DE102019101408B3

DE102019101408B3 - Strommesseinrichtung, Strommessverfahren und Kalibrierungsverfahren

Info

Publication number: DE102019101408B3
Application number: DE102019101408.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Asam
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: US11137471B2; CN111458551A; US20200233054A1; CN111458551B

Abstract

Es werden eine Strommesseinrichtung und -verfahren bereitgestellt. Ein Ausgangssignal wird auf Basis einer Spannung an einem resistiven Element geliefert. Eine Korrekturschaltung ist ausgebildet zum Schätzen einer Angabe einer Temperaturänderung des resistiven Elements auf Basis der Spannung an dem resistiven Element und zum Korrigieren des Ausgangssignals der Strommesseinrichtung auf Basis der Angabe der Temperaturänderung und einer gemessenen Temperatur.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft Strommesseinrichtungen, Strommessverfahren und Kalibrierungsverfahren für solche Strommesseinrichtungen.
HINTERGRUND
Bei verschiedenen Anwendungen müssen Ströme gemessen werden. Beispielsweise fließen in Fahrzeugleistungsnetzwerken von modernen Fahrzeugen starke Ströme in der Größenordnung von mehreren hunderten Ampere, die oftmals unter Verwendung von Leistungs-MOSFETs (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren) geschaltet werden. Bei solchen und anderen Anwendungen ist möglicherweise eine präzise Messung des Stroms erforderlich, um einen Nutzungsgrad des Leistungsnetzwerks zu bestimmen und Komponenten wie Batterie, Stromleitungen und Lasten vor Überströmen zu schützen. Beispielsweise können elektrische Sicherungen verwendet werden, wenn eine elektrische Verbindung unter Verwendung beispielsweise eines MOSFET-Schalters im Fall eines Überstroms unterbrochen wird.
Im Fall von solchen starken Strömen können Ströme unter Verwendung eines Shuntwiderstands gemessen werden. Der zu messende Strom fließt durch den Shuntwiderstand, und eine Spannung an dem Shuntwiderstand wird gemessen, um den Strom zu bestimmen.
Der durch den Shuntwiderstand fließende Strom kann jedoch den Shuntwiderstand erwärmen. Dies gilt insbesondere für Starkstromanwendungen. Um präzise Messungen zu gestatten, werden in herkömmlichen Lösungen spezielle Shuntwiderstände verwendet, die über einen interessierenden Temperaturbereich einen im Wesentlichen konstanten Widerstandswert besitzen. Solche temperaturkonstanten Shuntwiderstände sind relativ teuer.
Falls andererseits ein einfacher Kupferclip als ein Shuntwiderstand verwendet würde, würde dies zu einer hohen Temperaturabhängigkeit des Widerstandswerts und deshalb der Spannung an dem Shuntwiderstand führen. Beispielsweise kann sich im Fall von Kupfer bei einer Temperaturdifferenz von etwa 5 K der Widerstandswert um etwa 2% ändern. Für einen Temperaturbereich von zwischen -40°C und 125°C, was ein beispielsweise für eine Kraftfahrzeuganwendung erforderlicher Temperaturbereich sein kann, kann je nach der Temperatur die Gesamtabweichung beim Widerstandswert fast einen Faktor von 2 von der niedrigsten bis zur höchsten Temperatur betragen.
Die DE 10 2014 218 708 A1 offenbart es, Strom- bzw. Spannungssensoren zur Bestimmung einer Temperatur zu verwenden, um insbesondere sogenannte thermische Spannungen und deren Effekt auszugleichen.
Die DE 10 2006 007 741 A1 offenbart es, einen Wert eines Shuntwiderstands durch eine Kalibrierungsmessung zu bestimmen.
KURZDARSTELLUNG
Eine Strommesseinrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, ein Strommessverfahren, wie in Anspruch 10 definiert, und ein Kalibrierungsverfahren, wie in Anspruch 17 definiert, werden bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Strommesseinrichtung bereitgestellt, umfassend:

eine Spannungsmessschaltung, die ausgebildet ist zum Messen einer Spannung an einem resistiven Element, und
eine Korrekturschaltung, die ausgebildet ist zum:
- Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen Strom durch das resistive Element auf Basis der Spannung an dem resistiven Element angibt,
- Schätzen einer Angabe einer dynamischen Temperaturänderung des resistiven Elements, wobei das Schätzen auf Basis der Spannung an dem resistiven Element über der Zeit erfolgt, wobei die Korrekturschaltung zum Schätzen der Angabe der Temperaturänderung einen Hochpassfilter zum Filtern eines auf Basis der Spannung an dem resistiven Element erzeugten Signals umfasst, und
- Korrigieren des Ausgangssignals, das den Strom durch das resistive Element auf Basis der Angabe der Temperaturänderung und einer gemessenen Temperatur des resistiven Elements angibt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Strommessverfahren bereitgestellt, umfassend:

Messen einer Spannung an einem resistiven Element,
Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen Strom durch das resistive Element auf Basis der Spannung an dem resistiven Element angibt,
Messen einer Temperatur des resistiven Elements,
Schätzen einer Angabe einer dynamischen Temperaturänderung des resistiven Elements, wobei das Schätzen auf Basis der Spannung an dem resistiven Element erfolgt und wobei das Schätzen der Angabe der Temperaturänderung eine Hochpassfilterung eines auf Basis der Spannung an dem resistiven Element erzeugten Signals umfasst, und Korrigieren des Ausgangssignals auf Basis der Angabe der dynamischen Temperaturänderung und der gemessenen Temperatur des resistiven Elements.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Kalibrieren der Strommesseinrichtung wie oben erwähnt bereitgestellt, umfassend:

Anlegen eines Strompulses an das resistive Element der Strommesseinrichtung,
Messen einer ersten Temperatur und einer ersten Spannung an dem resistiven Element zu Beginn des Strompulses,
Messen einer zweiten Temperatur und einer zweiten Spannung vor dem Ende des Strompulses, und
Bestimmen einer Temperaturabhängigkeit eines Widerstandswerts des resistiven Elements auf Basis der ersten Temperatur, der ersten Spannung, der zweiten Temperatur und der zweiten Spannung.

