CN106291424B - 用于测定所测量的电流实际值与电流额定值的偏差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测定所测量的电流实际值与电流额定值的偏差的方法。用于测定在数量为n的并联的电流被调节的电路路径中的所测量的电流实际值与电流额定值的偏差的方法，其中n＞=2，所述电路路径用于将负载与能量源连接，其中从所述能量源流向负载的总电流实际值的测量借助于具有小精度容差的精密电流测量装置进行并且所述电路路径中的子电流的测量通过具有与精密电流测量装置相比大的精度容差的标准电流测量装置进行，在所述方法中通过在恒定的总和电流的情况下改变所述电路路径中的子电流来获得与电路路径的数量n相对应的n维等式系统的值，所述等式系统的解在了解精确的实际总电流的情况下提供子电流的实际值的偏差。

Description

用于测定所测量的电流实际值与电流额定值的偏差的方法

技术领域

本发明涉及用于测定多个并联的电流被调节的电路路径中的所测量的电流实际值与电流额定值的偏差的方法。

背景技术

较大功率级的电流转换器、诸如DC/DC转换器为了调节电流而利用常常由具有所属的测量放大器的测量电阻（分流器）构成的电流测量装置。在较大的功率的情况下经常多个以分离的方式电流被调节的、包含开关元件的电流路径被并联以及运行，以便限制单个组件、诸如开关元件的负荷。并联电路在正确的相位选择的情况下此外对无源存储元件的负荷、尤其对DC/DC转换器的输入和输出电容器产生有利的影响。

为了避免电路路径中的一个、即例如子转换器中的一个的过载，惯常的是使这些电路路径以尽可能相同的电流工作。在了解温度的情况下，电流的有针对性的不相同可以被设想用于使温度相同，但是不是惯常的。

具有并行电路路径的其它装置由变频器构成。在此，尤其在用于多相电动机的变频器的情况下需要大量测量装置。

为了实现电路路径的尽可能相同的电流负荷，电流测量装置大多尽可能以低容差的方式、即以小的精度容差被构建。这首先涉及电流测量电阻、即分流器，其必须具有小的电阻容差。作为另外的组件，可以列举测量放大器及其接线组件。当然，成本在更高的精度要求的情况下升高。特别便宜的方法、如在印制导线处或借助所接通的、被用作开关元件的MOSFET的漏源电压来测量电流在这种情况下不予考虑。

为了电流调节，必须可以给各个电路路径单独地供应额定值。这例如可以通过用于模拟调节的各个PWM预给定以及滤波器或者在数字调节的情况下以各个程序内部的额定值的形式进行。此外，实际电流的测量值可用于调节。

DE 10 2011 075 382 A1公开了用于在具有多个分别具有三个相的驱动电动机的驱动系统中校准电流测量的方法和设备。针对每个相设置一个子电流测量装置并且针对所有相设置一个总电流测量装置。子电流测量装置的均衡通过仅使相应的相通电以及将相应的子电流测量装置的测量值与总电流测量装置的测量值进行比较来进行。该均衡方法虽然能够简单地执行，然而不能在运行中在所有相必须被通电时进行。

DE 10 2012 215 946 A1公开了用于通过在电路中被布线的电流传感器来进行电流的测量结果的可信性验证（Plausibilisieren）的方法，在所述方法中执行电路的电路状态的预先确定的改变，电流的由电路状态的改变所引起的改变由电流传感器作为测量结果来检测并且通过将电路状态的改变和电流的改变加以对比来进行测量结果的可信性验证。

在DE 10 2010 028 066 A1中描述了用于测量机动车中的电池电流的电流测量系统的校准方法，其中校准电流被引导穿过校准电阻和电流测量系统，其中将由电流测量系统所测量的电流与校准电流进行比较并且基于所述比较来执行电流测量系统的校准。

发明内容

本发明的任务是说明用于测定多个并联的、电流被调节的电路路径中的所测量的电流实际值与电流额定值的偏差的方法，所述方法即使在持续运行中也可以被执行并且允许使用便宜的电流测量装置。

该任务通过用于测定数量为n的并联的、电流被调节的电路路径中的所测量的电流实际值与电流额定值的偏差的方法被解决，其中n＞=2，所述电路路径用于将负载与能量源连接，其中从能量源流向负载的总电流实际值的测量借助于具有小精度容差的精密电流测量装置进行并且电路路径中的子电流的测量通过具有与精密电流测量装置相比大的精度容差的标准电流测量装置进行，所述方法具有下列步骤：

- 借助于精确的精密电流测量装置确定电路路径的两个不同的运行点处的总电流额定值和总电流实际值以测定其偏移误差，

- 给n个电路路径中的每个连续地供应跟运行电流额定值相比大或小一个电流差值的电流额定值并且给相应的n-1个其它子电路路径同时供应相应地更小或更大的电流额定值，使得总电流保持恒定，其中电流差值小于运行电流额定值，

