DE102020106447B4 - Arrangement for current measurement - Google Patents
Arrangement for current measurement Download PDFInfo
- Publication number
- DE102020106447B4 DE102020106447B4 DE102020106447.0A DE102020106447A DE102020106447B4 DE 102020106447 B4 DE102020106447 B4 DE 102020106447B4 DE 102020106447 A DE102020106447 A DE 102020106447A DE 102020106447 B4 DE102020106447 B4 DE 102020106447B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- arrangement
- partial
- shunt resistor
- soldering pad
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
- G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
- G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/32—Compensating for temperature change
Abstract
Anordnung (1) zur Strommessung, bei welcher in einem Strompfad in welchem ein Strom gemessen wird, ein Shuntwiderstand (7a, 7b, 7c) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Teilshuntwiderstand (10) und ein zweiter Teilshuntwiderstand (11) in einer Reihenschaltung angeordnet sind, wobei die Teilshuntwiderstände (10, 11) gemeinsam auf einer Seite einer Leiterplatte (9) oder auf verschiedenen, sich gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte (9) angeordnet sind, wobei die Teilshuntwiderstände (10, 11) mit Längsachsen (12) parallel und beabstandet zueinander angeordnet sind und wobei zwischen einem ersten Lötpad (17), welches mit einer ersten Anschlussfläche (13) des ersten Teilshuntwiderstands (10) verbunden ist, und einem zweiten Lötpad (19), welches mit einer zweiten Anschlussfläche (16) des zweiten Teilshuntwiderstands (11) verbunden ist, sowie einem Messverstärker (22) Messleitungen (21) angeordnet sind.Arrangement (1) for current measurement, in which a shunt resistor (7a, 7b, 7c) is arranged in a current path in which a current is measured, characterized in that at least a first partial shunt resistor (10) and a second partial shunt resistor (11) in are arranged in a series circuit, the partial shunt resistors (10, 11) being arranged together on one side of a printed circuit board (9) or on different, opposite sides of the printed circuit board (9), the partial shunt resistors (10, 11) having longitudinal axes (12) are arranged parallel to and at a distance from one another, and between a first soldering pad (17), which is connected to a first connection surface (13) of the first partial shunt resistor (10), and a second soldering pad (19), which is connected to a second connection surface (16) of the second partial shunt resistor (11) is connected, and a measuring amplifier (22) measuring lines (21) are arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Strommessung, bei welcher in einem Strompfad, in welchem ein Strom gemessen wird, ein Shuntwiderstand angeordnet ist.The invention relates to an arrangement for current measurement, in which a shunt resistor is arranged in a current path in which a current is measured.
In vielen Bereichen der Technik ist es notwendig, Ströme in Leitungen zu messen, um beispielsweise Aussagen über diese Ströme zu treffen oder Maschinen beziehungsweise elektrische Anordnungen nach ihren Erfordernissen steuern zu können.
Insbesondere in Bereichen, in welchen hohe Ströme, beispielsweise bis in Größenordnungen von 20 A oder mehr, zu messen sind, sind die Anforderungen an derartige Anordnungen zur Strommessung entsprechend hoch. Zum einen soll der in einem Strompfad fließende Strom durch die Anordnung zur Strommessung nicht beeinflusst werden und zum anderen soll die Messung eine hohe Genauigkeit aufweisen.In many areas of technology, it is necessary to measure currents in lines, for example to make statements about these currents or to be able to control machines or electrical systems according to their requirements.
In particular in areas in which high currents, for example up to the order of magnitude of 20 A or more, are to be measured, the demands on such arrangements for current measurement are correspondingly high. On the one hand, the current flowing in a current path should not be influenced by the arrangement for current measurement and, on the other hand, the measurement should have a high level of accuracy.
Derartige Strommessungen werden beispielsweise auch in Fahrzeugen durchgeführt, wobei dies einerseits zum ordnungsgemäßen Betreiben von Baugruppen notwendig ist und andererseits entsprechende Aussagen, beispielsweise über eine Reichweite eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs, getroffen werden können.Current measurements of this type are also carried out in vehicles, for example, this being necessary for the proper operation of assemblies on the one hand and corresponding statements being made, for example on the range of an electric vehicle or hybrid vehicle, on the other hand.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Stromerfassung bekannt, bei welchen mindestens ein sogenannter Shuntwiderstand Rshunt verwendet wird, um eine Spannung Ushunt über dem Shuntwiderstand Rshunt zu messen und daraus nachfolgend einen Strom Ishunt zu berechnen. Eine derartige Stromerfassung erfolgt beispielsweise in einem Wechselrichter.Methods for current detection are known from the prior art, in which at least one so-called shunt resistor R shunt is used to measure a voltage U shunt across the shunt resistor R shunt and subsequently to calculate a current I shunt therefrom. Such a current detection takes place, for example, in an inverter.