Die obige kurze Darstellung soll lediglich einen kurzen Überblick über einige Ausführungsformen vermitteln und soll nicht als beschränkend ausgelegt werden. Andere Ausführungsformen können andere Merkmale als die oben erläuterten umfassen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm einer Temperaturmesseinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine statische Temperaturmessung darstellt.
3A ist ein Diagramm, das ein einfaches thermisches Modell eines Shuntwiderstands darstellt, und 3B ist eine entsprechende äquivalente thermische Schaltung.
4 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung, die eine Temperaturänderungsschätzung gemäß einigen Ausführungsformen darstellt.
5 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einer Ausführungsform, die das Kombinieren einer Temperaturmessung mit einer Temperaturänderungsschätzung veranschaulicht.
6 und 7 sind Blockdiagramme, die Schaltungen zum Bestimmen einer Temperatur eines resistiven Elements gemäß einigen Ausführungsformen darstellt.
8 und 9 sind Blockdiagramme von Temperaturmesseinrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen.
10 ist eine Perspektivansicht eines Systems gemäß einer Ausführungsform.
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Temperaturmessverfahren gemäß einer Ausführungsform darstellt.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Kalibrierungsverfahren gemäß einer Ausführungsform darstellt.
13 ist ein Diagramm, das einen Teil des Kalibrierungsverfahrens von 12 darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsformen sollen nur als veranschaulichende Beispiele angesehen werden und nicht als beschränkend ausgelegt werden.
Abgesehen von den explizit gezeigten und beschriebenen Merkmalen und Komponenten können andere Merkmale oder Komponenten, beispielsweise Merkmale oder Komponenten, die in herkömmlichen Strommesseinrichtungen verwendet werden, bereitgestellt werden. Merkmale oder Komponenten von verschiedenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden. Variationen und Modifikationen, die bezüglich einer der Ausführungsformen beschrieben sind, können auch auf andere Ausführungsformen angewendet werden und werden deshalb nicht wiederholt beschrieben.
Nachfolgend beschriebene Verbindungen oder Kopplungen beziehen sich auf elektrische Verbindungen oder Kopplungen, sofern sie nicht explizit als thermische Verbindungen oder Kopplungen beschrieben sind. Solche elektrischen Verbindungen oder Kopplungen können modifiziert werden, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, beispielsweise zum Übertragen einer gewissen Art von Signal oder zum Übertragen einer gewissen Art von Informationen, im Wesentlichen beibehalten wird.
In allen Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden deshalb nicht wiederholt beschrieben.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Strommesseinrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform. Die Einrichtung 10 umfasst ein resistives Element 11, eine Korrekturschaltung 12, eine Spannungsmessschaltung 15 und einen Temperatursensor 13. Ein zu messender Strom I_shunt fließt durch das resistive Element 11, was einen Spannungsabfall an dem resistiven Element 11 bewirkt. Das resistive Element 11 kann bei einigen Ausführungsformen ein Shuntwiderstand sein, der durch eine Metallleitung oder einen Metallclip wie etwa einen Kupferclip gebildet wird, ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das resistive Element 11 auch einen MOSFET-Transistor umfassen, und der Einschaltwiderstand R_ON des MOSFET-Transistors bildet den Widerstandswert des resistiven Elements 11. Im Allgemeinen kann ein beliebiges resistives Element 11 mit einer wohl definierten Beziehung zwischen dem Strom I_shunt und einem Spannungsabfall an dem resistiven Element 11 verwendet werden.
Das resistive Element 11 besitzt einen temperaturabhängigen Widerstandswert. Beispielsweise ändert sich im Fall eines aus Kupfer hergestellten Shuntwiderstands der spezifische Widerstandswert im Wesentlichen linear über der Temperatur. Im Allgemeinen ist für aus einem Metall hergestellte resistive Elemente die Temperaturabhängigkeit des Widerstandswerts über interessierende Temperaturbereiche hinweg im Wesentlichen linear und kann in jedem Fall gemessen werden.
Die Spannungsmessschaltung 15 misst die Spannung an dem resistiven Element 11 und liefert sie an die Korrekturschaltung 12. Beispielsweise kann die Spannungsmessschaltung 12 einen Analog-Digital-Wandler umfassen, um die Spannung an dem resistiven Element 11 in digitalisierter Form zu liefern. Die Korrekturschaltung 12 erzeugt ein Ausgangssignal out, das den Strom I_shunt auf Basis der Messung angibt. Das Ausgangssignal out wird korrigiert, um die Temperaturabhängigkeit des Widerstandswerts des resistiven Elements 11 zu berücksichtigen.
Dazu empfängt die Korrekturschaltung 12 ein Eingangssignal von dem Temperatursensor 13. Der Temperatursensor 13 ist thermisch an das resistive Element 11 gekoppelt, so dass sich Temperaturänderungen des resistiven Elements 11 in der durch den Temperatursensor 13 gemessenen Temperatur widerspiegeln.
Dies gestattet, was hier als „statische“ Korrektur bezeichnet wird. Mit anderen Worten kann, da die Temperaturabhängigkeit des Widerstandswerts des resistiven Elements 11 bekannt ist, das Ausgangssignal out durch Messen der Temperatur durch den Temperatursensor 13 korrigiert werden.
Wie nachfolgend etwas ausführlicher erläutert werden wird, folgt jedoch die durch den Temperatursensor 13 gemessene Temperatur der Temperatur des resistiven Elements 11 auf eine verzögerte Weise, so dass sich beispielsweise ein Temperaturanstieg des resistiven Elements 11 nur mit einer Zeitverzögerung in der gemessenen Temperatur widerspiegelt. Typische Zeitkonstanten einer derartigen Verzögerung können in der Größenordnung von 3 bis 10 Sekunden liegen. Beispielsweise befindet sich der Temperatursensor 13 möglicherweise in einer gewissen Entfernung von dem resistiven Element 11, beispielsweise bis zu 10 cm, was zu solchen Verzögerungen führt. Dies entspricht einem Tiefpassverhalten des Temperatursensor.
Andererseits kann beispielsweise im Fall von Kurzschlüssen oder anderen Überstromereignissen I_shunt schnell ansteigen, was zu einem schnellen Anstieg bei der Temperatur des resistiven Elements 11 führen kann. Solche schnellen Änderungen der Temperatur des resistiven Elements 11 spiegeln sich nur mit einer Verzögerung in der durch den Temperatursensor 13 gemessenen Temperatur wider, wie oben erläutert.
Bei Ausführungsformen schätzt die Korrekturschaltung 12 deshalb eine Angabe einer Temperaturänderung des resistiven Elements 11 auf Basis der Spannung an dem resistiven Element 11 (d.h. ein Wert, der eine Temperaturänderung widerspiegelt) und korrigiert das Ausgangssignal out sowohl auf Basis der Temperaturmessung durch den Temperatursensor 13 als auch der Angabe der Temperaturänderung. Bei einigen Ausführungsformen gestattet dies präzisere Strommessungen auch im Fall eines schnellen Anstiegs der Temperatur des resistiven Elements 11 aufgrund von schnell zunehmenden Strömen. Ausführungsformen einer derartigen Schätzung der Angabe der Temperaturänderung werden ebenfalls unten ausführlicher erläutert, wo die Schätzung unter Verwendung einer Berechnung auf Basis eines thermischen Modells durchgeführt wird.
Die Kompensation von derartigen, vergleichsweise schnellen Temperatursteigerungen unter Verwendung der Angabe der Temperaturänderung wird hier auch als eine „dynamische“ Korrektur bezeichnet.
2 veranschaulicht die oben erwähnte Temperaturmessung. Ein Temperatursensor 20, der dem Temperatursensor 13 von 1 entsprechen kann, misst eine Temperatur T. In der Ausführungsform von 2 ist der Temperatursensor 20 ein NTC(Negative Temperature Coefficient - negativer Temperaturkoeffizient)-basierter Temperatursensor. Es sei angemerkt, dass anstelle eines NTC-basierten Elements auch andere herkömmliche Temperatursensoren verwendet werden können, beispielsweise eine Diode, ein Sensor, der eine thermische Spannung an einem Metallübergang erfasst, ein PTAT(Proportional To Absolute Temperature)-Stromsensor oder ein beliebiger anderer herkömmlicher Temperatursensor. Solche Temperatursensoren sind in vielen Fällen in einem System für andere Zwecke vorgesehen, beispielsweise zum Bereitstellen eines Übertemperaturschutzes. Der Temperatursensor 20 besitzt ein Tiefpassverhalten, wie oben erörtert, was im Wesentlichen bedeutet, dass Temperaturänderungen eines resistiven Elements wie des resistiven Elements 11 nur mit einer Zeitverzögerung gemessen werden. Diese Zeitverzögerung kann durch die thermische Kopplung zwischen dem resistiven Element 11 und dem Temperatursensor 20 über eine Schaltungsplatine oder andere Elemente und/oder durch eine thermische Trägheit des Temperatursensors selbst verursacht werden. Beispielsweise benötigt die Masse des Temperatursensors, auch wenn sie klein ist, zum Erwärmen etwas Zeit, und die Wärme benötigt Zeit, um von dem resistiven Element zu dem Temperatursensor zu fließen. Typische Zeitkonstanten dieses Tiefpassfilterverhaltens können im Bereich von 3 bis 10 Sekunden liegen. Dies entspricht Eckfrequenzen des Tiefpassfilterverhaltens von 1/(2n10) Hz bis 1/(2π3) Hz, als der Eckfrequenz f=1(2πτ), wobei τ die Zeitkonstante ist. Diese Werte sind nur Beispiele und können je nach dem Typ des Temperatursensors und der thermischen Kopplung zwischen dem resistiven Element und dem Temperatursensor variieren.
Ein Ausgangssignal des Temperatursensors 20, üblicherweise eine Ausgangsspannung, wird durch einen Analog-Digital-Wandler 21 digitalisiert. Der Analog-Digital-Wandler 21 kann Teil der Korrekturschaltung 12 von 1 sein. Mit einer Nachschlagetabelle 22 wird der resultierende digitale Wert in eine gemessene Temperatur T_NTC umgewandelt. Die Nachschlagetabelle 21 spiegelt im Wesentlichen die Kalibrierung des Temperatursensors 20 wieder, d.h. sie übersetzt sein Ausgangssignal in absolute Temperaturen.
Als Nächstes wird eine Schätzung einer Angabe einer Temperaturänderung unter Bezugnahme auf 3A, 3B und 4 erläutert.
3A veranschaulicht ein einfaches thermisches Modell eines auf einer Schaltungsplatine 33, z.B. einer Leiterplatte, montierten resistiven Elements 30. Die Schaltungsplatine 33 und andere Komponenten wie Leitungen auf der Schaltungsplatine 33 besitzen einen thermischen Widerstand 31 mit einem Widerstandswert Rth und einer thermischen Kapazität 32 mit einem Kapazitätswert C_th. Die thermische Kapazität 32 stellt im Wesentlichen die thermische Kapazität der Schaltungsplatine 33 und anderer Komponenten wie Leitungen dar, und der thermische Widerstand 31 stellt im Wesentlichen das Inverse der Wärmeleitfähigkeit der Schaltungsplatine 33 und jener anderer Komponenten dar. Sie bestimmen zusammen, wie schnell Wärme thermisch von dem resistiven Element 30 weggeleitet werden kann. Das resistive Element 30 in dem Beispiel von 3A kann beispielsweise ein als eine Kupferleitung auf der Schaltungsplatine implementierter Shuntwiderstand sein.
3B zeigt eine thermische Äquivalenzschaltung der Anordnung von 3A. Deshalb ist zu verstehen, dass die Schaltung von 3B keine elektrische Schaltung ist, aber ein Fachmann wird verstehen, dass thermische Schaltungen auf eine Weise ähnlich zu elektrischen Schaltungen dargestellt werden können und ihr Verhalten durch eine entsprechende elektrische Schaltung modelliert werden kann.
Die thermische Schaltung von 3B empfängt die abgeführte Leistung P im resistiven Element als ein Eingangswert. Diese abgeführte Leistung ist proportional zu dem elektrischen Strom I² _el (entsprechend I_shunt von 1), der durch das resistive Element 30 fließt, und ist deshalb proportional zu der quadrierten Spannung an dem resistiven Element 30. Die Masse in 3B stellt die Umgebungstemperatur dar, die dann die durch einen Temperatursensor wie den Temperatursensor 13 von 1 oder den Temperatursensor 20 von 2 gemessene Temperatur sein kann. ΔT ist die Differenz zwischen der Temperatur des resistiven Elements und der Temperatur der Umgebung entsprechend einem Spannungsabfall in einer elektrischen Schaltung.
Der thermische Widerstand 31 und die thermische Kapazität 32 stellen einen Tiefpassfilter erster Ordnung dar. Dieses Tiefpassfilter erster Ordnung kann in einer Korrekturschaltung 12 von 1 umgesetzt werden, um ΔT als eine Angabe der Temperaturänderung zu schätzen.
Da der Kapazitätswert C_th und der Widerstandswert R_th relativ groß sind (beispielsweise Kapazitätswerte bis zu dem nF- oder sogar mF-Bereich) wird eine digitale Umsetzung des Tiefpassfilters erster Ordnung in Ausführungsformen verwendet, um ΔT zu schätzen. Dennoch kann bei anderen Ausführungsformen das Verhalten der thermischen Schaltung von 3B ebenfalls durch eine analoge elektrische Schaltung unter Verwendung entsprechender Kondensatoren und Widerstände repliziert werden.
4 zeigt ein Blockdiagramm eines Umsetzungsbeispiels einer Schaltung zum Schätzen von ΔT gemäß einigen Ausführungsformen. Die temperaturabhängige Spannung V_shunt (T) an einem resistiven Element wie dem resistiven Element 11 von 1 wird durch einen Analog-Digital-Wandler 40 digitalisiert. Die digitalisierte Spannung wird an Block 41 quadriert. Wie bereits erwähnt, ist die quadrierte Spannung proportional zu der abgeführten Leistung P im resistiven Element. Diese quadrierte Spannung wird dann durch ein Tiefpassfilter 42 tiefpassgefiltert, das das Verhalten des durch die thermische Kapazität 31 und den thermischen Widerstand 32 in 3B gebildeten thermischen Tiefpassfilters widerspiegelt. Die Eckfrequenz des Tiefpassfilters 42 und die Verstärkung des Tiefpassfilters 42, dessen Eingang dem Proportionalitätsfaktor zwischen P und der quadrierten Spannung entsprechen kann, kann durch Kalibrierung bestimmt werden. Umsetzungsbeispiele einer derartigen Kalibrierung werden später unter Bezugnahme auf 12 und 13 beschrieben.
Es sei angemerkt, dass zwar in 3A und 3B ein einfaches Modell erster Ordnung verwendet wird, was zu dem Tiefpassfilter 42 erster Ordnung führt, bei anderen Ausführungsformen auch Modelle höherer Ordnung verwendet werden können, die zu Tiefpassfiltern höherer Ordnung führen. Solche Modelle höherer Ordnung können thermische Netzwerke sowohl für das resistive Element als auch für die thermische Koppelung zwischen dem resistiven Element oder den Temperatursensoren modellieren und können mehr thermische Widerstände und mehr thermische Kondensatoren verwenden, als in 3A und 3B gezeigt. Dies kann bei einigen Umsetzungen die Präzision in dem Fall erhöhen, dass in dem Bauelement große verschiedene thermische Zeitkonstanten auftreten.
Zudem kann, anstatt einfach die Spannung zu quadrieren, auch ein Polynom höherer Ordnung der Spannung verwendet werden, um Nichtlinearitäten wie Wärmestrahlung zu berücksichtigen, was die Präzision des Modells erhöht. Die Wahl des Modells kann von einer Präzision abhängen, die für die Strommessung benötigt wird, da sie die Genauigkeit der Schätzung von ΔT beeinflussen kann. Der Ausdruck „Schätzung“, wie hierin verwendet, spiegelt deshalb die Tatsache wider, dass je nach dem zum Berechnen von ΔT verwendeten thermischen Modell die Genauigkeit variieren kann.
Die so erhaltene Angabe der Temperaturänderung ΔT kann dann mit der gemessenen Temperatur T_NTC kombiniert werden, wie in 2 dargestellt, um eine Schätzung T_shunt der Ist-Temperatur des resistiven Elements zu erhalten. Ein Beispiel für eine derartige Kombination ist in 5 gezeigt.
Die Schaltung von 5 enthält die Schaltung von 2 mit den Elementen 20 bis 22, um die Temperatur T_NTC auf Basis der gemessenen Temperatur T bereitzustellen. Weiterhin empfängt die Schaltung von 5 die Angabe ΔT, wie beispielsweise durch die Schaltung von 4 erzeugt. ΔT wird durch ein digitales Hochpassfilter 50 gefiltert. Das digitale Hochpassfilter 50 besitzt eine Eckfrequenz entsprechend der Eckfrequenz des Tiefpassverhaltens des Temperatursensors 20 in einigen Ausführungsformen. Dies stellt im Wesentlichen sicher, dass durch das Hochpassfilter 50 gefilterte ΔT eine dynamische Temperaturänderung des resistiven Elements darstellt, die aufgrund des Tiefpassverhaltens nicht durch den Temperatursensor 20 erfasst wird, und stellt sicher, dass es keine Komponenten der Gesamttemperatur gibt, die „doppelt gemessen“ werden. Der Ausgang des Hochpassfilters 50 wird dann an einem Addierer 51 zu T_NTC addiert, um eine geschätzte Ist-Temperatur T_shunt des resistiven Elements zu liefern. Es sei angemerkt, dass das Hochpassfilter 50 ein Hochpassfilter erster oder höherer Ordnung sein kann.
6 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung gemäß einer Ausführungsform, um eine Schätzung der Ist-Temperatur T_shunt des resistiven Elements zu bestimmen, das den bezüglich vorausgegangenen, miteinander addierten Figuren erörterten Komponenten entspricht. Wie ersichtlich ist, umfasst der Pfad 41, 42, 50, der die dynamische Komponente bereitstellt, das Tiefpassfilter 42 und das Hochpassfilter 50.
Wie in 7 gezeigt, können diese beiden Filter 42, 50 zu einem Bandpassfilter 70 kombiniert werden. Eine untere Eckfrequenz dieses Bandpassfilters entspricht der Eckfrequenz des Hochpassfilters 50 und deshalb der Eckfrequenz des Tiefpassverhaltens der Temperaturmessung durch den Temperatursensor 20 und eine obere Eckfrequenz des Bandpassfilters 70 entspricht der Eckfrequenz des Tiefpassfilters 42, das das Tiefpassverhalten der bezüglich 3A und 3B dargestellten thermischen Schaltung darstellt.
Auf Basis dieser Ist-Temperatur des T_shunt des Shunts kann die Spannung an dem resistiven Element so korrigiert werden, dass sie einer Spannung mit einem Nennwiderstand R_nom des resistiven Elements entspricht, wodurch eine im Wesentlichen temperaturunabhängige Strommessung bereitgestellt wird. Entsprechende Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben. Wieder tragen bereits bezüglich vorausgegangener Ausführungsformen beschriebene Komponenten die gleiche Bezugszahl und werden deshalb nicht wieder ausführlich beschrieben.
In 8 wird die geschätzte Ist-Temperatur T_shunt des resistiven Elements 11 wie zuvor erörtert bestimmt. Auf Basis dieser Temperatur wird in einem Block 81 ein Korrekturfaktor auf Basis eines Verhältnisses zwischen dem Widerstand R_shunt (T) bei der Ist-Temperatur T_shunt und einem Nennwiderstand R_nom des Shunts bestimmt. Dieses Verhältnis kann im Fall eines resistiven Elements 11 berechnet werden, das beispielsweise einen einfachen linearen Widerstand besitzt, oder im Fall von anderen Abhängigkeiten des Widerstands des resistiven Elements 11 von der Temperatur kann es auf Basis einer Kalibrierungskurve des resistiven Elements 11 erhalten werden. Eine Beispielkalibrierung von Block 81 wird später unter Bezugnahme auf 12 und 13 erörtert.
Der Korrekturfaktor wird dann auf das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 40, d.h. auf die digitale Spannung V_shunt (T), angewendet, um eine temperaturkompensierte Spannung V_shunt zu liefern. Diese temperaturkompensierte Spannung wird dann sowohl für die Schätzung der Angabe der Temperaturänderung als auch eines Ausgangssignals V_shunt , das den Strom I_shunt durch das resistive Element 11 in 8 darstellt, verwendet.
9 ist eine Variation der Ausführungsform von 8. Hier wird der Korrekturfaktor von Block 81 einerseits an das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 40 bei 91 angelegt, um das korrigierte Ausgangssignal V_shunt zu liefern, und am Eingang des Bandpassfilters 70 bei 90. Mit anderen Worten wird in diesem Fall die temperaturabhängige Spannung V_shunt (T) bei 41 quadriert und erst danach wird die Temperaturkompensation angewendet. Wie später erörtert werden wird, wenn die Kalibrierung erörtert wird, kann dieser Ansatz die Genauigkeit der Korrektur bei einigen Ausführungsformen erhöhen.
Es sei angemerkt, dass das Element 80 in 8 als ein Teiler dargestellt ist, während die Elemente 90, 91 in 9 als Multiplizierer dargestellt sind. Dies hängt davon ab, wie der Korrekturfaktor bei Block 81 gebildet wird. Teiler werden verwendet, falls der Korrekturfaktor im Wesentlichen Rshunt (T) /R_nom beträgt, und Multiplizierer können verwendet werden, falls der Korrekturfaktor das Inverse davon beträgt, d.h. R_nom/R_shunt (T). Beide Variationen können in Ausführungsformen verwendet werden.
Es sei weiter angemerkt, dass die 8 und 9 zwei Analog-Digital-Wandler 21, 40 umfassen. Bei anderen Ausführungsformen kann ein einzelner Analog-Digital-Wandler zusammen mit einem Multiplexer verwendet werden. Auf diese Weise können auf abwechselnde Weise der Ausgangswert des Temperatursensors 20 und die Spannung an dem resistiven Element 11 digitalisiert werden. Es können beliebige geeignete Analog-Digital-Wandler verwendet werden.
Die verschiedenen, oben erörterten digitalen Komponenten, die die digitalen Signale verarbeiten, können auf unterschiedliche Weisen umgesetzt werden. Beispielsweise können sie in einer Logikschaltung, die Teil einer integrierten Schaltung ist, die auch für andere Aufgaben wie etwa das Steuern eines MOSFET-Schalters verwendet wird und deshalb Gatetreiber enthält, anderen Arten von Controllern, monolithischen Schaltern umgesetzt werden sowie in Mikrocontrollern durch entsprechendes Programmieren der Mikrocontroller umgesetzt werden, unter Verwendung von feldprogrammierbaren Gatearrays oder beliebigen anderen herkömmlichen Ansätzen zum Verarbeiten digitaler Signale umgesetzt werden.
10 zeigt ein Umsetzungsbeispiel eines Systems unter Verwendung einer Strommesseinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
10 veranschaulicht einen MOSFET-Chip 102, der auf einem Träger 103, beispielsweise einer Schaltungsplatine (PCB) oder einem Systemträger, montiert ist. Ein Anschluss des MOSFET-Chips 102 ist an einen Metallclip 100 gekoppelt, um Strom zu leiten. Der Anschluss kann beispielsweise der Source-Anschluss oder der Drain-Anschluss des MOSFET-Chips 102 sein.
Ein Steuerchip 101 steuert den MOSFET-Chip 102. Der Steuerchip 101 kann beispielsweise Gatetreiber zum Steuern des Schaltens des MOSFET-Chips 102 umfassen.
Außerdem umfasst der Steuerchip 101 eine Schaltungsanordnung zum Umsetzen einer Strommessung gemäß Techniken wie oben erörtert. Der Metallclip 100 dient als ein resistives Element und ist über zwei Bonddrähte 104A, 104B an den Steuerchip 101 gekoppelt, um die Spannung über den Metallclip 100 an den Steuerchip 101 zu liefern. Der Steuerchip 101 umfasst zusätzlich einen Temperatursensor, wie oben erörtert. Die Temperaturmessung durch den Steuerchip 101 besitzt das bereits erörterte Tiefpassfilterverhalten mindestens teilweise wegen der räumlichen Entfernung zwischen dem Steuerchip 101 und dem Metallclip 100, so dass sich Temperaturänderungen des Metallclips 100 auf verzögerte Weise in der Temperaturmessung durch den Steuerchip 101 widerspiegeln.
Der Steuerchip 101 setzt dann eine wie oben erörterte Schaltung um zum Korrigieren der Strommessung, die durch die Spannung an dem Metallclip 100 auf Basis der Temperatur und eine geschätzte Angabe einer Temperaturänderung auf Basis der Spannung dargestellt wird, wie oben erörtert. Es sei angemerkt, dass 10 lediglich ein Umsetzungs- und Anwendungsbeispiel zeigt und hierin erörterte Techniken für Strommessungen in verschiedenen Anwendungen und Umsetzungen verwendet werden können.
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Strommessverfahren gemäß einigen Ausführungsformen darstellt. Das Verfahren von 11 kann unter Verwendung von Einrichtungen und Schaltungen umgesetzt werden, wie oben erörtert, ist aber nicht darauf beschränkt. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird dennoch das Verfahren von 11 unter Bezugnahme auf die zuvor unter Bezugnahme auf 1 bis 10 vorgenommenen Erläuterungen beschrieben.
Es sei angemerkt, dass, während das Verfahren als eine Reihe von Handlungen oder Ereignissen dargestellt ist, die Reihenfolge, in der die Handlungen oder Ereignisse beschrieben werden, nicht als beschränkend auszulegen ist. Insbesondere können verschiedene Handlungen oder Ereignisse gleichzeitig durchgeführt werden.
Bei 110 umfasst das Verfahren das Messen einer Spannung an einem resistiven Element. Das resistive Element kann beispielsweise das resistive Element 11 oder 30 sein, wie oben erörtert.
Bei 111 umfasst das Verfahren das Erzeugen eines Ausgangssignals auf Basis der Spannung an dem resistiven Element, bei 110 gemessen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Ausgangssignal die Spannung selbst sein. Bei anderen Ausführungsformen kann die Spannung in einen Strom umgewandelt werden, indem er durch einen Nennwiderstand des resistiven Elements geteilt wird.
Bei 112 umfasst das Verfahren das Messen einer Temperatur, die zu einer Temperatur des resistiven Elements durch ein Tiefpassfilterverhalten in Beziehung steht. Insbesondere, kann, wie zuvor erläutert, die Temperatur durch einen Temperatursensor wie etwa den Temperatursensor 13 oder 20 gemessen werden, der thermisch an das resistive Element gekoppelt ist und der aus den oben erörterten Gründen ein Tiefpassverhalten besitzt.
Bei 113 umfasst das Verfahren das Schätzen einer Angabe einer Temperaturänderung des resistiven Elements auf Basis der Spannung an dem resistiven Element, bei 110 gemessen, beispielsweise auf Basis eines Quadrats der Spannung oder eines anderen Polynoms, wie oben erörtert.
Bei 114 umfasst das Verfahren dann das Korrigieren des Ausgangssignals auf Basis der gemessenen Temperatur und der geschätzten Angabe, beispielsweise wie oben unter Bezugnahme auf 8 und 9 erläutert.
Als Nächstes wird eine Kalibrierung der zuvor erörterten Strommesseinrichtungen erläutert. Die Kalibrierung kann in einen „statischen“ Teil, der im Wesentlichen die Parameter für Block 81 in 8 und 9 bestimmt, und eine dynamische Kalibrierung, die im Wesentlichen die Parameter des Bandpassfilters 70 von 8 und 9 (oder des Tiefpassfilters 42 und Hochpassfilters 50 von 6 für den Fall, dass separate Filter verwendet werden) bestimmt, unterteilt werden. 12 ist ein Flussdiagramm, das ein Kalibrierungsverfahren gemäß einer Ausführungsform darstellt. Vor der Bezugnahme auf 12 wird ein gewisser Hintergrund für die Kalibrierung erläutert.
Der temperaturabhängige Widerstand R_shunt(T) kann durch die folgende Gleichung zumindest approximiert werden: $R_{shunt} (T) = R_{shunt} (T_{ref}) \cdot [1 + α \cdot (T - T_{ref})]$
In dieser Gleichung ist Tref eine Referenztemperatur, α ist ein Temperaturkoeffizient des resistiven Elements, und R_shunt (T_ref) ist der Widerstandswert des resistiven Elements bei der Referenztemperatur T_ref .
Für Block 81 von 8 und 9 gilt deshalb die folgende Beziehung: $\frac{R_{shunt} (T)}{R_{nom}} = \frac{R_{shunt} (T_{ref})}{R_{nom}} \cdot [1 + α \cdot (T - T_{ref})]$
R_nom , wie erwähnt, ist der Nennshuntwiderstand, der beispielsweise zum Berechnen des Stroms aus der (korrigierten) Spannung verwendet wird. Für die Kalibrierung sind die Werte Rshunt (T_ref), Tref und α bestimmt worden.
Bei 120 in 12 wird ein Strompuls mit einem bekannten Strom I durch das resistive Element geschickt.
Bei 121 wird beim Start des Pulses eine Temperatur T₁ durch den Temperatursensor gemessen (entsprechend dem Wert T_NTC in den obigen Ausführungsformen), und die Spannung an dem Shunt V_shunt (T₁) wird gemessen. Beim Start des Strompulses hat keine wesentliche Erwärmung stattgefunden. Weiterhin wird bei 121, nach einer gewissen Zeit, während der Strompuls immer noch angelegt ist, eine andere Temperatur T₂ unter Verwendung des Temperatursensors gemessen, und eine entsprechende Spannung V_shunt (T₂) wird gemessen. Die gewisse Zeit ist lang genug eingestellt, dass die Temperatur zugenommen und einen stabilen Zustand erreicht hat. In einem derartigen stabilen Zustand wird die durch den Strom gelieferte Erwärmung durch die Wärmeabfuhr ausgeglichen, beispielsweise über eine Leiterplatine, und auch der Temperatursensor hat einen stabilen Zustand erreicht. Insbesondere ist diese gewisse Zeit länger als die Zeitkonstante des Tiefpassfilterverhaltens des Stromsensors und auch länger als die Temperatursensor-Zeitkonstante.
Bei 123 umfasst das Verfahren das Bestimmen des Temperaturkoeffizienten α und anderer Parameter.
Tref von Gleichungen (1) und (2) ist definiert als $Tref: = T1$
Deshalb kann die obige Gleichung (3) vereinfacht werden zu $\frac{R_{shunt} (T_{1})}{R_{nom}} = \frac{R_{shunt} (T_{ref})}{R_{nom}}$
Aus 8 ist die folgende Beziehung offensichtlich $\frac{R_{shunt} (T)}{R_{nom}} = \frac{V_{shunt} (T)}{V_{shunt}}$
Deshalb kann unter Verwendung von $\frac{R_{shunt} (T)}{R_{nom}} = \frac{V_{shunt} (T)}{V_{shunt}} = \frac{V_{shunt} (T)}{I \cdot R_{nom}}$
für T=T₁=T_ref, Rshunt (T_ref) gemäß V_shunt (T₁)/I berechnet werden, wobei I der bekannte Strom während des Pulses ist.
Falls nun T₂ und V_shunt (T₂) in zwei Gleichungen (2) und (6) eingesetzt werden, kann durch Kombinieren von beiden Gleichungen (2) und (6) α bestimmt werden. Deshalb sind bei 122 alle Parameter α, Rshunt (T_ref) und Tref bestimmt worden.
Als Nächstes wird bei 123 von 12 das Bandpassfilter kalibriert.
Bei einigen Ausführungsformen werden die folgenden Parameter bestimmt:

- A₀: Verstärkung (Verstärkungsfaktor) in dem Durchlassband des Bandpassfilters
- τ_LP: Zeitkonstante für das Tiefpassverhalten entsprechend der oberen Eckfrequenz 1/(2πτ_LP) und entsprechend der thermischen Zeitkonstante des resistiven Elements, wie unter Bezugnahme auf 3A und 3B erläutert
- τ_HP: Zeitkonstante für den Hochpassteil entsprechend der unteren Eckfrequenz 1/(2πτ_HP) des Bandpassfilters und entsprechend der thermischen Zeitkonstante des Temperatursensors

Die Verstärkung A₀ ist gegeben durch: $A_{0} = \frac{1}{R_{shunt} (T)} \approx \frac{1}{R_{nom}}$
In vielen Fällen ist die Approximation A₀ durch 1/R_nom eine ausreichende Approximation. Es sei angemerkt, dass eine Möglichkeit zum „Umgehen“ dieser Approximation die unter Bezugnahme auf 9 erörterte Ausführungsform ist, wo eine Korrektur zwischen dem Quadrieren der Eingangsspannung in Block 41 und dem Bandpassfilter 70 angewendet wird, so dass hier das Einstellen von A₀ auf 1/R_nom keine Approximation ist.
Die thermische Zeitkonstante des Shunts τ_LP kann durch eine Messung bei 123 bestimmt werden. Für diese Messung wird ein Puls mit konstanter Leistung an den Shunt angelegt (d.h. das Produkt aus der Spannung und dem Strom bleibt konstant), und die Spannung an dem Shunt und der Strom werden über der Zeit gemessen. Daraus kann der Widerstand Rshunt über der Zeit berechnet werden. Mit Gleichung (1) und der bei 122 von 12 bestimmten Parameter Rshunt (T_ref), Tref und α kann die Temperatur über der Zeit berechnet werden. Eine Kurve 130 in 13 zeigt eine Beispieltemperatur über der Zeit für eine derartige Messung. Anhand dieser Kurve kann T_LP , wie in 13 gezeigt, bestimmt werden, wobei T_start die Temperatur zu Beginn der angelegten Leistung und Tend die Endtemperatur ist. τ_LP ist ein Punkt, wo eine Tangente zur Kurve 130 zur Zeit 0 und T=T_start die Endtemperatur Tend kreuzt.
Die thermische Zeitkonstante τ_HP des Stromsensors wird üblicherweise in dem Datenblatt des Temperatursensors angegeben.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die Parameter des Bandpassfilters bei 123 auf unterschiedliche Weise bestimmt werden. Bei dieser alternativen Ausführungsform werden die durch den Temperatursensor gemessene Temperatur und die Spannung an dem Shunt V_shunt (T) nicht nur bei 121 zu zwei Zeiten gemessen, sondern werden bei mehreren Zeitpunkten gemessen, beispielsweise im Wesentlichen kontinuierlich, während der Strompuls bei 120 angelegt wird. Aus dem während des Strompulses angelegten bekannten Strom I und dem gemessenen Signal V_shunt (T) über der Zeit kann das zeitliche Verhalten des Widerstands R_shunt (T) durch Dividieren der Spannung V_shunt (T) durch den Strom bestimmt werden. Mit Gleichung (1) und den Parametern Rshunt (T_ref), Tref und α kann die Temperatur T_shunt über der Zeit bestimmt werden. Die Differenz zwischen diesem Temperaturverhalten T_shunt und der tatsächlich durch den Temperatursensor über der Zeit gemessenen Temperatur liefert das ideale Verhalten von ΔT über der Zeit, das idealerweise durch das Bandpassfilter ausgegeben wird, wenn das Bandpassfilter die entsprechende Spannung V_shunt
2 (man beachte: V_shunt=I*R_nom, wie aus 8 ersichtlich) empfängt. Deshalb sind durch diese Messung sowohl ein Eingangssignal als auch ein entsprechendes Ausgangssignal für das Bandpassfilter bekannt. Die Parameter des Bandpasses können dann durch herkömmliche Mittel über einen Anpassungsprozess oder unter Verwendung von Fourier- oder Laplace-Transformationen bestimmt werden. Dieses Verfahren lässt sich beispielsweise auch auf Bandpassfiltern einer höheren Ordnung anwenden, die mehrere Zeitkonstanten sowohl für das resistive Element als auch für den Temperatursensor umfassen können.
Einige Ausführungsformen werden durch die folgenden Beispiele definiert.
Beispiel 1. Eine Strommesseinrichtung, umfassend:

eine Spannungsmessschaltung, die ausgebildet ist zum Messen einer Spannung an einem resistiven Element, und
eine Korrekturschaltung, die ausgebildet ist zum:
- Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen Strom durch das resistive Element auf Basis der Spannung an dem resistiven Element angibt,
- Schätzen einer Angabe einer Temperaturänderung des resistiven Elements auf Basis der Spannung an dem resistiven Element, und
- Korrigieren des Ausgangssignals, das den Strom durch das resistive Element auf Basis der Angabe der Temperaturänderung und einer gemessenen Temperatur des resistiven Elements angibt.

Beispiel 2. Die Strommesseinrichtung von Beispiel 1, weiterhin umfassend einen Temperatursensor, der thermisch an das resistive Element gekoppelt ist und ausgebildet ist zum Messen der gemessenen Temperatur des resistiven Elements.
Beispiel 3. Die Strommesseinrichtung von Beispiel 1 oder 2, wobei die Korrekturschaltung ausgebildet ist zum Schätzen einer Ist-Temperatur des resistiven Elements auf Basis der gemessenen Temperatur des resistiven Elements und der Angabe der Temperaturänderung und zum Korrigieren des Ausgangssignals auf Basis der geschätzten Ist-Temperatur des resistiven Elements.
Beispiel 4. Die Strommesseinrichtung von einem der Beispiele 1 bis 3, wobei die Korrekturschaltung ausgebildet ist zum Korrigieren des Ausgangssignals auf Basis eines Temperaturkoeffizienten des resistiven Elements.
Beispiel 5. Die Strommesseinrichtung von einem der Beispiele 1 bis 4, wobei die Korrekturschaltung ausgebildet ist zum Schätzen der Angabe der Temperaturänderung auf Basis eines Polynoms der Spannung an dem resistiven Element.
Beispiel 6. Die Strommesseinrichtung von Beispiel 5, wobei die Korrekturschaltung ein Tiefpassfilter umfasst, das ausgebildet ist zum Tiefpassfiltern des Polynoms der Spannung an dem resistiven Element.
Beispiel 7. Die Strommesseinrichtung von einem der Beispiele 1 bis 6, wobei zum Schätzen der Angabe der Temperaturänderung die Korrekturschaltung ein Hochpassfilter mit einer Eckfrequenz entsprechend einer Eckfrequenz eines Tiefpassverhaltens einer Temperaturmessung der gemessenen Temperatur des resistiven Elements umfasst, wobei das Hochpassfilter ausgebildet ist zum Filtern eines auf Basis der Spannung an dem resistiven Element erzeugten Signals. Das Signal kann beispielsweise ein Signal auf Basis des oben erwähnten Polynoms und/oder ein Ausgangssignal des Tiefpassfilters von Beispiel 6 sein.
Beispiel 8. Die Strommesseinrichtung von Beispiel 6 und von Beispiel 7, wobei das Hochpassfilter und das Tiefpassfilter in einem Bandpassfilter kombiniert sind.
Beispiel 9. Die Strommesseinrichtung von einem der Beispiele 1 bis 8, weiterhin umfassend einen Analog-Digital-Wandler, der ausgebildet ist zum Digitalisieren der Spannung an dem resistiven Element,
wobei die Korrekturschaltung ausgebildet ist zum Schätzen der Angabe der Temperaturänderung auf Basis der digitalisierten Spannung.
Beispiel 10. Die Strommesseinrichtung von einem der Beispiele 1 bis 9, wobei die Korrekturschaltung ausgebildet ist zum Schätzen der Angabe der Temperaturänderung auf Basis des thermischen Modells des resistiven Elements.
Beispiel 11. Die Strommesseinrichtung von einem der Beispiele 1 bis 10, weiterhin umfassend das resistive Element.
Beispiel 12. Ein Strommessverfahren, umfassend:

