CN105960618A - 用于检测电流的电流探测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明通过分析测量路径中的另一电流来实现对功率路径中的电流的大小的分析。在此，为了避免所述测量路径中的过度大的电流，所述测量路径中的电流被限制在预先给定的最大极限值内。

Description

用于检测电流的电流探测装置和方法

技术领域

本发明涉及用于检测电流的电流探测装置和方法。本发明尤其涉及用于检测测量路径中的电流的电流探测装置和方法，所述测量路径引导与功率路径中的电流相对应的电流。

尽管本发明结合具有感测端子的IGBT被描述，但是本发明此外也可被使用用于任意的其他应用情况，其中在另一电流路径中的、与功率路径中的电流相对应的电流应当被分析。

背景技术

出版物US 5,877,617A公开一种电路装置，其中负载在电流路径中被馈送电流。此外，电路装置包括另一晶体管，所述另一晶体管提供与用于负载的该电流相对应的电流。通过所述另一晶体管所提供的电流用于监控和分析用于负载的通过电流。

此外，为了测量和分析通过半导体开关的电流，例如具有绝缘栅极的双极型晶体管（IGBT）是公知的，其中与通过半导体开关的主电流成比例的电流在附加的感测端子上被提供。在此，来自感测端子的电流是IGBT的发射极路径中的主电流的几乎恒定倍分之一。

在此，用于分析这样的IGBT的感测路径中的电流的电路装置必须针对IGBT的最大接通持续时间并且也针对最大出现的电流被确定大小。在此，尤其在故障情况下也可能在感测路径中出现相对大的电流。

因此，存在对用于电路装置的改善的分析电路的需求，其中电流分析通过单独的测量路径进行。尤其存在对于电流分析电路的需求，所述电流分析电路即使在测量路径中出现较大的电流时也不被超载。

发明内容

按照一个方面，对此本发明实现用于检测测量路径中的电流的电流探测装置，所述测量路径引导与功率路径中的电流相对应的电流，具有电流测量设备，所述电流测量设备被布置在测量路径中并且被设计用于提供与流过电流测量设备的电流相对应的输出信号；和电流限制设备，所述电流限制设备被设计用于，将通过电流测量设备的电流限制在预先确定的最大极限值之内。

按照另一方面，本发明实现用于检测测量路径中的电流的方法，所述测量路径引导与功率路径中的电流相对应的电流，具有以下步骤：提供电流测量设备；检测通过所提供的电流测量设备的电流；根据所检测的电流在电流测量设备处输出输出信号；和将通过电流测量设备的电流限制在预先确定的最大极限值之内。

发明优点

本发明所基于的构思是，在分析测量路径中的电流时将要分析的电流限制在最大电流之内。而如果测量路径中的电流低于所述最大极限值，那么测量路径中的电流不被影响。通过将测量路径中的电流限制在最大极限值之内，可以根据所述预先给定的最大极限值设计用于分析该路径中的电流的各个组件。因为由于限制而不会预期电流的进一步的升高，所以各个组件可以明显较小地被确定大小。这一方面能够实现用于电流的分析电路的成本较低的构造。此外，用于较小的最大电流的这样的器件也要求较小的结构大小，使得此外分析电路也仅要求较小的结构体积，就好像在无按照本发明的对要分析的电流的限制的分析电路中情况那样。此外，也可以通过限制最大出现的电流来减少与此相关联的最大损耗功率和因此要排出的热量。在此，用于要监控的电流的分析电路的所述较少的温升尤其对分析电路的寿命产生积极的影响。

在此，按照本发明的电流分析电路的电流测量设备可以是任意的设备，所述设备可以由电流在两个端子之间流过。在此，电流测量设备提供与流过电流测量设备的电流有关的输出信号。输出信号例如可以是与通过电流测量设备的电流相对应的电压信号。这样的电压信号例如可以借助于由电流流过的分流电阻生成。因此，可以以简单的方式生成与通过分流电阻的电流成比例的电压信号。此外，用于产生与通过电流测量设备的电流有关的输出信号的其他的可能性同样是可能的。

