CN1180267C - 测量晶体管控制的负载的电流消耗的电路zh装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量晶体管控制的负载、特别是电动机的电流消耗的电路布置，其中通过测量输出双极晶体管(T1)的控制电流(I_L2)实现负载电流的检测。通过在内部测量电阻(R_I)上的电压降检测控制电流(I_L2)。由于控制电流显著小于负载电流，所以与串联于负载的测量电阻相比损耗功率是低的。此外可以取消控制设备的一个输入端，在该输入端上施加外部的测量电压。

Description

测量晶体管控制的负载的电流消耗的电路装置和方法

技术领域

本发明涉及测量晶体管控制的负载、特别是电动机的电流消耗的电路装置和方法。

背景技术

如此电路装置的任务是，在负载电路中检测电流，以便由此能够调整负载。通常以串联于负载的测量电阻实现电流的测量，如此在该电阻上可以量取根据关系式U＝R*I正比于电流的测量电压。如此布置的问题在于，在测量电阻中比较大的功率转换为热量，因为测量电阻不允许太小，以便获得足够高的测量电压用于计算。特别是当在负载电路中较大电流的情况下该问题具有重要意义，因为损耗功率随着负载电流的平方增加。

发明内容

因此本发明的任务是，给出一个电路装置，在该电路装置中由于测量负载电流引起的损耗功率是非常小的，可是其中该电路装置的结构仍然是简单的。

通过一个如此的电路装置解决该任务，其具有

-一个输出双极性晶体管，其作为电压跟随器连接，

-一个控制设备用于控制输出晶体管的基极，

-一个测量电阻，其处在同输出晶体管的基极-集电极区间的并联支路中，和

-一个具有计算装置的测量装置，其检测测量电阻上的电压降。

根据本发明的测量晶体管控制的负载的电流消耗的方法，该负载串联有一个双极性输出晶体管，后者作为电压跟随器连接并由控制设备控制，其特征在于，通过测量双极性输出晶体管的控制电流实现负载的电流消耗的确定。

根据本发明的电路装置利用，在作为电压跟随器连接的晶体管中基极控制电流正比于发射极-集电极电流、也就是负载电流。控制电流和负载电流通过所谓的输出晶体管的正向增益彼此耦合，该增益在较宽的范围内几乎是恒定的。从中得出第一较重要的优点，在测量电阻中转换的损耗功率比在按照现技术状况的布置中低大约系数10至50。因此电阻可以毫无问题地集成控制设备中，该设备例如作为集成电路实施。由此得出另一个优点，即通过这种方式可以实现具有较少管角的、包含控制设备的部件，因为可以取消在其上面此外施加测量电压的管角。

在本发明的一个优选扩展中，在一个与电流测量设备连接的计算设备中计算包含在输出晶体管的控制电流中的脉冲。这是有益，即输出晶体管的正向电流增益在通常情况下不是额外已知的。在计算脉中时、在该情况下通常仅仅对其出现的时刻感兴趣、电压或电流的绝对值是无关紧要的。

优选地，负载是电子换流的电动机，并且通过所述的计算装置计算在测量电阻上的电压中包含的脉冲，以用于确定电动机的转速。

有利地，在电阻的第一端子和双极性输出晶体管之间连接一个控制晶体管，其形成为控制设备的一部分，测量电阻的另一个端子与输出晶体管的集电极连接。所述的控制晶体管优选是场效应晶体管。

附图说明

下面根据实施详细阐述本发明。

图1指出了根据现现有技术的电路装置和

图2指出了根据本发明的电路装置。

具体实施方式

图1指出了按照现技术状况的电路装置，其用于控制通风设备电动机1。在驱动电压源U_B和参考电位0之间通风设备1、输出晶体管T1和测量电阻R_s串联。量取测量电阻R_s上的电压并且施加于控制设备3的测量输入端2上。晶体管T1作为电压跟随器连接。由此电压增益大约为1，电流增益h_FE典型地处于系数10至50之间。输出晶体管T1的基极与控制设备3的控制输出端4连接。控制设备3的结构主要包括一个控制输出晶体管T1基极电流的控制晶体管T2和一个调整放大器5，其在处于测量输入端2上的电压值的基础上控制这个控制晶体管T2。在控制输入端6上可以施加另外的控制电压U_ST，其对于通风设备电动机1的控制预先确定一个额定值。

