用于檢測電流的電流探測裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明通過分析測量路徑中的另一電流來實現(xiàn)對功率路徑中的電流的大小的分析。在此，為了避免所述測量路徑中的過度大的電流，所述測量路徑中的電流被限制在預(yù)先給定的最大極限值內(nèi)。
【專利說明】
用于檢測電流的電流探測裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于檢測電流的電流探測裝置和方法。本發(fā)明尤其涉及用于檢測測量路徑中的電流的電流探測裝置和方法，所述測量路徑引導(dǎo)與功率路徑中的電流相對應(yīng)的電流。
[0002]盡管本發(fā)明結(jié)合具有感測端子的IGBT被描述，但是本發(fā)明此外也可被使用用于任意的其他應(yīng)用情況，其中在另一電流路徑中的、與功率路徑中的電流相對應(yīng)的電流應(yīng)當(dāng)被分析。
【背景技術(shù)】
[0003]出版物US5，877，617A公開一種電路裝置，其中負(fù)載在電流路徑中被饋送電流。此夕卜，電路裝置包括另一晶體管，所述另一晶體管提供與用于負(fù)載的該電流相對應(yīng)的電流。通過所述另一晶體管所提供的電流用于監(jiān)控和分析用于負(fù)載的通過電流。
[0004]此外，為了測量和分析通過半導(dǎo)體開關(guān)的電流，例如具有絕緣柵極的雙極型晶體管(IGBT)是公知的，其中與通過半導(dǎo)體開關(guān)的主電流成比例的電流在附加的感測端子上被提供。在此，來自感測端子的電流是IGBT的發(fā)射極路徑中的主電流的幾乎恒定倍分之一。
[0005]在此，用于分析這樣的IGBT的感測路徑中的電流的電路裝置必須針對IGBT的最大接通持續(xù)時間并且也針對最大出現(xiàn)的電流被確定大小。在此，尤其在故障情況下也可能在感測路徑中出現(xiàn)相對大的電流。
[0006]因此，存在對用于電路裝置的改善的分析電路的需求，其中電流分析通過單獨(dú)的測量路徑進(jìn)行。尤其存在對于電流分析電路的需求，所述電流分析電路即使在測量路徑中出現(xiàn)較大的電流時也不被超載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]按照一個方面，對此本發(fā)明實現(xiàn)用于檢測測量路徑中的電流的電流探測裝置，所述測量路徑引導(dǎo)與功率路徑中的電流相對應(yīng)的電流，具有電流測量設(shè)備，所述電流測量設(shè)備被布置在測量路徑中并且被設(shè)計用于提供與流過電流測量設(shè)備的電流相對應(yīng)的輸出信號;和電流限制設(shè)備，所述電流限制設(shè)備被設(shè)計用于，將通過電流測量設(shè)備的電流限制在預(yù)先確定的最大極限值之內(nèi)。
[0008]按照另一方面，本發(fā)明實現(xiàn)用于檢測測量路徑中的電流的方法，所述測量路徑引導(dǎo)與功率路徑中的電流相對應(yīng)的電流，具有以下步驟:提供電流測量設(shè)備;檢測通過所提供的電流測量設(shè)備的電流;根據(jù)所檢測的電流在電流測量設(shè)備處輸出輸出信號；和將通過電流測量設(shè)備的電流限制在預(yù)先確定的最大極限值之內(nèi)。
[0009]發(fā)明優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明所基于的構(gòu)思是，在分析測量路徑中的電流時將要分析的電流限制在最大電流之內(nèi)。而如果測量路徑中的電流低于所述最大極限值，那么測量路徑中的電流不被影響。通過將測量路徑中的電流限制在最大極限值之內(nèi)，可以根據(jù)所述預(yù)先給定的最大極限值設(shè)計用于分析該路徑中的電流的各個組件。因為由于限制而不會預(yù)期電流的進(jìn)一步的升高，所以各個組件可以明顯較小地被確定大小。這一方面能夠?qū)崿F(xiàn)用于電流的分析電路的成本較低的構(gòu)造。此外，用于較小的最大電流的這樣的器件也要求較小的結(jié)構(gòu)大小，使得此外分析電路也僅要求較小的結(jié)構(gòu)體積，就好像在無按照本發(fā)明的對要分析的電流的限制的分析電路中情況那樣。此外，也可以通過限制最大出現(xiàn)的電流來減少與此相關(guān)聯(lián)的最大損耗功率和因此要排出的熱量。在此，用于要監(jiān)控的電流的分析電路的所述較少的溫升尤其對分析電路的壽命廣生積極的影響。