- 测定总电流实际值和具有更小或更大的电流额定值的n-1个子电路路径的电流实际值的总和，

- 确定如下线性等式，所述线性等式分别描述电流差值、所测量的总电流实际值和n-1个子电路路径的电流实际值的总和之间的关系并且将所测定的电流值插入到这些等式中，

- 对所获得的具有针对借助于标准电流测量装置以不精确的方式所测量的电流值与真实值的n个偏差的n个等式的等式系统求解，以便获得每个电路路径的子电流的偏差。

测量值允许具有很大的误差，因为所述误差最终可以被测定并且被补偿。为了均衡需要单独的总和测量，所述总和测量必须具有最终所要求的总精度。不过，对于子转换器的同步来说该电流测量的绝对精度本身不是决定性的。

所述均衡在多个步骤中进行。首先，对在所关断的转换器中的电流测量值进行偏移校正。这基于简单地了解所关断的转换器中的电流众所周知地为零以及偏离的测量值因此必须基于测量的偏移。偏移在进一步的过程中被考虑。

因为用于均衡的电路路径可以被切断，所以存在如下可能性：在每个电路路径中单独进行合适的额定值预给定以及电流测量，其方式是，例如相应的转换器在接通之前以及之后以为零的额定值预给定以及在至少一个负载点处以与零不同的额定电流来测量，即利用精确的精密电流测量装置来均衡。

本发明的优点是可以在持续运行中进行均衡，这是必需的，因为由于例如正是在由铜构成的印制导线形式的非常便宜的分流器的情况下或者在基于MOSFET的漏源电压的电流的测量的情况下的温度漂移，校准值快速地漂移。

在如下变频器的情况下在不断的运行中具有类似的情形，在所述变频器中单个电流测量例如经由所接通的MOSFET上的电压来进行。在这种情况下，流向B6桥的总和电流可以与各个子电流的值均衡。

然而，在利用总和分流器来均衡根据漏源电压的电流测量的情况下，子电流的测量的更好的功能可用，而不必容忍子分流器的附加的损耗以及成本。有利地应提及：在很多应用中存在识别以及关断故障状态的必要性。为此，了解输出电流是有利的。如果想要放弃直接的输出电流测量的成本非常密集的方法，则强制性地需要测量从中间电路出来的电流以及测量在地侧流回的电流。

该任务可以在合适地选择测量部位的情况下实现总和电流以及子电流测量。

在具有多个并行的电路路径的装置的运行中，额定值预给定和总实际值检测之间的均衡作为另外的步骤来执行。在此，在考虑在至少两个相距足够远的运行点处的总测量的偏移值之后确定额定值和总实际电流值。由在所述两个运行点处所测定的电流值能够确定线性关系。另外的运行点处的测量允许例如通过计算线性回归的更好的确定。在类似的预给定的情况下因此需要两个点，因为额定值预给定也可以具有偏移。额定值预给定和精确的测量值之间的精确的均衡可以取消，因为额定值可以基于精确的电流测量值被重新调节。甚至可能的是，这由于重叠的调节不是必需的。

以根据本发明的方式给各个并联的被调节的电流路径有针对性地供应不同的额定值。这在宽的运行范围中是可能的。仅仅在如下极限电流范围中不再存在该自由度，在所述极限电流范围中所有子电路路径必须提供最大或者最小电流。但是，在所有子负载范围中可以以根据本发明的方式给一个要均衡的子转换器供应更大的或更小的额定值，而给剩余的子转换器供应相应地更小或更大的额定值，其中总电流应当具有额定值。

由n-1个子电路路径的电流实际值的总和、实际所测量的总电流实际值和要均衡的电路路径的电流差值现在可以直接确定：要均衡的电路路径的额定值变化与总电流实际值的测量值的线性关系是怎样的。如果该过程针对每个电路路径被执行，则可以针对每个电路路径确定一个偏差。所述方法当然不限于系统的顺序的操作（Vorgehen）。

在n个子转换器的情况下当从线性系统出发时可以利用n个线性独立的测量如在线性等式系统的情况下惯常的那样来均衡所有n个电路路径。对于非线性效应的均衡来说相应地需要更多的测量点。随着了解各个电路路径的电流测量的偏移值和偏差，可以紧接着通过预给定不同的额定值来使电流值相同。

在本发明的一种构造方案中，所述方法被应用在如下装置中，在所述装置中第一电路路径经由精密电流测量装置与负载连接，第二电路路径经由第一标准电流测量装置与第一电路路径同精密电流测量装置的连接点连接并且必要时每个第i个电路路径经由第i-1个标准电流测量装置与第i-1个电路路径同第i-2个标准电流测量装置的连接点连接，其中2＜i＜=n。