由于负载电流I_L是比较大的，因此在测量电阻R_s中的损耗功率也是比较大的，如此该电阻基于放热不可以容纳在集成电路中，其包含控制设备3。

根据本发明的电路装置在图2中描述。该电路装置的应用领域与在这个在图1中描述的技术状况一样，也就是说该电路装置用于控制通风设备电动机1。输出晶体管T1不同于在图1中指出的。晶体管T1的集电极不经过测量电阻与参考电位0连接，而是直接连接在参考电位0上。同在现技术状况中一样输出晶体管T1的基极与控制设备13的控制输出端4连接。为了确定负载电流I_L根据本发明的电路装置计算晶体管T1的控制电流I_T2。如果已知输出晶体管T1的正向增益h_FE，则通过与正向增益h_FE相乘从控制电流I_T2中计算出负载电流I_L。可是在本情况下对负载电流的绝对值不太感兴趣，而是相反对换流时刻感兴趣。因此满足，正比于负载电流的电流流经测量电阻，可以以此为出发点，即最小增益大约为10。测量电阻R_i中的损耗功率计算为P_tot＝I_T2 ²*R_I。从中得出电阻R_I中的损耗功率显著低于在根据下技术状况的测量电阻R_s中的损耗功率。

量取电阻R_I上的电压并且供给微分器16，因为应当计算换流脉冲的频率。微分器与调整放大器15连接，其因此获得具有根据换流脉冲频率的脉冲的信号。

调整放大器15另一方面控制控制晶体管T2。在调整放大器15的控制输入端6上存在一个额定频率f_st，通过该频率预先确定一个额定值用于控制通风设备发动机1。额定频率f_st与提供给微分器16的测量频率进行比较并且在比较的基础上控制输出晶体管T1。代替额定频率f_st也可以施加一个额定电压，当然以该电压控制电压控制的振荡器，如此可以再度校准额定频率。

基于在电阻R_I中较低的损耗功率该电阻可以集成在控制设备13中。因此可以节省附加的用于连接测量电压的输入端。通过节省测量输入端的管角可以明显降低控制设备的生产费用。

在另一个实施形式中npn晶体管用作输出晶体管。相应地在如此扩展中互换电源电压的极性。前面描述的具有pnp晶体管的变体有该优点，以12V可以驱动通风设备1，而对于控制电路实现5v的供电。在极性相反并且应用npn晶体管的情况下这不再是可能的。

对于具有pnp晶体管的变体控制晶体管是n沟到FET，而在npn晶体管的情况下应用p沟到FET。可是n沟道FET由于其较高的载流子迁移率在一般情况下优选。

Claims (11)

1.测量晶体管控制的负载的电流消耗的电路装置，具有

-一个输出双极性晶体管(T1)，其作为电压跟随器连接，

-一个控制设备(13)用于控制输出晶体管(T1)的基极，该控制设备包括：

-一个测量电阻(R_I)，其处在同输出晶体管(T1)的基极-集电极区间的并联支路中，和

-一个具有计算装置(16)的测量装置，其检测测量电阻(R_I)上的电压降。

2.按照权利要求1的电路装置，其特征在于，所述的负载是电动机(1)。

3.按照权利要求1的电路装置，其特征在于，输出双极性晶体管(T1)是pnp晶体管，其集电极与参考电位(0)连接，其发射极与负载(1)连接，其中负载(1)的另一个端子与电源电位(+U_B)连接。

4.按照权利要求2的电路装置，其特征在于，负载(1)是电子换流的电动机，并且通过所述的计算装置(16)计算在测量电阻(R₁)上的电压中包含的脉冲，以用于确定电动机(1)的转速。

5.按照权利要求1的电路装置，其特征在于，控制设备(13)的组件，包括所述的测量电阻(R₁)和具有计算装置(16)的测量装置，被布置在一个公共部件壳中。

6.按照权利要求1至5之一的电路装置，其特征在于，在电阻(R₁)的第一端子和双极性输出晶体管(T1)之间连接一个控制晶体管(T2)，其形成为控制设备(13)的一部分，测量电阻(R₁)的另一个端子与输出晶体管(T1)的集电极连接。

7.按照权利要求6的电路装置，其特征在于，控制晶体管(T2)是场效应晶体管。

8.按照权利要求6的电路装置，其特征在于，在测量电阻(R₁)的第一端子和控制晶体管(T2)的控制端子之间连接调整放大器(15)，其根据测量脉冲的频率控制控制晶体管(T2)。

9.测量晶体管控制的负载的电流消耗的方法，该负载串联有一个双极性输出晶体管(T1)，后者作为电压跟随器连接并由控制设备(13)控制，其特征在于，通过测量双极性输出晶体管(T1)的基极电流(I_T2)实现负载(1)的电流消耗的确定。

10.按照权利要求9的方法，其特征在于，所述的负载是电动机(1)。

11.按照权利要求10的方法，其特征在于，计算在控制电流(I_T2)中包含的脉冲。

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