CN102648558B - 用于限制电路中的电流的部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种限流器，其具有用于电源的输入端和用于输出电流的输出端。所述限流器至少具有调节电路；电流传感器，所述电流传感器被构造用于测量从限流器的输入端到限流器的输出端的电流以及向调节电路的测量值输入端输出测量值；和至少一个连接在限流器的输入端和输出端之间的功率开关，所述功率开关具有与调节电路的控制输出端连接的控制输入端。调节电路被构造为当测量值大于一个电流极限值时限制从限流器的输入端到限流器的输出端的电流。调节电路还被构造用于使至少一个功率开关在线性区域中运行。

Description

用于限制电路中的电流的部件

背景技术

电流在升高超过根据应用情形确定的大小时(过流)由于发热而可能威胁电装置。过流也可能对是电系统的故障的指示。

典型地，通过保险装置来限制电流。所述保险装置在出现过流时中断电流回路并且必须在改正过流原因之后进行替换(熔断保险装置)或者由使用者重新激活(开关保险装置)。然而存在如下应用：即使没有出现故障并且也没有因此持久地中断电流回路，也可能出现非常短的过流峰值。例如在机动车中在通过电起动器起动内燃机时是这种应用情况。在接通起动器时会出现几百直至超过1000安培的非常高的电流峰值流过接通继电器。所述电流峰值导致机动车中的起动电池的极大负担以及由于向机动车中的各种其他用电器馈电的电池电压的陷落引起的舒适性丧失。由于电池电压陷落，这些其他用电器关断，一旦供给电压重新位于允许范围中，这些其他用电器必须重新起动。

改进建议是通过起动器控制设备对电流进行时钟控制，如在DE10222162A1中描述的那样。然而，所述解决方案的不期望的副作用是机动车的车载电网中的电磁干扰。此外，所提出的解决方案与高成本相关联。

发明内容

因此，本发明的任务是提出一种用于无中断地限制电流的成本有利的装置，其克服了以上所述的缺点。

第一发明方面涉及一种限流器，其具有用于电源的输入端和用于输出电流的输出端。限流器具有至少一个调节电路、一个电流传感器和至少一个功率开关。电流传感器被构造用于测量从限流器的输入端到限流器的输出端的电流以及向调节电路的测量值输入端输出测量值。所述至少一个功率开关连接在限流器的输入端和输出端之间并且具有与调节电路的控制输出端连接的控制输入端。调节电路被构造为当测量值大于一个电流极限值时限制从限流器的输入端到限流器的输出端的电流。根据本发明，调节电路还被构造用于使所述至少一个功率开关在线性区域中运行。

功率开关在线性区域中的运行使出现的电磁干扰最小化。在此，特别有利的是，在任何时刻都不完全中断电流。

用于电机器(例如用于机动车的电起动装置)的限流具有一系列优点：

-减小电磁干扰。尤其是通过接通电流来限制由于电压源的负载由接通导致的电压陷落。由此可以减小稳定措施的开销。用于产生恒定电池电压的缓冲电池或缓冲电容器和在后面连接的DC/DC转换器变得多余，这除降低成本以外尤其实现了在车辆结构方面有利的重量减轻和体积减小。

-通过限制在起动中出现的转矩提高电机器的使用寿命。

-可以更轻地并且更便宜地制造电机器。例如可以减小壁厚。由此可以实现进一步的重量减轻和成本节约。

-减小了噪声和振动，这在机动车中提高了舒适性。

-通过减小由电机器起动的内燃机的起动持续时间来改善起动过程。

-相对于类似的装置最小化成本、结构空间和重量，这归于相对于以前的解决方案的相应竞争优势。

-本发明的限流器可以简单地制造为高度集成的功率电子部件，其集成到起动器或接通继电器中或可以作为加装解决方案单独销售。在此，至少一个功率开关也可以构造为第二集成电路。

在一个优选的实施形式中，调节电路被构造用于交替地在第一控制周期期间以第一控制信号触发所述至少一个功率开关用于以第一电阻值在线性区域中运行并且在直接跟随第一控制周期的第二控制周期期间以第二控制信号触发所述至少一个功率开关用于以与第一电阻值不同的第二电阻值在线性区域中运行。通过所述方式例如可以在一个控制周期期间完全地或者近似完全地接通功率开关，以便充分地提供功率，而在另一控制周期期间通过调节更大的电阻值来限制电流，其中在平均上得出允许的电流极限值。

在此，调节电路特别优选地被构造用于可变地预给定电流极限值并且根据可变地预给定的电流极限值匹配第一控制周期的持续时间与第二控制周期的持续时间。通过第一控制周期和第二控制周期的持续时间的改变可以得到平均的电流极限值。例如，如果第一控制周期期间的第一电阻值小于第二控制周期期间的第二电阻值，则可以应用更高的电流极限值，其方式是，延长第一控制周期和/或缩短第二控制周期。