Messen einer Spannung an einem resistiven Element,
Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen Strom durch das resistive Element auf Basis der Spannung an dem resistiven Element angibt,
Messen einer Temperatur des resistiven Elements,
Schätzen einer Angabe einer Temperaturänderung des resistiven Elements auf Basis der Spannung an dem resistiven Element, und
Korrigieren des Ausgangssignals auf Basis der Angabe der Temperaturänderung und der gemessenen Temperatur des resistiven Elements.

Beispiel 13. Das Strommessverfahren von Beispiel 12, wobei das Messen der Temperatur des resistiven Elements das Messen der Temperatur des resistiven Elements mit einem thermisch an das resistive Element gekoppelten Temperatursensor umfasst.
Beispiel 14. Das Strommessverfahren von Beispiel 12 oder 13, wobei das Korrigieren des Ausgangssignals umfasst: Schätzen einer Ist-Temperatur des resistiven Elements auf Basis der gemessenen Temperatur des resistiven Elements und der Angabe der Temperaturänderung und Korrigieren des Ausgangssignals auf Basis der geschätzten Ist-Temperatur des resistiven Elements.
Beispiel 15. Das Strommessverfahren von einem der Beispiele 12 bis 14, wobei das Korrigieren des Ausgangssignals das Korrigieren des Ausgangssignals auf Basis eines Temperaturkoeffizienten des resistiven Elements umfasst.
Beispiel 16. Das Strommessverfahren von einem der Beispiele 12 bis 15, wobei das Schätzen der Angabe der Temperaturänderung das Schätzen der Angabe der Temperaturänderung auf Basis eines Polynoms, z. B. eines Quadrats, der Spannung an dem resistiven Element umfasst.
Beispiel 17. Das Strommessverfahren von Beispiel 16, wobei das Schätzen der Angabe der Temperaturänderung eine Tiefpassfilterung des Polynoms der Spannung an dem resistiven Element umfasst.
Beispiel 18. Das Strommessverfahren von einem der Beispiele 12 bis 17, wobei das Schätzen der Angabe der Temperaturänderung eine Hochpassfilterung eines auf Basis der Spannung an dem resistiven Element erzeugten Signals mit einer Eckfrequenz entsprechend einer Eckfrequenz eines Tiefpassverhaltens des Messens der Temperatur des resistiven Elements umfasst. Das Signal kann beispielsweise ein Signal auf Basis des oben erwähnten Polynoms und/oder ein Ausgangssignal des Tiefpassfilters von Beispiel 17 sein.
Beispiel 19. Das Strommessverfahren von Beispiel 17 und von Beispiel 18, wobei die Hochpassfilterung und die Tiefpassfilterung in einer Bandpassfilterung kombiniert werden.
Beispiel 20. Das Strommessverfahren von einem der Beispiele 12 bis 19, weiterhin umfassend das Digitalisieren der Spannung an dem resistiven Element, wobei das Schätzen der Angabe der Temperaturänderung auf der digitalisierten Spannung an dem resistiven Element basiert.
Beispiel 21. Das Strommessverfahren von einem der Beispiele 12 bis 20, wobei das Schätzen der Angabe der Temperaturänderung auf einem thermischen Modell des resistiven Elements basiert.
Beispiel 22. Ein Verfahren zum Kalibrieren der Strommesseinrichtung von einem der Beispiele 1 bis 11, umfassend:

Beispiel 23. Das Verfahren von Beispiel 22,
wobei die Strommesseinrichtung gemäß einem der Beispiele 6 bis 8 implementiert ist, und
wobei eine Verstärkung des Tiefpassfilters, des Hochpassfilters und/oder des Bandpassfilters auf das Inverse eines Nennwiderstands des resistiven Elements eingestellt wird.
Beispiel 24. Das Verfahren von Beispiel 22,
wobei die Strommesseinrichtung gemäß einem der Beispiele 6 bis 8 implementiert ist,
wobei eine Verstärkung des Tiefpassfilters, des Hochpassfilters und/oder des Bandpassfilters auf Basis eines zeitlichen Verhaltens einer gemessenen Temperatur und einer gemessenen Spannung an dem resistiven Element während des Strompulses bestimmt wird.
Beispiel 25. Das Verfahren von Beispiel 23 oder 24, weiterhin umfassend das Bestimmen der Eckfrequenz des Tiefpassfilters oder einer niedrigeren Eckfrequenz des Bandpassfilters auf Basis einer thermischen Zeitkonstante des resistiven Elements.
Obwohl hier spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Durchschnittsfachmann, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Umsetzungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen substituiert werden kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll alle Adaptationen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und ihre Äquivalente beschränkt sein.