Wechselrichter, auch als Inverter bezeichnet, werden zum Beispiel zur Umwandlung einer eingangsseitigen Gleichspannung in eine ausgangsseitige Wechselspannung benötigt. Derartige Wechselrichter werden unter anderem zum Antrieb elektrischer Motoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen mit Bordnetzspannungen mit 48 V oder über 60 V, genutzt. Der elektrische Motor kann beispielsweise in einem elektrischen Kältemittelverdichter eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen.Inverters, also referred to as inverters, are required, for example, to convert a DC voltage on the input side into an AC voltage on the output side. Inverters of this type are used, among other things, to drive electric motors, particularly in motor vehicles with vehicle electrical system voltages of 48 V or more than 60 V. The electric motor can be used, for example, in an electric refrigerant compressor of an air conditioning system of a motor vehicle.
Zur Ansteuerung eines von einem Wechselrichter gesteuerten dreiphasigen elektrischen Motors, wie eines Motors des elektrischen Kältemittelverdichters, ist eine Stromerfassung in mindestens zwei Motorphasen erforderlich. Eine dritte Phase kann rechnerisch bestimmt werden. Eine bekannte Methode für eine derartige Strommessung ist eine Messung der Ströme der drei Motorphasen über je einen Shuntwiderstand. Dabei kann mittels in sogenannten Halbbrücken eines Inverters unter Einsatz je eines Shuntwiderstands je Halbbrücke bestimmter Ströme rechnerisch auf die Ströme in den einzelnen Motorphasen geschlossen werden.
Der Begriff des Shuntwiderstands bezeichnet einen niederohmigen elektrischen Messwiderstand beziehungsweise Strommesswiderstand, welcher unmittelbar in die stromführende Leitung eingefügt ist.In order to control a three-phase electric motor controlled by an inverter, such as a motor of the electric refrigerant compressor, a current detection in at least two motor phases is required. A third phase can be determined by calculation. A known method for such a current measurement is a measurement of the currents of the three motor phases via a shunt resistor each. In this case, by means of so-called half-bridges of an inverter using a shunt resistor for each half-bridge, certain currents can be mathematically deduced from the currents in the individual motor phases.
The term shunt resistor refers to a low-impedance electrical measuring resistor or current measuring resistor, which is inserted directly into the current-carrying line.
Der über einen Shuntwiderstand Rshunt fließende Strom Ishunt erzeugt einen Spannungsabfall Ushunt am Shuntwiderstand, welcher beispielsweise mittels eines Messverstärkers verstärkt und gemessen wird. Zur Erfassung des Spannungsabfalls Ushunt kann sowohl analoge als auch digitale Messtechnik eingesetzt werden. Zudem besteht die Möglichkeit, einen analogen Messwert nachträglich in einen digitalen Messwert umzuwandeln. Ein derartiger beispielsweise digitaler Messwert kann über eine zentrale Steuereinheit, welche unter anderem auch den Wechselrichter steuert, erfasst und derart der Strom Ishunt 1, Ishunt2, Ishunt 3 je Motorphase des Wechselrichters ermittelt werden. Die Ströme Ishunt 1, Ishunt 2, Ishunt 3 werden zur Regelung der Ansteuerung des Motors durch den Wechselrichter genutzt.The current I shunt flowing through a shunt resistor R shunt generates a voltage drop U shunt at the shunt resistor, which is amplified and measured by means of a measuring amplifier, for example. Both analog and digital measurement technology can be used to record the voltage drop U shunt . There is also the option of subsequently converting an analog measured value into a digital measured value. Such a digital measured value, for example, can be recorded via a central control unit, which among other things also controls the inverter, and the current I shunt 1 , I shunt2 , I shunt 3 per motor phase of the inverter can be determined in this way. The currents I shunt 1 , I shunt 2 , I shunt 3 are used to control the drive of the motor by the inverter.
Da bei einem Einsatz zur Erfassung eines Stromes in einem Wechselrichter über derartige Shuntwiderstände hohe Ströme, beispielsweise in einem Bereich von bis zu etwa 100 A, fließen, kommt es unvermeidlich auch zu einer unerwünschten Erwärmung des Shuntwiderstands. Zur Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Funktionsweise der Strommessanordnungen muss der Shuntwiderstand entsprechend leistungsstark dimensioniert werden. Zudem sind Maßnahmen zur Abfuhr der entstehenden Wärme aus dem Bereich des Shuntwiderstands vorzusehen. All dies führt zu höheren Kosten für einen Shuntwiderstand sowie die zusätzlichen zur Wärmeabfuhr auszubildenden Mittel.Since high currents, for example in a range of up to approximately 100 A, flow through such shunt resistors when used to detect a current in an inverter, the shunt resistor also inevitably heats up. In order to ensure that the current measuring arrangements function properly, the shunt resistor must be dimensioned with a correspondingly high performance. In addition, measures must be taken to dissipate the heat generated in the area of the shunt resistor. All of this leads to higher costs for a shunt resistor and the additional means to be designed for heat dissipation.
Eine Möglichkeit der Verringerung der entstehenden Wärmemenge besteht darin, den Widerstandswert des Shuntwiderstands zu verringern. Dabei wird jedoch auch der über dem Shuntwiderstand gemessene Spannungsabfall Ushunt geringer, sodass Störungen, wie ein sogenanntes Rauschen, zu größeren Messfehlern beziehungsweise einer geringeren Genauigkeit der Stromerfassung führen.One way to reduce the amount of heat generated is to decrease the resistance of the shunt resistor. In this case, however, the voltage drop U shunt measured across the shunt resistor also decreases, so that interference, such as what is known as noise, leads to greater measurement errors or less accuracy in the current detection.
