转位置，从而确定马达290的速度。在一些实施例中，电压或电流传感器可以用于测量马达290的转子的旋转位置。触发开关225连接到触发器120，用于控制通过开关FET提供给马达290的电力。在一些实施例中，触发开关225检测到的触发拉力的量与马达290的期望旋转速度相关或相对应。在其他实施例中，由触发开关225检测到的触发拉力的量与期望的扭矩相关或相对应。
收发器230可操作地联接到电子处理器200，以例如允许与外部装置（例如，用户的智能电话、连接的显示器或控制单元等）进行有线和/或无线通信。收发器230允许电子处理器200从外部装置接收输入，并提供用于在外部装置上显示的输出。在一些实施例中，触发器120、指示器240和用户输入模块235可以被实施为外部装置上的输入和/或输出。通过收发器230接收来自外部装置的输入，并且通过收发器230向外部装置提供输出。
用户输入模块235可操作用于联接到电子处理器200，以例如选择正向操作模式或反向操作模式、动力工具100的扭矩和/或速度设置（例如，使用扭矩和/或速度开关）等。在一些实施例中，用户输入模块235包括实现动力工具100的期望操作水平所需的数字和模拟输入或输出装置的组合，如一个或多个旋钮、一个或多个转盘、一个或多个开关、一个或多个按钮等。指示器240包括例如一个或多个发光二极管（“LED”）。指示器240被配置成指示动力工具100的测量电气特性、动力工具100的状态等。
如上文所讨论的，在一个实施例中，分流电阻器30用于感测动力工具100中的马达电流。图4A展示了动力工具100的简化框图，其进一步详细地展示了根据另一示例实施例的FET开关模块215。在图4A所展示的示例中，动力工具100使用电流感测功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）来感测电流，而不是分流电阻器30。FET开关模块215包括具有六个功率MOSFET的逆变器桥。三个高侧FET 305联接在正电池端子（B+）与马达290之间，并且三个低侧FET 310联接在马达290与负电池端子（B-）之间。
在操作期间，电子处理器200向FET 305和310提供脉宽调制（PWM）信号，以对FET305、310进行激活和去激活。马达290是例如三相马达，并且马达290的每相被激活以产生马达290的转子的旋转运动。第一对FET（例如第一高侧FET 305A和第二低侧FET 310A）被激活以激活马达290的第一相。第一对FET然后基于PWM信号被去激活，并且第二对FET（例如，第二高侧FET 305B和第三低侧FET 310C）被激活以激活马达290的第二相。第二对FET基于PWM信号被去激活，并且第三对FET（例如，第三高侧FET 305C和第一低侧FET 310A）被激活以激活马达290的第三相。
电子处理器200包括向FET 305、310提供PWM信号的栅极驱动器。PWM信号被提供给FET 305、310的栅极端子。高侧FET 305的漏极端子联接到正电池端子（B+）并且高侧FET305的源极端子联接到连接到马达290的公共连接点315。低侧FET 310的漏极端子联接到公共连接点315，并且低侧FET的源极端子联接到地。
在图4A所展示的示例中，分流电阻器30和放大器34从动力工具100中移除。在适当的位置，低侧FET 310的电流感测端子（例如，从源极端子分离）联接到电子处理器200。FET305、310是例如包括例如介于0.5 mΩ与2.0 mΩ之间的内阻的功率MOSFET。偏压电阻器320联接在低侧FET 310的源极端子与地之间。低侧FET 310的电流感测端子与偏压电阻器320之间的连接点325（仅出于说明目的，相对于源极端子一般地示出）连接到电子处理器200。低侧FET 310的内阻（例如，漏极-源极电阻）和偏压电阻器320充当分压器，以向电子处理器200提供电压信号。电子处理器200包括从连接点325接收电压信号的模数转换器（ADC）330。ADC将从连接点325接收的模拟电压信号转换成数字等值。电子处理器200使用数字等值来确定电流。例如，电子处理器200通过将电压信号值除以低侧FET 310的内阻来确定电流。
