DE602004004555T2

DE602004004555T2 - Einrichtung zur nichtdissipativen messung von strom in einem induktiven widerstand

Info

Publication number: DE602004004555T2
Application number: DE200460004555
Authority: DE
Inventors: THALES Intellectual Property Flavien BLANC; Christophe Taurand
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2024-10-07
Also published as: FR2861179B1; US20070075711A1; DE602004004555D1; FR2861179A1; WO2005038472A1; US7394264B2; EP1676140B1; EP1676140A1

Description

Die Erfindung betrifft eine nicht-dissipative, kostengünstige Messvorrichtung mit reduzierten Abmessungen für den eine Drosselspule durchquerenden Strom, die in eine elektronische oder elektronische Vorrichtung eingefügt ist.
Bei manchen elektronischen Anwendungen ist es notwendig, den Wert des Stroms in den Drosselspulen mit guter Präzision und mit geringstmöglicher Störung der Vorrichtung zu messen, in die die Drosselspule eingefügt ist. Es kann zum Beispiel die Messung des Stroms in den Drosselspulen der Schaltnetzteile, unter anderen den Abwärts- oder Aufwärts-Schaltwandlern ("buck converter" bzw. "boost converter" in englischer Sprache), erwähnt werden.
Das am häufigsten verwendete, klassische Verfahren besteht darin, einen Shunt in Reihe mit der Drosselspule anzuordnen, der es ermöglicht, das Bild des Stroms in der Drosselspule zu erhalten, indem die Spannung an den Klemmen des Nebenschluss-Widerstands gemessen wird. Diese Lösung hat den Vorteil, einfach anwendbar zu sein, dagegen hat sie einen schwerwiegenden Nachteil. Die in den Shunt dissipierte Leistung trägt nämlich dazu bei, den globalen Wirkungsgrad des Wandlers zu verschlechtern, was nicht immer akzeptabel ist, dies umso mehr, als die Ausgangsspannung der Energieumwandlungsvorrichtung niedrig ist. Um diese Beschränkung zu vermeiden, wird eine Lösung der nicht-dissipativen Strommessung, die in 1 gezeigt ist, verwendet.
1 zeigt ein Schaltbild einer Messvorrichtung 10 des Stroms 1, der eine Drosselspule 12 durchquert. Die Drosselspule 12 ist durch ihr Ersatzschaltbild dargestellt, das einen reinen reaktiven Teil, d.h. den induktiven Teil L, in Reihe mit einem Widerstand RL aufweist. Die Drosselspule weist eine Klemme A und eine Klemme B auf.
Die Messvorrichtung 10, kostengünstig und sehr wenig dissipativ, wird mit Klemmen A und B der Drosselspule 12 parallelgeschaltet. Die Messvorrichtung 10 weist einen Widerstand R2 in Reihe mit der Parallelschaltung eines Widerstands R1 und eines Kondensators C1 auf, wobei der Widerstand R2 mit der Klemme A, der Widerstand R1 mit der Klemme B verbunden ist.
Die Druckschrift US 6,469,481 B1 (TATEISHI) offenbart eine Vorrichtung dieser Art.
Ziel dieser Montage des Stands der Technik ist es, eine Spannung an den Klemmen des Kondensators C1 proportional zur Spannung an den Klemmen des Widerstands RL der Drosselspule 12, also proportional zum Strom I in der Drosselspule 12 (oder in der Drosselspule L) zu erhalten. Die Ströme in den Widerständen R2 und R1 sind vernachlässigbar gegenüber dem Strom I in der Drosselspule 12.
Um die Elemente der Vorrichtung zu dimensionieren, ist es wichtig, die folgende Beschränkung zu beachten:
Wenn die durch die Gleichung (1) ausgedrückte Bedingung erfüllt wird, ist V_C1 das Bild des Stroms in der Drosselspule. Die Spannung V_C1 an den Klemmen von C1 wird durch die folgende Beziehung angegeben:
Die Vorrichtung der 1 ermöglicht es also, das Bild eines eine Drosselspule durchquerenden Stroms zu erhalten, unter der Bedingung, dass man den Wert des intrinsischen Widerstands RL der Drosselspule kennt.
Man kann anmerken, dass das Bild des Stroms durch eine Gleichung vom Typ: V_C1(I) = a·I, mit "a" dem Proportionalitätskoeffizienten, angegeben wird.