Ein weiteres Problem des bekannten Standes der Technik stellt die sogenannte Störfestigkeit bei einer Stromerfassung dar. In der Nähe einer derartigen Strommessanordnung zeitweise oder dauerhaft befindliche elektrische Baugruppen verursachen Störsignale. Die Störsignale treten durch eine ungewollte kapazitive, induktive oder galvanische Kopplung auf den Leitungen oder dem Shuntwiderstand selbst auf und beeinflussen das Nutzsignal der Stromerfassung. Dabei sind entsprechende Maßnahmen zu treffen, um das Entstehen von Störsignalen zu verringern.A further problem of the known state of the art is the so-called interference immunity in the case of current detection. Electrical assemblies which are temporarily or permanently located in the vicinity of such a current measuring arrangement cause interference signals. The interference signals occur due to unwanted capacitive, inductive or galvanic coupling on the lines or the shunt resistor itself and affect the useful signal the current detection. Appropriate measures must be taken to reduce the occurrence of interference signals.
Der hierzu bekannte Stand der Technik ist beispielsweise im Buch „EMV - Störungssicherer Aufbau elektronischer Schaltungen“ von Joachim Franz; 5. Auflage; Springer Vieweg; ISBN978-3-8348-1781-5 aufzufinden. Hier werden insbesondere die Seiten 43, 48 und 55 benannt.The state of the art known for this is, for example, in the book "EMV - Störfallsicherer Bauelektronischer Schaltung" by Joachim Franz; 5th edition; Springer Vieweg; ISBN978-3-8348-1781-5. Pages 43, 48 and 55 in particular are named here.
In der
Aus der
Auf der Grundlage des Standes der Technik besteht ein Bedarf an einer verbesserten Anordnung zur Strommessung.Based on the prior art, there is a need for an improved current measurement arrangement.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Anordnung zur Strommessung anzugeben, welche kostengünstig und einfach herzustellen ist, eine hohe Robustheit gegenüber Störsignalen aufweist und eine verbesserte Wärmeableitung ermöglicht. Zudem soll in der Anordnung zur Strommessung die Möglichkeit gegeben sein, nur Standard-Bauelemente einzusetzen.The object of the invention is now to specify an arrangement for current measurement, which is inexpensive and easy to manufacture, has a high level of robustness against interference signals and enables improved heat dissipation. In addition, the arrangement for current measurement should be able to use only standard components.
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by an object having the features according to
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Anordnung zur Strommessung gelöst, bei welcher in einem Strömungspfad, in welchem ein Strom gemessen wird, ein Shuntwiderstand angeordnet ist. Der Shuntwiderstand ist aus mindestens zwei Teilshuntwiderständen ausgebildet, wobei die beiden Teilshuntwiderstände einen gleichen Widerstandswert aufweisen können. Nach einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung weist ein Teilshuntwiderstand den halben Widerstandswert des für die Strommessung benötigten Shuntwiderstands auf.The object is achieved by an arrangement for current measurement according to the invention, in which a shunt resistor is arranged in a flow path in which a current is measured. The shunt resistor is formed from at least two partial shunt resistors, it being possible for the two partial shunt resistors to have the same resistance value. According to a special embodiment of the invention, a partial shunt resistor has half the resistance value of the shunt resistor required for the current measurement.
Nach der Konzeption der Erfindung sind die mindestens zwei Teilshuntwiderstände in einer Reihenschaltung, gemeinsam auf einer Seite einer Leiterplatte oder auf verschiedenen, sich gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte sowie mit Längsachsen parallel und beabstandet zueinander angeordnet. Dabei ist zwischen einem ersten Lötpad, welches mit einer ersten Anschlussfläche eines ersten Teilshuntwiderstands verbunden ist, und einem zweiten Lötpad, welches mit einer zweiten Anschlussfläche eines zweiten Teilshuntwiderstands verbunden ist, sowie einem Messverstärker Messleitungen ausgebildet.According to the concept of the invention, the at least two partial shunt resistors are arranged in a series circuit, together on one side of a printed circuit board or on different, opposite sides of the printed circuit board and with longitudinal axes parallel and spaced apart from one another. Measuring lines are formed between a first soldering pad, which is connected to a first connection surface of a first partial shunt resistor, and a second soldering pad, which is connected to a second connection surface of a second partial shunt resistance, and a measuring amplifier.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die mindestens zwei Teilshuntwiderstände mäanderförmig angeordnet, wobei die Teilshuntwiderstände parallel und in einem geringen Abstand zueinander, insbesondere auf der Leiterplatte, angeordnet sind. Unter der parallelen Anordnung der mindestens zwei Teilshuntwiderstände ist zu verstehen, dass die quaderförmigen oder zylinderförmigen Teilshuntwiderstände mit einer sich jeweils in Richtung der größten Ausdehnung erstreckenden Längsachse parallel zueinander ausgerichtet sind.According to a development of the invention, the at least two partial shunt resistors are arranged in a meandering manner, with the partial shunt resistors being arranged parallel and at a small distance from one another, in particular on the printed circuit board. The parallel arrangement of the at least two partial shunt resistors means that the cuboid or cylindrical partial shunt resistors are aligned parallel to one another with a longitudinal axis that extends in the direction of the greatest extent.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind bei zwei parallel beziehungsweise mäanderförmig angeordneten Teilshuntwiderständen beide Teilshuntwiderstände an einem Ende elektrisch leitend miteinander verbunden. Dabei ist beispielsweise auf einer Leiterplatte ein Lötpad ausgebildet, mit welchem beide Teilshuntwiderstände an den jeweiligen ersten Enden verlötet sind. Die jeweils zweiten Enden der beiden Teilshuntwiderstände sind vorzugsweise mit separaten, elektrisch voneinander getrennten Lötpads verlötet, welche die Verbindungen zu dem Strompfad herstellen, in welchem der Strom Ishunt zu messen ist. Damit ergibt sich bezüglich des vom zu messenden Strom zurückzulegenden Weges eine mäanderförmige Anordnung der beiden Teilshuntwiderstände.According to an advantageous embodiment of the invention, in the case of two partial shunt resistors arranged in parallel or in a meandering pattern, both partial shunt resistors are electrically conductively connected to one another at one end. In this case, for example, a soldering pad is formed on a printed circuit board, with which both partial shunt resistors are soldered at the respective first ends. The respective second ends of the two partial shunt resistors are preferably soldered to separate soldering pads which are electrically separate from one another and which produce the connections to the current path in which the current I shunt is to be measured. This results in a meandering arrangement of the two partial shunt resistors with respect to the path to be covered by the current to be measured.