替换分流电阻器30和放大器34导致动力工具中更小的电子封装、效率增益和热改进。特别地，较大的基于芯片的分流电阻器30和放大器34被较小的偏压电阻器320替换，导致较小的电子封装。在如图4A所展示的改进设计中，也避免了通过分流电阻器30的任何热损失。
在图4所展示的示例中，只有低侧FET 310被实施为电流感测功率MOSFET，而高侧FET 305被实施为常规功率MOSFET。在一些实施例中，高侧FET 305和低侧FET 310都可以实施为电流感测功率MOSFET，以提供附加/冗余的电流感测能力。在这些实施例中，可以使用活动相的高侧FET 305和低侧FET 310来监测电流。与用电流感测功率MOSFET替换所有FET305、310相比，仅将低侧FET 310替换为电流感测功率MOSFET提供了附加的成本节约。移除分流电阻器30还允许选择具有较高内阻的功率MOSFET。因此，可以实现附加的成本节约，同时在逆变器桥中保持相同的功率效率。然后基于感测到的电流控制动力工具100（例如，关闭马达）。
图4B展示了图4A的电路的改进实施例，其中所有三个连接点325连接在一起，并且使用单个偏压电阻器。作为该连接的结果，从马达的所有三个相感测的电流被加在一起，并被提供给ADC 330。
图5是用于动力工具100中的电流感测的示例方法400的流程图。方法400包括使用电子处理器200激活多个高侧FET 305和多个低侧FET 310中的第一对，以激活马达290的第一相（在框410处）。电子处理器200提供PWM信号以对FET进行激活和去激活。为了激活马达290的第一相，电子处理器200激活例如第一高侧FET 305A和第二低侧FET 310B。当第一高侧FET 305A和第二低侧FET 310B被激活时，电流从正电池端子通过FET 305A、马达相U、V和FET 310B流到电池负端子或地。在第一相的激活期间，其他FET 305B、305C、310A、310C可以被去激活，使得没有电流流过FET 305B、305C、310A、310C。
方法400包括响应于马达290的第一相被激活，使用电子处理器200使用第一激活的FET（例如，第二低侧FET 310B）测量流过马达的电流（在框420处）。当第一相被激活时，电流流过第一高侧FET 305A和第二低侧FET 310B。因此，电子处理器200接收来自第二低侧FET 310B的电压信号，并基于来自第二低侧FET 310B的电压信号确定流过马达290的电流。在一些实施例中，电子处理器200基于来自第一高侧FET 305A的电压信号测量电流。
方法400包括使用电子处理器200激活多个高侧FET 305和多个低侧FET 310中的第二对，以激活马达290的第二相（在框430处）。电子处理器200提供PWM信号以对FET进行激活和去激活。为了激活马达290的第二相，电子处理器200激活例如第二高侧FET 305B和第三低侧FET 310C。当第二高侧FET 305B和第三低侧FET 310C被激活时，电流从正电池端子通过FET 305B、马达相V、W和FET 310C流到电池负端子或地。在第二相的激活期间，其他FET305A、305C、310A、310B可以被去激活，使得没有电流流过FET 305A、305C、310A、310B。
方法400包括响应于马达290的第二相被激活，使用电子处理器200使用第二激活的FET（例如，第三低侧FET 310C）测量流过马达的电流（在框440处）。当第二相被激活时，电流流过第二高侧FET 305B和第三低侧FET 310C。因此，电子处理器200接收来自第三低侧FET 310C的电压信号，并基于来自第三低侧FET 310C的电压信号确定流过马达290的电流。在一些实施例中，电子处理器200基于来自第二高侧FET 305B的电压信号测量电流。
方法400包括使用电子处理器200激活多个高侧FET 305和多个低侧FET 310中的第三对，以激活马达290的第三相（在框450处）。电子处理器200提供PWM信号以对FET进行激活和去激活。为了激活马达290的第三相，电子处理器200激活例如第三高侧FET 305C和第一低侧FET 310A。当第三高侧FET 305C和第一低侧FET 310A被激活时，电流从正电池端子通过FET 305C、马达相W、U和FET 310A流到电池负端子或地。在第三相的激活期间，其他FET305A、305B、310B、310C可以被去激活，使得没有电流流过FET 305A、305B、310B、310C。