因此可以以有利的方式直接借助于第n-1个标准电流测量装置测定第n个电路路径的子电流，由在第i-1个标准电流测量装置处所测量的电流和在第i个标准电流测量装置处所测量的电流的差测定第i个电路路径的子电流，其中2＜=i＜n，以及由在精密电流测量装置处所测量的电流和在第一标准电流测量装置处所测量的电流的差测定第一电路路径的子电流。

电流实际值的所测定的偏差可以以有利的方式在随后的测量或者子电流的测定中被用于其校正。

在本发明的一种构造方案中，电路路径是被调节的开关转换器的组成部分。

在本发明的另一种构造方案中，电路路径是变频器的组成部分。

电路路径在本发明的一种构造方案中利用由两个被布线在能量源的电位之间的晶体管构成的串联电路来形成，所述晶体管的连接点与负载连接。

通过本发明可以有针对性地放弃电路路径中的电流测量装置的高精度要求。因此非常原始的方法在考虑之内，诸如印制导线处而不是分流器处的电压降的测量。测量的有缺陷的精度在持续运行中基于单独的精确的总电流测量被校准。紧接着可以通过使用不同的额定值来使子电流相同。

附图说明

随后根据实施例借助于图进一步解释本发明。在此：

图1示出用于应用根据本发明的方法的具有开关转换器的电路装置的第一构造方案，

图2示出用于应用根据本发明的具有电流差形成的方法的具有开关转换器的电路装置的第二构造方案，以及

图3示出用于应用根据本发明的方法的具有变频器的电路装置的第三构造方案。

具体实施方式

图1示出电路装置的第一实施例，利用所述电路装置可以执行根据本发明的方法。在那里示出了开关转换器SW，能量应该从例如可以是汽车电池的能量源C经由所述开关转换器被传输到负载RL，其中能量在所示出的示例中可以被暂存在缓冲电容器CL中。开关转换器SW本身被划分成三个子转换器，所述子转换器分别由具有线圈L1或者L2或者L3以及电阻RS1、RS2或者RS3形式的标准电流测量装置的电路路径T1、T2或者T3、T4或者T5、T6形成。每个电路路径利用第一MOSFET T1或者T3或者T5以及第二MOSFET T2或者T4或者T6的串联电路形成，所述MOSFET被布线在能量源C的极之间。

MOSFET串联电路的连接点经由线圈L1或者L2或者L3以及标准电流测量装置RS1或者RS2或者RS3与共同的连接点连接并且所述共同的连接点经由精密电流测量装置RP与负载电阻RL和输出电容CL的并联电路连接。

在运行中电流Ia或者Ib或者Ic在电路路径中流动，所述电流共同得出总和电流Isum，所述总和电流流经精密电流测量装置RP。子转换器中的电流Ia、Ib、Ic由未示出的控制装置调节，其方式是，将借助于标准电流测量装置RS1、RS2、RS3测定的电流Ia、Ib、Ic与额定电流值进行比较并且例如通过脉宽调制信号来相应地操控MOSFET T1、T3、T5或者T2、T4、T6。

因为标准电流测量装置RS1、RS2、RS3应当仅仅利用线路电阻形成或者应当通过MOSFET的导通电阻实现，所以所测量的实际电流值Ia、Ib、Ic相对不精确并且通过根据本发明的方法，偏差应当即使在开关转换器SW的运行中也被测定并且可以被用于校正调节。

为此以根据本发明的方式相继地使电流Ia或者Ib或者Ic中的一个改变确定的差值并且使两个其它电流在总和上也在另一方向上改变相应的数值，使得总和电流Isum保持在其额定值上并且因此可以按规定为负载供电。通过测量实际电流以及针对每个所改变的子转换器电流Ia、Ib、Ic了解至少两个运行点处的所预给定的额定电流并且了解总和电流Isum由于精密电流测量装置RP是精确已知的，可以通过将所测定的值输入到等式系统中来测定偏差并且在稍后的测量中将所述偏差用于以不精确的方式所测量的实际电流Ia、Ib、Ic的校正。

在图2中说明了一种替代的开关转换器装置SW'，在所述开关转换器装置中标准测量装置RS1'、RS2'以及精密电流测量装置RP'被串行地布线在第一电路路径T1、T2、L1的第一线圈L1和未示出的负载之间。两个其它电路路径的输出端与各个电流测量装置RS2'和RS1'或者RS1'和RP'的连接点连接，使得以这种方式可以节省一个标准电流测量装置。不过这里必须通过差形成来测定在电路路径中流动的真实电流。