限流器可以配备有温度传感器。则调节回路可以被构造用于根据由温度传感器测量到的温度预给定电流极限值。通过温度传感器可以区分冷起动与热起动。这样，在热发动机的情况下比在冷发动机的情况下更简单并且更快速地进行点火。相应地，与对于冷起动相比，对于热起动预给定更低的电流极限值。当持续获取的、高的、但仍低于电流极限值的电流引起限流器的过强加热或者在后面连接的用电器的过强加热时，温度传感器在必要时也可以用于附加的保护功能。在这样的情形中，可以在至少一个一定的时间段上中断电流。

限流器优选具有本地电压供给装置，其被构造用于向调节回路和电流传感器(以及在必要时向温度传感器)提供供给电压。有利地，本地电压供给装置与限流器的输入端连接并且被构造用于由电源的施加在限流器的输入端上的电压产生供给电压。由此，可以以最小数量的连接端子并且在无需外部电压供给的情况下实现限流器。

作为电流传感器，或者可以使用电路路径中的小电阻上的电压测量或者可以使用霍尔传感器。电流传感器优选包括两个霍尔传感器并且被构造用于作为两个霍尔传感器的输出信号的差来确定电流。通过差分测量可以排除由于外部磁场的测量失真。优选地，在此两个霍尔传感器设置在限流器的输入端与限流器的输出端之间的连接线路的相对置的侧上。

特别优选地，连接线路沿着两个霍尔传感器中的每一个的四个侧中的两个延伸。由此，电流传感器中的有用信号加倍并且由此测量更精确，因为每一个线路区段都贡献于测量到的磁场。同样可以沿着两个霍尔传感器的每一个的四个侧中的三个(即曲折形地或S形地)导引连接线路，其中两个霍尔传感器的敞开的第四侧指向相反的方向。由此更进一步地提高测量的精度。

第二发明方面涉及一种用于具有内燃机的机动车的起动器装置。根据本发明，设有根据第一发明方面的、连接在供给电压的输入端与电起动器之间的限流器，以便在发动机起动时限制起动器电流。

第三发明方面涉及一种具有内燃机和根据第二发明方面的起动器装置的机动车。

附图说明

以下为了更好的理解借助附图更详细地描述本发明。

图1示出具有根据本发明的限流器的机动车的起动器系统；

图2示出根据本发明的限流器的框图；以及

图3在两个子图中示出用于本发明的限流器的电流传感器的两个变型方案。

具体实施方式

图1示出具有根据本发明的限流器13的机动车的起动器系统。起动器电池11用作电源，其通过起动器继电器12与限流器13连接。限流器13在输出侧又与电起动器14连接，所述电起动器起动(未示出的)内燃机。如果要起动内燃机，则通过合适的控制信号闭合起动器继电器12，使得起动器电池11的电池电压输送给限流器13并且通过限流器输送给电起动器14，以便为其供电。因为电起动器14在起动的瞬间会引起非常大的电流峰值，所以限流器13限制从起动器电池11流向起动器14的电流。

图2示出根据本发明的限流器13的框图。限流器13具有一个连接线路，所述连接线路从限流器13的输入端导引至限流器13的输出端，并且功率开关23连接到所述连接线路中，所述功率开关优选实施为功率晶体管。晶体管具有线性区域和饱和区域。在线性区域中，晶体管可以模型化为欧姆电阻，其电阻值可通过晶体管的栅极或基极上的控制电压来调节。则也可以在线性区域内的两个不同的电阻值之间转换晶体管。

在连接线路旁边或围绕所述连接线路设置有电流传感器22，其与调节电路21连接，所述电流传感器向调节电路提供测量值。调节电路21在所示的示例中通过可选的驱动器末级24与功率开关23连接，所述驱动器末级提供足够的电功率以触发功率开关23的控制输入端。此外，调节电路21与温度传感器25连接，所述温度传感器向调节电路21输出温度测量值。调节电路21被构造用于使流经连接线路的电流匹配于相应的周围环境条件。这样，在温度较高时内燃机更容易点火，从而对于电起动器而言也需要更小的电流并且电流极限值可以相应地降低。限流器13可以通过可选的通信接口27例如被构造为通过CAN总线、LIN总线等等与其他组件——例如车辆电子装置进行通信。内部电压供给装置26为限流器13的不同电模块提供本地供给电压。内部电压供给装置26与所述连接线路连接并且在输入侧从其获取产生本地供给电压所需的电能量。