方法400包括响应于马达290的第三相被激活，使用电子处理器200使用第三激活的FET（例如，第一低侧FET 310A）测量流过马达的电流（在框460处）。当第三相被激活时，电流流过第三高侧FET 305C和第一低侧FET 310A。因此，电子处理器200接收来自第一低侧FET 310A的电压信号，并基于来自第一低侧FET 310A的电压信号确定流过马达290的电流。在一些实施例中，电子处理器200基于来自第三高侧FET 305C的电压信号测量电流。方法400在动力工具100运行期间重复。
图6展示了高功率动力工具500，例如，拆除锤或破碎机工具。动力工具500包括顶部壳体505和底部壳体510。顶部壳体505支撑手柄515，使用者可以抓住该手柄来操作动力工具500。手柄515提供了致动器520，该致动器充当动力工具500的触发器。顶部壳体505还接纳电池组525，用于给动力工具500的马达供电。底部壳体510包括用于接纳凿子535的工具固持器530。动力工具500包括如关于图3所展示所描述的类似部件。
图7展示了动力工具500的简化框图。如图7所展示的动力工具500包括与动力工具100相似的部件，相似的部件用相似的数字表示。在所展示的示例中，FET开关模块215包括具有十二个功率MOSFET的逆变器桥。六个高侧FET 705联接在正电池端子（B+）与马达290之间，并且六个低侧FET 310联接在马达290与负电池端子（B-）之间。
特别地，逆变器桥包括分别与高侧FET 705D、705E、705F串联连接的高侧FET705A、705B、705C。高侧FET 705A、705B、705C的漏极联接到正电池端子，并且高侧FET 705A、705B、705C的源极联接到高侧FET 705D、705E、705F的漏极。类似地，逆变器桥包括分别与低侧FET 710D、710E、710F串联连接的低侧FET 710A、710B、710C。低侧FET 710A、710B、710C的源极联接到负电池端子或地，并且低侧FET 710A、710B、710C的漏极联接到低侧FET 710D、710E、710F的源极。在一些实施例中，高侧FET 705和低侧FET 710连接成并联的FET对，而不是串联的FET对。
在操作期间，电子处理器200向FET 705和710提供脉宽调制（PWM）信号，以对FET705、710进行激活和去激活。第一多个FET（例如第一高侧FET 705A、第四高侧FET 705D、第二低侧FET 710B和第五低侧FET 710E）被激活以激活马达290的第一相。然后基于PWM信号对第一多个FET进行去激活，并且激活第二多个FET（例如第二高侧FET 705B、第五高侧FET705E、第三低侧FET 710C和第六低侧FET 710F）以激活马达290的第二相。基于PWM信号对第二多个FET进行去激活，并且激活第三多个FET（例如第三高侧FET 705C、第六高侧FET705F、第一低侧FET 710A和第四低侧FET 710D）以激活马达290的第三相。
电子处理器200包括向FET 705、710提供PWM信号的栅极驱动器。PWM信号被提供给FET 705、710的栅极端子。类似地，如在动力工具100中，分流电阻器30和放大器34从动力工具500中移除。在适当的位置，低侧FET 710A、710B、710C的源极端子联接到电子处理器200。偏压电阻器320联接在低侧FET 710A、710B、710C的源极端子与地之间。低侧FET 710A、710B、710C的电流感测端子与偏压电阻器320之间的连接点325连接到电子处理器200。低侧FET 710A、710B、710C的内阻与偏压电阻器320充当分压器，以向电子处理器200提供电压信号。ADC 330将从连接点325接收的模拟电压信号转换成数字等值。电子处理器200使用数字等值来确定电流。在一些实施例中，类似于图4B所示出的配置与单个偏压电阻器一起使用。