Die Teilshuntwiderstände sind bevorzugt als SMD-Bauelemente, kurz für englisch: Surface-Mounted Device, ausgebildet, welche keine Anschlussdrähte aufweisen und mittels lötfähiger Anschlussflächen direkt auf die Leiterplatte aufgelötet sind. Dabei sind die Anschlussflächen auf auf der Leiterplatte angeordneten Lötpads beziehungsweise Kontaktflächen aufgelötet. Diese Technik wird auch als Oberflächenmontage bezeichnet.The partial shunt resistors are preferably in the form of SMD components, or surface-mounted devices for short, which have no connecting wires and are soldered directly onto the printed circuit board by means of solderable connecting surfaces. In this case, the connection surfaces are soldered onto soldering pads or contact surfaces arranged on the printed circuit board. This technique is also known as surface mounting.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die parallel beziehungsweise mäanderförmig angeordneten Teilshuntwiderstände auf einer ersten Seite beziehungsweise einer ersten Oberfläche der Leiterplatte angeordnet.According to an advantageous embodiment of the invention, the parallel or meandering partial shunt resistors are arranged on a first side or a first surface of the printed circuit board.
Alternativ können die parallel beziehungsweise mäanderförmig angeordneten Teilshuntwiderstände auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte vorgesehen sein. Dabei sind zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung der jeweiligen ersten Enden der Teilshuntwiderstände eine oder mehrere Durchkontaktierungen ausgebildet, welche beispielsweise entsprechende Lötpads, auf welchen die jeweiligen ersten Enden der Teilshuntwiderstände aufgelötet sind, miteinander verbinden.Alternatively, the partial shunt resistors arranged in parallel or in a meandering pattern can be provided on two opposite sides of the printed circuit board. In this case, one or more vias are formed to produce an electrically conductive connection of the respective first ends of the partial shunt resistors, which, for example, connect corresponding soldering pads to which the respective first ends of the partial shunt resistors are soldered.
Unabhängig von der Anordnung der Teilshuntwiderstände auf einer oder beiden Seiten der Leiterplatte ist es vorgesehen, dass das eine Lötpad bei einer einseitigen Anordnung oder die beiden gegenüberliegenden Lötpads bei einer zweiseitigen Anordnung der Teilshuntwiderstände größer als zur Kontaktierung notwendig ausgebildet sind, um am gemeinsamen Verbindungspunkt der ersten Enden der Teilshuntwiderstände eine Wärmeableitung aus den Teilshuntwiderständen zu ermöglichen beziehungsweise zu verbessern. Über das entsprechend großflächig ausgebildete Lötpad beziehungsweise die zwei sich gegenüberliegenden entsprechend großflächig ausgebildeten Lötpads wird jeweils eine Fläche bereitgestellt, über welche aus den Teilshuntwiderständen in das Lötpad oder die Lötpads übertragene Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Damit wird die Wärmeabfuhr des aus mindestens zwei Teilshuntwiderständen bestehenden Shuntwiderstands verbessert.Irrespective of the arrangement of the partial shunt resistors on one or both sides of the printed circuit board, it is provided that one soldering pad in a one-sided arrangement or the two opposite soldering pads in a two-sided arrangement of the partial shunt resistors are made larger than is necessary for contacting, in order to reach the common connection point of the first Ends of the partial shunt resistors to allow or improve heat dissipation from the partial shunt resistors. A surface is provided via the correspondingly large-area soldering pad or the two opposing soldering pads of correspondingly large-area design, via which heat transferred from the partial shunt resistors to the soldering pad or the soldering pads can be emitted to the environment. This improves the heat dissipation of the shunt resistor, which consists of at least two partial shunt resistors.