在此，刚好在借助于电阻进行电流到电压的信号转换时，与通过电阻的电流有关的损耗功率也在电阻处出现。因此，在电流测量设备处的损耗也随着电流升高而升高。为了避免大的损耗，通过电流测量设备的电流被限制在最大极限值之内。因此，通过限定通过电流测量设备的最大电流，同时也限制损耗和因此出现的热温升。因此，例如可以避免过度的温升。

为此，为了确定通过电流分析设备的电流，例如可以考虑电流测量设备的输出信号。如果通过电流分析电路的所提供的输出信号确定：通过电流分析电路的电流超过预先确定的极限值，那么接着可以操控电流限制设备，所述电流限制设备在其侧限制通过电流分析设备、尤其通过电流测量设备的最大电流。以这种方式，可以实现通过电流测量设备的最大电流的简单的限制。

按照一种实施方式，电流测量设备被设计用于提供与流过电流测量设备的电流成比例的电压信号。通过在电流测量设备的输出端处提供电压信号，可以特别有利地提供通过电流测量设备的电流的大小。

按照一种实施方式，电流测量设备包括模拟数字变换器。所述模拟数字变换器被设计用于，将由电流测量设备提供的输出信号变换为数字信号。优选地，模拟数字变换器具有高的阻抗。以这种方式，通过电流测量设备的电流的值的继续处理可以以数字方式进行，而在此电流分析电路不以电的方式强烈地被加载荷。

按照一种实施方式，电流限制设备包括参考电压源。所述参考电压源被设计用于提供预先确定的参考电压。此外，电流限制设备被设计用于将电压信号与由参考电压源提供的参考电压比较。在此，电流限制设备基于所述比较调节通过电流测量设备的电流。通过提供参考电压源和将电压信号与参考电压比较，可以特别简单地确定通过电流测量设备的电流的超过。相应地，可以基于所述比较，在超过电流时自动地限制所述电流。

按照一种实施方式，电流限制设备包括具有控制端子的晶体管。在此，电流限制设备被设计用于在晶体管的控制端子处提供控制信号，所述控制信号与在所提供的参考电压和电压信号之间的比较有关。以这种方式，通过电流测量设备的电流可以被限制，并且通过电流测量设备的电流的超过可以被防止。

此外，本发明涉及用于提供电流的电路装置，其具有电流控制设备，所述电流控制设备被设计用于提供功率路径中的电流，并且在测量路径中提供与所提供的电流相对应的测量电流（ISense）；和按照本发明的电流探测设备。

按照实施设备，电流控制设备包括具有绝缘栅极的双极型晶体管（IGBT）。优选地，在此所述具有绝缘栅极的双极型晶体管具有测量端子，所述测量端子提供与在功率输出端处的电流相对应的测量电流。

此外按照一种实施方式，用于检测电流的方法包括以下步骤：提供预先确定的参考电压并且将所提供的参考电压与电压值比较。在此，用于限制电流的步骤根据所提供的参考电压与该电压值的比较调节电流。

附图说明

参考附图由以下描述得出本发明的其他实施方式和优点。

在此：

图1示出具有按照一种实施例的电流探测装置的电路装置的示例电路的示意图；

图2示出如按照一种实施例的电流探测装置所基于的电流电压特征曲线的示意图；和

图3示出如另一实施例所基于的方法的流程图的示意图。

具体实施方式

图1示出用于控制功率路径中的电流的电路装置的示意性示例电路。在此情况下，电路装置1包括电流控制设备20。所述电流控制设备20例如可以是具有绝缘栅极的双极型晶体管（IGBT）。在此，IGBT包括输入端子C、输出端子E和控制端子G。在此，在输入端子C和输出端子E之间的电流可以通过在控制端子G处施加控制信号被控制。此外，IGBT进一步包括感测端子S。在此，在该感测端子S处通过IGBT提供测量电流I_Sense。在此，所述测量电流I_Sense与在所示出的电路装置的功率路径中的电流I_E相对应。在已知的IGBT情况下，可以从感测路径的测量电流I_Sense推断出功率路径的电流I_E。在此，感测路径的测量电流I_Sense通常是在IGBT的输出端E处所提供的电流I_E的已知传递系数分之一。因为在功率路径或者测量路径中的电流和电压降之间的关联是非线性的，所以仅当在输入端子C和感测端子S之间的电压与在输入端子C和输出端子E之间的电压一致时，在I_E和I_Sense之间的恒定比例才适用。为了设定所述一致的电压关系，补偿电路30连接在感测端子S和输出端子E上，所述补偿电路30将相同的电压关系设定给感测端子S和输出端子E。在这里示出的实施例中，补偿电路例如包括两个电压源U_B,1和U_B,2以及电流源I₀。此外，补偿电路30包括四个晶体管T₁、T₂、T₃和T₄。晶体管T₅经由所述电路装置被操控。