在图7所展示的示例中，只有低侧FET 710A、710B、710C被实施为电流感测功率MOSFET，而其余FET 705、710D、710E、710F被实施为常规功率MOSFET。在一些实施例中，所有FET 705、710或FET 705、710的子集可以被实施为电流感测功率MOSFET，以提供附加/冗余的电流感测能力。与用电流感测功率MOSFET替换所有FET 705、710相比，仅将低侧FET710A、710B、710C替换为电流感测功率MOSFET提供了附加的成本节约。移除分流电阻器30还允许选择具有较高内阻的功率MOSFET。因此，可以实现附加的成本节约，同时在逆变器桥中保持相同的功率效率。然后基于感测到的电流控制动力工具500（例如，关闭马达）。
图8A至图8B展示了用于照亮工地（例如建筑工地）或其他大区域的移动工地照明设备800。照明设备800包括主体805（例如，壳体）、由主体805支撑的伸缩臂组件810、以及联接到伸缩臂组件810并可相对于主体805移动的灯组件815。照明设备800还包括用于向灯组件815提供电力的电池组820，以及用于调节电池组820和照明设备800的其他部件的温度的冷却***825。在一些实施例中，工地照明设备800还可以充当充电器来对电池组820充电。工地照明设备800包括可以连接到外部电源（例如壁装电源插座）的电源线830。来自外部电源的电力然后被用于向灯组件815供电并对电池组820充电，如下文进一步描述的。
图9展示了工地照明设备800的框图。工地照明设备800包括与图3所展示的动力工具100相似的部件，相似的部件用相似的数字表示。在工地照明设备800中，马达290用于移动伸缩臂组件810。特别地，当沿第一方向旋转时，马达290向上移动伸缩臂组件810，并且当沿第二方向旋转时，向下移动伸缩臂组件810。工地照明设备800还包括驱动灯组件815中的灯840的LED驱动器835。LED驱动器835是例如恒流驱动器、恒压驱动器等，并且包括类似于FET开关模块215的功率MOSFET。
工地照明设备800包括充电电路845，该充电电路用于使用从外部电源850接收的电力对电池组820充电。类似于LED驱动器835，充电电路845还可以包括恒流电路、恒压电路等。
图10展示了工地照明设备800的简化框图，其进一步详细地展示了根据一个示例实施例的LED驱动器835。在图10所展示的示例中，工地照明设备800使用（多个）电流感测功率MOSFET 855来驱动灯840。FET 855的漏极联接到灯840，并且FET 855的源极联接到地。偏压电阻器320联接在FET 855的电流感测端子与地之间。FET 855的电流感测端子与偏压电阻器320之间的连接点325连接到电子处理器200。FET 855的内阻和偏压电阻器320充当分压器，以向电子处理器200提供电压信号。电子处理器200包括从连接点325接收电压信号的模数转换器（ADC）330。ADC将从连接点325接收的模拟电压信号转换成数字等值。电子处理器200使用数字等值来确定电流。图10仅展示了LED驱动器835的一个示例配置。LED驱动器835可以具有其他配置，并且可以包括附加的功率MOSFET和/或电流感测功率MOSFET。例如，FET 855可以在电池正极端子与灯840之间提供，可以为灯840的每个部分包括附加的FET855等等。
电流感测通常不在如上所述的照明工具中执行。照明工具不产生足以引起过电流或过温度问题的电流。然而，在工地照明设备800中，产生的电流可能足够高，以与照明设备的其他部件相结合引起过电流或过温度问题。因此，电流感测功率MOSFET 855提供了一种用于检测流过灯840的电流并采取任何所需的保护措施的高效方式。
图11展示了工地照明设备800的简化框图，其进一步详细地展示了根据一个示例实施例的充电电路845。在图11所展示的示例中，工地照明设备800使用电流感测功率MOSFET作为用于对电池组820充电的充电FET 860。FET 860的漏极例如通过整流器联接到外部电源850。FET 860的源极联接到正电池端子。偏压电阻器320联接在FET 860的电流感测端子与地之间。FET 860的电流感测端子与偏压电阻器320之间的连接点325连接到电子处理器200。FET 860的内阻和偏压电阻器320充当分压器，以向电子处理器200提供电压信号。电子处理器200包括从连接点325接收电压信号的模数转换器（ADC）330。ADC将从连接点325接收的模拟电压信号转换成数字等值。电子处理器200使用数字等值来确定电流。图11仅展示了充电电路845的一个示例配置。充电电路845可以具有其他配置，并且可以包括附加的功率MOSFET和/或电流感测功率MOSFET。例如，连接点325可以联接到FET 860的漏极等。
图12展示了链锯形式的示例户外动力工具900。户外动力工具900包括主体905、手柄部分910、电池组接纳部分915和触发器920。电池组接纳部分115接纳电池组1100（参见图14）并且包括端子组件，该端子组件包括多个端子。接纳部分915中存在的端子数量可以基于户外动力工具900的种类而变化。户外动力工具900包括与动力工具100相似并且如图3、图4A和图4B所描述的电子部件。
图13展示了电池组1000的示例实施例，该电池组可操作用于向无线电气装置（例如，动力工具、户外工具、其他机动和非机动装置等）供电。电池组1000包括壳体1005和由壳体1005支撑的至少一个可再充电电池单体1320（如图16所示）。电池组1000还包括用于将电池组1000支撑在动力工具上并将电池组1000联接到动力工具的支撑部分1010、用于将电池组选择性地联接到动力工具或从动力工具释放电池组1000的联接机构1015。在所展示的实施例中，支撑部分1010可连接到动力工具（例如，动力工具100）上的互补支撑部分。电池组1000包括位于支撑部分1010内的端子组件的多个端子1020，并且可操作用于将电池单体1320电连接到电池组1000内的PCB。多个端子1020包括例如正电池端子、充电端子、接地端子和感测端子。在所展示的示例中，电池组1000具有18 V、20 V、36 V等的标称电压。
图14展示了电池组1100的第二示例实施例，该电池组可操作用于向无线电气装置供电。电池组1100可以可移除地且可互换地连接到动力工具，以向动力工具提供运行电力。电池组1100包括外壳1105、联接到外壳1105的外部壳体1110、以及位于外壳1105内的多个电池单体1320（如图16所示）。外壳1105的形状和尺寸适于安装在动力工具（例如，动力工具900）的开口和空腔内。外壳包括端盖1115，以基本上将电池单体1320封闭在外壳1105内。所展示的端盖1115包括被配置为与从动力工具延伸的对应电源端子配合的两个电源端子1120。在一些实施例中，端盖1115可以包括从电池组1100延伸并且被配置为接纳在由动力工具支撑的插座中的端子。端盖1115可以包括被配置为与动力工具的对应端子配合的感测端子。在所展示的示例中，电池组1000具有12 V、14.2 V等的标称电压。
图15展示了可操作用于高压电气装置（例如，动力工具、户外工具、其他机动和非机动装置等）的高压电池组1200的示例实施例。电池组1200包括壳体1205和由壳体1205支撑的至少一个可再充电电池单体1320（如图16所示）。电池组1200还包括用于将电池组1200支撑在电气装置上并将电池组1200联接到电气装置的支撑部分1210、用于将电池组选择性地联接到电气装置或从电气装置释放电池组1200的联接机构1215。在所展示的实施例中，支撑部分1210可连接到电气装置（例如，动力工具500、工地照明设备800等）上的互补支撑部分。电池组1200包括位于支撑部分1210内的端子组件的多个端子1220，并且可操作用于将电池单体1320电连接到电池组1200内的PCB。多个端子1220包括例如正电池端子、低功率端子、充电端子、接地端子和感测端子。在所展示的示例中，电池组1200具有60 V、80 V、120V等的标称电压。
图16是电池组1000、1100、1200的框图。图16展示了与电池组1000、1100、1200相关联的控制器（例如，电子处理器1300）。电子处理器1300电连接和/或通信地连接到电池组1000、1100、1200的各种模块或部件。例如，所展示的电子处理器1300连接到燃料表1305、一个或多个传感器1310、装置接口1315、多个电池单体1320和电池组内的充电/放电控制模块1325。电子处理器1300包括尤其可操作用于控制电池组1000、1100、1200的操作、激活燃料表1305（例如，包括一个或多个LED）、监测电池组1000、1100、1200的操作等的硬件和软件的组合。一个或多个传感器1310尤其包括一个或多个温度传感器、一个或多个电压传感器等。电子处理器1300还包括与温度、电流、电压等相关的各种预设或计算的故障条件值，这些故障条件值与电气装置的操作相关。
