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CN103477234A - 电流传感器 - Google Patents

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CN103477234A CN2012800159286A CN201280015928A CN103477234A CN 103477234 A CN103477234 A CN 103477234A CN 2012800159286 A CN2012800159286 A CN 2012800159286A CN 201280015928 A CN201280015928 A CN 201280015928A CN 103477234 A CN103477234 A CN 103477234A
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K·林克
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Abstract

一种电流传感器，包括至少一个第一电流检测元件（1），其检测通过电导体的负载电流（iLast）并且根据该负载电流提供电测量信号，其中，所述电流检测元件（1）与信号处理单元（2）相连，所述信号处理单元包括电阻元件（3），所述电阻元件被配置为，使得至少在所述电流传感器的定义的测量范围内，如果由所述电流检测元件（1）检测到的所述负载电流增加，则所述电阻元件（3）的电阻减小。

Description

电流传感器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的电流传感器。
背景技术
在机动车中当前在很多位置实施电流测量。这些电流测量例如结合在控制回路中，用于边界值的监控或者用于测量电池的放电或充电电流。在后者的应用领域中此外还获取电池的充电状态。此外通过电池的内阻的监控推断出关于电池的状态的结果。这些结果包括电池的老化和容量。
基于寻找使用可再生能源的新的驱动方案，大量的研发注意力集中到电动和混合动力驱动。在此，电池的充电状态和全部状态的检测正变得越来越重要。在该情况之下，必须测量电池的电流和电压。在该情况之下，电池电压最高达1000V，而放电电流最高达600A。待测量的电流的动态范围例如从10mA扩展至1000A，也就是说1*10-5的倍数。根据相应的测量值，精度应该通常为<1%。为了不出现过高的损耗功率，将分流电阻的值限制为最大100μΩ。
通过测量跨连接到电路中的无抗电阻（分流器）的电压来测量电流是最为广泛的。然而，在该情况之下，通常很难在需要的动态范围实现需要的精度。例如在10mA的电流时跨100μΩ的电阻下降的电压为1μV，其必须被1%准确地测量。在1000A的电流时下降的电压为100mV，该电压同样必须被非常准确地测量。为此需要高分辨率的准确的A/D转换器，其相对昂贵。
发明内容
本发明基于这样的目的：提出一种相当低成本可用的电流传感器，其可以相对经济的方式使用，特别是在待测量电流的相对大的测量范围情况下或者在相对大的动态范围情况下。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1的电流传感器实现。
本发明的优点特别是在于，可以在电流传感器中使用各种不同的电流检测元件，例如无抗电阻或分流器或磁场传感元件，如霍尔传感元件或AMR元件。
优选地，所述电流传感器以这样的方式被设置：通过基于所述电测量信号而电流流过所述电阻元件以及由模/数转换器测量跨所述电阻元件的电压，测量由电流检测元件检测到的负载电流。
优选地，由电流检测元件提供的电测量信号基本上与通过所述电导体的需要被检测和测量的负载电流成正比。
所述信号处理单元优选地包括至少一个控制回路，所述控制回路被用于将跨所述电阻元件的电压调节到至少在定义的测量范围内的定义的参考电压值。在该情况下，所述定义的参考电压值特别是优选为至少1mV。
有利地，信号处理单元包括放大器，所述放大器放大输入侧上的所述电测量信号并且提供流过所述电阻元件的输出电流。
优选地，信号处理单元以这样的方式被设置：基于负载电流的瞬时值的电流测量的百分比分辨率在所述电流传感器的定义的测量范围上基本上保持稳定，所述电流传感器的定义的测量范围基于待通过所述电流检测元件检测的电流。
电流检测元件优选为分流器的形式，并且信号处理单元的电阻元件特别是不被设计为功率电阻元件。
另选地，电流检测元件优选为磁场传感元件的形式，并且信号处理单元的电阻元件特别是不被设计为功率电阻元件。
优选地将功率电阻元件理解为电子部件，例如电阻元件或半导体部件，如晶体管，其被设计为用于大于1A特别是大于10A的电流强度。
信号处理单元的电阻元件相应地有利地以这样的方式被设置：使得所述电阻元件包括仅仅这样的部件，其被设置为最高达或者小于1A特别是10A的电流，这特别优选地适用于子电阻元件。
优选地，用于检测通过所述电阻元件的电流的电压被检测为跨所述电阻元件的晶体管元件的栅-源电压或基极-发射极电压。
有利地，通过跨所述电阻元件的受控的参考电压，该电阻元件的电阻值基本上依赖于1除以通过该电阻元件的电流的值或者基本上依赖于1除以通过该电阻元件的电流的值的方根。
所述电流传感器优选以这样的方式被设置：通过导体的负载电流的峰值比通过信号处理单元的电阻元件的电流的峰值大至少100倍、特别是至少1000倍。因此信号处理单元也有利的以这样的方式被设置：至少其电阻元件作为变换器
Figure BDA00003889147000031
工作并且显著地减小测量信号的动态范围或动态范围的区间的边界，例如减小1000倍。
本发明优选具有的优点在于，通过电阻元件的自加热很小，并且对于所述电流传感器，外部温度影响基本上是决定性的。
优选地，所述信号处理单元的电阻元件包括两个或更多个并联连接的子电阻元件，它们特别是能够被接通和/或断开，基本上用于扩展测量范围。特别优选地，电阻元件包括第一和第二控制回路，所述第一和第二控制回路分别用于将跨子电阻元件的电压调节到至少在定义的测量范围内的定义的参考电压值，待测量的电流能够沿第一定义的方向流过所述第一控制回路的子电阻元件并且待测量的电流能够沿与所述第一方向相反的第二方向流过所述第二控制回路的子电阻元件，并且根据电流方向使用所述第一控制回路或所述第二控制回路检测和测量待测量的电流。
特别优选地，所述第一和第二控制回路的所述子电阻元件为两个互补的场效应晶体管的形式，和/或所述第一和第二控制回路的所述子电阻元件并联连接并且其中的一个子电阻元件的漏极连接端或集电极连接端分别与另一个子电阻元件的源极连接端或发射极连接端连接，特别地，所述另一个子电阻元件的漏极连接端或集电极连接端分别与所述一个子电阻元件的源极连接端或发射极连接端连接。
有利地，至少一个子电阻元件被配置至少一个敏感场效应晶体管，所述敏感场效应晶体管与模/数转换器连接，使用所述敏感场效应晶体管确定通过所述电阻元件的电流。
优选地，所述定义的参考电压是可调节的，以扩展测量范围。
本发明此外还涉及所述的电流传感器在机动车辆中的应用，特别是用于测量电动或混合动力车辆中的蓄电装置的放电和/或充电电流。
附图说明
进一步优选的实施方式从属权利要求和以下参照附图的实施例的描述中表现出来，其中，在示例性的示意图中示出：
图1示出了一个实施例，其中电流传感器被用于测量在电动或混合动力车辆中蓄电装置的放电和/或充电电流，以及
图2示出了一个具有信号处理电路的电阻元件的示例性的电流传感器，其中该电阻元件包括两个子电阻元件，这两个子电阻元件被用于分别使用控制回路将电压调节到定义的基准电压值。
具体实施方式
图1示出了电流传感器的一个实施例，所述电流传感器被用于测量蓄电装置或电池8的放电和充电电流iMess。例如为分流器的形式的电流检测元件1检测通过电导体的负载电流，该电导体被用于连接电池8，并且电流检测元件1根据负载电流提供电测量信号，该电测量信号被提供给信号处理单元2、3，所述信号处理单元例如具有包括至少一个电阻元件的非线性变换器。调节的测量信号或者通过信号处理单元2、3转换的测量信号被提供给模/数转换器4，其执行测量。
图2图解说明了示例性的电流传感器，该电流传感器包括电流检测元件1，电流检测元件1例如为分流器的形式，待检测的测量电流iLast流过该电流检测元件1，并且跨该电流检测元件1的电压被抽取作为电测量信号。该电压被施加到信号处理单元2的放大器5上。根据输入侧的电压，例如以电压放大器形式的放大器5在输出端结合辅助电阻R产生电流信号，该电流信号被提供给电阻元件3并且作为测量电流iMess流过电阻元件3。在该实例中，电阻元件3包括第一控制回路和和第二控制回路，所述第一控制回路包括左边的子电阻元件6、左边的放大器以及与该放大器相关联的来自参考电压源的参考电压值规格-Ref，而所述第二控制回路包括右边的子电阻元件7、右边的放大器4以及对应的参考电压值规格+Ref。待测量的电流流过两个控制回路的两个子电阻元件6、7，在放电期间电流iMess流过第一控制回路的子电阻元件，而在充电期间电流iMess流过第二控制回路的子电阻元件，也就是说测量电流iMess具有相反的流动方向。第一和第二控制回路的子电阻元件6、7例如为两个互补的MOS场效应晶体管并且并联连接，一个子电阻元件的漏极连接端连接到另一子电阻元件的源极连接端，该另一个子电阻元件的漏极连接端连接到该一个子电阻元件的源极连接端。在该实例中，两个MOSFET的漏-源电压被调节到一个定义的参考电压值，由此两个子电阻元件的电阻值，基本上依赖于1除以通过该电阻元件3的电流iMess的值，因此电阻值随测量电流iMess增加而减小，并且电阻元件3的电阻值随电流减小而增加。在该实例中，为了测量电流，检测相应的子电阻元件的栅-源电压，其电压是第一和第二控制回路的操作变量并且被提供给模/数转换器4。待控制的漏-源电压示例性地分别远低于寄生二极管的正向电压，为几个mV。