[0010]在此，按照本發(fā)明的電流分析電路的電流測量設(shè)備可以是任意的設(shè)備，所述設(shè)備可以由電流在兩個端子之間流過。在此，電流測量設(shè)備提供與流過電流測量設(shè)備的電流有關(guān)的輸出信號。輸出信號例如可以是與通過電流測量設(shè)備的電流相對應(yīng)的電壓信號。這樣的電壓信號例如可以借助于由電流流過的分流電阻生成。因此，可以以簡單的方式生成與通過分流電阻的電流成比例的電壓信號。此外，用于產(chǎn)生與通過電流測量設(shè)備的電流有關(guān)的輸出信號的其他的可能性同樣是可能的。
[0011]在此，剛好在借助于電阻進(jìn)行電流到電壓的信號轉(zhuǎn)換時，與通過電阻的電流有關(guān)的損耗功率也在電阻處出現(xiàn)。因此，在電流測量設(shè)備處的損耗也隨著電流升高而升高。為了避免大的損耗，通過電流測量設(shè)備的電流被限制在最大極限值之內(nèi)。因此，通過限定通過電流測量設(shè)備的最大電流，同時也限制損耗和因此出現(xiàn)的熱溫升。因此，例如可以避免過度的溫升。
[0012]為此，為了確定通過電流分析設(shè)備的電流，例如可以考慮電流測量設(shè)備的輸出信號。如果通過電流分析電路的所提供的輸出信號確定:通過電流分析電路的電流超過預(yù)先確定的極限值，那么接著可以操控電流限制設(shè)備，所述電流限制設(shè)備在其側(cè)限制通過電流分析設(shè)備、尤其通過電流測量設(shè)備的最大電流。以這種方式，可以實現(xiàn)通過電流測量設(shè)備的最大電流的簡單的限制。
[0013]按照一種實施方式，電流測量設(shè)備被設(shè)計用于提供與流過電流測量設(shè)備的電流成比例的電壓信號。通過在電流測量設(shè)備的輸出端處提供電壓信號，可以特別有利地提供通過電流測量設(shè)備的電流的大小。
[0014]按照一種實施方式，電流測量設(shè)備包括模擬數(shù)字變換器。所述模擬數(shù)字變換器被設(shè)計用于，將由電流測量設(shè)備提供的輸出信號變換為數(shù)字信號。優(yōu)選地，模擬數(shù)字變換器具有高的阻抗。以這種方式，通過電流測量設(shè)備的電流的值的繼續(xù)處理可以以數(shù)字方式進(jìn)行，而在此電流分析電路不以電的方式強(qiáng)烈地被加載荷。
[0015]按照一種實施方式，電流限制設(shè)備包括參考電壓源。所述參考電壓源被設(shè)計用于提供預(yù)先確定的參考電壓。此外，電流限制設(shè)備被設(shè)計用于將電壓信號與由參考電壓源提供的參考電壓比較。在此，電流限制設(shè)備基于所述比較調(diào)節(jié)通過電流測量設(shè)備的電流。通過提供參考電壓源和將電壓信號與參考電壓比較，可以特別簡單地確定通過電流測量設(shè)備的電流的超過。相應(yīng)地，可以基于所述比較，在超過電流時自動地限制所述電流。
[0016]按照一種實施方式，電流限制設(shè)備包括具有控制端子的晶體管。在此，電流限制設(shè)備被設(shè)計用于在晶體管的控制端子處提供控制信號，所述控制信號與在所提供的參考電壓和電壓信號之間的比較有關(guān)。以這種方式，通過電流測量設(shè)備的電流可以被限制，并且通過電流測量設(shè)備的電流的超過可以被防止。