在一些实施例中，电子处理器1300包括为电子处理器1300和/或电池组1000、1100、1200内的部件和模块提供电力、操作控制和保护的多个电气部件和电子部件。例如，电子处理器1300尤其包括处理单元1330（例如，微处理器、微控制器或另一个合适的可编程装置）、存储器1335、输入单元1340和输出单元1345。处理单元1330尤其包括控制单元1350、算术逻辑单元（“ALU”）1355和多个寄存器1360（在图16中示出为一组寄存器），并且使用如改进的哈佛架构、冯诺依曼架构等已知的计算机架构来实施。处理单元1330、存储器1335、输入单元1340和输出单元1345以及连接到电子处理器1300的各种模块通过一个或多个控制总线和/或数据总线（例如，公共总线1365）连接。出于说明性目的，在图16中大致示出了控制总线和/或数据总线。鉴于本文描述的实用新型，使用一个或多个控制总线和/或数据总线进行各种模块和部件之间的互连和它们之间的通信对于本领域技术人员而言将是已知的。
存储器1335包括例如程序存储区和数据存储区。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型存储器的组合，比如只读存储器（“ROM”）、随机存取存储器（“RAM”）（例如，动态RAM[“DRAM”]、同步DRAM[“SDRAM”]等）、电可擦除可编程只读存储器（“EEPROM”）、闪速存储器、硬盘、SD卡或其他合适的磁存储器装置、光存储器装置、物理存储器装置或电子存储器装置。处理单元1330连接到存储器1335并执行软件指令，这些软件指令能够存储在存储器1335的RAM（例如，在执行期间）、存储器1335的ROM（例如，在通常永久的基础上）或者比如另一存储器或盘等另一非暂态计算机可读介质中。电池组1000、1100、1200的实施方式中包括的软件可以存储在电子处理器1300的存储器1335中。该软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、滤波器、规则、一个或多个程序模块以及其他可执行指令。电子处理器1300被配置成从存储器进行检索并尤其执行与本文所述的电池组的控制有关的指令。电子处理器1300还可以存储各种电池组参数和特性（包括电池组标称电压、化学物质、电池单体特性、最大允许放电电流、最大允许温度等）。在其他构造中，电子处理器1300包括附加的、更少的或不同的部件。
装置接口1315包括机械部件（例如，支撑部分1010、1210）和电气部件（例如，多个端子1020、1220）的组合，其被配置成并且可操作用于将电池组与电气装置（例如，动力工具100、500、900、工地照明设备800等）接口连接（例如，机械地、电气地和通信地连接）。例如，从电池组1000、1100、1200提供给电气装置之一的电力通过充电/放电控制模块1325提供给装置接口1315。充电/放电控制模块1325包括例如用于控制到电池单体1320的充电电流和来自电池单体的放电电流的一个或多个开关（例如，FET）。装置接口1315还包括例如通信线路1370，该通信线路用于在电子处理器1300与电气装置之间提供通信线路或链路。
传感器1310包括例如一个或多个电压传感器、一个或多个温度传感器等。例如，电子处理器1300使用传感器1310来监测每个电池单体1320的单独充电状态，监测一个或多个电池单体1320的温度等，用于故障条件中断。如果电池单体1320之一的电压等于或高于电压上限（例如，最大充电电压），则充电/放电控制模块1325阻止电池单体进一步充电或请求电池充电器（未示出）提供恒压充电方案。替代性地，如果电池单体1320之一低于低压极限，则充电/放电控制模块阻止电池单体1320进一步放电。类似地，如果达到电池组的电池单体1320的操作温度上限或下限，则电子处理器1300可以控制充电/放电模块1325不被充电或放电，直到电池单体1320或电池组的温度处于可接受的温度范围内。附加的故障条件中断可以在电池组中实施，并且是本领域技术人员已知的。燃料表1305包括例如一个或多个指示器，如发光二极管（“LED”）。燃料表1305可以被配置成显示电池单体1320的荷电状态的情况或与其相关联的信息。