Die Verbesserung der Wärmeabfuhr führt zu einer verringerten thermischen Belastung der Bauelemente und ermöglicht eine Auswahl von Elementen mit geringeren thermischen Anforderungen beziehungsweise einer verringerten Verlustleistung, was die Kosten der benötigten Elemente stark verringert.The improvement in heat dissipation leads to a reduced thermal load on the components and enables a selection of elements with lower thermal requirements or reduced power loss, which greatly reduces the costs of the required elements.
Auch die mit den jeweiligen zweiten Enden der Teilshuntwiderstände verbundenen Lötpads können größer als zur Kontaktierung notwendig ausgebildet sein, um eine weitere Möglichkeit für eine verbesserte Wärmeabfuhr aus den Teilshuntwiderständen bereitzustellen.The soldering pads connected to the respective second ends of the partial shunt resistors can also be made larger than is necessary for contacting, in order to provide a further possibility for improved heat dissipation from the partial shunt resistors.
Ein weiterer Vorteil der parallelen beziehungsweise mäanderförmigen Anordnung der Teilshuntwiderstände besteht darin, dass die Induktivität einer derartigen Anordnung, insbesondere des Shuntwiderstands, verringert wird. Durch die Anordnung der Teilshuntwiderstände auf einem kleinen Raum auf einer Seite oder beiden Seiten der Leiterplatte wird eine kleinstmögliche magnetisch wirksame Fläche aufgespannt beziehungsweise eine Antennenwirkung der Anordnung verringert. Damit wird die Wirkung von Störfeldern beziehungsweise von Störeinflüssen durch andere Baugruppen reduziert, da diese Wirkung stets mit der Antennenwirkung der Anordnung im Zusammenhang steht. Die Störempfindlichkeit der parallelen beziehungsweise mäanderförmigen Anordnung der Teilshuntwiderstände wird verringert, während die Robustheit der Anordnung zur Strommessung vergrößert wird.
Die geringere Induktivität der Anordnung zur Strommessung führt auch zu einer vorteilhaften Verringerung der von der Anordnung ausgehenden Störsignale.A further advantage of the parallel or meandering arrangement of the partial shunt resistors is that the inductance of such an arrangement, in particular of the shunt resistor, is reduced. By arranging the partial shunt resistors in a small space on one side or both sides of the printed circuit board, the smallest possible magnetically effective area is spanned or an antenna effect of the arrangement is reduced. This reduces the effect of interference fields or interference from other assemblies, since this effect is always related to the antenna effect of the arrangement. The sensitivity to interference of the parallel or meandering arrangement of the partial shunt resistors is reduced, while the robustness of the arrangement for current measurement is increased.
The lower inductance of the arrangement for current measurement also leads to an advantageous reduction in the interference signals emanating from the arrangement.
Des Weiteren können die Messleitungen als Verbindungsleitungen zwischen den entsprechenden Lötpads und einem Messverstärker zur Verstärkung der über den Teilshuntwiderständen zu messenden Spannung Ushunt in einem geringen Abstand zueinander auf der Leiterplatte platziert werden, da die Lötpads der jeweiligen zweiten Enden der Teilshuntwiderstände eng benachbart zueinander angeordnet werden können. Die Lötpads können dabei sowohl auf einer Seite der Leiterplatte als auch auf den gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte eng benachbart zueinander angeordnet sein. Im letzteren Fall wird der minimale Abstand der Lötpads zueinander durch die Materialstärke der Leiterplatte vorgegeben.Furthermore, the measuring lines can be placed as connecting lines between the corresponding soldering pads and a measuring amplifier for amplifying the voltage U shunt to be measured across the partial shunt resistors at a small distance from one another on the printed circuit board, since the soldering pads of the respective second ends of the partial shunt resistors are arranged closely adjacent to one another be able. The soldering pads can be arranged closely adjacent to one another both on one side of the printed circuit board and on the opposite sides of the printed circuit board. In the latter case, the minimum distance between the soldering pads is determined by the material thickness of the printed circuit board.
Die Anordnung der Messabgriffe in einem sehr geringen Abstand zueinander verringert in Verbindung mit kurzen Messleitungen zwischen den Lötpads und dem Messverstärker auch die magnetisch wirksame Fläche beziehungsweise die Antennenwirkung und führt zu einer verbesserten Störfestigkeit.The arrangement of the measuring taps at a very small distance from one another, in conjunction with short measuring lines between the soldering pads and the measuring amplifier, also reduces the magnetically effective area or the antenna effect and leads to improved interference immunity.
Insgesamt führt die Verbesserung der Störfestigkeit der Anordnung zur Strommessung zu einer Verbesserung der Genauigkeit bei der Messung des Stroms Ishunt. Damit kann eine derartige Anordnung zur Strommessung in Bereichen eingesetzt werden, in welchen hohe Forderungen in Bezug auf die Genauigkeit der Strommessung und die Robustheit bestehen.Overall, the improvement in the interference immunity of the arrangement for current measurement leads to an improvement in the accuracy when measuring the current I shunt . In this way, such an arrangement for current measurement can be used in areas in which there are high demands with regard to the accuracy of the current measurement and the robustness.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 : einen Wechselrichter aus dem Stand der Technik, -
2 : eine erfindungsgemäße Anordnung zur Strommessung in einer ersten Ausführungsform, -
3 : eine weitere erfindungsgemäße Anordnung zur Strommessung in einer zweiten Ausführungsform und -
4 : eine Darstellung von Lötpads und Messleitungen der erfindungsgemäßen Anordnung.