[0017]此外，本發(fā)明涉及用于提供電流的電路裝置，其具有電流控制設(shè)備，所述電流控制設(shè)備被設(shè)計用于提供功率路徑中的電流，并且在測量路徑中提供與所提供的電流相對應(yīng)的測量電流(ISense);和按照本發(fā)明的電流探測設(shè)備。
[0018]按照實施設(shè)備，電流控制設(shè)備包括具有絕緣柵極的雙極型晶體管(IGBT)。優(yōu)選地，在此所述具有絕緣柵極的雙極型晶體管具有測量端子，所述測量端子提供與在功率輸出端處的電流相對應(yīng)的測量電流。
[0019]此外按照一種實施方式，用于檢測電流的方法包括以下步驟:提供預(yù)先確定的參考電壓并且將所提供的參考電壓與電壓值比較。在此，用于限制電流的步驟根據(jù)所提供的參考電壓與該電壓值的比較調(diào)節(jié)電流。
【附圖說明】
[0020]參考附圖由以下描述得出本發(fā)明的其他實施方式和優(yōu)點(diǎn)。
[0021]在此:
圖1示出具有按照一種實施例的電流探測裝置的電路裝置的示例電路的示意圖；
圖2示出如按照一種實施例的電流探測裝置所基于的電流電壓特征曲線的示意圖；和圖3示出如另一實施例所基于的方法的流程圖的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1示出用于控制功率路徑中的電流的電路裝置的示意性示例電路。在此情況下，電路裝置I包括電流控制設(shè)備20。所述電流控制設(shè)備20例如可以是具有絕緣柵極的雙極型晶體管(IGBT)。在此，IGBT包括輸入端子C、輸出端子E和控制端子G。在此，在輸入端子C和輸出端子E之間的電流可以通過在控制端子G處施加控制信號被控制。此外，IGBT進(jìn)一步包括感測端子S。在此，在該感測端子S處通過IGBT提供測量電流ISense。在此，所述測量電流Isense與在所示出的電路裝置的功率路徑中的電流Ie相對應(yīng)。在已知的IGBT情況下，可以從感測路徑的測量電流Ise3nse3推斷出功率路徑的電流Ie。在此，感測路徑的測量電流Ise3nseJI常是在IGBT的輸出端E處所提供的電流Ie的已知傳遞系數(shù)分之一。因為在功率路徑或者測量路徑中的電流和電壓降之間的關(guān)聯(lián)是非線性的，所以僅當(dāng)在輸入端子C和感測端子S之間的電壓與在輸入端子C和輸出端子E之間的電壓一致時，在Ie和I Sense之間的丨旦定比例才適用。為了設(shè)定所述一致的電壓關(guān)系，補(bǔ)償電路30連接在感測端子S和輸出端子E上，所述補(bǔ)償電路30將相同的電壓關(guān)系設(shè)定給感測端子S和輸出端子E。在這里示出的實施例中，補(bǔ)償電路例如包括兩個電壓源UbJPUb,2以及電流源Ιο。此外，補(bǔ)償電路30包括四個晶體管HT3和T4。晶體管1~5經(jīng)由所述電路裝置被操控。
[0023]此外，電路裝置I包括電流分析電路10，電流控制設(shè)備20的測量電流Isense可以借助于所述電流分析電路10被檢測，并且可以被變換為適合于繼續(xù)處理的分析信號。為此，測量電流Isense流經(jīng)晶體管TdP電流測量設(shè)備11。在此，所述電流測量設(shè)備11例如可以如這里所示出的那樣通過分流電阻Rs實現(xiàn)。在此，與測量電流Isense成比例的電壓信號Us降落在分流電阻Rs上。因此，電壓信號Us也隨著測量電流Isense升高而升高。
[0024]在此，晶體管!^首先通過補(bǔ)償電路30這樣地被操控，使得在IGBT的測量端子S處出現(xiàn)與在IGBT的功率端子E處相同的電勢。通過這種方式實現(xiàn):在電路裝置I的功率路徑中的電流Ie和測量路徑中的電流Isense之間出現(xiàn)恒定的傳遞比例，并且因此可以可靠地從測量電流推斷出在功率路徑中的電流Ie。