图17展示了根据一个示例实施例的电池组1000、1100、1200的简化框图，其进一步详细地展示了充电/放电模块1325。在图17所展示的示例中，电池组1000、1100、1200使用（多个）电流感测功率MOSFET 1400来启用和禁用充电和/或放电。FET 1400的漏极联接到电池单体1320，并且FET 1400的源极联接到地。偏压电阻器1410联接在FET 1400的电流感测端子与地之间。FET 1400的电流感测端子与偏压电阻器320之间的连接点1420连接到电子处理器1300。FET 1400的内阻和偏压电阻器1410充当分压器，以向电子处理器1300提供电压信号。电子处理器1300包括从连接点1420接收电压信号的模数转换器（ADC）1430。ADC1430将从连接点1420接收的模拟电压信号转换成数字等值。电子处理器1300使用数字等值来确定电流。图17仅展示了充电/放电模块1325的一个示例配置。充电/放电模块1325可以具有其他配置，并且可以包括附加的功率MOSFET和/或电流感测功率MOSFET。例如，FET1400可以设置在电池正极端子与装置接口1315之间，可以包括单独的充电FET和放电FET而不是单个FET，等等。
电流感测通常不在如上所述的电池组中执行。向电池组添加电流感测电阻器会降低电池组的功率效率。相比之下，使用充电/放电FET感测电流允许电池组保持相同的功率效率。
因此，本文描述的实施例尤其提供了使用场效应晶体管进行的动力工具装置中的电流感测。在所附权利要求中阐述了各种特征和优点。

Claims (28)

1.一种动力工具装置，其特征在于，包括：
壳体；
电源接口；
该壳体内的场效应晶体管，该场效应晶体管连接在该电源与该动力工具装置的负载之间；以及
电子处理器，该电子处理器连接到该场效应晶体管并且被配置成：
控制该场效应晶体管以驱动该负载，
测量该场效应晶体管的端子处的电压，以及
在不使用分流电阻器的情况下基于该电压确定流过该场效应晶体管的电流。
2.如权利要求1所述的动力工具装置，其中，该端子是该场效应晶体管的源极。
3.如权利要求1所述的动力工具装置，其中，进一步包括：
逆变器电路，该逆变器电路联接在该电源接口与该负载之间，其中，该场效应晶体管是该逆变器电路的部件。
4.如权利要求3所述的动力工具装置，其中，该场效应晶体管是该逆变器电路的低侧场效应晶体管。
5.如权利要求4所述的动力工具装置，其中，进一步包括：
偏压电阻器，该偏压电阻器联接在该低侧场效应晶体管的电流感测端子与地之间，其中，该电流感测端子与该偏压电阻器之间的连接点用于测量该电压。
6.如权利要求3所述的动力工具装置，其中，该场效应晶体管是该逆变器电路的高侧场效应晶体管。
7.如权利要求1所述的动力工具装置，其中，进一步包括：
模数转换器，该模数转换器被配置成接收该电压并将该电压转换成用于该电子处理器的数字值。
8.如权利要求1所述的动力工具装置，其中：
该动力工具装置是拆除锤；并且
该壳体包括被配置成接纳凿子的工具固持器。
9.如权利要求1所述的动力工具装置，其中，该动力工具装置是链锯。
10.一种动力工具，其特征在于，包括：
壳体；
马达，该马达位于该壳体内；
该壳体内的逆变器电路，该逆变器电路联接在电源接口与该马达之间，该逆变器电路包括：
多个高侧场效应晶体管，该多个高侧场效应晶体管联接在该电源接口的正电源端子与该马达之间，以及
多个低侧场效应晶体管，该多个低侧场效应晶体管联接在该马达与该电源接口的负电源端子之间；以及
电子处理器，该电子处理器连接到该多个高侧场效应晶体管和该多个低侧场效应晶体管，该电子处理器被配置成：
激活该多个高侧场效应晶体管和该多个低侧场效应晶体管中的第一对以激活该马达的第一相，
响应于该马达的第一相被激活，使用第一激活的场效应晶体管测量流过该马达的第一电流，