此外，电路装置1包括电流分析电路10，电流控制设备20的测量电流I_Sense可以借助于所述电流分析电路10被检测，并且可以被变换为适合于继续处理的分析信号。为此，测量电流I_Sense流经晶体管T₅和电流测量设备11。在此，所述电流测量设备11例如可以如这里所示出的那样通过分流电阻R_S实现。在此，与测量电流I_Sense成比例的电压信号U_S降落在分流电阻R_S上。因此，电压信号U_S也随着测量电流I_Sense升高而升高。

在此，晶体管T₅首先通过补偿电路30这样地被操控，使得在IGBT的测量端子S处出现与在IGBT的功率端子E处相同的电势。通过这种方式实现：在电路装置1的功率路径中的电流I_E和测量路径中的电流I_Sense之间出现恒定的传递比例，并且因此可以可靠地从测量电流I_Sense推断出在功率路径中的电流I_E。

因此，首先电路装置1的测量路径中的测量电流I_Sense也随着电路装置1中的功率路径中的电流I_E升高而升高。然而，为了不使电路装置1的测量路径中的电流I_Sense任意大地升高，将测量路径中的电流I_Sense限定在预先确定的极限值之内。为此，例如可以通过操控晶体管T₅来限制测量路径中的电流I_Sense。在此，例如可以通过适当的电路生成用于限制测量电流I_Sense的针对晶体管T₅的控制端子的操控信号，所述电路例如以分流电阻R_s上的电压降U_S来分析电流测量设备11的输出信号。例如可以将分流电阻R_s上的电压降U_S与参考电压源U_Ref的电压比较。为此，例如可以将参考电压源U_Ref的电压信号和分流电阻R_s上的电压降U_s输送给运算放大器OP。运算放大器OP将所述两个电压信号比较，并且根据所述比较输出控制信号。所述控制信号可以必要时在适当地放大后通过晶体管T₆被输送给晶体管T₅的控制端子。为此，可以将运算放大器OP的输出端与晶体管T₆的控制端子连接。当然，用于限制测量电流I_Sense的其他的、可替代的可能性也是可能的。

电流测量设备11的输出信号、例如分流电阻上的电压降U_s可以由模拟数字变换器（这里未示出）变换为数字信号用于继续处理。优选地，在此涉及具有高阻抗的模拟数字变换器，使得电流测量设备11的输出信号不被相应的变换器影响或者不显著地被相应的变换器影响。通过这种方式，按照本发明的电流探测装置10的输出信号的数字继续处理也是可能的。

图2示出如本发明的实施方式所基于的电压电流特征曲线的示意图。在此，按照本发明的电流探测装置10首先在第一区段Ⅰ中生成与功率路径中的电流I_E相对应的输出信号U_S。如这里所示的，在此优选地存在着在输出电压U_s和功率路径中的电流I_E之间的线性关联。如果功率路径中的电流I_E超过预先给定的阈值，那么接着测量路径中的相应的电流I_Sense同样也将会继续升高。然而通过按照本发明将测量路径中的电流I_Sense限制在最大预先给定的极限值之内，可以在区段Ⅱ中限定该继续升高，使得将与测量路径中的电流I_Sense相对应的输出电压U_s限制于预先给定的最大值。

图3示出如按照一种实施例用于检测电流I_Sense的方法100所基于的流程图的示意图。在此，在步骤110中首先提供电流测量设备11。在步骤120中，所述电流测量设备11在电流测量设备11处提供与通过电流测量设备11的电流I_Sense相对应的输出信号U_s。在此，优选地存在在电流测量设备11的输出信号U_s和通过电流测量设备的电流I_Sense之间的线性关联。此外在步骤130中，将通过电流测量设备11的电流I_Sense限制在预先确定的最大极限值之内。