图3在两个子图中示出用于本发明的限流器的电流传感器的两个变型方案。在子图a)中示出了一个限流器13，在所述限流器中电流传感器22实施为两个霍尔传感器22a和22b，它们设置在连接线路的彼此对置的侧上，电流I通过所述连接线路从起动电池流至起动器。霍尔传感器22a和22b形成差分电流传感器，其更不易受干扰磁场的影响。作为各个霍尔传感器22a和22b的输出信号的差形成差分电流传感器的输出信号。

在子图b)中示出电流传感器的一个改进变型方案。所述实施例的电流传感器又差分地通过两个设置在连接线路的相对置的侧上的霍尔传感器22a和22b来实施。而与子图a)的实施例不同，连接线路曲折地围绕霍尔传感器22a和22b并且在霍尔传感器22a和22b之间穿过，从而其在四个侧中的两个上环绕霍尔传感器22a和22b。霍尔传感器在所示的示例中在第一方向上并排设置。连接线路在第一区段中在第一侧上沿着第一方向从第一霍尔传感器22b旁边经过并且随后在第二区段中与第一区段垂直地在霍尔传感器22a与22b之间穿过。在第三区段中，连接线路又沿着第一方向在与第一侧相对置的第二侧上从霍尔传感器22a旁边经过。所述布置的优点在于电流传感器的输出信号加倍，所述输出信号又作为两个霍尔传感器22a和22b的输出信号的差形成。所述加倍导致在连接线路中流动的电流的测量更精确和更不易产生误差。在所述构思的一个延续方案中，也可以使连接线路分别附加地从霍尔传感器22a和22b的两个朝向外部的侧旁边经过，使得两个霍尔传感器22a和22b在四个侧中的三个上由连接线路围绕，这实现了测量精度的相应的进一步提高。

Claims (10)

1.限流器(13)，其具有用于电源(11)的输入端和用于输出电流的输出端，所述限流器(13)至少具有：

调节电路(21)；

电流传感器(22)，所述电流传感器被构造用于测量从所述限流器(13)的输入端到所述限流器(13)的输出端的电流以及向所述调节电路(21)的测量值输入端输出测量值；和

至少一个连接在所述限流器(13)的输入端和输出端之间的功率开关(23)，所述功率开关具有与所述调节电路(21)的控制输出端连接的控制输入端，

其中，

所述调节电路(21)被构造为当所述测量值大于一个电流极限值时限制从所述限流器(13)的输入端到所述限流器(13)的输出端的电流，

所述调节电路(21)还被构造用于使所述至少一个功率开关(23)在线性区域中运行，

其特征在于，所述调节电路(21)被构造用于交替地在第一控制周期期间以第一控制信号触发所述至少一个功率开关(23)用于以第一电阻值在所述线性区域中运行并且在直接跟随所述第一控制周期的第二控制周期期间以第二控制信号触发所述至少一个功率开关(23)用于以与所述第一电阻值不同的第二电阻值在所述线性区域中运行。

2.根据权利要求1所述的限流器(13)，其中，所述调节电路(21)被构造用于可变地预给定所述电流极限值以及根据可变地预给定的电流极限值匹配所述第一控制周期的持续时间和所述第二控制周期的持续时间。

3.根据权利要求2所述的限流器(13)，所述限流器具有一个或多个温度传感器(25)，其中，所述调节回路被构造用于根据由所述一个或多个温度传感器(25)测量的温度来预给定所述电流极限值。

4.根据以上权利要求中任一项所述的限流器(13)，所述限流器具有本地电压供给装置(26)，所述本地电压供给装置被构造用于向所述调节回路和所述电流传感器(22)提供供给电压，其特征在于，所述本地电压供给装置(26)与所述限流器(13)的输入端连接并且被构造用于由所述电源(11)的施加在所述限流器(13)的输入端上的电压产生所述供给电压。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的限流器(13)，其中，所述电流传感器(22)包括两个霍尔传感器(22a，22b)并且被构造用于将所述电流作为所述两个霍尔传感器(22a，22b)的输出信号的差来确定。

6.根据权利要求5所述的限流器(13)，其中，所述两个霍尔传感器(22a，22b)设置在所述限流器(13)的输入端与所述限流器(13)的输出端之间的连接线路的相对置的侧上。

7.根据权利要求6所述的限流器(13)，其中，所述连接线路沿着所述两个霍尔传感器(22a，22b)中的每一个的四个侧中的至少两个侧延伸。

8.根据权利要求7所述的限流器(13)，其中，所述连接线路沿着所述两个霍尔传感器(22a，22b)中的每一个的四个侧中的三个侧延伸。

9.用于具有内燃机的机动车的起动器装置，其特征在于设有根据以上权利要求中任一项所述的连接在用于供给电压的输入端与电起动器之间的限流器(13)。

10.机动车，具有内燃机和根据权利要求9所述的起动器装置。