-
1 : a prior art inverter, -
2 : an arrangement according to the invention for current measurement in a first embodiment, -
3 : a further arrangement according to the invention for current measurement in a second embodiment and -
4 : a representation of soldering pads and measuring lines of the arrangement according to the invention.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Strommessung kann beispielsweise zur Messung der Phasenströme beziehungsweise der Ströme Ishunt 1, Ishunt 2, Ishunt 3 von Motorphasen U, V und W in einem in
Eine sehr verbreitete Schaltungsanordnung zur geregelten Ansteuerung von elektrischen Antrieben mittels eines Wechselrichters 2 ist in
Die B6-Brücke umfasst drei Halbbrücken 3a, 3b, 3c, bestehend aus je einem High-Side-Leistungsschalter 4 und je einem Low-Side-Leistungsschalter 5. Die Leistungsschalter 4, 5 beziehungsweise Halbleiter-Leistungsschalter sind beispielsweise als MOSFET, kurz für englisch: Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor oder als IGBT, kurz für englisch: Insulated-Gate Bipolar Transistor, ausgebildet.The B6 bridge comprises three half-
Innerhalb einer Halbbrücke 3a, 3b, 3c ist ein Anschluss des High-Side-Leistungsschalters 4 direkt mit einem Anschluss des Low-Side-Leistungsschalters 5 sowie einem Ausgang der Halbbrücke 3a, 3b, 3c beziehungsweise des Wechselrichters 2 verbunden. Über den Ausgang wird die von der Halbbrücke 3a, 3b, 3c erzeugte Spannung einer Phase U, V, W, beispielsweise zum Betreiben eines angeschlossenen Elektromotors 6, ausgegeben.A connection of the high-
Zur Messung der Phasenströme sind in einer Reihenschaltung mit den Halbbrücken 3a, 3b, 3c Phasenstrommessshuntwiderstände beziehungsweise Shuntwiderstände 7a, 7b, 7c angeordnet. Der ersten Halbbrücke 3a ist der erste Shuntwiderstand 7a zugeordnet, während der zweiten Halbbrücke 3b der zweite Shuntwiderstand 7b und der dritten Halbbrücke 3c der dritte Shuntwiderstand 7c zugeordnet sind.To measure the phase currents, phase current measuring shunt resistors or
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, werden die jeweiligen Phasenströme iph1, iph2, iph3, welche den in
Eine aus dem Shuntwiderstand 7a, 7b, 7c und dem zugehörigen Messverstärker 8a, 8b, 8c bestehende Einheit wird als Anordnung 1' zur Strommessung nach dem Stand der Technik bezeichnet, wie es in
In
Gemäß der Ausführungsform der Anordnung 1 nach
Ein derartiges Lötpad stellt eine Lötfläche bereit, welche eine Verbindung zwischen einem Bauteil, wie einem Teilshuntwiderstand 10, 11, und einer Leiterbahn auf der Leiterplatte 9 herstellt.Such a soldering pad provides a soldering surface which creates a connection between a component, such as a
Der erste Teilshuntwiderstand 10 ist mit einer zweiten Anschlussfläche 14 mit einem gemeinsamen Lötpad 18 elektrisch leitend verbunden beziehungsweise verlötet, mit welchem zudem eine erste Anschlussfläche 15 des zweiten Teilshuntwiderstands 11 verlötet ist. Eine zweite Anschlussfläche 16 des zweiten Teilshuntwiderstands 11 ist mit einem zweiten Lötpad 19 verbunden.The first
Das erste Lötpad 17 und das zweite Lötpad 19 stellen die Verbindungen der Anordnung 1 zur Strommessung in den Strompfad her, in welchem der Strom gemessen werden soll, wie der in
Wie in
Zur Messung der Spannung Ushunt, welche über beiden Teilshuntwiderständen 10, 11 abfällt und zur Stromermittlung gemessen wird, sind die Lötpads 17, 19 mittels als Messleitungen 21 ausgebildeten Leiterzügen mit den Eingängen eines Messverstärkers 22 verbunden. An einem Ausgang 23 des Messverstärkers 22 wird entweder bereits ein Wert für den zu messenden Strom, wie Ishunt3, oder ein zur weiteren Verarbeitung bestimmtes Signal ausgegeben.To measure the voltage U shunt , which drops across the two
Durch die benachbarte Anordnung der Lötpads 17, 19 besteht die Möglichkeit, die Messleitungen 21 zum Messverstärker 22 sehr eng beabstandet zueinander anzuordnen. Außerdem ist es möglich, den Messverstärker 22 sehr nah an den Lötpads 17, 19 zu platzieren, sodass die Länge der Messleitungen 21 minimal ist. Die Maßnahmen führen zudem dazu, dass ein eine magnetisch wirksame Fläche aufspannender Bereich 26, über welchen Störungen eingekoppelt werden können, minimiert wird. Mittels der Anordnung 1 zur Strommessung werden auch die resultierende Antennenwirkung minimiert und die Wärmeableitung aus den Teilshuntwiderständen 10, 11 maximiert.Due to the adjacent arrangement of the
In
Eine Beschränkung der Anordnung 1 auf zwei Teilshuntwiderstände 10, 11 ist nicht vorgesehen. Es könnten auch vier oder mehr Teilshuntwiderstände angeordnet sein, welche in Summe den Wert des zur Strommessung benötigten Shuntwiderstands bereitstellen. Auch bei einer Ausbildung von vier Teilshuntwiderständen sind die Teilshuntwiderstände mit den Längsachsen vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet angeordnet.The
