電流傳感器的制造方法
【專利摘要】一種電流傳感器，包括至少一個第一電流檢測元件（1），其檢測通過電導(dǎo)體的負載電流（iLast）并且根據(jù)該負載電流提供電測量信號，其中，所述電流檢測元件（1）與信號處理單元（2）相連，所述信號處理單元包括電阻元件（3），所述電阻元件被配置為，使得至少在所述電流傳感器的定義的測量范圍內(nèi)，如果由所述電流檢測元件（1）檢測到的所述負載電流增加，則所述電阻元件（3）的電阻減小。
【專利說明】電流傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]在機動車中當(dāng)前在很多位置實施電流測量。這些電流測量例如結(jié)合在控制回路中，用于邊界值的監(jiān)控或者用于測量電池的放電或充電電流。在后者的應(yīng)用領(lǐng)域中此外還獲取電池的充電狀態(tài)。此外通過電池的內(nèi)阻的監(jiān)控推斷出關(guān)于電池的狀態(tài)的結(jié)果。這些結(jié)果包括電池的老化和容量。
[0003]基于尋找使用可再生能源的新的驅(qū)動方案，大量的研發(fā)注意力集中到電動和混合動力驅(qū)動。在此，電池的充電狀態(tài)和全部狀態(tài)的檢測正變得越來越重要。在該情況之下，必須測量電池的電流和電壓。在該情況之下，電池電壓最高達1000V，而放電電流最高達600A。待測量的電流的動態(tài)范圍例如從IOmA擴展至1000A，也就是說1*10_5的倍數(shù)。根據(jù)相應(yīng)的測量值，精度應(yīng)該通常為〈1%。為了不出現(xiàn)過高的損耗功率，將分流電阻的值限制為最大100 μ Ω。
[0004]通過測量跨連接到電路中的無抗電阻(分流器)的電壓來測量電流是最為廣泛的。然而，在該情況之下，通常很難在需要的動態(tài)范圍實現(xiàn)需要的精度。例如在IOmA的電流時跨100 μ Ω的電阻下降的電壓為I μ V，其必須被1%準確地測量。在1000Α的電流時下降的電壓為IOOmV,該電壓同樣必須被非常準確地測量。為此需要高分辨率的準確的Α/D轉(zhuǎn)換器，其相對昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明基于這樣的目的:提出一種相當(dāng)?shù)统杀究捎玫碾娏鱾鞲衅?，其可以相對?jīng)濟的方式使用，特別是在待測量電流的相對大的測量范圍情況下或者在相對大的動態(tài)范圍情況下。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器實現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點特別是在于，可以在電流傳感器中使用各種不同的電流檢測元件，例如無抗電阻或分流器或磁場傳感元件，如霍爾傳感元件或AMR元件。
[0008]優(yōu)選地，所述電流傳感器以這樣的方式被設(shè)置:通過基于所述電測量信號而電流流過所述電阻元件以及由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器測量跨所述電阻元件的電壓，測量由電流檢測元件檢測到的負載電流。
[0009]優(yōu)選地，由電流檢測元件提供的電測量信號基本上與通過所述電導(dǎo)體的需要被檢測和測量的負載電流成正比。
[0010]所述信號處理單元優(yōu)選地包括至少一個控制回路，所述控制回路被用于將跨所述電阻元件的電壓調(diào)節(jié)到至少在定義的測量范圍內(nèi)的定義的參考電壓值。在該情況下，所述定義的參考電壓值特別是優(yōu)選為至少lmV。
[0011]有利地，信號處理單元包括放大器，所述放大器放大輸入側(cè)上的所述電測量信號并且提供流過所述電阻元件的輸出電流。
[0012]優(yōu)選地，信號處理單元以這樣的方式被設(shè)置:基于負載電流的瞬時值的電流測量的百分比分辨率在所述電流傳感器的定義的測量范圍上基本上保持穩(wěn)定，所述電流傳感器的定義的測量范圍基于待通過所述電流檢測元件檢測的電流。
[0013]電流檢測元件優(yōu)選為分流器的形式，并且信號處理單元的電阻元件特別是不被設(shè)計為功率電阻元件。
