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WO2016139263A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines laststroms - Google Patents

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Publication number
WO2016139263A1
WO2016139263A1 PCT/EP2016/054451 EP2016054451W WO2016139263A1 WO 2016139263 A1 WO2016139263 A1 WO 2016139263A1 EP 2016054451 W EP2016054451 W EP 2016054451W WO 2016139263 A1 WO2016139263 A1 WO 2016139263A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measurement
transmission factor
measuring
measuring unit
load 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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/054451
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Fuisting
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella KGaA Huek and Co
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hella KGaA Huek and Co filed Critical Hella KGaA Huek and Co
Priority to CN201680009856.2A priority Critical patent/CN107223296B/zh
Priority to US15/554,757 priority patent/US10505360B2/en
Publication of WO2016139263A1 publication Critical patent/WO2016139263A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • 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
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3277—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of low voltage devices, e.g. domestic or industrial devices, such as motor protections, relays, rotation switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/006—Calibration or setting of parameters

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a load current according to the type defined in greater detail in the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a device according to the preamble of claim 5.
  • Semiconductor switches are replaced. These preferably integrated semiconductor switches have z.
  • Evaluation load currents are detected over a certain measuring range.
  • Inaccuracy can be detected (determined). It is often desirable to increase the measuring range to z.
  • Measuring range and / or an improvement in accuracy are associated with a high cost of manufacturing the semiconductor switch.
  • One cause is, for example, the measurement error, which is dominant, especially in measurements of low currents.
  • Measuring device on a specific error which z. B. by a
  • Amplifier of the measuring device In this case, the error and / or fault current z. B. from Manufacturing tolerances, the temperature and the magnitude of the current
  • Object of the invention to enable an improved and / or less expensive determination of a load current for semiconductor switches, wherein preferably the measurement accuracy is increased.
  • the method according to the invention serves to determine a load current in a semiconductor switch and / or within a semiconductor switch, in particular for a vehicle or motor vehicle.
  • at least one measuring device is provided, wherein a measurement of the load current through one of the measuring device
  • the measuring device preferably has at least one measuring unit, in particular a first
  • the method comprises the following steps: a) carrying out a first measurement of the load current with a first
  • Measurement result with the second measurement result of the error caused in particular by a fault current can be significantly reduced.
  • at least one load is energized by the semiconductor switch with the load current, wherein the corrected measurement result is proportional to the load current.
  • the corrected measurement result has an error which is less than the error of the first measurement result and / or of the second measurement result.
  • the transmission factor is a proportionality factor and determines the ratio between the measurement result and the load current.
  • the transmission factor of the measuring unit and / or the respective combination of a measuring unit with further components of the measuring device is inherent, so that a first measuring unit has a specific and / or constant and / or known first Transmission factor and the second measuring unit has a certain and / or known and / or constant second transmission factor and / or determined.
  • the comparison according to step c) is carried out to determine a corrected measured value with reduced error, which has an at least reduced dependence on the fault current, the temperature (eg temperature and / or ambient temperature of the semiconductor switch) and / or the load current and / or has a lower fault tolerance.
  • the error is in particular a measurement error which is caused by at least one component of the measuring device, in particular an amplifier unit and in particular by a fault current.
  • the measuring device and / or the semiconductor switch are in particular designed such that the fault current is directed exclusively positive and / or negative (but never 0 A) and z. B. always has a certain current not equal to 0 A. For an ideal fault current, which is 0 A (amperes), the load current of 0 A would be the one measured at the output of the measuring device
  • Measuring signal and thus the measurement result is also 0 A.
  • a current always flows at the output.
  • a measuring signal is output only from a certain current intensity of the current to be measured (the load current), as a result of which small currents can no longer be measured. Also, the fault current wins at small
  • Transfer factor increases. This consequently leads to a lower accuracy of the current measurement d.
  • the inventive method and the device according to the invention thereby enable a reduction of these errors, so that even low load currents are measurable. As a result, the overall accuracy of the determination of the load current is increased.
  • step a) and step b) can be carried out in any order or alternatively at the same time and step c) after step a) and b). It is also conceivable that according to step c) the comparison is already carried out at least partially simultaneously with step a) and b), at least partially the first and second measurement results are used to determine the corrected measurement result. It is therefore also an at least partial overlap of the implementation of steps a), b) and c) conceivable, where appropriate, the first and second measurement results can also be used asynchronously in step c).
  • Comparison is made by at least one arithmetic operation, wherein in particular the first transmission factor and the second transmission factor are used as a known quantity for the arithmetic operation.
  • the arithmetic operation or a series of at least 2, 3, 4 and / or 5 different arithmetic operations can, for example, by a component of the semiconductor switching unit in particular internally, z. B. by a logic unit and / or by a control evaluation device
  • an external control evaluation device for carrying out the at least one arithmetic operation is connected to the semiconductor switch (electrically).
  • the comparison and / or the arithmetic operation causes the error and in particular fault current from the first measurement result and the second measurement result to be reduced and / or substantially eliminated, so that a corrected measurement result with a reduced error is calculated.
  • Measurement result (I_m1) and a second measurement result (I_m2) according to step a) and b) are determined:
  • I_m1 IL / k1 + IF (1)
  • I_m2 IL / k2 + IF (2)
  • IL is the load current and k1 is the first transmission factor and k2 is the second transmission factor and IF the error or fault current and "/" the operator for the Division and "+” for addition
  • the error current is (at least approximately) identical for both measurements, then the comparison is made, where formula (1) is switched to IF and then used in formula (2) for IF.
  • IF I_m1 - IL / k1 (3)
  • l_m2 IL / k2 + l_m1-IL / k1 (4)
  • the first measurement and the second measurement take place simultaneously and / or alternately, and in particular internally by the semiconductor switch, wherein preferably the comparison of the first measurement result with the second measurement result, in particular according to step c), externally from the semiconductor switch ( ie outside the semiconductor switch).
  • Implementation of the comparison can, for. B. externally from the semiconductor switch, a control evaluation device to be electrically connected to the output of the measuring device for receiving the measurement signal.
  • Transmission factor and the second transmission factor are predetermined and / or are in a fixed relationship to each other and preferably the first
  • Transmission factor is an integer multiple of the second transmission factor. This results in the advantage of a simple and inexpensive too
  • the Transfer factors can be z. B. be determined by an appropriate selection of the components of the measuring device, in particular a first measuring unit and a second measuring unit.
  • a second measuring unit can be introduced into the semiconductor switch in addition to a first measuring unit.
  • a selection switching unit may preferably be integrated into the semiconductor switch, which is electrically connected to the first measuring unit and the second measuring unit and to switch over between the first measuring unit and the second measuring unit.
  • the selection switching unit is, for example, controlled by a logic unit, wherein a control from the outside z. B. by the control evaluation device by a control input is possible.
  • the semiconductor switch and / or the measuring device are designed such that the measuring signal at the output of the measuring device and in particular the fault current of the measuring device is always positively directed.