In
Der erste Teilshuntwiderstand 10 ist auf einer ersten Seite der Leiterplatte 9 angeordnet, während der zweite Teilshuntwiderstand 11 auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Leiterplatte 9 angeordnet ist. Die Teilshuntwiderstände 10, 11 sind somit gegenüberliegend mit dem geringstmöglichen Abstand zueinander angeordnet. Die Längsachsen 12 der Teilshuntwiderstände 10, 11 sind parallel zueinander ausgerichtet.The first
Der erste Teilshuntwiderstand 10 ist mit der ersten Anschlussfläche 13 mit dem ersten Lötpad 17 und mit der zweiten Anschlussfläche 14 mit einem ersten Teil eines gemeinsamen Lötpads 18a elektrisch leitend verbunden beziehungsweise verlötet.The first
Die erste Anschlussfläche 15 des zweiten Teilshuntwiderstands 11 ist mit einem zweiten Teil eines gemeinsamen Lötpads 18b elektrisch leitend verbunden, während die zweite Anschlussfläche 16 des zweiten Teilshuntwiderstands 11 mit einem zweiten Lötpad 19 elektrisch leitend verbunden ist.The
Zwischen dem ersten Teil des gemeinsamen Lötpads 18a und dem zweiten Teil des gemeinsamen Lötpads 18b sind mehrere Durchkontaktierungen 25 ausgebildet, welche beide Teile des gemeinsamen Lötpads 18a, 18b elektrisch leitend miteinander verbinden und derart ein gemeinsames Lötpad ausbilden. Die Durchkontaktierungen 25 ermöglichen sowohl eine elektrisch leitfähige als auch eine thermisch leitfähige Verbindung der Teile des gemeinsamen Lötpads 18a, 18b. Die Teile des gemeinsamen Lötpads 18a, 18b sind größer als zur Kontaktierung der Anschlussflächen 14, 15 der Teilshuntwiderstände 10, 11 notwendig ausgebildet, um beispielsweise die Wärmeableitung 20 zu maximieren.A plurality of
Auch in
Das erste Lötpad 17 und das zweite Lötpad 19 stellen wiederum die Verbindungen der Anordnung 1 zur Strommessung in den Strompfad her, in welchem der Strom zu messen ist, wie der in
Durch die benachbarte Anordnung der Lötpads 17, 19 besteht die Möglichkeit, die Messleitungen 21 zum Messverstärker 22 sehr eng beabstandet zueinander anzuordnen. Außerdem ist es möglich, den in
Auch bei der Ausführungsform der Anordnung 1 zur Strommessung nach
Zum besseren Verständnis geht aus
Dabei wird der geringe Abstand zwischen dem ersten Lötpad 17 und dem zweiten Lötpad 19 sowie die dadurch ermöglichte eng beabstandete Führung der Messleitungen 21 zum Messverstärker 22 mit dem Ausgang 23 deutlich. Sowohl die beiden Lötpads 17, 19 als auch das gemeinsame Lötpad 18 sind in den Flächen größer als zur Kontaktierung der Teilshuntwiderstände 10, 11 notwendig ausgebildet, um derart die Wärmeableitung 20 zu maximieren.The small distance between the
BezugszeichenlisteReference List
- 1,1,
- Anordnung zur StrommessungArrangement for current measurement
- 22
- Wechselrichter / InverterInverters / inverters
- 3a, 3b, 3c3a, 3b, 3c
- Halbbrückehalf bridge
- 44
- Leistungsschalter, High-Side-LeistungsschalterCircuit breakers, high-side circuit breakers
- 55
- Leistungsschalter, Low-Side-LeistungsschalterCircuit breaker, low side circuit breaker
- 66
- Elektromotorelectric motor
- 7a, 7b, 7c7a, 7b, 7c
- Shuntwiderstandshunt resistance
- 8a, 8b, 8c8a, 8b, 8c
- Messverstärkermeasuring amplifier
- 99
- Leiterplattecircuit board
- 1010
- erster Teilshuntwiderstandfirst partial shunt resistor
- 1111
- zweiter Teilshuntwiderstandsecond partial shunt resistor
- 1212
- Längsachselongitudinal axis
- 1313
- erste Anschlussfläche erster Teilshuntwiderstandfirst pad first partial shunt resistor
- 1414
- zweite Anschlussfläche erster Teilshuntwiderstandsecond pad first partial shunt resistor
- 1515
- erste Anschlussfläche zweiter Teilshuntwiderstandfirst pad second partial shunt resistor
- 1616
- zweite Anschlussfläche zweiter Teilshuntwiderstandsecond pad second partial shunt resistor
- 1717
- erstes Lötpad, Lötflächefirst solder pad, solder surface
- 18, 18a, 18b18, 18a, 18b
- gemeinsames Lötpadcommon solder pad
- 1919
- zweites Lötpad, Lötflächesecond solder pad, solder surface
- 2020
- Wärmespreizung, WärmeableitungHeat spread, heat dissipation
- 2121
- MessleitungMeasurement line
- 2222
- Messverstärkermeasuring amplifier
- 2323
- AusgangExit
- 2424
- Stromflusscurrent flow
- 2525
- Durchkontaktierungvia
- 2626
- Bereicharea
Claims (8)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020106447.0A DE102020106447B4 (en) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Arrangement for current measurement |