Claims

Strommesseinrichtung (10), umfassend: eine Spannungsmessschaltung (15), die ausgebildet ist zum Messen einer Spannung an einem resistiven Element (11), und eine Korrekturschaltung (12), die ausgebildet ist zum: Erzeugen eines Ausgangssignals (out), das einen Strom (I_shunt) durch das resistive Element (11) auf Basis der Spannung an dem resistiven Element (11) angibt, Schätzen einer Angabe einer dynamischen Temperaturänderung des resistiven Elements (11), wobei das Schätzen auf Basis der Spannung an dem resistiven Element (11) über der Zeit erfolgt, wobei die Korrekturschaltung zum Schätzen der Angabe der Temperaturänderung einen Hochpassfilter (50; 70) zum Filtern eines auf Basis der Spannung an dem resistiven Element (11) erzeugten Signals umfasst, und Korrigieren des Ausgangssignals (out), das den Strom (I_shunt) durch das resistive Element (11) auf Basis der Angabe der dynamischen Temperaturänderung und einer gemessenen Temperatur des resistiven Elements (11) angibt.
Strommesseinrichtung (10) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Temperatursensor (13; 20), der thermisch an das resistive Element (11) gekoppelt ist und ausgebildet ist zum Messen der gemessenen Temperatur des resistiven Elements (11).
Strommesseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrekturschaltung (12) ausgebildet ist zum Schätzen einer Ist-Temperatur des resistiven Elements (11) auf Basis der gemessenen Temperatur des resistiven Elements (11) und der Angabe der Temperaturänderung und zum Korrigieren des Ausgangssignals (out) auf Basis der geschätzten Ist-Temperatur des resistiven Elements (11).
Strommesseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Korrekturschaltung (12) ausgebildet ist zum Korrigieren des Ausgangssignals (out) auf Basis eines Temperaturkoeffizienten des resistiven Elements (11).
Strommesseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Korrekturschaltung (12) ausgebildet ist zum Schätzen der Angabe der Temperaturänderung auf Basis eines Polynoms der Spannung an dem resistiven Element (11).
Strommesseinrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei die Korrekturschaltung (12) ein Tiefpassfilter (42; 70) umfasst, das ausgebildet ist zum Tiefpassfiltern des Polynoms der Spannung an dem resistiven Element (11).
Strommesseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Hochpassfilter (50; 70) eine Eckfrequenz entsprechend einer Eckfrequenz eines Tiefpassverhaltens einer Temperaturmessung der gemessenen Temperatur des resistiven Elements (11) aufweist.
Strommesseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin umfassend einen Analog-Digital-Wandler (40), der ausgebildet ist zum Digitalisieren der Spannung an dem resistiven Element (11), wobei die Korrekturschaltung (12) ausgebildet ist zum Schätzen der Angabe der Temperaturänderung auf Basis der digitalisierten Spannung.
Strommesseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Korrekturschaltung (12) ausgebildet ist zum Schätzen der Angabe der Temperaturänderung auf Basis des thermischen Modells des resistiven Elements (11).
Strommessverfahren, umfassend: Messen einer Spannung an einem resistiven Element (11), Erzeugen eines Ausgangssignals (out), das einen Strom (I_shunt) durch das resistive Element (11) auf Basis der Spannung an dem resistiven Element (11) angibt, Messen einer Temperatur des resistiven Elements (11), Schätzen einer Angabe einer dynamischen Temperaturänderung des resistiven Elements (11), wobei das Schätzen auf Basis der Spannung an dem resistiven Element (11) erfolgt und wobei das Schätzen der Angabe der Temperaturänderung eine Hochpassfilterung eines auf Basis der Spannung an dem resistiven Element (11) erzeugten Signals umfasst, und Korrigieren des Ausgangssignals (out) auf Basis der Angabe der dynamischen Temperaturänderung und einer gemessenen Temperatur des resistiven Elements (11).
Strommessverfahren nach Anspruch 10, wobei das Messen der Temperatur des resistiven Elements (11) das Messen der Temperatur des resistiven Elements (11) mit einem thermisch an das resistive Element (11) gekoppelten Temperatursensor (13; 20) umfasst.
Strommessverfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Korrigieren des Ausgangssignals (out) umfasst: Schätzen einer Ist-Temperatur des resistiven Elements (11) auf Basis der gemessenen Temperatur des resistiven Elements (11) und der Angabe der Temperaturänderung und Korrigieren des Ausgangssignals (out) auf Basis der geschätzten Ist-Temperatur des resistiven Elements (11).
Strommessverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Korrigieren des Ausgangssignals (out) das Korrigieren des Ausgangssignals (out) auf Basis eines Temperaturkoeffizienten des resistiven Elements (11) umfasst.
Strommessverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Schätzen der Angabe der Temperaturänderung das Schätzen der Angabe der Temperaturänderung auf Basis eines Polynoms der Spannung an dem resistiven Element (11) umfasst.
Strommessverfahren nach Anspruch 14, wobei das Schätzen der Angabe der Temperaturänderung eine Tiefpassfilterung des Polynoms der Spannung an dem resistiven Element (11) umfasst.
Strommessverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Hochpassfilterung mit einer Eckfrequenz entsprechend einer Eckfrequenz eines Tiefpassverhaltens des Messens der Temperatur des resistiven Elements (11) erfolgt.
Verfahren zum Kalibrieren der Strommesseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend: Anlegen eines Strom (I_shunt) -Pulses an das resistive Element (11) der Strommesseinrichtung (10), Messen einer ersten Temperatur und einer ersten Spannung an dem resistiven Element (11) zu Beginn des Strom(I_shunt)-Pulses, Messen einer zweiten Temperatur und einer zweiten Spannung vor dem Ende des Strom (I_shunt) -Pulses, und Bestimmen einer Temperaturabhängigkeit eines Widerstandswerts des resistiven Elements (11) auf Basis der ersten Temperatur, der ersten Spannung, der zweiten Temperatur und der zweiten Spannung.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine Verstärkung des Tiefpassfilters (42; 70) der Strommesseinrichtung nach Anspruch 16, des Hochpassfilters (50; 70) auf das Inverse eines Nennwiderstandswerts des resistiven Elements (11) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Strommesseinrichtung (10) gemäß Anspruch 6 oder 7 implementiert ist, wobei eine Verstärkung des Tiefpassfilters (42; 70), des Hochpassfilters (50; 70) auf Basis eines zeitlichen Verhaltens einer gemessenen Temperatur und einer gemessenen Spannung an dem resistiven Element (11) während des Strom (I_shunt)-Pulses bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, weiterhin umfassend das Bestimmen der Eckfrequenz des Tiefpassfilters (42; 70) auf Basis einer thermischen Zeitkonstante des resistiven Elements (11).