在图3中示出了变频器FU形式的电路装置的另一实施例，利用所述电路装置可以执行根据本发明的方法。在那里，电路路径的线圈L1、L2、L3相互连接并且形成电动机的部件，而标准电流测量装置RS1''、RS2''或者RS3''分别与三个电路路径的所分配的开关元件T1、T2或者T3、T4或者T5、T6串行地布线。精密电流测量装置RP''在图3的所示出的实施例中被布线在（未示出的）能量源的馈电线路径中。

Claims (9)

1.用于测定在数量为n的并联的电流被调节的电路路径（T1、T2、T3、T4、T5、T6）中的所测量的电流实际值（Ia、Ib、Ic、Isum）与电流额定值的偏差的方法，其中n＞=2，所述电路路径用于将负载（RL）与能量源（C）连接，其中从所述能量源（C）流向负载（RL）的总电流实际值（Isum）的测量借助于具有小精度容差的精密电流测量装置（RP; RP'; RP''）进行并且所述电路路径（T1、T2、T3、T4、T5、T6）中的子电流（Ia、Ib、Ic）的测量通过具有与精密电流测量装置（RP；RP'；RP''）相比大的精度容差的标准电流测量装置（RS1、RS2、RS3；RS1'、RS2'、RS3'；RS1''、RS2''、RS3''）进行，所述方法具有如下步骤：

- 借助于精确的精密电流测量装置（RP; RP'; RP''）来确定在所述电路路径（T1、T2、T3、T4、T5、T6）的两个不同的运行点处的总电流实际值（Isum）和总电流额定值以测定其偏移误差，

- 给所述n个电路路径（T1、T2、T3、T4、T5、T6）中的每个连续地供应跟运行电流额定值相比大或小一个电流差值的电流额定值并且给相应的n-1个其它子电路路径同时供应相应地更小或更大的电流额定值，使得总电流保持恒定，其中所述电流差值小于所述运行电流额定值，

- 测定总电流实际值（Isum）以及具有更小或更大的电流额定值的n-1个子电路路径（T1、T2、T3、T4、T5、T6）的电流实际值（Ia、Ib、Ic）的总和，

- 确定如下线性等式，所述线性等式分别描述所述电流差值、所测量的总电流实际值（Isum）和所述n-1个子电路路径（T1、T2、T3、T4、T5、T6）的电流实际值（Ia、Ib、Ic）的总和之间的关系，并且将所测定的电流值插入到这些等式中，

- 对所获得的具有针对借助于所述标准电流测量装置（RS1、RS2、RS3；RS1'、RS2'、RS3'；RS1''、RS2''、RS3''）以不精确的方式所测量的电流值（Ia、Ib、Ic）与真实值的n个偏差的n个等式的等式系统求解，以便获得每个电路路径（T1、T2、T3、T4、T5、T6）的子电流的偏差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中第一电路路径（T5、T6）经由所述精密电流测量装置（RP'）与所述负载连接，第二电路路径（T3、T4）经由第一标准电流测量装置（RS1'）与所述第一电路路径（T5、T6）同所述精密电流测量装置（RP'）的连接点连接，并且必要时每个第i个电路路径（T1、T2）经由第i-1个标准电流测量装置（RS2'）与第i-1个电路路径（T3、T4）同第i-2个标准电流测量装置（RS1'）的连接点连接，其中2＜i＜＝n。

3.根据权利要求2所述的方法，其中第n个电路路径的子电流（Ia）直接借助于第n-1个标准电流测量装置来测定，第i个电路路径的子电流（Ib）由在第i-1个标准电流测量装置（RS1'）处所测量的电流（Ib）和在第i个标准电流测量装置（RS2'）处所测量的电流（Ia）的差来测定，其中2＜=i＜n，并且所述第一电路路径（T5、T6）的子电流由在所述精密电流测量装置（RP'）处所测量的电流（Isum）和在所述第一标准电流测量装置（RS1'）处所测量的电流（Ib）的差来测定。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中所述子电流（Ia、Ib、Ic）的所测量的或所测定的值在随后的测量中利用所获得的偏差来校正。

5.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中所述电路路径（T1、T2、T3、T4、T5、T6）是被调节的开关转换器（SW、SW'）的组成部分。

6.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中所述电路路径（T1、T2、T3、T4、T5、T6）是变频器（FU）的组成部分。

7.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中电路路径（T1、T2、T3、T4、T5、T6）利用由两个被布线在所述能量源的电位之间的晶体管构成的串联电路来形成，所述晶体管的连接点与所述负载（RL）连接。

8.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中标准电流测量装置（RS1、RS2、RS3；RS1'、RS2'、RS3'；RS1''、RS2''、RS3''）利用线路段来形成。

9.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中标准电流测量装置（RS1、RS2、RS3；RS1'、RS2'、RS3'；RS1''、RS2''、RS3''）利用电路路径（T1、T2、T3、T4、T5、T6）的晶体管的负载路段来形成。