Bei manchen Anwendungen ist es notwendig, dass die Messung eine Offsetspannung aufweist, d.h., dass im Gegensatz zur vorhergehenden Gleichung (2) die Spannung V_C1 nicht Null ist, wenn der Strom I Null ist. Die Gleichung, die dieses Verhalten ausdrückt, hat folgende Form: V_C1(I) = a·I + b mit:
"a" dem Proportionalitätskoeffizienten und "b" der Ordinate am Anfang (in unserem Fall Offsetspannung).
Um diese Verschiebung bei der Messung herzustellen, genügt es, eine zusätzliche Einrichtung zur Vorrichtung der 1 hinzuzufügen.
2 zeigt eine Messvorrichtung des Stroms I in der Drosselspule 12 mit einem Spannungsoffset Voffset.
In der Strommessvorrichtung der 2 ist die Bildspannung des Stroms in der Drosselspule nicht mehr V_C1, wie in der Vorrichtung der 1, sondern wird zur Spannung Vmes.
Die Messschaltung der 2 weist zusätzlich zu den Elementen der 1 eine Offsetschaltung 14 mit einem parallelgeschalteten Generator E einer Gleichspannung Vout, mit einem Offsetwiderstand Roffset in Reihe mit zwei parallelgeschalteten Widerständen R3 und R4 auf. Während der positive Pol des Generators mit dem gemeinsamen Punkt der zwei Widerstände R3 und R4 und mit der Klemme B der Drosselspule 12 verbunden ist, ist der negative Pol des Generators mit dem Widerstand Roffset verbunden. Der Spannungsgenerator E kann der Ausgangskondensator eines Wandlers sein, was zum Beispiel bei einem Wandler vom Typ Buck der Fall ist.
Es ist ebenfalls möglich, einen Kondensator C1' parallel auf R3 und R4 anzuordnen, um die Impedanzen auf den beiden Zweigen der Messvorrichtung auszugleichen.
Die Spannung Vmes wird zwischen dem gemeinsamen Punkt ca zwischen den beiden Widerständen R2 und R1 und dem gemeinsamen Punkt cb zwischen dem Widerstand Roffset und den zwei parallelgeschalteten Widerständen R3 und R4 gemessen.
Man kann den Ausdruck von Vmes bezüglich der Vorrichtung der 2 folgendermaßen schreiben:
Da die Spannung Vout konstant ist, ist die Spannung Voffset also ebenfalls konstant, die erhaltene Gleichung hat also die folgende Form: Vmes(I) = a·I + b, mit:
Diese Art von Messung wird bei den Vorrichtungen wie den Schaltwandlern der Leistungselektronik verwendet, bei denen es notwendig ist, den die Drosselspulen durchquerenden Strom zu begrenzen. Hierzu wird die Messspannung Vmes mit Hilfe eines Schwellwertkomparators mit einer Schwellenspannung Vschwelle verglichen, die einem maximalen Strom Imax entspricht.
Die in 2 dargestellte Vorrichtung des Stands der Technik hat aber einen schwerwiegenden Nachteil, da der Wert des Widerstands RL der Drosselspule von der Temperatur abhängt, der sie ausgesetzt ist, die erhaltene Strommessung hat also einen mit der Temperatur verbundenen Fehler. Folglich hängt die Messung des Stroms in der Drosselspule und somit die Begrenzung des Stroms Ilim von der Temperatur ab.
3 zeigt eine Änderungskurve des Grenzstroms Ilim in Abhängigkeit von der Temperatur T einer Strombegrenzungsschaltung, die einen Schwellwertkomparator und die Messvorrichtung der 2 aufweist. Die Veränderung des Grenzstroms in Abhängigkeit von der Temperatur beträgt 60% zwischen –40°C und 100°C. Eine solche Streuung des Werts des Grenzstroms führt zu einer Überdimensionierung der Leistungsschaltung, damit sie den Grenzstrom bei niedriger Temperatur aushalten kann, was einen schwerwiegenden Nachteil darstellt.
Um die Nachteile der Vorrichtungen zur Strommessung des Stands der Technik zu beseitigen, schlägt die Erfindung eine Strommessvorrichtung in einer Drosselspule vor, die dazu bestimmt ist, parallel zur Drosselspule angeschlossen zu werden, die zwei Klemmen A und B aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist:

– ein zur Drosselspule parallelgeschaltetes Netz, das mit den Klemmen A und B verbunden ist und einen Widerstand R2 in Reihe mit der Parallelschaltung eines Widerstands R1 und eines Kondensators C1 aufweist,
– eine Spannungsoffsetschaltung mit einem Gleichspannungsgenerator E, der mit einem Offsetwiderstand (Roffset) in Reihe mit der Parallelschaltung zweier Widerstände R3 und R4 parallelgeschaltet ist, wobei der positive Pol des Generators mit dem gemeinsamen Punkt der zwei Widerstände R3 und R4 und mit dem gemeinsamen Punkt des Widerstands R1 und des Kondensators C1 des Netzes verbunden ist, der dazu bestimmt ist, mit einer der beiden Klemmen der Drosselspule verbunden zu werden, während der negative Pol des Generators E mit dem Offsetwiderstand verbunden ist;
– eine Temperaturkompensationsschaltung, die eine temperaturabhängig gesteuerte Stromquelle aufweist, wobei eine der beiden Klemmen der Stromquelle mit dem negativen Pol des Generators E verbunden ist, während die andere Klemme der Stromquelle mit unterschiedlichen Punkten der Messvorrichtung verbunden ist, je nach der Richtung der Änderung des Stroms der Quelle in Abhängigkeit von der Temperatur;

Es muss außerdem die durch die folgende Gleichung ausgedrückte Bedingung erfüllt werden:
indem die Drosselspule als durch ein Ersatzschaltbild dargestellt angesehen wird, das einen induktiven Teil L und einen resistiven Teil RL in Reihe aufweist, damit die Spannung V_C1 an den Klemmen des Kondensators C1 von der Spannung V_L an den Klemmen der Drosselspule unabhängig ist.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung ist, wenn die Stromänderung der Stromquelle in Abhängigkeit von der Temperatur in einer ersten Richtung erfolgt, die andere Klemme der Stromquelle mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R1 und R2 des Netzes verbunden.
In einer anderen Ausführung der Vorrichtung ist, wenn die Stromänderung der Stromquelle in Abhängigkeit von der Temperatur in einer zweiten Richtung erfolgt, die andere Klemme der Stromquelle mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R3, R4 und dem Offsetwiderstand (Roffset) der Kompensationsschaltung verbunden.
Die 4b, 4c und 4d zeigen verschiedene Darstellungen der Stromquelle der Temperaturkompensationsschaltung.
Die in Abhängigkeit von der Temperatur θ gesteuerte Stromquelle kann dargestellt werden durch:

– ein ideales Modell einer Stromquelle Iparf(θ), in 4b dargestellt;
– eine Norton-Ersatzschaltung Inor(θ), in 4c dargestellt, die eine perfekte Stromquelle aufweist, die in Abhängigkeit von der Temperatur variiert, parallelgeschaltet mit einem Widerstand Rnor;
– eine Thévenin-Ersatzschaltung, in 4d dargestellt, die eine Spannungsquelle Eth(θ) aufweist, die in Abhängigkeit von der Temperatur variiert, in Reihe mit einem Widerstand Rth.

Gemäß der Änderungsrichtung des Stroms der Stromquelle ist die Temperaturkompensationsschaltung für die Temperaturkompensation über eine dieser zwei Klemmen entweder mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den zwei Widerständen R1 und R2 des Netzes, oder mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R3, R4 und dem Offsetwiderstand (Roffset) der Kompensationsschaltung und über die andere Klemme mit dem negativen Pol des Generators E verbunden. In diesem letzteren Fall ist die Temperaturkompensationsschaltung mit dem Offsetwiderstand (Roffset) parallelgeschaltet.
Diese Vorrichtung ermöglicht durch temperaturabhängig gesteuerte Stromeinspeisung den Erhalt einer Bildspannung (Vmes) des Stroms in der Drosselspule unabhängig von deren Temperatur.
Die Stromquelle der Temperaturkompensationsschaltung kann auf verschiedene Weise hergestellt werden, zum Beispiel ausgehend von den Spannungen an den Klemmen von Netzen von elektrischen oder elektronischen Bauteilen, unter denen erwähnt werden können:

– die temperaturabhängig variablen Widerstände (Platinwiderstände, Siliciumwiderstand, zum Beispiel ein Widerstand mit dem Handelsnamen KTY des Herstellers "INFINEON" ...);
– die Dioden, deren Schwellenspannung mit der Temperatur variiert (–2 mV/°C);
– oder jede andere elektronische Schaltung, die eine temperaturabhängige Spannung oder Strom liefert (integrierter Temperatursensor wie der AD590 des Herstellers "Analog Device" ...).

Ein Kondensator C1' kann parallel zu R3 und R4 hinzugefügt werden, um den Betrieb der Vorrichtung zu verbessern und ihre Präzision zu erhöhen.
Die Erfindung wird besser verstanden werden an Hand eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren. Es zeigen:
1, bereits beschrieben, eine Messvorrichtung des Stands der Technik für den eine Drosselspule durchquerenden Strom;
2, bereits beschrieben, eine Strommessvorrichtung in der Drosselspule der 1 mit einem Spannungsoffset;
3, bereits beschrieben, eine Änderungskurve des Grenzstroms in Abhängigkeit von der Temperatur einer Strombegrenzungsschaltung, die die Messvorrichtung der 2 verwendet;
4a eine Strommessvorrichtung in einer Drosselspule in einem allgemeinen Fall der Erfindung mit einem Spannungsoffset;
die 4b, 4c und 4d, bereits beschrieben, verschiedene Darstellungen der Stromquelle der Temperaturkompensationsschaltung;
5 eine Ausführung als Beispiel der Strommessvorrichtung in einer Drosselspule gemäß der Erfindung;
6 als Vergleich die temperaturabhängigen Grenzstromveränderungen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (durchgezogener Verlauf) und ohne die Vorrichtung (unterbrochener Verlauf).
Das Schaltbild der 4a zeigt eine Strommessvorrichtung in einer Drosselspule in einem allgemeinen Fall der Erfindung mit einem Spannungsoffset.
4a zeigt:

– die Drosselspule 12, dargestellt durch ihr Ersatzschaltbild, das einen rein reaktiven Teil L in Reihe mit einem Widerstand RL aufweist,
– eine Strommessvorrichtung in der Drosselspule 12 gemäß der Erfindung, parallelgeschaltet mit der Drosselspule, die die zwei Klemmen A und B aufweist.

Die Vorrichtung der 4a weist auf:

– das Netz 10 wie in 2 dargestellt (oder die Messvorrichtung des Stands der Technik der 1) parallelgeschaltet mit der Drosselspule 12, verbunden mit den Klemmen A und B, mit dem Widerstand R2 in Reihe mit der Parallelschaltung des Widerstands R1 mit dem Kondensator C1;
– eine Spannungsoffsetschaltung 16, deren Generator E einer Gleichspannung Vout mit dem Offsetwiderstand Roffset, der mit der Parallelschaltung der zwei Widerstände R3 und R4 in Reihe geschaltet ist, und mit dem gemeinsamen Punkt des Widerstands R1 und des Kondensators C1 parallelgeschaltet ist, die mit der Klemme B der Drosselspule 12 verbunden sind. Der negative Pol des Generators ist mit dem Offsetwiderstand Roffset verbunden;
– eine Temperaturkompensationsschaltung 20, die eine temperaturabhängig variierende Stromquelle aufweist, die durch eine temperaturabhängig variierende perfekte Stromquelle Iparf(S) (4b), oder durch eine Norton-Ersatzschaltung Inor(θ) in Parallelschaltung mit einem Widerstand Rnor (4c), oder durch eine Thévenin-Ersatzschaltung (4d) dargestellt werden kann, die eine temperaturabhängig variierende Spannungsquelle Eth(θ) in Reihe mit einem Widerstand Rth aufweist.

Je nach der Richtung der Veränderung des Stroms der Temperaturkompensationsquelle (Stromgenerator) wird die Temperaturkompensationsschaltung entweder für eine erste Veränderungsrichtung des Stroms über eine dieser zwei Klemmen mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den zwei Widerständen R1 und R2 des Netzes 10 durch die in unterbrochenen Strichen in 4a dargestellte Verbindung S1 verbunden, oder für die zweite Veränderungsrichtung des Stroms mit dem gemeinsamen Punkt des Offsetwiderstandes und der zwei Widerstände R3 und R4 durch die Verbindung S2 verbunden, die in unterbrochenen Strichen dargestellt ist (d.h. in diesem zweiten Fall in Parallelschaltung mit dem Offsetwiderstand Roffset).
Der Kondensator C1' kann parallel zu den Widerständen R3 und R4 hinzugefügt werden, um den Betrieb der Vorrichtung zu verbessern und ihre Präzision zu erhöhen.
Die Spannungsmessung Vmes, Abbild des Stroms I in der Drosselspule 12, wird zwischen dem gemeinsamen Punkt zuwischen den Widerständen R1, R2 des Netzes und dem gemeinsamen Punkt zwischen dem Offsetwiderstand Roffset und den zwei Widerständen R3 und R4 durchgeführt.
5 zeigt eine erste Ausführung der Strommessvorrichtung in einer Drosselspule gemäß der Erfindung.
Die Vorrichtung weist auf:

– das Netz 10, wie es in 2 dargestellt ist, in Parallelschaltung mit der Drosselspule 12, verbunden mit den Klemmen A und B, mit dem Widerstand R2 in Reihe mit der Parallelschaltung des Widerstands R1 mit dem Kondensator C1;
– eine Spannungsoffsetschaltung 22, die den Generator E in Parallelschaltung mit einem Offsetwiderstand R15 in Reihe mit der Parallelschaltung von zwei Widerständen R3 und R4 aufweist. Der positive Pol des Generators E ist mit dem gemeinsamen Punkt der zwei Widerstände R3 und R4 auf der Seite dieser Widerstände und mit dem gemeinsamen Punkt des Widerstands R1 und des Kondensators C1 verbunden, die mit der Klemme B der Drosselspule 12 verbunden sind, wobei der negative Pol des Generators E mit dem Offsetwiderstand R15 verbunden ist;
– eine Temperaturkompensationsschaltung 24, die einen Widerstand R14 aufweist, der über eine dieser zwei Klemmen mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den zwei Widerständen R1 und R2 des Netzes und über die andere Klemme mit einem Ausgang ps einer Teilerbrücke verbunden ist, die einen Widerstand R13 in Reihe mit einem Thermistor RKTY (Referenz: KTY 13-6 von INFINEON) aufweist, wobei die Teilerbrücke auf der Seite des Thermistors RKTY mit dem positiven Pol des Generators E und auf der Seite des Widerstands R13 mit dem negativen Pol des Generators E verbunden ist.

Die Spannungsquelle Eth der Temperaturkompensation (4d) wird im Fall der Ausführung der 5 durch die Spannung des gemeinsamen Punkts zwischen den Widerständen RKTY und R13 erhalten.
Ein Widerstand C1' ist mit R3 und R4 parallelgeschaltet, um den Betrieb der Vorrichtung zu verbessern und ihre Präzision zu erhöhen.
Die Spannungsmessung Vmes, Abbild des Stroms I in der Drosselspule 12, wird zwischen dem gemeinsamen Punkt der Widerstände R15, R3, R4 und de gemeinsamen Punkt der Widerstände R14, R1, R2 durchgeführt.
Nun werden die zwischen den verschiedenen Elementen der in 5 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgedrückt.
Der Widerstand RL stellt den intrinsischen Widerstand der Drosselspule 12 dar. Der Widerstand RL ist temperaturvariabel, und ohne Kompensationsschaltung entsteht ein Messfehler des Stroms in der Drosselspule.
Es wird als Beispiel der Fall der Verwendung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung der 5 in einem mit einer Pendelfrequenz F arbeitenden Spannungs-Schaltwandler betrachtet, der eine Strombegrenzungsschaltung aufweist (nicht in den Figuren dargestellt). Die Begrenzungsschaltung weist hauptsächlich einen Schwellwertkomparator auf, der einerseits die Bildspannung Vmes des Stroms in der Drosselspule 12 und andererseits eine Schwellenspannung Vcomp empfängt, die einen nicht zu überschreitenden maximalen Strom darstellt. Im Ausführungsbeispiel der 5 sind die Werte der Bauteile wie folgt:
RL0 = 8 mΩ für eine Umgebungstemperatur T0 = 25°C
Der Widerstand der Drosselspule RL(T) in Abhängigkeit von der Temperatur wird angegeben durch: RL(T) = RL0·[1 + 0,0038(T – T0)
Das Schaltbild der 5 ermöglicht eine Temperaturkompensation der Strommessung, um eine maximale Strombegrenzung unabhängig von der Temperatur zu erhalten. Zu diesem Zweck verwendet man einen Thermistor RKTY auf der Basis von Silicium, dessen Widerstand im Wesentlichen temperaturabhängig linear variiert. RKTY0 = 2000 ΩRKTY0 für eine Umgebungstemperatur von T0 = 25°C RKTY(T) = RKTY0·[1 + 7,88·10–3·(T – T0) + 19,37·10–6·(T – T0)2]
Das System wird zwischen den beiden Grenztemperaturen Th und Tb dimensioniert. Es handelt sich um die Temperatur der Drosselspule bei voller Leistung, die also die äußere Umgebungstemperatur, hinzugefügt zur inneren Temperaturerhöhung des Gehäuses, in dem sich die Drosselspule befinden kann, sowie diejenige der Drosselspule enthält.
Die Strommessung Vmes wird an einem Eingang der Stromkomparator-Schaltung (nicht in den Figuren dargestellt) angewendet. Der maximale Schwellwert Vcomp des Stroms Vmes entsprechend einem Grenzstrom Imax wird am anderen Eingang der Komparatorschaltung angewendet. Zum Beispiel gilt in dieser Ausführung: Vcomp = 75 mV
Die Spannung Voffset, die am Eingang des Komparators anzulegen ist, wenn der Strom Null ist, ist: Voffset = 3 mV
Der maximale Ausgangsstrom Imax des Wandlers (mittlerer Strom in der Drosselspule) ist:
Imax = 8A für einen Nennstrom.
Wie oben gesagt, muss für den Erhalt einer korrekten Strommessung in der Drosselspule die folgende Beziehung beachtet werden: R1P2·C1 = LRL wobei R_1P2 der Widerstand äquivalent zu R1 und R2 in Parallelschaltung ist.
Da die Temperatur von RL variiert, kann man in der Praxis den Mittelwert RImed wählen.
R13 wird a priori gewählt, um eine Brückenspannung (RKTY, 13) zu erhalten, die sich temperaturmäßig signifikant entwickelt und gleichzeitig den Strom in RKTY begrenzt, um Selbsterwärmungen zu vermeiden.
Es ist also möglich, die Vmes und den Strom I in der Drosselspule verbindende Beziehung folgendermaßen auszudrücken:
mit RL(T) dem Widerstand der Drosselspule in Abhängigkeit von der Temperatur,
mit RKTY(T) einem temperaturabhängig variablen Widerstand.
Die Berechnung des durch die Schwellenspannung am Komparator geregelten Grenzstroms Ilim wird durch den folgenden Ausdruck angegeben:
Die Kurven der 6 zeigen die Veränderungen des Grenzstroms Ilim in Abhängigkeit von der Temperatur T in Grad, wobei die Kurve L1 diese Veränderung im Fall eines nicht mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Systems, die Kurve L2 im Fall eines mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ausgestatteten Systems zeigt. Diese Kurven erlauben es, die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung festzustellen, da die Veränderung des Grenzstroms bei der erfindungsgemäßen temperaturkompensierten Vorrichtung praktisch gleich Null ist.

Claims

Vorrichtung zur Strommessung in einer Drosselspule (12), die dazu bestimmt ist, parallel zur Drosselspule angeschlossen zu werden, die zwei Klemmen A und B aufweist: – wobei die Vorrichtung ein zur Drosselspule parallelgeschaltetes Netz (10) aufweist, das mit den Klemmen A und B verbunden ist und einen Widerstand R2 in Reihe mit der Parallelschaltung eines Widerstands R1 und eines Kondensators C1 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aufweist: – eine Spannungsoffsetschaltung (14, 16, 22) mit einem Gleichspannungsgenerator E, der mit einem Offsetwiderstand (Roffset, R15) in Reihe mit der Parallelschaltung zweier Widerstände R3 und R4 parallelgeschaltet ist, wobei der positive Pol des Generators mit dem gemeinsamen Punkt der zwei Widerstände R3 und R4 und mit dem gemeinsamen Punkt des Widerstands R1 und des Kondensators C1 des Netzes verbunden ist, der dazu bestimmt ist, mit einer der beiden Anschlussklemmen der Drosselspule verbunden zu werden, während der negative Pol des Generators E mit dem Offsetwiderstand verbunden ist; – eine Temperaturkompensations-Schaltung (20, 24), die eine temperaturabhängig gesteuerte Stromquelle aufweist, wobei eine der beiden Anschlussklemmen der Stromquelle mit dem negativen Pol des Generators E verbunden ist, während die andere Anschlussklemme der Stromquelle mit unterschiedlichen Punkten der Messvorrichtung verbunden ist, je nach der Richtung der Änderung des Stroms der Quelle in Abhängigkeit von der Temperatur; und dass die Spannungsmessung Vmes, die ein Abbild des Stroms in der Drosselspule ist, zwischen dem gemeinsamen Punkt der Widerstände R1, R2 des Netzes und dem gemeinsamen Punkt des Offsetwiderstands und der beiden Widerstände R3 und R4 erfolgt.
Strommessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, da die Drosselspule einem rein induktiven Bereich L in Reihe mit einem ohmschen Bereich RL entspricht, das mit der Drosselspule parallelgeschaltete Netz die durch die folgende Beziehung ausgedrückte Bedingung erfüllt:
damit die Spannung V_C1 an den Klemmen des Kondensators C1 von der Spannung V_L an den Klemmen der Drosselspule unabhängig ist.
Strommessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Stromänderung der Stromquelle in Abhängigkeit von der Temperatur in einer ersten Richtung erfolgt, die andere Klemme der Stromquelle mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R1 und R2 des Netzes verbunden ist.
Strommessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Stromänderung der Stromquelle in Abhängigkeit von der Temperatur in einer zweiten Richtung erfolgt, die andere Klemme der Stromquelle mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R3, R4 und dem Offsetwiderstand (Roffset) der Kompensations-Schaltung verbunden ist.
Strommessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle der Temperaturkompensations-Schaltung (20, 24) auf verschiedene Weise realisiert werden kann, zum Beispiel ausgehend von den Spannungen an den Klemmen von Netzen von elektrischen oder elektronischen Bauteilen, unter denen erwähnt werden können: – die temperaturabhängig variablen Widerstände (Platin-Widerstände, Silicium-Widerstand, zum Beispiel ein Widerstand mit der Handelsbezeichnung KTY des Herstellers "INFINEON" ...); – die Dioden, deren Schwellenspannung mit der Temperatur variiert (–2 mV/°C); – oder jede andere elektronische Schaltung, die eine temperaturabhängige Spannung oder einen temperaturabhängigen Strom liefert (integrierter Temperaturmessfühler wie der AD590 des Herstellers "Analog Device", ...).
Strommessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: – das zur Drosselspule (12) parallelgeschaltete Netz (10), das mit den Klemmen A und B verbunden ist und dessen Widerstand R2 mit dem Widerstand R1 in Reihe geschaltet ist, welcher mit dem Kondensator C1 parallelgeschaltet ist, – eine Spannungsoffsetschaltung (22), die den zu einem Offsetwiderstand R15 parallelgeschalteten Generator E aufweist, der mit der Parallelschaltung zweier Widerstände R3 und R4 in Reihe geschaltet ist, wobei der positive Pol des Generators E mit dem gemeinsamen Punkt der zwei Widerstände R3 und R4 auf der Seite dieser Widerstände und mit dem gemeinsamen Punkt des Widerstands R1 und des Kondensators C1 verbunden ist, die mit der Klemme B der Drosselspule 12 verbunden sind, während der negative Pol des Generators E mit dem Offsetwiderstand R15 verbunden ist, – und eine Temperaturkompensations-Schaltung (24), die einen Widerstand R14 aufweist, der über eine dieser beiden Klemmen mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 des Netzes und über die andere Klemme mit einem Ausgang ps einer Teilerbrücke verbunden ist, die einen mit einem Thermistor RKTY in Reihe geschalteten Widerstand R13 aufweist, wobei die Teilerbrücke auf der Seite des Thermistors RKTY mit dem positiven Pol des Generators E und auf der Seite des Widerstands R13 mit dem negativen Pol des Generators E verbunden ist.
Strommessvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermistor RKTY aus Silicium ist, dessen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur im Wesentlichen linear variiert.
Strommessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kondensator C1' aufweist, der mit den Widerständen R3 und R4 parallelgeschaltet ist.