Claims (15)

1.一种电流传感器，包括至少一个第一电流检测元件（1），其检测通过电导体的负载电流（iLast）并且根据该负载电流提供电测量信号，所述电流传感器特征在于，所述电流检测元件（1）与信号处理单元（2）相连，所述信号处理单元包括电阻元件（3），所述电阻元件以这样的方式被设置：至少在所述电流传感器的定义的测量范围内，如果由所述电流检测元件（1）检测到的所述负载电流增加，则所述电阻元件（3）的电阻减小。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述电流传感器以这样的方式被设置：通过基于所述电测量信号而电流流过所述电阻元件（3）以及由模/数转换器（4）测量跨所述电阻元件的电压，测量由所述电流检测元件（1）检测到的所述负载电流（iLast）。
3.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，所述信号处理单元（2）包括至少一个控制回路，所述控制回路被用于将跨所述电阻元件（3）的电压调节到至少在定义的测量范围内的定义的参考电压值。
4.根据权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，所述定义的参考电压值为至少1mV。
5.根据权利要求3或4所述的电流传感器，其特征在于，所述信号处理单元（2）包括放大器（5），所述放大器放大输入侧上的所述电测量信号并且提供流过所述电阻元件（3）的输出电流。
6.根据权利要求1至5的至少之一所述的电流传感器，其特征在于，信号处理单元（2）以这样的方式被设置：基于所述负载电流的瞬时值的所述电流测量的百分比分辨率在所述电流传感器的定义的测量范围上基本上保持稳定，所述电流传感器的定义的测量范围基于待通过所述电流检测元件（1）检测的电流。
7.根据权利要求1至6的至少之一所述的电流传感器，其特征在于，所述电流检测元件（1）为分流器的形式，并且所述信号处理单元的所述电阻元件特别是不被设计为功率电阻元件。
8.根据权利要求1至6的至少之一所述的电流传感器，其特征在于，所述电流检测元件（1）为磁场传感元件的形式，并且所述信号处理单元的所述电阻元件特别是不被设计为功率电阻元件。
9.根据权利要求1至8的至少之一所述的电流传感器，其特征在于，用于检测通过所述电阻元件（3）的电流的电压被检测为跨所述电阻元件的晶体管元件的栅-源电压或基极-发射极电压。
10.根据权利要求3至9的至少之一所述的电流传感器，其特征在于，在跨所述电阻元件（3）的受控的参考电压下，该电阻元件的电阻值基本上依赖于1除以通过该电阻元件的电流的值或者基本上依赖于1除以通过该电阻元件的电流的值的方根。
11.根据权利要求1至10的至少之一所述的电流传感器，其特征在于，所述电阻元件包括两个或更多个并联连接的子电阻元件（6、7），它们特别是能够被接通和/或断开，基本上用于扩展测量范围。
12.根据权利要求11所述的电流传感器，其特征在于，电阻元件（3）包括第一和第二控制回路，所述第一和第二控制回路分别用于将跨子电阻元件（6、7）的电压调节到至少在定义的测量范围内的定义的参考电压值，待测量的电流能够沿第一定义的方向流过所述第一控制回路的子电阻元件并且待测量的电流能够沿与所述第一方向相反的第二方向流过所述第二控制回路的子电阻元件，并且根据电流方向使用所述第一控制回路或所述第二控制回路检测和测量待测量的电流。
13.根据权利要求12所述的电流传感器，其特征在于，所述第一和第二控制回路的所述子电阻元件（6、7）为两个互补的场效应晶体管的形式，和/或所述第一和第二控制回路的所述子电阻元件并联连接并且其中的一个子电阻元件的漏极连接端或集电极连接端分别与另一个子电阻元件的源极连接端或发射极连接端连接，特别地，所述另一个子电阻元件的漏极连接端或集电极连接端分别与所述一个子电阻元件的源极连接端或发射极连接端连接。
14.根据权利要求11至13的至少之一所述的电流传感器，其特征在于，至少一个子电阻元件（6、7）被配置至少一个敏感场效应晶体管，所述敏感场效应晶体管与模/数转换器连接，使用所述敏感场效应晶体管确定通过所述电阻元件的电流。
15.根据权利要求1至14的至少之一所述的电流传感器在机动车辆中的应用，特别是用于测量电动或混合动力车辆中的蓄电装置的放电和/或充电电流。
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