[0025 ]因此，首先電路裝置I的測量路徑中的測量電流I Se.也隨著電路裝置I中的功率路徑中的電流Ie升高而升高。然而，為了不使電路裝置I的測量路徑中的電流任意大地升高，將測量路徑中的電流艮定在預(yù)先確定的極限值之內(nèi)。為此，例如可以通過操控晶體管!^來限制測量路徑中的電流Ise3nse3。在此，例如可以通過適當(dāng)?shù)碾娐飞捎糜谙拗茰y量電流Isense的針對晶體管1~5的控制端子的操控信號，所述電路例如以分流電阻Rs上的電壓降Us來分析電流測量設(shè)備11的輸出信號。例如可以將分流電阻Rs上的電壓降Us與參考電壓源URef的電壓比較。為此，例如可以將參考電壓源URef的電壓信號和分流電阻Rs上的電壓降Us輸送給運(yùn)算放大器0P。運(yùn)算放大器OP將所述兩個電壓信號比較，并且根據(jù)所述比較輸出控制信號。所述控制信號可以必要時在適當(dāng)?shù)胤糯蠛笸ㄟ^晶體管T6被輸送給晶體管!^的控制端子。為此，可以將運(yùn)算放大器OP的輸出端與晶體管T6的控制端子連接。當(dāng)然，用于限制測量電流ISe_的其他的、可替代的可能性也是可能的。
[0026]電流測量設(shè)備11的輸出信號、例如分流電阻上的電壓降仏可以由模擬數(shù)字變換器(這里未示出)變換為數(shù)字信號用于繼續(xù)處理。優(yōu)選地，在此涉及具有高阻抗的模擬數(shù)字變換器，使得電流測量設(shè)備11的輸出信號不被相應(yīng)的變換器影響或者不顯著地被相應(yīng)的變換器影響。通過這種方式，按照本發(fā)明的電流探測裝置10的輸出信號的數(shù)字繼續(xù)處理也是可能的。
[0027]圖2示出如本發(fā)明的實施方式所基于的電壓電流特征曲線的示意圖。在此，按照本發(fā)明的電流探測裝置10首先在第一區(qū)段I中生成與功率路徑中的電流Ie相對應(yīng)的輸出信號Us。如這里所示的，在此優(yōu)選地存在著在輸出電壓Us和功率路徑中的電流Ie之間的線性關(guān)聯(lián)。如果功率路徑中的電流Ie超過預(yù)先給定的閾值，那么接著測量路徑中的相應(yīng)的電流
同樣也將會繼續(xù)升高。然而通過按照本發(fā)明將測量路徑中的電流Ise3nse3限制在最大預(yù)先給定的極限值之內(nèi)，可以在區(qū)段Π中限定該繼續(xù)升高，使得將與測量路徑中的電流Ise3nse3相對應(yīng)的輸出電壓仏限制于預(yù)先給定的最大值。
[0028]圖3示出如按照一種實施例用于檢測電流Ise3nse3的方法100所基于的流程圖的示意圖。在此，在步驟110中首先提供電流測量設(shè)備U。在步驟120中，所述電流測量設(shè)備11在電流測量設(shè)備11處提供與通過電流測量設(shè)備11的電流相對應(yīng)的輸出信號Us。在此，優(yōu)選地存在在電流測量設(shè)備11的輸出信號Us和通過電流測量設(shè)備的電流Ise3■之間的線性關(guān)聯(lián)。此外在步驟130中，將通過電流測量設(shè)備11的電流限制在預(yù)先確定的最大極限值之內(nèi)。
[0029]為了限制通過電流測量設(shè)備11的最大電流，為此可以提供預(yù)先確定的參考電壓URef，其中將所述參考電壓URef與在步驟120中所提供的輸出信號Us比較。在該情況下，用于限制電流的步驟130根據(jù)輸出的輸出信號Us與所提供的參考電壓URef的比較來調(diào)節(jié)所述電
I Sense ο
[0030]盡管在前面本發(fā)明已經(jīng)優(yōu)選地參考具有絕緣柵極的雙極型晶體管(IGBT)被描述，其中所述IGBT具有附加的感測端子，但是本發(fā)明同樣可以被應(yīng)用到任意其他的電路裝置上，其中功率路徑中的電流基于與該電流相對應(yīng)的測量電流被確定。測量路徑中的電流的限制也不鑒于參考電壓與與測量電流相對應(yīng)的輸出電壓的比較被限制。在此，用于限定測量路徑中的電流的其他的可能性同樣是可能的。替代于輸出與測量電流Ise_相對應(yīng)的電壓信號，也可以提供任意其他輸出信號，借助于所述任意其他輸出信號，測量電流Ise3nse3和因此功率路徑中的電流可以被確定。