为了限制通过电流测量设备11的最大电流，为此可以提供预先确定的参考电压U_Ref，其中将所述参考电压U_Ref与在步骤120中所提供的输出信号U_s比较。在该情况下，用于限制电流的步骤130根据输出的输出信号U_s与所提供的参考电压U_Ref的比较来调节所述电流I_Sense。

尽管在前面本发明已经优选地参考具有绝缘栅极的双极型晶体管（IGBT）被描述，其中所述IGBT具有附加的感测端子，但是本发明同样可以被应用到任意其他的电路装置上，其中功率路径中的电流基于与该电流相对应的测量电流被确定。测量路径中的电流的限制也不鉴于参考电压与与测量电流相对应的输出电压的比较被限制。在此，用于限定测量路径中的电流的其他的可能性同样是可能的。替代于输出与测量电流I_Sense相对应的电压信号，也可以提供任意其他输出信号，借助于所述任意其他输出信号，测量电流I_Sense和因此功率路径中的电流可以被确定。

概括地，本发明涉及通过分析测量路径中的另一电流来分析功率路径中的电流的大小。在此，为了避免对于所述测量路径的过度大的电流，该测量路径中的电流被限制在预先给定的最大极限值之内。

Claims (9)

1.用于检测测量路径中的电流（I_Sense）的电流探测装置（10），所述测量路径引导与功率路径中的电流（I_E）相对应的电流，具有：

电流测量设备（11），所述电流测量设备（11）布置在测量路径中并且所述电流测量设备（11）被设计用于提供与流过电流测量设备（11）的电流相对应的输出信号；和

电流限制设备（12），所述电流限制设备（12）被设计用于将通过电流测量设备（11）的电流限制在预先确定的最大极限值之内。

2.按照权利要求1所述的电流探测装置（10），其中所述电流测量设备（11）被设计用于提供与流过电流测量设备（11）的电流成比例的电压信号。

3.按照权利要求1或2所述的电流探测装置（10），其中所述电流测量设备（11）包括模拟/数字变换器，所述模拟/数字变换器被设计用于将与通过电流测量设备（11）的电流有关的输出信号变换为数字信号。

4.按照权利要求1至3之一所述的电流探测装置（10），其中所述电流限制设备（12）包括参考电压源（U_Ref），所述参考电压源（U_Ref）被设计用于提供预先确定的参考电压，并且所述电流限制设备（12）被设计用于将另一电压信号与由参考电压源（U_Ref）所提供的参考电压比较，并且基于所述比较调节通过电流测量设备（11）的电流。

5.按照权利要求4所述的电流探测装置（10），其中所述电流限制设备（12）包括具有控制端子的晶体管（T5），并且所述电流限制设备（12）被设计用于基于在所提供的参考电压和另一电压信号之间的比较在晶体管（T5）的控制端子处提供控制信号。

6.用于提供电流（I_E）的电路装置（1），其具有：

电流控制设备（20），所述电流控制设备（20）被设计用于提供功率路径中的电流（I_E），并且在测量路径中提供与所提供的电流（I_E）相对应的测量电流（I_Sense）；和

按照权利要求1至5之一所述的电流探测装置（10）。

7.按照权利要求6所述的电路装置（1），其中所述电流控制设备（20）包括具有绝缘栅极的双极型晶体管IGBT。

8.用于检测测量路径中的电流（I_Sense）的方法（100），所述测量路径引导与功率路径中的电流（I_E）相对应的电流，具有以下步骤：

提供（110）电流测量设备（11）；

检测（120）通过所提供的电流测量设备（11）的电流；

根据所检测的电流在电流测量设备（11）处输出（130）输出信号；和

将通过电流测量设备（11）的电流限制（140）在预先确定的最大极限值之内。

9.按照权利要求8所述的方法（100），此外包括以下步骤:

提供预先确定的参考电压；

将所输出的输出信号与所提供的参考电压比较；

其中用于限制电流的步骤（140）根据所提供的参考电压与电压值的比较来调节电流。