  • a device for determining a load current with a semiconductor switch, in particular for a vehicle or
  • the semiconductor switch has at least one measuring device and at least one semiconductor switching unit to switch the load current to a load, wherein a first measuring unit and a second measuring unit are provided for carrying out measurements of the load current to a corrected measurement result by comparing the measurements receive.
  • the measuring device preferably has at least one measuring unit, in particular the first measuring unit and the second measuring unit.
  • the first and second measuring units are preferably arranged in the semiconductor switching unit and / or in particular monolithically and / or completely integrated within the semiconductor switching unit.
  • an electrical measuring signal output for outputting a measuring signal of
  • the Measuring device in dependence on the load current and / or corrected Measurement result and / or be provided for a first measurement result of the first measuring unit and / or to a second measurement result of the second measuring unit.
  • the measurement signal output is used, for example, to detect the corrected measurement result or for the external detection of the first and / or second measurement result or corresponding measurement signals by z.
  • the first and second measuring unit can be arranged in such a way in the semiconductor switch and in particular in a semiconductor switching unit that a measurement of the first and second measuring unit takes place in particular simultaneously or successively on the electrical line with the load current.
  • the first measuring unit determines a first transmission factor and the second measuring unit determines and / or has a second transmission factor, wherein the first transmission factor of the second transmission factor
  • the first measuring unit and the second measuring unit can be designed such that the first transmission factor is an integer multiple of the second
  • Transmission factor and / or the first transmission factor and the second transmission factor are in fixed relationship to each other. It is also conceivable that further measuring unit with further transmission factors for determining the
  • Semiconductor switch as an intelligent, integrated semiconductor switch for
  • Load current measurement is formed, and preferably an integrated
  • Protection device in particular for protection against a short circuit and / or overvoltage has.
  • the protection device can, for. B. have protective units which interrupt the current flow when exceeding a predetermined current.
  • the protection device and / or at least one Protective unit can also be fully integrated in the semiconductor switch in particular.
  • the first measuring unit and the second measuring unit are integrated in the semiconductor switching unit, in particular completely and / or monolithically, wherein in particular the semiconductor switching unit as a power semiconductor switch and / or as a power MOSFET (power metal oxide semiconductor field effect transistor) is formed is.
  • the semiconductor switching unit as a power semiconductor switch and / or as a power MOSFET (power metal oxide semiconductor field effect transistor) is formed is.
  • the semiconductor switching unit can in particular be completely and / or monolithically integrated in the semiconductor switch, wherein the semiconductor switch z.
  • B. still other components such.
  • B. has a logic unit and / or an amplifier unit and / or a protective device integrated.
  • the semiconductor switching unit and / or the semiconductor switch and / or the measuring units and / or the logic unit and / or the amplifier unit are preferably designed as semiconductor components.
  • Selection switch unit a first measurement with the first measuring unit and a second measurement with the second measuring unit are switchable.
  • Selection switch unit is particularly externally by z. B. a control evaluation device controlled.
  • a control evaluation device in particular a microcontroller, is electrically connected to the semiconductor switch, in particular such that an evaluation of a first measurement result of the first measurement unit and a second measurement result of the second measurement unit by the control evaluation device is feasible.
  • the device according to the invention comprises the control evaluation device, which is electrically connected to the Semiconductor switch is connected.
  • the control evaluation device z. B. with at least one control input and / or at least one
  • the control evaluation device can control the measuring process by an electrical control of the selection switching unit, for. B. switching between the first measuring unit and the second measuring unit, and / or simultaneously receive the measuring signals, determine the measurement results and determine a corrected measurement result by comparing the first and second measurement results.
  • a simple and inexpensive construction is made possible to obtain an improved corrected measurement result for the load current.
  • Fig. 1 is a schematic circuit diagram of parts of an inventive
  • FIG. 2 is a schematic representation of a device according to the invention and a semiconductor switch
  • Fig. 3 is a further schematic representation of an inventive
  • Fig. 4 is a further schematic representation of an inventive
  • Fig. 5 is a further schematic representation of an inventive
  • Fig. 6 is a schematic representation for visualizing a method according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a circuit diagram of a device 10 according to the invention, the device 10 comprising a semiconductor switch 20.
  • the semiconductor switch 20 further comprises, in particular integrated, a semiconductor switching unit 22.
  • Semiconductor switching unit 22 and / or the semiconductor switch 20 are electronic components and in particular electronic or semiconductor switches, which have the function of an analog switch such as a relay in the form of a
  • the semiconductor switch 20 and / or the semiconductor switching unit 22 in particular at least one field effect transistor, in particular a power MOSFET or is designed as a power MOSFET or field effect transistor.
  • a device 10 according to the invention has a power supply 30, which in particular makes it possible for a load current IL of a load 40 to be switched through the semiconductor switching unit 22 or through the semiconductor switch 20.
  • a switch causes z. B. that the
  • Semiconductor switching unit 22 allows a load current flow through the load 40, wherein when switching off the load current flow is prevented.
  • the power supply 30 of the semiconductor switch 20 is to do so with the logic unit 29 and / or the
  • Semiconductor switch 20 is provided to control the switching process externally.
  • a first electrical control input 20.2a for example, a
  • the output of the drive unit 23 controls the semiconductor switching unit 22. In this case, the output of the
  • the logic unit 29 is preferably in
  • Integrated semiconductor switch 20 and has second control inputs 20.2b. Functions of the logic unit 29 can be controlled externally via the second control inputs 20.2b.
  • the protective device 26 allows this z. B. also a control of a temperature measuring unit 28 via the logic unit 29.
  • a measuring device 21 can also be controlled and / or evaluated by the logic unit 29.
  • the measuring device 21 has a first measuring unit 21.1a and a second measuring unit 21.2b, which respectively detect the load current IL and a measuring signal to an amplifier unit 27 electrically pass on. The measuring signal is then changed by the amplifier unit 27, in particular amplified and output at the measuring signal output 20.1.
  • all control inputs 20.2 and outputs, in particular the measuring signal output 20.1, are protected by the protective device 26 against overvoltage.
  • the semiconductor switch 20 In order to be able to switch over between a first measuring unit 21.1a and a second measuring unit 21.1b, the semiconductor switch 20 also has a
  • Selection switching unit 24 which is electrically connected to both the first measuring unit 21.1a and the second measuring unit 21.1b. In this case, in particular an external control signal and / or the logic unit 29 can drive the selection switching unit 24. Depending on this activation, the selection switching unit 24 may have either a first measurement signal of the first measurement unit 21.1a or a second measurement signal
  • the device according to the invention can also have a control evaluation device 25.
  • the control evaluation device 25 serves to control the semiconductor switch 20, in particular the logic unit 29, via the control inputs 20.2 and in particular second control inputs 20.2b.
  • the control evaluation device 25 can also detect and evaluate the signal at the measurement signal output 20.1 in order to determine the corrected measurement result.
  • the control evaluation device 25 is arranged in particular externally from the semiconductor switch.
  • FIG. 2 shows a further schematic representation of parts of a
  • Control inputs 20.2, d. H. a first control input 20.2a and a second
  • Semiconductor switch output 20.3 designed as bond pads.
  • the bond pads have, in particular, alloyed and / or doped gold and / or aluminum and / or copper in order to ensure a reliable electrical conduction.
  • the measuring units 21.1 ie a first measuring unit 21.1a and a second measuring unit 21, 1 b integrated with a temperature measuring unit 28 in the semiconductor switching unit 22, whereas the semiconductor switching unit 22, the drive unit 23, the logic unit 29, the amplifier unit 27 and the
  • Selection switch unit 24 and in particular the protective units 26.1 of the protective device 26 are integrated in the semiconductor switch 20.
  • the switching between the first measuring unit 21.1a and the second measuring unit 21.1b takes place here by the selection switching unit 24 and is controlled in particular via signals at the control inputs 20.2, in particular the second control inputs 20.2b (external).
  • FIG. 3 shows a further schematic illustration of parts of FIG
  • the first measuring unit 21.1a and the second measuring unit 21.1b are integrated in the semiconductor switching unit 22. Furthermore, second control inputs 20.2b are provided on a logic unit 29 and the measuring signal output 20.1 is provided on the measuring device 21.
  • measuring device 21 comprises in particular the amplifier unit 27, a first measuring unit 21.1a and a second measuring unit 21.1b.
  • FIG. 4 shows a further schematic representation of parts of FIG
  • the amplifier unit 27 and / or an internal control evaluation device 25 can fulfill the function of the external control evaluation device 25 and preferably an integrated analog and / or digital (signal) evaluation (of the measurement signal and / or measurement result), in particular for the determination of the corrected Measured result according to step c) perform.
  • the measuring signals of the measuring units 21 are preferably detected in parallel and evaluated by an analog circuit by means of at least one arithmetic operation. The result of this evaluation, especially the corrected
  • Measurement result is then output at the measuring signal output 20.1.
  • the measurement signals of the measuring units 21 are preferably detected serially, for example via a chopping method.
  • the at least one arithmetic operation is then performed digitally by a digital internal control evaluation device 25.
  • the (corrected) measurement result can then be read as digitally and / or serially readable
  • Measuring signal at the measuring signal output 20.1 are output. It can also be provided that a digital-to-analog converter is provided in order to convert the digital measurement signal into an analog measurement signal and to output it at the measurement signal output 20.1.
  • FIG. 5 shows a further schematic representation of the invention
  • control evaluation device 25 can receive signals of the amplifier unit 27 and be electrically connected to the amplifier unit 27 and / or be integrated in the amplifier unit 27.
  • control evaluation device 25 and / or the amplifier unit 27 and / or the semiconductor switch 20 may have different evaluation modules for carrying out the digital (signal) evaluation.
  • These evaluation modules are, for example, at least one analog-to-digital converter and / or a computing unit such as a microprocessor and / or a digital-to-analog converter and / or a serial
  • Interface and / or an analog output stage and / or a digital serial output stage This ensures a reliable digital evaluation.
  • FIG. 6 schematically illustrates a method 100 according to the invention.
  • a first measurement of the load current IL is carried out with a first transmission factor k1, a first measurement result being determined with the first measurement.
  • a second measurement of the load current IL is carried out, wherein a second transmission factor k2 is used in the second measurement.
  • the second transmission factor k2 differs from the first transmission factor k1.
  • a corrected measurement result is determined by that a comparison of the first measurement result and the second measurement result is performed, in particular such that the error IF is at least reduced.

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Abstract

Verfahren (100) zur Bestimmung eines Laststroms (IL) bei einem Halbleiterschalter (20), mit einer Messvorrichtung (21), wobei eine Messung des Laststroms (IL) durch einen von der Messvorrichtung (21) abhängigen Übertragungsfaktor (k) beeinflusst wird, wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden: a) Ausführen einer ersten Messung des Laststroms (IL) mit einem ersten Übertragungsfaktor (k1), wobei mit der ersten Messung ein erstes Messergebnis ermittelt wird, b) Ausführen einer zweiten Messung des Laststroms (IL) mit einem zweiten Übertragungsfaktor (k2), wobei mit der zweiten Messung ein zweites Messergebnis ermittelt wird, und sich der erste Übertragungsfaktor (k1) vom zweiten Übertragungsfaktor (k2) unterscheidet, um einen Fehler (IF) in den Messergebnissen zu identifizieren, c) Bestimmen eines korrigierten Messergebnisses durch einen Vergleich des ersten Messergebnisses mit dem zweiten Messergebnis, derart, dass der Fehler (IF) zumindest reduziert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Laststroms
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Laststroms gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definierten Art. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass zunehmend elektrische Sicherungen und/oder Relais insbesondere bei Fahrzeugen bzw. Kraftfahrzeugen durch
elektronische Komponenten und insbesondere durch selbstschützende
Halbleiterschalter ersetzt werden. Diese vorzugsweise integrierten Halbleiterschalter weisen dabei z. B. eine Messvorrichtung mit einer Messeinheit zur elektrischen Stromerfassung des Laststroms und/oder einen Selbstschutz gegen Kurzschlüsse auf. Es können dabei durch die Messvorrichtung zur Überwachung und/oder zur
Auswertung Lastströme über einen bestimmten Messbereich erfasst werden.
Nachteilhaft bei bekannten Lösungen von Vorrichtungen mit Halbleiterschaltern ist, dass ein elektrischer Strom mit sehr geringer Stromstärke nur mit einer hohen
Ungenauigkeit erfasst (bestimmt) werden kann. Dabei ist es oft wünschenswert, den Messbereich zu vergrößern um z. B. elektrische Ströme in einem Messbereich von insbesondere ca. 0 A (Ampere) bis zumindest 40 A mit einer hohen Genauigkeit und/oder Präzision zu erfassen, wobei auch sehr geringe Ströme z. B. <10 mA
(Milliampere) bestimmt werden sollen. Eine entsprechende Vergrößerung des
Messbereiches und/oder eine Verbesserung der Genauigkeit sind dabei mit einem hohen Kostenaufwand für die Herstellung des Halbleiterschalters verbunden. Eine Ursache ist bspw. der Messfehler, welcher vor allem bei Messungen geringer Ströme dominant ist. So weisen die Messungen des elektrischen Stroms mit der
Messvorrichtung einen bestimmten Fehler auf, welcher z. B. durch einen
unerwünschten Fehlerstrom bewirkt wird. Der Fehler und/oder der Fehlerstrom werden z. B. durch die Messvorrichtung verursacht, insbesondere durch einen
Verstärker der Messvorrichtung. Dabei ist der Fehler und/oder Fehlerstrom z. B. von Fertigungstoleranzen, der Temperatur und von der Höhe der Stromstärke des
Laststroms abhängig.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend
beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es
Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte und/oder kostengünstigere Bestimmung eines Laststroms für Halbleiterschalter zu ermöglichen, wobei vorzugsweise die Messgenauigkeit erhöht wird.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen
Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Bestimmung eines Laststroms bei einem Halbleiterschalter und/oder innerhalb eines Halbleiterschalters insbesondere für ein Fahrzeug bzw. Kraftfahrzeug. Hierfür ist zumindest eine Messvorrichtung vorgesehen, wobei eine Messung des Laststroms durch einen von der Messvorrichtung
abhängigen Ü bertrag ungsfaktor beeinflusst wird. Dabei weist vorzugsweise die Messvorrichtung zumindest eine Messeinheit auf, insbesondere eine erste
Messeinheit und eine zweite Messeinheit, wobei die erste Messeinheit einen ersten Übertragungsfaktor und die zweite Messeinheit einen zweiten Übertragungsfaktor bestimmt und/oder (inhärent) aufweist. Die Messeinheiten (d. h. die erste und zweite Messeinheit) sind z. B. als Stromsensoren zur Strommessung ausgebildet. Erfindungsgemäß umfasst dabei das Verfahren die nachfolgenden Schritte: a) Ausführen einer ersten Messung des Laststroms mit einem ersten
Übertragungsfaktor, wobei mit der ersten Messung ein erstes Messergebnis ermittelt wird,
b) Ausführen einer zweiten Messung des Laststroms mit einem zweiten
Übertragungsfaktor, wobei mit der zweiten Messung ein zweites Messergebnis ermittelt wird, und sich der erste Ü bertrag ungsfaktor vom zweiten
Übertragungsfaktor unterscheidet, um einen Fehler in den Messergebnissen zu identifizieren,
c) Bestimmen eines korrigierten Messergebnisses durch einen Vergleich des
ersten Messergebnisses mit dem zweiten Messergebnis, derart, dass der Fehler zumindest reduziert und insbesondere im Wesentlichen eliminiert wird.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass durch den Vergleich des ersten
Messergebnisses mit dem zweiten Messergebnis der insbesondere durch einen Fehlerstrom verursachte Fehler deutlich reduziert werden kann. Dabei wird durch die Bestimmung des korrigierten Messergebnisses der Laststrom sehr genau bestimmt bzw. gemessen. Da der Fehler vor allem bei geringen Stromstärken dominant bzw. relevant ist und eine zuverlässige Auswertung der Messung verhindert, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren z. B. auch die Erfassung (d. h. Bestimmung) geringer Lastströme z. B. <=40 mA und/oder <=20 mA und/oder <10 mA. Dabei wird zumindest eine Last durch den Halbleiterschalter mit dem Laststrom bestromt, wobei das korrigierte Messergebnis proportional zum Laststrom ist. Dabei weist das korrigierte Messergebnis insbesondere einen Fehler auf, welcher geringer ist als der Fehler des ersten Messergebnisses und/oder des zweiten Messergebnisses.
Insbesondere ist der Übertragungsfaktor ein Proportionalitätsfaktor und bestimmt dabei das Verhältnis zwischen dem Messergebnis und dem Laststrom. Vorzugsweise ist der Übertragungsfaktor der Messeinheit und/oder der jeweiligen Kombination einer Messeinheit mit weiteren Komponenten der Messvorrichtung inhärent, so dass eine erste Messeinheit einen bestimmten und/oder konstanten und/oder bekannten ersten Übertragungsfaktor und die zweite Messeinheit einen bestimmten und/oder bekannten und/oder konstanten zweiten Übertragungsfaktor aufweist und/oder bestimmt.
Vorzugsweise wird der Vergleich gemäß Schritt c) dabei durchgeführt, um einen korrigierten Messwert mit reduziertem Fehler zu bestimmen, welcher eine zumindest reduzierte Abhängigkeit vom Fehlerstrom, der Temperatur (z. B. Temperatur und/oder Umgebungstemperatur des Halbleiterschalters) und/oder vom Laststrom und/oder eine geringere Fehlertoleranz aufweist. Der Fehler ist insbesondere ein Messfehler, welcher durch zumindest eine Komponente der Messvorrichtung, insbesondere einer Verstärkereinheit und insbesondere von einem Fehlerstrom verursacht wird. Die Messvorrichtung und/oder der Halbleiterschalter sind dabei insbesondere derart ausgebildet, dass der Fehlerstrom ausschließlich positiv und/oder negativ gerichtet ist (jedoch niemals 0 A) und z. B. stets eine bestimmte Stromstärke ungleich 0 A aufweist. Bei einem idealen Fehlerstrom, welcher 0 A (Ampere) beträgt, wäre bei einer Laststromstärke von 0 A das am Ausgang der Messvorrichtung gemessene
Messsignal und somit das Messergebnis ebenfalls 0 A. Bei einem positiv gerichteten Fehlerstrom fließt jedoch stets ein Strom am Ausgang. Bei einem negativ gerichteten Fehlerstrom der Verstärkereinheit wird erst ab einer bestimmten Stromstärke des zu messenden Stroms (des Laststroms) ein Messsignal ausgegeben, wodurch geringe Ströme nicht mehr messbar sind. Auch gewinnt der Fehlerstrom bei kleinen
Lastströmen einen höheren Anteil, so dass der relative Fehler hinsichtlich des
Übertrag ungsfaktors zunimmt. Dies führt folglich zu einer geringeren Genauigkeit der Strommessung d. h. Bestimmung des Laststroms bei dem Halbleiterschalter. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen dabei eine Reduzierung dieser Fehler, sodass auch geringe Laststromstärken messbar werden. Es wird folglich insgesamt die Genauigkeit der Bestimmung des Laststroms erhöht.
Ferner können insbesondere Schritt a) und Schritt b) in beliebiger Reihenfolge oder alternativ gleichzeitig und Schritt c) nach Schritt a) und b) durchgeführt werden. Auch ist es denkbar, dass gemäß Schritt c) der Vergleich bereits zumindest teilweise gleichzeitig mit Schritt a) und b) durchgeführt wird, wobei zumindest teilweise das erste und zweite Messergebnis zur Bestimmung des korrigierten Messergebnisses herangezogen werden. Es ist daher auch eine zumindest teilweise Überschneidung der Durchführung der Schritte a), b) und c) denkbar, wobei ggf. die ersten und zweiten Messergebnisse auch asynchron in Schritt c) herangezogen werden können.
Vorteilhafterweise kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der
Vergleich durch zumindest eine arithmetische Operation erfolgt, wobei insbesondere der erste Übertragungsfaktor und der zweite Übertragungsfaktor als bekannte Größe für die arithmetische Operation genutzt werden. Die arithmetische Operation bzw. eine Reihe von zumindest 2, 3, 4 und/oder 5 verschiedenen arithmetischen Operationen kann bspw. durch eine Komponente der Halbleiterschalteinheit insbesondere intern, z. B. durch eine Logikeinheit und/oder durch eine Steuer-Auswertevorrichtung
durchgeführt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine externe Steuer- Auswertevorrichtung zur Durchführung der zumindest einen arithmetischen Operation mit dem Halbleiterschalter (elektrisch) verbunden ist. Dabei bewirkt der Vergleich und/oder die arithmetische Operation, dass der Fehler und insbesondere Fehlerstrom aus dem ersten Messergebnis und zweiten Messergebnis reduziert und/oder im Wesentlichen eliminiert werden, so das ein korrigiertes Messergebnis mit einem reduzierten Fehler berechnet wird. Hierbei ist es insbesondere erfindungswesentlich, dass zumindest 2 Messergebnisse mit unterschiedlichen Übertragungsfaktoren zur Berechnung genutzt werden. Beispielhaft wird im Folgenden die arithmetische
Operation beschrieben, wobei das korrigierte Messergebnis (l_korr) z. B. durch die folgenden Formeln ermittelt werden kann. Hierzu muss zunächst ein erstes
Messergebnis (I_m1) und ein zweites Messergebnis (I_m2) gemäß Schritt a) und b) ermittelt werden:
I_m1 = IL / k1 + IF (1)
I_m2 = IL / k2 + IF (2)
Dabei ist IL der Laststrom und k1 der erste Übertragungsfaktor und k2 der zweite Übertrag ungsfaktor und IF der Fehler bzw. Fehlerstrom und„/" der Operator für die Division und„+" für die Addition. Der Fehlerstrom ist (zumindest annähernd) für beide Messungen identisch. Anschließend erfolgt der Vergleich, wobei die Formel (1 ) nach IF umgestellt wird und dann in Formel (2) für IF eingesetzt wird.
IF = I_m1 - IL / k1 (3) l_m2 = IL / k2 + l_m1— IL / k1 (4)
Im Ergebnis ist das korrigierte Messergebnis bzw. das Messsignal am Ausgang der Messvorrichtung: l_korr = IL = (I_m2 - I_m1 ) / (1/k2 - 1/k1 ) (5)
Das Ergebnis, d. h. das korrigierte Messergebnis, ist somit unabhängig vom
Fehlerstrom.
Es ist ferner denkbar, dass die erste Messung und die zweite Messung gleichzeitig und/oder abwechselnd erfolgen, und insbesondere intern durch den Halbleiterschalter erfolgen, wobei vorzugsweise der Vergleich des ersten Messergebnis mit dem zweiten Messergebnis, insbesondere gemäß Schritt c), extern vom Halbleiterschalter (d. h. außerhalb des Halbleiterschalters) erfolgt. Hierdurch ergibt sich insbesondere eine kostengünstigere und kompaktere Bauweise der Halbleiterschalteinheit. Zur
Durchführung des Vergleiches kann z. B. extern vom Halbleiterschalter eine Steuer- Auswertevorrichtung elektrisch mit dem Ausgang der Messvorrichtung zum Empfang des Messsignals verbunden sein.
Ferner kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der erste
Ü bertrag ungsfaktor und der zweite Übertragungsfaktor vorbestimmt sind und/oder in einem festen Verhältnis zueinander stehen und vorzugsweise der erste
Übertragungsfaktor ein ganzzahliges Vielfaches von dem zweiten Übertragungsfaktor ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer einfachen und kostengünstig zu
realisierenden Berechenbarkeit des korrigierten Messergebnisses. Die Ü bertrag ungsfaktoren können dabei z. B. durch eine entsprechende Auswahl der Komponenten der Messvorrichtung, insbesondere einer ersten Messeinheit und einer zweiten Messeinheit vorbestimmt werden. Damit eine zweite Messung mit einem zweiten Ü bertrag ungsfaktor möglich ist, kann insbesondere eine zweite Messeinheit zusätzlich zu einer ersten Messeinheit in den Halbleiterschalter eingebracht werden. Bevorzugt kann zudem eine Selektionsschalteinheit in den Halbleiterschalter integriert werden, welche elektrisch mit der ersten Messeinheit und der zweiten Messeinheit verbunden wird und zwischen der ersten Messeinheit und der zweiten Messeinheit umzuschalten. Die Selektionsschalteinheit wird bspw. durch eine Logikeinheit angesteuert, wobei eine Ansteuerung von außen z. B. durch die Steuer- Auswertevorrichtung durch einen Steuereingang möglich ist. Weiter kann es vorgesehen sein, dass der Halbleiterschalter und/oder die Messvorrichtung derart ausgebildet sind, dass das Messsignal am Ausgang der Messvorrichtung und insbesondere der Fehlerstrom der Messvorrichtung stets positiv gerichtet ist.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Laststroms, mit einem Halbleiterschalter insbesondere für ein Fahrzeug bzw.
Kraftfahrzeug, wobei der Halbleiterschalter zumindest eine Messvorrichtung und zumindest eine Halbleiterschalteinheit aufweist, um den Laststrom an einer Last zu schalten, wobei eine erste Messeinheit und eine zweite Messeinheit zur Ausführung von Messungen des Laststroms vorgesehen sind, um durch einen Vergleich der Messungen ein korrigiertes Messergebnis zu erhalten. Damit bringt die
erfindungsgemäße Vorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind. Bevorzugt ist dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen
Verfahren betreibbar. Dabei weist vorzugsweise die Messvorrichtung zumindest eine Messeinheit auf, insbesondere die erste Messeinheit und die zweite Messeinheit. Die erste und zweite Messeinheit sind bevorzugt bei der Halbleiterschalteinheit angeordnet und/oder insbesondere monolithisch und/oder vollständig innerhalb der Halbleiterschalteinheit integriert. Weiter kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein elektrischer Messsignal-Ausgang zur Ausgabe eines Messsignals der
Messvorrichtung in Abhängigkeit zum Laststrom und/oder zum korrigierten Messergebnis und/oder zu einem ersten Messergebnis der ersten Messeinheit und/oder zu einem zweiten Messergebnis der zweiten Messeinheit vorgesehen sein. Der Messsignal-Ausgang dient bspw. zur Erfassung des korrigierten Messergebnisses oder zur externen Erfassung des ersten und/oder zweiten Messergebnisses bzw. entsprechender Messsignale durch z. B. eine Steuer-Auswertevorrichtung, um anhand dieser Messergebnisse / Messsignale das korrigierte Messergebnis zu bestimmen. Dabei kann die erste und zweite Messeinheit derart in dem Halbleiterschalter und insbesondere in einer Halbleiterschalteinheit angeordnet sein, dass eine Messung der ersten und zweiten Messeinheit insbesondere gleichzeitig oder nacheinander an der elektrischen Leitung mit dem Laststrom erfolgt.
Es ist ferner denkbar, dass die erste Messeinheit einen ersten Übertragungsfaktor und die zweite Messeinheit einen zweiten Übertragungsfaktor bestimmt und/oder aufweist, wobei sich der erste Übertragungsfaktor vom zweiten Übertragungsfaktor
unterscheidet, um so einen Fehler in den Messergebnissen zu identifizieren. Dabei können die erste Messeinheit und die zweite Messeinheit derart ausgebildet sein, dass der erste Übertragungsfaktor ein ganzzahliges Vielfaches vom zweiten
Übertragungsfaktor beträgt und/oder der erste Übertragungsfaktor und der zweite Ü bertrag ungsfaktor im festen Verhältnis zueinander stehen. Auch ist es denkbar, dass weitere Messeinheit mit weiteren Übertragungsfaktoren zur Bestimmung des
Laststromes und/oder einem Vergleich zur Bestimmung des korrigierten
Messergebnisses genutzt werden.
Vorteilhafterweise kann bei der Erfindung vorgesehen sein, dass der
Halbleiterschalter als intelligenter, integrierter Halbleiterschalter zur
Laststrommessung ausgebildet ist, und vorzugsweise eine integrierte
Schutzvorrichtung insbesondere zum Schutz vor einem Kurzschluss und/oder einer Überspannung aufweist. Die Schutzvorrichtung kann z. B. Schutzeinheiten aufweisen, welche beim Überschreiten einer vorbestimmten Stromstärke den Stromfluss unterbrechen. Somit ist ein sicherer und zuverlässiger Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet. Die Schutzvorrichtung und/oder zumindest eine Schutzeinheit können ferner im Halbleiterschalter insbesondere vollständig integriert sein.
Es ist ferner denkbar, dass die erste Messeinheit und die zweite Messeinheit in der Halbleiterschalteinheit insbesondere vollständig und/oder monolithisch integriert sind, wobei insbesondere die Halbleiterschalteinheit als Leistungshalbleiterschalter und/oder als Leistungs-MOSFET (Leistungs- Metall-Oxid-Halbleiter- Feldeffekttransistor) ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, durch den Halbleiterschalter auch hohe Lastströme zu schalten, insbesondere bis maximal 10 A und/oder 20 A und/oder 30 A und/oder 40 A und/oder 100 A und/oder 200 A. Die Halbleiterschalteinheit kann dabei insbesondere vollständig und/oder monolithisch in dem Halbleiterschalter integriert sein, wobei der Halbleiterschalter z. B. noch weitere Komponenten wie z. B. eine Logikeinheit und/oder eine Verstärkereinheit und/oder eine Schutzvorrichtung integriert aufweist. Bevorzugt sind die Halbleiterschalteinheit und/oder der Halbleiterschalter und/oder die Messeinheiten und/oder die Logikeinheit und/oder die Verstärkereinheit dabei als Halbleiter-Bauelemente ausgebildet.
Außerdem kann es im Rahmen der Erfindung von Vorteil sein, wenn eine
insbesondere elektronische Selektionsschalteinheit, insbesondere ein Multiplexer, vorgesehen ist, wobei die erste Messeinheit und die zweite Messeinheit elektrisch derart mit der Selektionsschalteinheit verbunden sind, dass durch die
Selektionsschalteinheit eine erste Messung mit der ersten Messeinheit und eine zweite Messung mit der zweiten Messeinheit schaltbar sind. Die
Selektionsschalteinheit ist insbesondere extern durch z. B. eine Steuer- Auswertevorrichtung ansteuerbar.
Es ist ferner denkbar, dass eine Steuer-Auswertevorrichtung, insbesondere ein MikroController, elektrisch mit dem Halbleiterschalter verbunden ist, insbesondere derart, dass eine Auswertung eines ersten Messergebnisses der ersten Messeinheit und eines zweiten Messergebnisses der zweiten Messeinheit durch die Steuer- Auswertevorrichtung durchführbar ist. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die Steuer-Auswertevorrichtung auf, die elektrisch mit dem Halbleiterschalter verbunden ist. Dabei kann die Steuer-Auswertevorrichtung z. B. sowohl mit zumindest einem Steuereingang und/oder mit zumindest einem
Messsignal-Ausgang verbunden sein. So kann die Steuer-Auswertevorrichtung durch eine elektrische Ansteuerung der Selektionsschalteinheit den Messvorgang steuern, z. B. ein Umschalten zwischen der ersten Messeinheit und der zweiten Messeinheit, und/oder gleichzeitig die Messsignale empfangen, die Messergebnisse ermitteln und durch einen Vergleich des ersten und zweiten Messergebnisses ein korrigiertes Messergebnis bestimmen. Somit wird ein einfacher und kostengünstiger Aufbau ermöglicht um ein verbessertes korrigiertes Messergebnis für den Laststrom zu erhalten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild von Teilen einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung und eines Halbleiterschalters,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines Halbleiterschalters,
Fig. 3 eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung und eines Halbleiterschalters,
Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung und eines Halbleiterschalters,
Fig. 5 eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung und eines Halbleiterschalters,
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Visualisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt schematisch ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, wobei die Vorrichtung 10 einen Halbleiterschalter 20 umfasst. Der Halbleiterschalter 20 weist ferner, insbesondere integriert, eine Halbleiterschalteinheit 22 auf. Die
Halbleiterschalteinheit 22 und/oder der Halbleiterschalter 20 sind dabei elektronische Bauelemente und insbesondere elektronische- bzw. Halbleiter-Schalter, welche die Funktion eines analogen Schalters wie eines Relais in Form eines
Halbleiterbauelementes realisieren. Hierzu weist der Halbleiterschalter 20 und/oder die Halbleiterschalteinheit 22 insbesondere zumindest einen Feldeffekttransistor, insbesondere einen Leistungs-MOSFET auf oder ist als Leistungs-MOSFET bzw. Feldeffekttransistor ausgebildet. Weiter weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 eine Stromversorgung 30 auf, welche insbesondere ermöglicht, dass ein Laststrom IL einer Last 40 durch die Halbleiterschalteinheit 22 bzw. durch den Halbleiterschalter 20 geschaltet werden kann. Ein Einschalten bewirkt dabei z. B., dass die
Halbleiterschalteinheit 22 einen Laststromfluss durch die Last 40 ermöglicht, wobei bei einem Ausschalten der Laststromfluss verhindert ist. Die Spannungsversorgung 30 des Halbleiterschalters 20 ist dazu mit der Logikeinheit 29 und/oder der
Halbleiterschalteinheit 22 verbunden. Es sind weiter Steuereingänge 20.2 am
Halbleiterschalter 20 vorgesehen, um den Schaltvorgang extern steuern zu können. Über einen ersten elektrischen Steuereingang 20.2a wird bspw. eine
Ansteuerungseinheit 23, insbesondere ein MOSFET-Gate-Treiber mit einer
integrierten Ladungspumpe angesteuert. Der Ausgang der Ansteuerungseinheit 23 steuert dabei die Halbleiterschalteinheit 22. Dabei ist hierzu der Ausgang der
Ansteuerungseinheit 23 vorzugsweise elektrisch mit einem Gate der (als Leistungs- MOSFET ausgebildeten) Halbleiterschalteinheit 22 verbunden. Eine weitere
Steuerung des Halbleiterschalters 20, insbesondere auch einer Schutzvorrichtung 26, erfolgt über eine Logikeinheit 29. Die Logikeinheit 29 ist vorzugsweise im
Halbleiterschalter 20 integriert und weist zweite Steuereingänge 20.2b auf. Über die zweiten Steuereingänge 20.2b können Funktionen der Logikeinheit 29 von außen angesteuert werden. Neben der Ansteuerung z. B. der Schutzvorrichtung 26 ermöglicht dies z. B. auch eine Ansteuerung einer Temperaturmesseinheit 28 über die Logikeinheit 29. Ggf. kann auch eine Messvorrichtung 21 durch die Logikeinheit 29 gesteuert und/oder ausgewertet werden. Die Messvorrichtung 21 weist dabei eine erste Messeinheit 21.1a und eine zweite Messeinheit 21.2b auf, welche jeweils den Laststrom IL erfassen und ein Messsignal an eine Verstärkereinheit 27 elektrisch weitergeben. Das Messsignal wird anschließend von der Verstärkereinheit 27 verändert, insbesondere verstärkt und am Messsignal-Ausgang 20.1 ausgegeben. Insbesondere sind dabei sämtliche Steuereingänge 20.2 und Ausgänge, insbesondere der Messsignal-Ausgang 20.1 , durch die Schutzvorrichtung 26 gegen Überspannung geschützt.
Damit zwischen einer ersten Messeinheit 21.1a und einer zweiten Messeinheit 21.1b umgeschaltet werden kann, weist der Halbleiterschalter 20 ferner eine
Selektionsschalteinheit 24 auf, welche elektrisch sowohl mit der ersten Messeinheit 21.1a und der zweiten Messeinheit 21.1b verbunden ist. Dabei kann insbesondere ein externes Steuersignal und/oder die Logikeinheit 29 die Selektionsschalteinheit 24 ansteuern. Die Selektionsschalteinheit 24 kann abhängig von dieser Ansteuerung entweder ein erstes Messsignal der ersten Messeinheit 21.1a oder ein zweites
Messsignal der zweiten Messeinheit 21.1b an die Verstärkereinheit 27 ausgeben, wobei die Verstärkereinheit 27 das von der Selektionsschalteinheit 24 ausgegebene Signal verstärkt und als Messsignal am Messsignal-Ausgang 20.1 ausgibt. Wie durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zudem eine Steuer-Auswertevorrichtung 25 aufweisen. Die Steuer-Auswertevorrichtung 25 dient dabei der Ansteuerung des Halbleiterschalters 20, insbesondere der Logikeinheit 29, über die Steuereingänge 20.2 und insbesondere zweiten Steuereingänge 20.2b. Auch kann die Steuer-Auswertevorrichtung 25 das Signal am Messsignal-Ausgang 20.1 erfassen und auswerten, um das korrigierte Messergebnis zu bestimmen. Hierzu ist die Steuer-Auswertevorrichtung 25 insbesondere extern von dem Halbleiterschalter angeordnet.
In Figur 2 ist eine weitere schematische Darstellung von Teilen einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gezeigt. Dabei sind insbesondere die
Steuereingänge 20.2, d. h. ein erster Steuereingang 20.2a und ein zweiter
Steuereingang 20.2b und/oder der Messsignal-Ausgang 20.1 und/oder der
Halbleiterschalterausgang 20.3 als Bond-Pads ausgebildet. Die Bond-Pads weisen insbesondere legiertes und/oder dotiertes Gold und/oder Aluminium und/oder Kupfer auf, um eine zuverlässige elektrische Leitung zu gewährleisten. Wie in Figur 2 zudem erkennbar ist, sind die Messeinheiten 21.1 , d. h. eine erste Messeinheit 21.1a und eine zweite Messeinheit 21 ,1 b zusammen mit einer Temperaturmesseinheit 28 in der Halbleiterschalteinheit 22 integriert, wohingegen die Halbleiterschalteinheit 22, die Ansteuerungseinheit 23, die Logikeinheit 29, die Verstärkereinheit 27 und die
Selektionsschalteinheit 24 und insbesondere auch die Schutzeinheiten 26.1 der Schutzvorrichtung 26 in dem Halbleiterschalter 20 integriert sind. Die Umschaltung zwischen der ersten Messeinheit 21.1a und der zweiten Messeinheit 21.1 b erfolgt dabei durch die Selektionsschalteinheit 24 und wird insbesondere über Signale an den Steuereingängen 20.2, insbesondere den zweiten Steuereingängen 20.2b (extern) angesteuert.
In Figur 3 ist eine weitere schematische Darstellung von Teilen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gezeigt. Hierbei sind die erste Messeinheit 21.1a und die zweite Messeinheit 21.1 b in der Halbleiterschalteinheit 22 integriert. Ferner sind zweite Steuereingänge 20.2b an einer Logikeinheit 29 vorgesehen und der Messsignal-Ausgang 20.1 an der Messvorrichtung 21 vorgesehen. Die
Messvorrichtung 21 umfasst dabei insbesondere die Verstärkereinheit 27, eine erste Messeinheit 21.1a und eine zweite Messeinheit 21.1 b.
Figur 4 zeigt eine weitere schematische Darstellung von Teilen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Hier erfolgt die Auswertung der ersten
Messeinheit 21. a und zweiten Messeinheit 21.1b intern, d. h. im und/oder durch den Halbleiterschalter 20. Entsprechend ist keine Selektionsschalteinheit 24 vorgesehen. Die Verstärkereinheit 27 und/oder eine interne Steuer-Auswertevorrichtung 25 kann dabei die Funktion der externen Steuer-Auswertevorrichtung 25 erfüllen und vorzugsweise eine integrierte analoge und/oder digitale (Signal-) Auswertung (des Messsignals und/oder Messergebnisses) insbesondere zur Bestimmung des korrigierten Messergebnisses gemäß Schritt c) durchführen. Bevorzugt werden bei der analogen Auswertung die Messsignale der Messeinheiten 21 parallel erfasst und durch eine analoge Schaltung durch zumindest eine arithmetische Operation ausgewertet. Das Ergebnis dieser Auswertung, insbesondere das korrigierte
Messergebnis, wird dann am Messsignal-Ausgang 20.1 ausgegeben. Bei der digitalen Auswertung werden bevorzugt die Messsignale der Messeinheiten 21 seriell erfasst, bspw. über ein Chopping Verfahren. Die zumindest eine arithmetische Operation erfolgt dann digital durch eine digitale interne Steuer-Auswertevorrichtung 25. Das (korrigierte) Messergebnis kann dann als digital und/oder seriell auslesbares
Messsignal am Messsignal-Ausgang 20.1 ausgegeben werden. Ebenfalls kann es vorgesehen sein, dass ein Digital-Analog-Wandler vorgesehen ist, um das digitale Messsignal in ein analoges Messsignal umzuwandeln und am Messsignal-Ausgang 20.1 auszugeben.
Figur 5 zeigt eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 10, wobei eine interne Steuer-Auswertevorrichtung 25 im
Halbleiterschalter 20 vorgesehen ist. Die Steuer-Auswertevorrichtung 25 kann dabei Signale der Verstärkereinheit 27 empfangen und mit der Verstärkereinheit 27 elektrisch verbunden sein und/oder in der Verstärkereinheit 27 integriert sein. Ferner kann die Steuer-Auswertevorrichtung 25 und/oder die Verstärkereinheit 27 und/oder der Halbleiterschalter 20 zur Durchführung der digitalen (Signal-) Auswertung verschiedene Auswertungsbausteine aufweisen. Diese Auswertungsbausteine sind bspw. zumindest ein Analog-Digital-Wandler und/oder eine Recheneinheit wie ein Mikroprozessor und/oder ein Digital-Analog-Wandler und/oder eine serielle
Schnittstelle und/oder eine analoge Ausgangsstufe und/oder eine digital serielle Ausgangsstufe. Hierdurch wird eine zuverlässige digitale Auswertung gewährleistet.
Figur 6 visualisiert schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren 100. In einem ersten Verfahrensschritt 100.1 erfolgt dabei die Ausführung einer ersten Messung des Laststroms IL mit einem ersten Übertragungsfaktor k1 , wobei mit der ersten Messung ein erstes Messergebnis ermittelt wird. Gemäß dem zweiten Verfahrensschritt 100.2 wird eine zweite Messung des Laststroms IL ausgeführt, wobei bei der zweiten Messung ein zweiter Übertragungsfaktor k2 zur Anwendung kommt. Der zweite Übertragungsfaktor k2 unterscheidet sich dabei vom ersten Übertrag ungsfaktor k1. Mit der zweiten Messung wird dabei ein zweites Messsignal ermittelt. Gemäß einem dritten Verfahrensschritt 100.3 wird ein korrigiertes Messergebnis dadurch bestimmt, dass ein Vergleich des ersten Messergebnisses und des zweiten Messergebnisses durchgeführt wird, insbesondere derart, dass der Fehler IF zumindest reduziert wird.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung
20 Halbleiterschalter
20.1 Messsignal-Ausgang
20.2 Steuereingänge
20.2a Erster Steuereingang 20.2b Zweiter Steuereingang
20.3 Haltleiterschalterausgang
21 Messvorrichtung
21.1 Messeinheit
21.1a Erste Messeinheit
21.1 b Zweite Messeinheit
22 Halbleiterschalteinheit
23 Ansteuerungseinheit
24 Selektionsschalteinheit
25 Steuer-Auswertevorrichtung
26 Schutzvorrichtung
26.1 Schutzeinheit
27 Verstärkereinheit
28 Temperaturmesseinheit
29 Logikeinheit
30 Spannungsversorgung 40 Last
100 Verfahren
100.1 Erster Verfahrensschritt
100.2 Zweiter Verfahrensschritt
100.3 Dritter Verfahrensschritt IL Laststrom Fehler, Fehlerstrom
Übertragungsfaktor Erster Übertragungsfaktor Zweiter Übertragungsfaktor

Claims

- 1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Laststroms Patentansprüche
1. Verfahren (100) zur Bestimmung eines Laststroms (IL) bei einem
Halbleiterschalter (20), mit einer Messvorrichtung (21), wobei eine Messung des Laststroms (IL) durch einen von der Messvorrichtung (21) abhängigen Übertrag ungsfaktor (k) beeinflusst wird,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
a) Ausführen einer ersten Messung des Laststroms (IL) mit einem ersten Übertragungsfaktor (k1), wobei mit der ersten Messung ein erstes Messergebnis ermittelt wird,
b) Ausführen einer zweiten Messung des Laststroms (IL) mit einem
zweiten Übertrag ungsfaktor (k2), wobei mit der zweiten Messung ein zweites Messergebnis ermittelt wird, und sich der erste Übertragungsfaktor (k1) vom zweiten Übertragungsfaktor (k2) unterscheidet, um einen Fehler (IF) in den Messergebnissen zu identifizieren,
c) Bestimmen eines korrigierten Messergebnisses durch einen Vergleich des ersten Messergebnisses mit dem zweiten Messergebnis, derart, dass der Fehler (IF) zumindest reduziert wird.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Vergleich durch zumindest eine arithmetische Operation erfolgt, wobei insbesondere der erste Übertragungsfaktor (k1) und der zweite Übertragungsfaktor (k2) als bekannte Größe für die arithmetische Operation genutzt werden. - 2 -
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Messung und die zweite Messung gleichzeitig und/oder abwechselnd erfolgen, und insbesondere intern durch den Halbleiterschalter (20) erfolgen, wobei vorzugsweise der Vergleich des ersten
Messergebnisses mit dem zweiten Messergebnis extern vom
Halbleiterschalter (20) erfolgt.
4. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Ü bertrag ungsfaktor (k1) und der zweite Übertragungsfaktor (k2) vorbestimmt sind und/oder in einem festen Verhältnis zueinander stehen und vorzugsweise der erste Übertragungsfaktor (k1) ein ganzzahliges Vielfaches von dem zweiten Übertragungsfaktor (k2) ist.
5. Vorrichtung (10) zur Bestimmung eines Laststroms (IL), mit einem
Halbleiterschalter (20), wobei der Halbleiterschalter (20) eine
Messvorrichtung (21) und zumindest eine Halbleiterschalteinheit (22) aufweist, um den Laststrom (IL) an einer Last (40) zu schalten,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste Messeinheit (21.1a) und eine zweite Messeinheit (21.1b) zur Ausführung von Messungen des Laststroms (IL) vorgesehen sind, um durch einen Vergleich der Messungen ein korrigiertes Messergebnis zu erhalten.
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Messeinheit (21.1a) einen ersten Übertragungsfaktor (k1 ) und die zweite Messeinheit (21.1 b) einen zweiten Übertragungsfaktor (k2) bestimmt, wobei sich der erste Übertragungsfaktor (k1) vom zweiten
Übertragungsfaktor (k2) unterscheidet, um einen Fehler (IF) in den
Messergebnissen zu identifizieren. - 3 -
7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Halbleiterschalter (20) als intelligenter, integrierter Halbleiterschalter (20) zur Laststrommessung ausgebildet ist, und vorzugsweise eine integrierte Schutzvorrichtung (26) insbesondere zum Schutz vor einer Überspannung und/oder einem Kurzschluss aufweist.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Messeinheit (21.1a) und die zweite Messeinheit (21.1b) in der Halbleiterschalteinheit (22) integriert sind, wobei insbesondere die
Halbleiterschalteinheit (22) als Leistungshalbleiterschalter und/oder als Leistungs-MOSFET ausgebildet ist.
9. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Selektionsschalteinheit (24), insbesondere ein Multiplexer, vorgesehen ist, wobei die erste Messeinheit (21.1a) und die zweite
Messeinheit (21.1b) elektrisch derart mit der Selektionsschalteinheit (24) verbunden sind, dass durch die Selektionsschalteinheit (24) eine erste Messung mit der ersten Messeinheit (21.1a) und eine zweite Messung mit der zweiten Messeinheit (21.1b) schaltbar sind.
10. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuer-Auswertevorrichtung (25), insbesondere ein
Mikrocontroller, elektrisch mit dem Halbleiterschalter (20) verbunden ist, insbesondere derart, dass eine Auswertung eines ersten Messergebnisses der ersten Messeinheit (2 .1a) und eines zweiten Messergebnisses der zweiten Messeinheit (21.1b) durch die Steuer-Auswertevorrichtung (25) durchführbar ist. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (10) gemäß einem Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 betreibbar ist.
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