[0014]另選地，電流檢測元件優(yōu)選為磁場傳感元件的形式，并且信號處理單元的電阻元件特別是不被設(shè)計為功率電阻元件。
[0015]優(yōu)選地將功率電阻元件理解為電子部件，例如電阻元件或半導(dǎo)體部件，如晶體管，其被設(shè)計為用于大于IA特別是大于IOA的電流強度。
[0016]信號處理單元的電阻元件相應(yīng)地有利地以這樣的方式被設(shè)置:使得所述電阻元件包括僅僅這樣的部件，其被設(shè)置為最高達或者小于IA特別是IOA的電流，這特別優(yōu)選地適用于子電阻元件。
[0017]優(yōu)選地，用于檢測通過所述電阻元件的電流的電壓被檢測為跨所述電阻元件的晶體管元件的柵-源電壓或基極-發(fā)射極電壓。
[0018]有利地，通過跨所述電阻元件的受控的參考電壓，該電阻元件的電阻值基本上依賴于I除以通過該電阻元件的電流的值或者基本上依賴于I除以通過該電阻元件的電流的值的方根。
[0019]所述電流傳感器優(yōu)選以這樣的方式被設(shè)置:通過導(dǎo)體的負載電流的峰值比通過信號處理單元的電阻元件的電流的峰值大至少100倍、特別是至少1000倍。因此信號處理單
元也有利的以這樣的方式被設(shè)置:至少其電阻元件作為變換器(LTbertrager)工作并且
顯著地減小測量信號的動態(tài)范圍或動態(tài)范圍的區(qū)間的邊界，例如減小1000倍。
[0020]本發(fā)明優(yōu)選具有的優(yōu)點在于，通過電阻元件的自加熱很小，并且對于所述電流傳感器，外部溫度影響基本上是決定性的。
[0021]優(yōu)選地，所述信號處理單元的電阻元件包括兩個或更多個并聯(lián)連接的子電阻元件，它們特別是能夠被接通和/或斷開，基本上用于擴展測量范圍。特別優(yōu)選地，電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別用于將跨子電阻元件的電壓調(diào)節(jié)到至少在定義的測量范圍內(nèi)的定義的參考電壓值，待測量的電流能夠沿第一定義的方向流過所述第一控制回路的子電阻元件并且待測量的電流能夠沿與所述第一方向相反的第二方向流過所述第二控制回路的子電阻元件，并且根據(jù)電流方向使用所述第一控制回路或所述第二控制回路檢測和測量待測量的電流。
[0022]特別優(yōu)選地，所述第一和第二控制回路的所述子電阻元件為兩個互補的場效應(yīng)晶體管的形式，和/或所述第一和第二控制回路的所述子電阻元件并聯(lián)連接并且其中的一個子電阻元件的漏極連接端或集電極連接端分別與另一個子電阻元件的源極連接端或發(fā)射極連接端連接，特別地，所述另一個子電阻元件的漏極連接端或集電極連接端分別與所述一個子電阻元件的源極連接端或發(fā)射極連接端連接。
[0023]有利地，至少一個子電阻元件被配置至少一個敏感場效應(yīng)晶體管，所述敏感場效應(yīng)晶體管與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，使用所述敏感場效應(yīng)晶體管確定通過所述電阻元件的電流。[0024]優(yōu)選地，所述定義的參考電壓是可調(diào)節(jié)的，以擴展測量范圍。
[0025]本發(fā)明此外還涉及所述的電流傳感器在機動車輛中的應(yīng)用，特別是用于測量電動或混合動力車輛中的蓄電裝置的放電和/或充電電流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]進一步優(yōu)選的實施方式從屬權(quán)利要求和以下參照附圖的實施例的描述中表現(xiàn)出來，其中，在示例性的示意圖中示出:
[0027]圖1不出了一個實施例,其中電流傳感器被用于測量在電動或混合動力車輛中蓄電裝置的放電和/或充電電流，以及
[0028]圖2示出了一個具有信號處理電路的電阻元件的示例性的電流傳感器，其中該電阻元件包括兩個子電阻元件，這兩個子電阻元件被用于分別使用控制回路將電壓調(diào)節(jié)到定義的基準電壓值。
【具體實施方式】
[0029]圖1示出了電流傳感器的一個實施例，所述電流傳感器被用于測量蓄電裝置或電池8的放電和充電電流Iifesst5例如為分流器的形式的電流檢測元件I檢測通過電導(dǎo)體的負載電流，該電導(dǎo)體被用于連接電池8，并且電流檢測元件I根據(jù)負載電流提供電測量信號，該電測量信號被提供給信號處理單元2、3，所述信號處理單元例如具有包括至少一個電阻元件的非線性變換器。調(diào)節(jié)的測量信號或者通過信號處理單元2、3轉(zhuǎn)換的測量信號被提供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4，其執(zhí)行測量。
[0030]圖2圖解說明了示例性的電流傳感器，該電流傳感器包括電流檢測元件1，電流檢測元件I例如為分流器的形式，待檢測的測量電流kast流過該電流檢測元件1，并且跨該電流檢測元件I的電壓被抽取作為電測量信號。該電壓被施加到信號處理單元2的放大器5上。根據(jù)輸入側(cè)的電壓,例如以電壓放大器形式的放大器5在輸出端結(jié)合輔助電阻R產(chǎn)生電流信號，該電流信號被提供給電阻元件3并且作為測量電流ifess流過電阻元件3。在該實例中，電阻元件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邊的子電阻元件6、左邊的放大器以及與該放大器相關(guān)聯(lián)的來自參考電壓源的參考電壓值規(guī)格-Ref，而所述第二控制回路包括右邊的子電阻元件7、右邊的放大器4以及對應(yīng)的參考電壓值規(guī)格+Ref。待測量的電流流過兩個控制回路的兩個子電阻元件6、7，在放電期間電流ifcss流過第一控制回路的子電阻元件，而在充電期間電流ifcss流過第二控制回路的子電阻元件，也就是說測量電流ifcss具有相反的流動方向。第一和第二控制回路的子電阻元件6、7例如為兩個互補的MOS場效應(yīng)晶體管并且并聯(lián)連接，一個子電阻元件的漏極連接端連接到另一子電阻元件的源極連接端，該另一個子電阻元件的漏極連接端連接到該一個子電阻元件的源極連接端。在該實例中，兩個MOSFET的漏-源電壓被調(diào)節(jié)到一個定義的參考電壓值，由此兩個子電阻元件的電阻值，基本上依賴于I除以通過該電阻元件3的電流iMess的值，因此電阻值隨測量電流iMess增加而減小，并且電阻元件3的電阻值隨電流減小而增加。在該實例中，為了測量電流，檢測相應(yīng)的子電阻元件的柵-源電壓，其電壓是第一和第二控制回路的操作變量并且被提供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4。待控制的漏-源電壓示例性地分別遠低于寄生二極管的正向電壓，為幾個mV。
【權(quán)利要求】
1.一種電流傳感器，包括至少一個第一電流檢測元件(1)，其檢測通過電導(dǎo)體的負載電流(Ust)并且根據(jù)該負載電流提供電測量信號，所述電流傳感器特征在于，所述電流檢測元件(I)與信號處理單元(2)相連，所述信號處理單元包括電阻元件(3)，所述電阻元件以這樣的方式被設(shè)置:至少在所述電流傳感器的定義的測量范圍內(nèi)，如果由所述電流檢測元件(I)檢測到的所述負載電流增加，則所述電阻元件(3 )的電阻減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于，所述電流傳感器以這樣的方式被設(shè)置:通過基于所述電測量信號而電流流過所述電阻元件(3)以及由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)測量跨所述電阻元件的電壓，測量由所述電流檢測元件(I)檢測到的所述負載電流(kast)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于，所述信號處理單元(2)包括至少一個控制回路，所述控制回路被用于將跨所述電阻元件(3)的電壓調(diào)節(jié)到至少在定義的測量范圍內(nèi)的定義的參考電壓值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流傳感器，其特征在于，所述定義的參考電壓值為至少ImV0
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電流傳感器，其特征在于，所述信號處理單元(2)包括放大器(5)，所述放大器放大輸入側(cè)上的所述電測量信號并且提供流過所述電阻元件(3)的輸出電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的至少之一所述的電流傳感器，其特征在于，信號處理單元(2)以這樣的方式被設(shè)置:基于所述負載電流的瞬時值的所述電流測量的百分比分辨率在所述電流傳感器的定義的測量范圍上基本上保持穩(wěn)定，所述電流傳感器的定義的測量范圍基于待通過所述電流檢測元件(I)檢測的電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6 的至少之一所述的電流傳感器，其特征在于，所述電流檢測元件(I)為分流器的形式，并且所述信號處理單元的所述電阻元件特別是不被設(shè)計為功率電阻元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6的至少之一所述的電流傳感器，其特征在于，所述電流檢測元件(I)為磁場傳感元件的形式，并且所述信號處理單元的所述電阻元件特別是不被設(shè)計為功率電阻元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的至少之一所述的電流傳感器，其特征在于，用于檢測通過所述電阻元件(3)的電流的電壓被檢測為跨所述電阻元件的晶體管元件的柵-源電壓或基極-發(fā)射極電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9的至少之一所述的電流傳感器，其特征在于，在跨所述電阻元件(3)的受控的參考電壓下，該電阻元件的電阻值基本上依賴于I除以通過該電阻元件的電流的值或者基本上依賴于I除以通過該電阻元件的電流的值的方根。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10的至少之一所述的電流傳感器，其特征在于，所述電阻元件包括兩個或更多個并聯(lián)連接的子電阻元件(6、7)，它們特別是能夠被接通和/或斷開，基本上用于擴展測量范圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電流傳感器，其特征在于，電阻元件(3)包括第一和第二控制回路，所述第一和第二控制回路分別用于將跨子電阻元件(6、7)的電壓調(diào)節(jié)到至少在定義的測量范圍內(nèi)的定義的參考電壓值，待測量的電流能夠沿第一定義的方向流過所述第一控制回路的子電阻元件并且待測量的電流能夠沿與所述第一方向相反的第二方向流過所述第二控制回路的子電阻元件，并且根據(jù)電流方向使用所述第一控制回路或所述第二控制回路檢測和測量待測量的電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電流傳感器，其特征在于，所述第一和第二控制回路的所述子電阻元件(6、7)為兩個互補的場效應(yīng)晶體管的形式，和/或所述第一和第二控制回路的所述子電阻元件并聯(lián)連接并且其中的一個子電阻元件的漏極連接端或集電極連接端分別與另一個子電阻元件的源極連接端或發(fā)射極連接端連接，特別地，所述另一個子電阻元件的漏極連接端或集電極連接端分別與所述一個子電阻元件的源極連接端或發(fā)射極連接端連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13的至少之一所述的電流傳感器，其特征在于，至少一個子電阻元件(6、7)被配置至少一個敏感場效應(yīng)晶體管，所述敏感場效應(yīng)晶體管與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，使用所述敏感場效應(yīng)晶體管確定通過所述電阻元件的電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14的至少之一所述的電流傳感器在機動車輛中的應(yīng)用，特別是用于測量電動或混合動 力車輛中的蓄電裝置的放電和/或充電電流。
【文檔編號】G01R15/20GK103477234SQ201280015928
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月29日
【發(fā)明者】W·喬克爾, K·林克 申請人:大陸-特韋斯貿(mào)易合伙股份公司及兩合公司