PCT/KR2021/002162 WO2021182766A1 (en) | 2020-03-10 | 2021-02-22 | Arrangement for current measurement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020106447.0A DE102020106447B4 (en) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Arrangement for current measurement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020106447A1 DE102020106447A1 (en) | 2021-09-16 |
DE102020106447B4 true DE102020106447B4 (en) | 2022-07-14 |
Family
ID=77456905
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020106447.0A Active DE102020106447B4 (en) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Arrangement for current measurement |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020106447B4 (en) |
WO (1) | WO2021182766A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150268277A1 (en) | 2011-03-01 | 2015-09-24 | Sendyne Corporation | Current Sensor |
DE102014103343B4 (en) | 2013-03-15 | 2019-01-24 | Infineon Technologies Ag | A MULTI-CURRENT SENSOR DEVICE, A MULTIPLE CIRCUIT ARRANGEMENT DEVICE AND A METHOD FOR PROVIDING A SENSOR SIGNAL |
DE102016113159B4 (en) | 2015-07-22 | 2019-10-17 | Fanuc Corporation | Disturbance unaffected current detection circuit |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10328870A1 (en) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Isabellenhütte Heusler GmbH KG | Resistance arrangement, manufacturing method and measuring circuit |
JP5579234B2 (en) * | 2012-08-30 | 2014-08-27 | 三菱電機株式会社 | Electronic circuit component cooling structure and inverter device using the same |
JP6222371B2 (en) * | 2014-09-25 | 2017-11-01 | 三洋電機株式会社 | Current detection device and power supply device with shunt resistor |
JP2016115834A (en) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | ダイキン工業株式会社 | Electronic circuit device |
-
2020
- 2020-03-10 DE DE102020106447.0A patent/DE102020106447B4/en active Active
-
2021
- 2021-02-22 WO PCT/KR2021/002162 patent/WO2021182766A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150268277A1 (en) | 2011-03-01 | 2015-09-24 | Sendyne Corporation | Current Sensor |
DE102014103343B4 (en) | 2013-03-15 | 2019-01-24 | Infineon Technologies Ag | A MULTI-CURRENT SENSOR DEVICE, A MULTIPLE CIRCUIT ARRANGEMENT DEVICE AND A METHOD FOR PROVIDING A SENSOR SIGNAL |
DE102016113159B4 (en) | 2015-07-22 | 2019-10-17 | Fanuc Corporation | Disturbance unaffected current detection circuit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102020106447A1 (en) | 2021-09-16 |
WO2021182766A1 (en) | 2021-09-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2619595B1 (en) | Measurement system for monitoring at least one phase of a system | |
DE10045563B4 (en) | The power semiconductor module assembly | |
DE112010004321T5 (en) | driving device | |
DE102015215855A1 (en) | Power conversion device and electric power steering device | |
DE102010044509A1 (en) | inverter | |
DE102012212946B4 (en) | Current detection system | |
DE102004029023B4 (en) | Power semiconductor module having a detector for detecting a main circuit current flowing through a power semiconductor device | |
WO2014198601A1 (en) | Current sensor arrangement | |
DE102017213543B4 (en) | Filter arrangement, voltage converter with a filter arrangement | |
EP3008474B1 (en) | Current sensor arrangement with measuring coils | |
DE102010036040A1 (en) | Device for measuring electric current in current guard of power-electronic arrangement for industrial truck, has current guard, circuit board and magnetic field sensor that are arranged based on surface mount device construction | |
DE112018001171B4 (en) | DRIVE CONTROL DEVICE FOR ELECTRIC MOTOR AND DRIVE CONTROL PROCEDURE FOR IT | |
DE102020106447B4 (en) | Arrangement for current measurement | |
DE102006006314A1 (en) | Device for measuring the current intensity | |
DE102020208167A1 (en) | Power module for operating an electric vehicle drive with improved temperature determination of the power semiconductors | |
DE102013213348B4 (en) | Power semiconductor module and electric drive with a power semiconductor module | |
DE102012212945A1 (en) | inverter | |
AT523610B1 (en) | converter assembly | |
WO2002069482A1 (en) | Circuit design for a circuit for switching currents | |
DE102019124391B4 (en) | Magnetic field-based current sensor for frequency-compensated measurement of alternating currents | |
DE102013212764A1 (en) | power converters | |
DE112017002768T5 (en) | ELECTRICAL ENERGY TRANSFORMER DEVICE AND ELECTRIC POWER STEERING DEVICE USING THE SAME | |
DE102019100638B4 (en) | Current measuring system for a commutated motor | |
DE102019219040A1 (en) | Gate driver for controlling a circuit breaker | |
DE102021107218A1 (en) | Device for temperature measurement and device for current determination |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |