WO2015120934A1 - Stromdetektionseinrichtung und verfahren zum erfassen eines elektrischen stroms - Google Patents

Stromdetektionseinrichtung und verfahren zum erfassen eines elektrischen stroms Download PDF

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WO2015120934A1
WO2015120934A1 PCT/EP2014/078654 EP2014078654W WO2015120934A1 WO 2015120934 A1 WO2015120934 A1 WO 2015120934A1 EP 2014078654 W EP2014078654 W EP 2014078654W WO 2015120934 A1 WO2015120934 A1 WO 2015120934A1
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electric current
reference voltage
path
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PCT/EP2014/078654
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Holger Sievert
Stefan Butzmann
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Robert Bosch Gmbh
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    • G05F1/569—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection
    • G05F1/573—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection with overcurrent detector
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a current detection device and a method for detecting an electric current. More particularly, the present invention relates to a current detection device and a method for detecting an electric current in a measurement path that becomes an electric current in a power path
  • the present invention will be described in the context of IGBTs having a sense terminal, the present invention is also applicable to any other applications in which a current in a further current path is to be evaluated that is related to the current in a power path corresponds.
  • Circuitry another transistor that provides a current corresponding to this current for the load current.
  • the current which is provided via the further transistor, serves to monitor and evaluate the current flow for the load.
  • bipolar transistors with an insulated gate (IGBT) are also known, in which at an additional sense terminal, a current is provided which is proportional to the main current through the semiconductor switch. The current from the sense terminal is thereby smaller by an approximately constant factor than the main current in the emitter path of the IGBT.
  • the circuit arrangement for evaluating the current in the sense path of such an IGBT must be dimensioned for the maximum on-time of the IGBT and also for the maximum occurring currents. In this case, in the event of a fault, relatively large currents may also occur in the sense path. There is therefore a need for an improved evaluation circuit for a
  • Circuit arrangement in which a current evaluation takes place via a separate measuring path.
  • a current evaluation circuit which is not overloaded even when larger currents occur in the measurement path.
  • the present invention provides for this
  • a current detecting device for detecting an electric current in a measuring path that conducts an electric current corresponding to an electric current in a power path, comprising a current measuring device disposed in the measuring path and configured to provide an output signal corresponding to an electric current flowing through the current measuring device; and a current limiting device configured to limit the electric current through the current measuring device to a predetermined maximum limit.
  • the present invention provides a method of detecting an electric current in a measurement path that results in an electric current corresponding to an electric current in a power path, comprising the steps of providing a current measuring device; of capturing a
  • the present invention is based on the idea in the evaluation of a
  • the individual components for evaluating the electrical current in this path can be designed for this predetermined maximum limit value. Since a further increase in the electrical current through the limitation is not expected, the individual components can therefore clearly be dimensioned smaller. On the one hand, this allows a more cost-effective design of the evaluation circuit for the electric current.
  • the current measuring device of the current evaluation circuit according to the invention can be any device that can be traversed by an electrical current between two terminals.
  • the current measuring device stops
  • the output signal may be on
  • Voltage signal corresponding to the electric current through the current measuring device can be generated for example by means of a shunt resistor, which is traversed by the electric current.
  • a voltage signal can be generated in a simple manner, which is proportional to the electrical current through the shunt-Wderstand. Further possibilities for generating a dependent of the electric current through the current measuring device
  • Limitation of the maximum current through the current measuring device thus simultaneously limits the losses and the resulting thermal heating. Thus, for example, excessive heating can be avoided.
  • the output signal of the current measuring device can be used for this purpose, for example. If it is determined by the provided output of the current evaluation circuit that the electrical current through the current evaluation circuit exceeds a predetermined limit, then the current limiting device can be controlled, which in turn determines the maximum current through the
  • the current measuring device is configured to provide a voltage signal that is proportional to the electrical current flowing through the current measuring device.
  • the current measuring device comprises an analog-to-digital converter.
  • the analog-to-digital converter is designed to be that of the
  • the analog-to-digital converter has a high impedance. In this way, the further processing of the value of the electric current by the current measuring device can be done in a digital manner, without causing the
  • the current limiting device comprises a
  • the reference voltage source is configured to provide a predetermined reference voltage. Furthermore, the
  • Current limiting device configured to compare a voltage signal with the reference voltage provided by the reference voltage source.
  • the current limiting device fits the electric current through the
  • the current limiting device comprises a
  • the current limiting device is designed to provide at the control terminal of the transistor, a control signal, the comparison of the supplied reference voltage and a
  • the present invention further relates to a circuit arrangement for providing an electrical current, comprising a current control device which is designed to provide an electrical current in a power path, and to provide in a measurement path an electrical sense current (ISense) corresponding to the supplied electric current; and a current detection device according to the invention.
  • a current control device which is designed to provide an electrical current in a power path, and to provide in a measurement path an electrical sense current (ISense) corresponding to the supplied electric current
  • ISense electrical sense current
  • the current control device comprises an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the insulating gate bipolar transistor has a measuring terminal which is connected to the current at the
  • the method for detecting an electrical current further comprises the steps of providing a predetermined reference voltage and comparing the provided reference voltage with a voltage value.
  • the step for limiting the electric current thereby matches the electric current in dependence on the comparison of the provided reference voltage with the
  • Figure 1 a schematic representation of an example circuit for a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a current-voltage characteristic, as it corresponds to a current detection device according to FIG.
  • Embodiment is based;
  • Figure 3 a schematic representation of a flowchart for a
  • FIG. 1 shows a schematic example circuit of a circuit arrangement for
  • the circuit arrangement 1 comprises a current control device 20.
  • the current control device 20 may be, for example, a gate-mounted bipolar transistor (IGBT).
  • the IGBT comprises an input terminal C, an output terminal E and a control terminal G. By applying a control signal to the control terminal G, the current between the input terminal C and the output terminal E can be controlled.
  • the IGBT further comprises a sense terminal S. At this sense terminal S, a measuring current I Sen is provided by the IGBT. This measuring current I Sense corresponds to the current I E in the power path of the circuit arrangement shown. In a known IGBT can from the
  • the measuring current l Sen se of the sense path is usually smaller by a known transmission factor than the current I E , which is provided at the output E of the IGBT. Since the relationship between electric current and voltage drop in the power or measurement path is not linear, the constant ratio between 1 E and 1 Sen se applies only if the voltage between the
  • Input terminal C and the sense terminal S is identical to the voltage between the input terminal C and the output terminal E. To set these identical voltage ratios, is at the sense terminal S and the
  • the compensation circuit comprises in the embodiment shown here, for example, the two voltage sources U B , i and U B , 2, and the current source l 0 .
  • the compensation circuit 30 comprises the four transistors ⁇ , T 2 , T 3 and T 4 . About this circuit, the transistor T 5 is driven.
  • the circuit arrangement 1 comprises a current evaluation circuit 10, by means of which the measuring current I sen can be detected by the current control device 20 and converted into an evaluation signal suitable for further processing.
  • the measuring current l Sen se flows through the transistor T 5 and the current measuring device 1 1.
  • the in current measuring device 1 1 can, for example, as shown here by a
  • Shunt resistor R s can be realized.
  • a voltage signal U s proportional to the measuring current I Sen falls above the shunt resistor R s .
  • the transistor T 5 is initially controlled by the compensation circuit 30 in such a way that the same potential is established at the measuring terminal S of the IGBT as at the power terminal E of the IGBT. In this way it is achieved that adjusts a constant transmission ratio between the current I E in the power path of the circuit arrangement 1 and the current Isense in the measurement path, and thus reliably E can be deduced from the measured current I Sen se to the current in the power path l.
  • the measuring current l Sen se With increasing current l e in the power path of the circuit 1 thus the measuring current l Sen se the current l Sen se increases at first in the measurement path of the circuit arrangement 1.
  • Isense in the measurement path of the circuit arrangement 1 is in the measurement path limited to a predetermined limit.
  • the drive signal for the control terminal of the transistor T 5 for limiting the measuring current I Sense can be generated, for example, by a suitable circuit which controls the output signal of the
  • Operational amplifier OP are supplied.
  • the operational amplifier OP compares the two voltage signals and outputs a control signal in response to this comparison out.
  • This control signal may, if appropriate after appropriate amplification by the transistor T 6, be supplied to the control terminal of the transistor T 5 .
  • the output of the operational amplifier OP can be connected to the control terminal of the transistor T 6 .
  • the output signal of the current measuring device 11 for example the voltage drop Us across the shunt resistor, can be converted into a digital signal for further processing by an analog-to-digital converter (not shown here).
  • an analog-to-digital converter (not shown here).
  • this is an analog-to-digital converter with a high impedance, so that the output signal of the current measuring device 1 1 is not or not significantly affected by the corresponding converter. In this way, a digital further processing of the output signal of the invention
  • Figure 2 shows a schematic representation of a voltage-current characteristic, as it is based on an embodiment of the present invention.
  • the current detection device 10 In a first section I, the current detection device 10 according to the invention initially generates an output signal U s which corresponds to the current I E in the power path. As shown here, there is preferably a linear relationship between
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a flowchart, such as FIG
  • Embodiment is based. In this case, first in step 110
  • This current measuring device 11 provides in step 120 an output signal U s at the current measuring device 11, which corresponds to the electric current I Sen se by the current measuring device 1 1.
  • step 130 there is a linear relationship between the output signal Us of the current measuring device 11 and the current l Sen se by the current measuring device.
  • the electric current I Sense is limited by the current measuring device 1 1 to a predetermined maximum limit.
  • a predetermined reference voltage U Re f can be provided for this purpose, which is compared with the output signal U s provided in step 120.
  • the step 130 for limiting the electric current adjusts this current l Sen se in dependence on the comparison of the output signal output U s with the provided reference voltage U Ref 3 ⁇ .
  • the present invention has been described in the foregoing preferably with respect to an insulated gate bipolar transistor (IGBT) in which the IGBT has an additional sense terminal, the present invention may also be applied to any other circuitry in which a current is determined in a power path based on a measuring current corresponding to this current. Also, the limitation of the current in the measuring path is not on a comparison of a reference voltage with a to the measuring current
  • the present invention relates to an evaluation of the magnitude of an electric current in a power path by evaluating another

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Auswertung der Größe eines elektrischen Stroms in einem Leistungspfad durch Auswertung eines weiteren elektrischen Stroms in einem Messpfad. Zur Vermeidung von übermäßig großen elektrischen Strömen diesem Messpfad wird dabei der Strom in diesem Messpfad auf einen vorgegebenen maximalen Grenzwert begrenzt.

Description

Beschreibung Titel
Stromdetektionseinrichtung und Verfahren zum Erfassen eines elektrischen Stroms
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromdetektionseinrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines elektrischen Stroms. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Stromdetektionseinrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines elektrischen Stroms in einem Messpfad, der ein zu einem elektrischen Strom in einem Leistungspfad
korrespondierenden elektrischen Strom führt.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit IGBT beschrieben wird, die einen Sense-Anschluss aufweisen, ist die vorliegende Erfindung darüber hinaus auch für beliebige weitere Anwendungsfälle einsetzbar, bei denen ein Strom in einem weiteren Strompfad ausgewertet werden soll, der zu dem Strom in einem Leistungspfad korrespondiert.
Die Druckschrift US 5,877,617 A offenbart eine Schaltungsanordnung, bei der eine Last in einem Strompfad mit einem Strom gespeist wird. Darüber hinaus umfasst die
Schaltungsanordnung einen weiteren Transistor, der einen zu diesem Strom für die Last korrespondierenden Strom bereitstellt. Der Strom, der über den weiteren Transistor bereitgestellt wird, dient zur Überwachung und Auswertung des Stromflusses für die Last. Für die Messung und Auswertung eines Stroms durch einen Halbleiterschalter sind darüber hinaus beispielsweise bipolare Transistoren mit einem isolierten Gate (IGBT) bekannt, bei denen an einem zusätzlichen Sense-Anschluss ein Strom bereitgestellt wird, der proportional zum Hauptstrom durch den Halbleiterschalter ist. Der Strom aus dem Sense-Anschluss ist dabei um einen annähernd konstanten Faktor kleiner als der Hauptstrom in dem Emitterpfad des IGBT.
Die Schaltungsanordnung zur Auswertung des Stroms in dem Sense-Pfad eines derartigen IGBT muss dabei für die maximale Einschaltdauer des IGBT und auch für die maximal auftretenden Ströme dimensioniert werden. Dabei können insbesondere bei einem Fehlerfall auch in dem Sense-Pfad relativ große Ströme auftreten. Es besteht daher ein Bedarf nach einer verbesserten Auswerteschaltung für eine
Schaltungsanordnung, bei der eine Stromauswertung über einen separaten Messpfad erfolgt. Insbesondere besteht ein Bedarf für eine Stromauswerteschaltung, die auch beim Auftreten größer Ströme in den Messpfad nicht überlastet wird.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung hierzu eine
Stromdetektionseinrichtung zum Erfassen eines elektrischen Stroms in einem Messpfad, der ein zu einem elektrischen Strom in einem Leistungspfad korrespondierenden elektrischen Strom führt, mit einer Strommessvorrichtung, die in dem Messpfad angeordnet ist und die dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal bereitzustellen, das zu einem elektrischen Strom korrespondiert, der durch die Strommessvorrichtung fließt; und einer Strombegrenzungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, den elektrischen Strom durch die Strommessvorrichtung auf einen vorbestimmten maximalen Grenzwert zu begrenzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erfassen eines elektrischen Stroms in einem Messpfad, der ein zu einem elektrischen Strom in einem Leistungspfad korrespondierenden elektrischen Strom führt, mit den Schritten des Bereitstellens einer Strommessvorrichtung; des Erfassens eines
elektrischen Stroms durch die bereitgestellte Strommessvorrichtung; des Ausgebens eines Ausgangssignals an der Strommessvorrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten elektrischen Strom; und des Begrenzens des elektrischen Stroms durch die
Strommessvorrichtung auf einen vorbestimmten maximalen Grenzwert.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, bei der Auswertung eines
elektrischen Stroms in einem Messpfad den auszuwertenden elektrischen Strom auf einen maximalen elektrischen Strom zu begrenzen. Unterschreitet der elektrische Strom in dem Messpfad dagegen diesen maximalen Grenzwert, so wird der elektrische Strom in dem Messpfad nicht beeinflusst. Durch die Begrenzung des elektrischen Stroms in dem Messpfad auf einen maximalen Grenzwert können die einzelnen Komponenten zur Auswertung des elektrischen Stroms in diesem Pfad auf diesen vorgegebenen maximalen Grenzwert ausgelegt werden. Da ein weiterer Anstieg des elektrischen Stroms durch die Begrenzung nicht zu erwarten ist, können die einzelnen Komponenten daher deutlich geringer dimensioniert werden. Dies ermöglicht einerseits einen kostengünstigeren Aufbau der Auswerteschaltung für den elektrischen Strom. Darüber hinaus erfordern solche Bauelemente für einen geringeren maximalen elektrischen Strom auch eine kleinere Baugröße, so dass die Auswerteschaltung weiterhin auch nur ein geringeres Bauvolumen erfordert, als dies bei einer Auswerteschaltung ohne erfindungsgemäße Begrenzung des auszuwertenden elektrischen Stroms der Fall wäre. Ferner kann durch die Begrenzung des maximal auftretenden elektrischen Stroms auch die damit verbundene maximale Verlustleistung und somit die abzuführende Wärmemenge reduziert werden. Diese geringere Erwärmung der Auswerteschaltung für den zu überwachenden elektrischen Strom wirkt sich dabei nicht zuletzt positiv auf die
Lebensdauer der Auswerteschaltung aus.
Die Strommessvorrichtung der erfindungsgemäßen Stromauswerteschaltung kann dabei eine beliebige Vorrichtung sein, die zwischen zwei Anschlüssen von einem elektrischen Strom durchflössen werden kann. Dabei stellt die Strommessvorrichtung ein
Ausgangssignal bereit, das von dem elektrischen Strom abhängt, der durch die
Strommessvorrichtung fließt. Beispielsweise kann das Ausgangssignal ein
Spannungssignal sein, das zu dem elektrischen Strom durch die Strommessvorrichtung korrespondiert. Ein solches Spannungssignal kann beispielsweise mittels eines Shunt- Widerstandes generiert werden, der von dem elektrischen Strom durchflössen wird. Somit kann auf einfache Weise ein Spannungssignal generiert werden, der proportional zu dem elektrischen Strom durch den Shunt-Wderstand ist. Weitere Möglichkeiten zur Erzeugung eines von dem elektrischen Strom durch die Strommessvorrichtung abhängigen
Ausgangssignals sind darüber hinaus ebenso möglich.
Gerade bei einer Signalumsetzung eines elektrischen Stroms in eine elektrische
Spannung mittels eines Widerstandes fällt dabei an dem elektrischen Wderstand auch eine Verlustleistung an, die von dem elektrischen Strom durch den Wderstand abhängig ist. Mit steigendem elektrischem Strom steigen somit auch die Verluste an der
Strommessvorrichtung. Zur Vermeidung großer Verluste wird der elektrische Strom durch die Strommessvorrichtung auf einen maximalen Grenzwert begrenzt. Durch die
Limitierung des maximalen Stroms durch die Strommessvorrichtung werden somit auch gleichzeitig die Verluste und die damit auftretende thermische Erwärmung begrenzt. Somit kann beispielsweise eine übermäßige Erwärmung vermieden werden. Zur Bestimmung des Stroms durch die Stromauswertevorrichtung kann hierzu beispielsweise das Ausgangssignal der Strommessvorrichtung herangezogen werden. Wird durch das bereitgestellte Ausgangssignal der Stromauswerteschaltung festgestellt, dass der elektrische Strom durch die Stromauswerteschaltung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, so kann daraufhin die Strombegrenzungsvorrichtung angesteuert werden, die ihrerseits den maximalen Strom durch die
Stromauswertevorrichtung, insbesondere durch die Strommessvorrichtung, begrenzt. Auf diese Weise kann eine einfache Begrenzung des maximalen Stroms durch die
Strommessvorrichtung erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Strommessvorrichtung dazu ausgelegt, ein Spannungssignal bereitzustellen, das proportional zu dem elektrischen Strom ist, der durch die Strommessvorrichtung fließt. Durch die Bereitstellung eines Spannungssignals am Ausgang der Strommessvorrichtung kann die Größe des elektrischen Stroms durch die Strommessvorrichtung besonders vorteilhaft bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Strommessvorrichtung einen Analog-Digital- Konverter. Der Analog-Digital-Konverter ist dazu ausgelegt, das von der
Strommessvorrichtung bereitgestellte Ausgangssignal in ein digitales Signal zu konvertieren. Vorzugsweise weist der Analog-Digital-Konverter eine hohe Impedanz auf. Auf diese Weise kann die Weiterverarbeitung des Wertes des elektrischen Stroms durch die Strommessvorrichtung auf digitale Weise erfolgen, ohne dass dabei die
Stromauswerteschaltung elektrisch stark belastet wird. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Strombegrenzungsvorrichtung eine
Referenzspannungsquelle. Die Referenzspannungsquelle ist dazu ausgelegt, eine vorbestimmte Referenzspannung bereitzustellen. Ferner ist die
Strombegrenzungsvorrichtung dazu ausgelegt, ein Spannungssignal mit der von der Referenzspannungsquelle bereitgestellten Referenzspannung zu vergleichen. Die Strombegrenzungsvorrichtung passt dabei den elektrischen Strom durch die
Strommessvorrichtung basierend auf diesem Vergleich an. Durch die Bereitstellung einer Referenzspannungsquelle und den Vergleich eines Spannungssignals mit der
Referenzspannung kann ein Überschreiten des elektrischen Stroms durch die
Strommessvorrichtung besonders einfach festgestellt werden. Entsprechend kann basierend auf diesem Vergleich beim Überschreiten des elektrischen Stroms dieser elektrische Strom automatisch begrenzt werden. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Strombegrenzungsvorrichtung einen
Transistor mit einem Steueranschluss. Die Strombegrenzungsvorrichtung ist dabei dazu ausgelegt, an dem Steueranschluss des Transistors ein Steuersignal bereitzustellen, das von dem Vergleich zwischen bereitgestellter Referenzspannung und einem
Spannungssignal abhängt. Auf diese Weise kann der Strom durch die
Strommessvorrichtung begrenzt werden und ein Überschreiten des elektrischen Stroms durch die Strommessvorrichtung wird verhindert. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Schaltungsanordnung zum Bereitstellen eines elektrischen Stroms, mit einer Stromsteuervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Strom in einem Leistungspfad bereitzustellen, und in einem Messpfad einen zu dem bereitgestellten elektrischen Strom korrespondierenden elektrischen Messstrom (ISense) bereitzustellen; und einer erfindungsgemäßen Stromdetektionseinrichtung.
Gemäß einer Ausführungsvorrichtung umfasst die Stromsteuervorrichtung einen bipolaren Transistor mit einem isolierten Gate (IGBT). Vorzugsweise weist der bipolare Transistor mit isolierendem Gate dabei einen Messanschluss auf, der ein zu dem Strom am
Leistungsausgang korrespondierenden Messstrom bereitstellt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Erfassen eines elektrischen Stroms ferner die Schritte des Bereitstellens einer vorbestimmten Referenzspannung und des Vergleichens der bereitgestellten Referenzspannung mit einem Spannungswert. Der Schritt zum Begrenzen des elektrischen Stroms passt dabei den elektrischen Strom in Abhängigkeit von dem Vergleich der bereitgestellten Referenzspannung mit dem
Spannungswert an.
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Dabei zeigen: Figur 1 : eine schematische Darstellung einer Beispielschaltung für eine
Schaltungsanordnung mit einer Stromdetektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Figur 2: eine schematische Darstellung einer Strom-Spannungs-Kennlinie, wie sie einer Stromdetektionseinrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel zugrunde liegt; und
Figur 3: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein
Verfahren, wie es einem weiteren Ausführungsbeispiel zugrunde liegt.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen Figur 1 zeigt eine schematische Beispielschaltung einer Schaltungsanordnung zum
Steuern eines elektrischen Stroms in einem Leistungspfad. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst hierbei eine Stromsteuervorrichtung 20. Bei der Stromsteuervorrichtung 20 kann es sich beispielsweise um einen bipolaren Transistor mit installiertem Gate (IGBT) handeln. Der IGBT umfasst dabei einen Eingangsanschluss C, einen Ausgangsanschluss E und einen Steueranschluss G. Durch Anlegen eines Steuersignals am Steueranschluss G kann dabei der Strom zwischen Eingangsanschluss C und Ausgangsanschluss E gesteuert werden. Darüber hinaus umfasst der IGBT ferner einen Sense-Anschluss S. An diesem Sense-Anschluss S wird dabei durch den IGBT ein Messstrom lSense bereitgestellt. Dieser Messstrom lSense korrespondiert dabei zu dem Strom lE im Leistungspfad der dargestellten Schaltungsanordnung. Bei einem bekannten IGBT kann aus dem
Messstrom lSense des Sense-Pfades auf den elektrischen Strom lE des Leistungspfades geschlossen werden. Der Messstrom lSense des Sense-Pfades ist dabei in der Regel um einen bekannten Übertragungsfaktor kleiner als der Strom lE, der am Ausgang E des IGBT bereitgestellt wird. Da der Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und Spannungsabfall in dem Leistungs- bzw. Messpfad nicht linear ist, gilt das konstante Verhältnis zwischen lE und lSense nur dann, wenn die Spannung zwischen dem
Eingangsanschluss C und dem Sense-Anschluss S identisch zu der Spannung zwischen dem Eingangsanschluss C und dem Ausgangsanschluss E ist. Um diese identischen Spannungsverhältnisse einzustellen, ist an dem Sense-Anschluss S und dem
Ausgangsanschluss E eine Kompensationsschaltung 30 angeschlossen, die gleiche Spannungsverhältnisse an den Sense-Anschluss S und den Ausgangsanschluss E einstellt. Die Kompensationsschaltung umfasst in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zum Beispiel die beiden Spannungsquellen UB,i und UB,2, sowie die Stromquelle l0. Ferner umfasst die Kompensationsschaltung 30 die vier Transistoren ΤΊ, T2, T3 und T4. Über diese Schaltungsanordnung wird der Transistor T5 angesteuert.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst darüber hinaus eine Stromauswerteschaltung 10, mittels derer der Messstrom lSense von der Stromsteuervorrichtung 20 erfasst und in ein für eine Weiterverarbeitung geeignetes Auswertesignal konvertiert werden kann. Hierzu fließt der Messstrom lSense über den Transistor T5 und die Strommessvorrichtung 1 1 . Die in Strommessvorrichtung 1 1 kann dabei beispielsweise wie hier dargestellt durch einen
Shunt-Widerstand Rs realisiert werden. Dabei fällt über dem Shunt-Widerstand Rs ein zu dem Messstrom lSense proportionales Spannungssignal Us ab. Mit steigendem Messstrom Isense steigt somit auch das Spannungssignal Us. Dabei wird der Transistor T5 durch die Kompensationsschaltung 30 zunächst derart angesteuert, dass sich am Messanschluss S des IGBT das gleiche Potential einstellt, wie an dem Leistungsanschluss E des IGBT. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich zwischen dem Strom lE im Leistungspfad der Schaltungsanordnung 1 und dem Strom Isense im Messpfad ein konstantes Übertragungsverhältnis einstellt und somit zuverlässig aus dem Messstrom lSense auf den Strom im Leistungspfad lE geschlossen werden kann.
Mit steigendem Strom lE im Leistungspfad der Schaltungsanordnung 1 steigt somit auch zunächst der Messstrom lSense im Messpfad der Schaltungsanordnung 1. Um den Strom Isense im Messpfad der Schaltungsanordnung 1 jedoch nicht beliebig weit ansteigen zu lassen, wird der Strom lSense im Messpfad auf einen vorbestimmten Grenzwert limitiert. Hierzu kann beispielsweise durch Ansteuern des Transistors T5 eine Begrenzung des Stroms Isense im Messpfad erfolgen. Das Ansteuersignal für den Steueranschluss des Transistors T5 zur Begrenzung des Messstroms lSense kann dabei beispielsweise durch eine geeignete Schaltung generiert werden, die das Ausgangssignal der
Strommessvorrichtung 11 , beispielsweise im Spannungsabfall Us über dem Shunt- Widerstand Rs auswertet. Beispielsweise kann der Spannungsabfall Us über dem Shunt- Widerstand Rs mit einer Spannung einer Referenzspannungsquelle URef verglichen werden. Hierzu kann beispielsweise das Spannungssignal der Referenzspannungsquelle URef und der Spannungsabfall Us über dem Shunt-Widerstand Rs einem
Operationsverstärker OP zugeführt werden. Der Operationsverstärker OP vergleicht die beiden Spannungssignale und gibt in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Steuersignal aus. Dieses Steuersignal kann, gegebenenfalls nach geeigneter Verstärkung durch den Transistor T6 dem Steueranschluss des Transistors T5 zugeführt werden. Hierzu kann der Ausgang des Operationsverstärkers OP mit dem Steueranschluss des Transistors T6 verbunden werden. Selbstverständlich sind auch weitere, alternative Möglichkeiten zur Begrenzung des Messstroms lSense möglich.
Das Ausgangssignal der Strommessvorrichtung 11 , beispielsweise der Spannungsabfall Us über dem Shunt-Widerstand kann zur Weiterverarbeitung von einem Analog-Digital- Konverter (hier nicht dargestellt) in ein Digitalsignal konvertiert werden. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen Analog-Digital-Konverter mit einer hohen Impedanz, so dass das Ausgangssignal der Strommessvorrichtung 1 1 durch den entsprechenden Konverter nicht bzw. nicht wesentlich beeinflusst wird. Auf diese Weise ist auch eine digitale Weiterverarbeitung des Ausgangssignals der erfindungsgemäßen
Stromdetektionseinrichtung 10 möglich.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Spannungs-Stromkennlinie, wie sie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt. In einem ersten Abschnitt I generiert die erfindungsgemäße Stromdetektionseinrichtung 10 dabei zunächst ein Ausgangssignal Us, das zu dem Strom lE im Leistungspfad korrespondiert. We hier dargestellt, herrscht dabei vorzugsweise ein linearer Zusammenhang zwischen
Ausgangsspannung Us und Strom im Leistungspfad lE. Überschreitet der Strom lE im Leistungspfad einen vorgegebenen Schwellwert, so würde daraufhin auch der
entsprechende Strom lSense im Messpfad ebenfalls weiter ansteigen. Durch die
erfindungsgemäße Begrenzung des Stroms lSense im Messpfad auf einen maximal vorgegebenen Grenzwert kann dieser weitere Anstieg im Abschnitt II jedoch limitiert werden, so dass die Ausgangsspannung Us, die zu dem Strom lSense im Messpfad korrespondiert, auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt wird.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem
Verfahren 100 zum Erfassen eines elektrischen Stroms lSense gemäß einem
Ausführungsbeispiel zugrunde liegt. Dabei wird in Schritt 110 zunächst eine
Strommessvorrichtung 1 1 bereitgestellt. Diese Strommessvorrichtung 11 stellt in Schritt 120 ein Ausgangssignal Us an der Strommessvorrichtung 11 bereit, das zu dem elektrischen Strom lSense durch die Strommessvorrichtung 1 1 korrespondiert.
Vorzugsweise besteht dabei ein linearer Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal Us der Strommessvorrichtung 11 und dem Strom lSense durch die Strommessvorrichtung. In Schritt 130 wird darüber hinaus der elektrische Strom lSense durch die Strommessvorrichtung 1 1 auf einen vorbestimmten maximalen Grenzwert begrenzt. Zur Begrenzung des maximalen elektrischen Stroms durch die Strommessvorrichtung 11 kann hierzu eine vorbestimmte Referenzspannung URef bereitgestellt werden, die mit dem in Schritt 120 bereitgestellten Ausgangssignal Us verglichen wird. In diesem Fall passt der Schritt 130 zur Begrenzung des elektrischen Stroms diesen Strom lSense in Abhängigkeit von dem Vergleich des ausgegebenen Ausgangssignals Us mit der bereitgestellten Referenzspannung U Ref 3Π.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Voraufgegangenen vorzugsweise in Bezug auf einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate (IGBT) beschrieben wurde, bei der der IGBT einen zusätzlichen Sense-Anschluss aufweist, so kann die vorliegende Erfindung ebenso auf beliebige andere Schaltungsanordnungen angewendet werden, bei denen ein Strom in einem Leistungspfad basierend auf einem zu diesem Strom korrespondierenden Messstrom bestimmt wird. Auch ist die Begrenzung des Stroms in dem Messpfad nicht auf einen Vergleich einer Referenzspannung mit einer zu dem Messstrom
korrespondierenden Ausgangsspannung begrenzt. Andere Möglichkeiten zur Limitierung des Stroms im Messpfad sind dabei ebenso möglich. Auch kann alternativ zur Ausgabe eines Spannungssignals korrespondierend zu dem Messstrom lSense ein beliebiges anderes Ausgangssignal bereitgestellt werden, mittels dessen der Messstrom lSense und somit der Strom im Leistungspfad bestimmt werden kann. Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Auswertung der Größe eines elektrischen Stroms in einem Leistungspfad durch Auswertung eines weiteren
elektrischen Stroms in einem Messpfad. Zur Vermeidung von übermäßig großen elektrischen Strömen diesem Messpfad wird dabei der Strom in diesem Messpfad auf einen vorgegebenen maximalen Grenzwert begrenzt.

Claims

Ansprüche
1. Stromdetektionseinrichtung (10) zum Erfassen eines elektrischen Stroms (lSense) in einem Messpfad, der ein zu einem elektrischen Strom (lE) in einem Leistungspfad korrespondierenden elektrischen Strom führt, mit: einer Strommessvorrichtung (11), die in dem Messpfad angeordnet ist und die dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal bereitzustellen, das zu einem elektrischen Strom korrespondiert, der durch die Strommessvorrichtung (11) fließt; und einer Strombegrenzungsvorrichtung (12), die dazu ausgelegt ist, den elektrischen Strom durch die Strommessvorrichtung (11) auf einen vorbestimmten maximalen Grenzwert zu begrenzen.
2. Stromdetektionseinrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die Strommessvorrichtung (1 1) dazu ausgelegt ist, ein Spannungssignal bereitzustellen, das proportional zu dem elektrischen Strom ist, der durch die Strommessvorrichtung (11) fließt.
3. Stromdetektionseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strommessvorrichtung (1 1) einen Analog/Digital-Konverter umfasst, der dazu ausgelegt ist, das von dem elektrischen Strom durch die Strommessvorrichtung (1 1) abhängige Ausgangssignal in ein digitales Signal zu konvertieren.
4. Stromdetektionseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Strombegrenzungsvorrichtung (12) eine Referenzspannungsquelle (URef) umfasst, die dazu ausgelegt ist, eine vorbestimmte Referenzspannung bereitzustellen und die Strombegrenzungsvorrichtung (12) dazu ausgelegt ist, ein weiteres Spannungssignal mit der von der Referenzspannungsquelle (URef) bereitgestellten Referenzspannung zu vergleichen und den elektrischen Strom durch die Strommessvorrichtung (11) basierend auf dem Vergleich anzupassen.
5. Stromdetektionseinrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die Strombegrenzungsvorrichtung (12) einen Transistor (T5) mit einem Steueranschluss umfasst, und die Strombegrenzungsvorrichtung (12) dazu ausgelegt ist, an dem Steueranschluss des Transistors (T5) ein Steuersignal, basierend auf dem Vergleich zwischen bereitgestellter Referenzspannung und weiterem Spannungssignal bereitzustellen.
Schaltungsanordnung (1) zum Bereitstellen eines elektrischen Stroms (lE) , mit: einer Stromsteuervorrichtung (20), die dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Strom (lE) in einem Leistungspfad bereitzustellen, und in einem Messpfad einen zu dem bereitgestellten elektrischen Strom (lE) korrespondierenden elektrischen Messstrom (lSense) bereitzustellen; und einer Stromdetektionseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 6, wobei die Stromsteuervorrichtung (20) einen bipolaren Transistor mit einem isolierten Gate, IGBT, umfasst.
Verfahren (100) zum Erfassen eines elektrischen Stroms (lSense) in einem Messpfad, der ein zu einem elektrischen Strom (lE) in einem Leistungspfad korrespondierenden elektrischen Strom führt, mit den Schritten:
Bereitstellen (1 10) einer Strommessvorrichtung (11);
Erfassen (120) eines elektrischen Stroms durch die bereitgestellte Strommessvorrichtung (11);
Ausgeben (130) eines Ausgangssignals an der Strommessvorrichtung (11) in Abhängigkeit von dem erfassten elektrischen Strom; und
Begrenzen (140) des elektrischen Stroms durch die Strommessvorrichtung (11) auf einen vorbestimmten maximalen Grenzwert.
Verfahren (100) nach Anspruch 8, ferner umfassend die Schritte:
Bereitstellen einer vorbestimmten Referenzspannung; Vergleichen des ausgegebenen Ausgangssignals mit der bereitgestellten Referenzspannung; wobei der Schritt (140) zum Begrenzen des elektrischen Stroms den Strom in Abhängigkeit von dem Vergleich der bereitgestellten Referenzspannung mit einem
Spannungswert anpasst.
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