[0031]概括地，本發(fā)明涉及通過分析測量路徑中的另一電流來分析功率路徑中的電流的大小。在此，為了避免對于所述測量路徑的過度大的電流，該測量路徑中的電流被限制在預(yù)先給定的最大極限值之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.用于檢測測量路徑中的電流(Ise3nse3)的電流探測裝置(10)，所述測量路徑引導(dǎo)與功率路徑中的電流(I E )相對應(yīng)的電流，具有: 電流測量設(shè)備(11)，所述電流測量設(shè)備(11)布置在測量路徑中并且所述電流測量設(shè)備(11)被設(shè)計用于提供與流過電流測量設(shè)備(11)的電流相對應(yīng)的輸出信號;和 電流限制設(shè)備(12)，所述電流限制設(shè)備(12)被設(shè)計用于將通過電流測量設(shè)備(11)的電流限制在預(yù)先確定的最大極限值之內(nèi)。2.按照權(quán)利要求1所述的電流探測裝置(10)，其中所述電流測量設(shè)備(11)被設(shè)計用于提供與流過電流測量設(shè)備(11)的電流成比例的電壓信號。3.按照權(quán)利要求1或2所述的電流探測裝置(10)，其中所述電流測量設(shè)備(11)包括模擬/數(shù)字變換器，所述模擬/數(shù)字變換器被設(shè)計用于將與通過電流測量設(shè)備(11)的電流有關(guān)的輸出信號變換為數(shù)字信號。4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的電流探測裝置(10)，其中所述電流限制設(shè)備(12)包括參考電壓源(URef)，所述參考電壓源(URef)被設(shè)計用于提供預(yù)先確定的參考電壓，并且所述電流限制設(shè)備(12)被設(shè)計用于將另一電壓信號與由參考電壓源(URef)所提供的參考電壓比較，并且基于所述比較調(diào)節(jié)通過電流測量設(shè)備(11)的電流。5.按照權(quán)利要求4所述的電流探測裝置(10)，其中所述電流限制設(shè)備(12)包括具有控制端子的晶體管(T5)，并且所述電流限制設(shè)備(12)被設(shè)計用于基于在所提供的參考電壓和另一電壓信號之間的比較在晶體管(T5)的控制端子處提供控制信號。6.用于提供電流(Ie)的電路裝置(I)，其具有: 電流控制設(shè)備(20)，所述電流控制設(shè)備(20)被設(shè)計用于提供功率路徑中的電流(Ie)，并且在測量路徑中提供與所提供的電流(Ie)相對應(yīng)的測量電流和 按照權(quán)利要求1至5之一所述的電流探測裝置(10)。7.按照權(quán)利要求6所述的電路裝置(1)，其中所述電流控制設(shè)備(20)包括具有絕緣柵極的雙極型晶體管IGBT。8.用于檢測測量路徑中的電流(Ise3nse3)的方法(100)，所述測量路徑引導(dǎo)與功率路徑中的電流(Ie)相對應(yīng)的電流，具有以下步驟: 提供(110)電流測量設(shè)備(11); 檢測(120)通過所提供的電流測量設(shè)備(11)的電流； 根據(jù)所檢測的電流在電流測量設(shè)備(11)處輸出(130)輸出信號;和 將通過電流測量設(shè)備(11)的電流限制(140)在預(yù)先確定的最大極限值之內(nèi)。9.按照權(quán)利要求8所述的方法(100)，此外包括以下步驟: 提供預(yù)先確定的參考電壓； 將所輸出的輸出信號與所提供的參考電壓比較； 其中用于限制電流的步驟(140)根據(jù)所提供的參考電壓與電壓值的比較來調(diào)節(jié)電流。
【文檔編號】G01R19/00GK105960618SQ201480075451
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2014年12月19日
【發(fā)明人】H.西弗特, S.布茨曼
【申請人】羅伯特·博世有限公司