激活该多个高侧场效应晶体管和该多个低侧场效应晶体管中的第二对以激活该马达的第二相，
响应于该马达的第二相被激活，使用第二激活的场效应晶体管测量流过该马达的第二电流，
激活该多个高侧场效应晶体管和该多个低侧场效应晶体管中的第三对以激活该马达的第三相，以及
响应于该马达的第三相被激活，使用第三激活的场效应晶体管测量流过该马达的第三电流。
11.如权利要求10所述的动力工具，其中，该电子处理器进一步被配置成：
测量该第一激活的场效应晶体管的第一源极端子处的第一电压；以及
基于该第一电压确定该第一电流。
12.如权利要求11所述的动力工具，其中，该第一激活的场效应晶体管是该多个低侧场效应晶体管之一。
13.如权利要求12所述的动力工具，其中，进一步包括：
偏压电阻器，该偏压电阻器联接在该第一激活的场效应晶体管的第一源极端子与地之间，其中，该第一源极端子与该偏压电阻器之间的连接点用于测量该第一电压。
14.如权利要求11所述的动力工具，其中，该第一激活的场效应晶体管是该多个高侧场效应晶体管之一。
15. 如权利要求10所述的动力工具，其中，该电子处理器进一步被配置成：
测量该第二激活的场效应晶体管的第二源极端子处的第二电压；以及
基于该第二电压确定该第二电流。
16. 如权利要求10所述的动力工具，其中，该电子处理器进一步被配置成：
测量该第三激活的场效应晶体管的第三源极端子处的第三电压；以及
基于该第三电压确定该第三电流。
17.一种工地照明设备，其特征在于，包括：
壳体；
电源接口；
该壳体内的场效应晶体管，该场效应晶体管连接在该电源接口与该工地照明设备的负载之间；以及
电子处理器，该电子处理器连接到该场效应晶体管并且被配置成：
控制该场效应晶体管以驱动该负载，
测量该场效应晶体管的端子处的电压，以及
基于该电压确定流过该场效应晶体管的电流。
18.如权利要求17所述的工地照明设备，其中，该端子是该场效应晶体管的源极。
19.如权利要求18所述的工地照明设备，其中，进一步包括：
偏压电阻器，该偏压电阻器联接在该端子与地之间，其中，该端子与该偏压电阻器之间的连接点用于测量该电压。
20.如权利要求17所述的工地照明设备，其中，进一步包括：
模数转换器，该模数转换器被配置成接收该电压并将该电压转换成用于该电子处理器的数字值。
21.一种工地照明设备，其特征在于，包括：
壳体；
电源接口；
电池组；
该壳体内的充电场效应晶体管，该充电场效应晶体管连接在该电源接口与该电池组之间；以及
电子处理器，该电子处理器连接到该充电场效应晶体管并且被配置成：
控制该充电场效应晶体管对该电池组充电，
测量该充电场效应晶体管的端子处的电压，以及
基于该电压确定流过该充电场效应晶体管的电流。
22.如权利要求21所述的工地照明设备，其中，该端子是该充电场效应晶体管的源极。
23.如权利要求22所述的工地照明设备，其中，进一步包括：
偏压电阻器，该偏压电阻器联接在该端子与地之间，其中，该端子与该偏压电阻器之间的连接点用于测量该电压。
24.如权利要求21所述的工地照明设备，其中，进一步包括：
模数转换器，该模数转换器被配置成接收该电压并将该电压转换成用于该电子处理器的数字值。
25.一种电池组，其特征在于，进一步包括：
壳体；
装置接口，该装置接口位于该壳体上；
充电/放电场效应晶体管，该充电/放电场效应晶体管位于该壳体内并且连接在该多个电池单体与该装置接口之间；以及
电子处理器，该电子处理器联接到该充电/放电场效应晶体管并且被配置成：
控制该充电/放电场效应晶体管对该多个电池单体充电/放电，
测量该充电/放电场效应晶体管的端子处的电压，以及
基于该电压确定流过该充电/放电场效应晶体管的充电/放电电流。
26.如权利要求25所述的电池组，其中，该端子是该充电/放电场效应晶体管的源极。
27.如权利要求26所述的电池组，其中，进一步包括：
偏压电阻器，该偏压电阻器联接在该端子与地之间，其中，该端子与该偏压电阻器之间的连接点用于测量该电压。
28.如权利要求25所述的电池组，其中，进一步包括：
模数转换器，该模数转换器被配置成接收该电压并将该电压转换成用于该电子处理器的数字值。
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