CN104871017A - 用于调节电流传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节电流传感器(6)的方法,该电流传感器包括具有中断的有理电流-电压特征曲线(52)的测量元件,该方法包括:基于至少一个预定条件(46)改变所述测量元件的中断的有理电流-电压特征曲线(52)的中断的有理轮廓。

Description

用于调节电流传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于调节电流传感器的方法,该电流传感器包括具有中断的有理电流-电压特征曲线的测量元件;本发明还涉及一种用于实施该方法的控制装置以及具有该控制装置的电流传感器。
背景技术
为了在机动车中进行在电源与电气负载之间流动的电流的测量,可以在电源与电气负载之间串联连接一个电流传感器。这样的电流传感器例如由文献DE 10 2011 078 548 A1已知。
发明内容
本发明的任务在于,改善电流测量。
该任务通过独立权利要求的特征解决。优选改进是从属权利要求的对象。
按照本发明的一个方面,该用于调节电流传感器的方法包括基于至少一个预定条件改变所述测量元件的中断的有理电流-电压特征曲线的中断有理的轮廓,该电流传感器包括具有中断的有理电流-电压特征曲线的测量元件。
在提出的方法的范围中,“具有中断的有理电流-电压特征曲线的测量元件”应理解为一种电气组件,在该电气组件上电压降以中断有理的方式与流经的电流有关。为了测量元件的数学描述,相比于欧姆电阻,流过的电流因此必须附加地以任意负指数进行乘方。
在提出的方法的范围中,“基于至少一个预定条件改变所述测量元件的中断的有理电流-电压特征曲线的中断有理的轮廓”包括针对其他中断有理的曲线的改变、以及针对非中断有理的轮廓的改变。
对建议的方法的考虑基于之前所述的电流传感器,该电流传感器具有测量元件和调节回路,该调节回路通过待测量的电流将在测量元件上的电压降保持不变。借助于该不变的电压降,可以在小电流的情况下干扰鲁棒地检测通过测量元件的电流。
然而,在该考虑的范围中得知的是,调节给测量元件强加前述的中断的有理电流-电压特征曲线,该电流-电压特征曲线在理想情况下具有中断的根形曲线。中断的有理曲线然而可以以任意的上述负指数构成。通过测量元件的中断有理的、在理想情况下中断根形的特征曲线,将由测量元件消耗的电功率与通过测量元件的电流之间的原本平方关系线性化。然而,因为在电流与测量元件上的功率消耗之间的该线性关系,该测量元件相比于纯欧姆电阻消耗更多电功率(在欧姆电阻中电流与功率消耗成平方关系)。
在此产生提出的方法,在该方法的范围中提出,按照情况改变中断的有理电流-电压特征曲线。这例如可以通过前述调节回路的各参数的匹配来实现。为此的例子在从属权利要求中给出。
为了使得前述电气功率消耗最小化,例如可以通过调节回路的调节改变中断的有理电流-电压特征曲线,使得在每个测量点以一个信噪比检测测量的电流,其中确保要测量电流的可靠的分析处理。通过这种方式将功率消耗降低到最小,而不会增加测量结果中的不精确度。可限定上述预定调节以用于改变电流传感器的电流-电压特征曲线的中断的有理轮廓,并且因此可通过测量电流自身限定测量元件的电流-电压特征曲线的情况有关的改变。
令人吃惊地,测量元件的情况有关的、变化的电流-电压特征曲线也可以抵消测量中的其他误差。例如,通过测量元件的温度相关和/或湿度相关地改变的电流-电压特征曲线,可相应地补偿温度相关和/或湿度相关的测量误差。相应地,可通过测量元件的电流-电压特征曲线的相应改变来抵消多个另外的对电流测量的影响。
借助于测量元件中断的有理电流-电压特征曲线的取决于情况的改变,因此可以提高借助于测量元件对电流传感器进行测量的结果的质量。
在提出方法的一个改进中,通过将测量元件上的与电阻值和要测量的电流相关的实际电压降调节到一额定电压降,所述测量元件的中断有理的电流-电压特征曲线可基于控制信号进行调节。虽然具有中断的有理电流-电压特征曲线的测量元件也可以以任意其他的方式实现,然而,通过前述调节回路的实施,以这种方式在应用中可在电气电路中最有效地实现。作为测量元件,在此原则上可以选择可由控制信号影响的常规放入有源和无源电阻。对此的例子是可调节的欧姆电阻或晶体管,如双极性晶体管或场效应晶体管。
在一个附加的改进中,提出的方法包括下述步骤:通过按照一个物理变量调节额定电压降来改变该测量元件的中断有理的电流-电压特征曲线的中断有理的轮廓。也就是说,电流传感器的测量元件上的电压降不需要保持不变,而是可以匹配于上述与特定的物理变量有关的情况。如果例如测量元件的参考电阻值因为物理变量如湿度、污染或温度而改变,那么改变的参考电阻值相应地导致中断有理的电流-电压特征曲线的曲线变化(该电流-电压特征曲线借助于调节回路产生)。该轮廓变化然后相应地导致有意的电流测量中的错误。提出的改进通过相应地改变额定电压降来校正中断有理的电流-电压特征曲线的轮廓变化并因而补偿相应的测量误差。
物理变量自身在此可以是任意的。例如,物理变化以不受限的方式可以是温度、电流、电流测量范围和/或实际的电压降。
在一个备选的改进中,提出的方法包括下述步骤:通过独立于调节过程地对控制信号施加影响来改变中断有理的电流-电压特征曲线。通过这种方式,可获得备选或附加的影响变量,借助于备选或附加的影响变量可改变测量元件的通过调节回路产生的中断有理的电流-电压特征曲线。
在提出方法的一个特别的改进中,为了影响控制信号而将控制信号保持不变,从而测量元件的电阻值保持不变。换言之,中断调节回路、并且将测量元件的中断有理的电流-电压特征曲线因此改变为如在欧姆电阻上那样的常规线性电流-电压特征曲线。如此虽然对于要测量的比较小的电流导致了开始所述的糟糕的测量结果问题,然而在要测量的电流为大的情况下,可以降低电流传感器的功率消耗。
在提出方法的一个特别优选的改进中,如果电流超过预定值,那么控制信号保持不变。该改进详细地提出,仅仅在要测量的电流的测量范围中(在该测量范围中,由于上述未调节的典型有源或无源电阻的平方曲线,测量结果太不精确)激活测量元件的中断有理的电流-电压特征曲线。在要测量电流的一个确定的水平之上,可以利用典型欧姆电阻的小的功率消耗的优点,借助于未经调节的(例如典型的欧姆电阻)也是可足够精确地检测的。
在提出方法的又一改进中,影响控制信号的步骤包括相应于与实际电压降不同的物理变量来调节控制信号。也就是说,可以为调节回路纳入或叠加另一调节回路,以用于产生测量元件的中断有理的电流-电压特征曲线,借助于该另一调节回路可以校正上述误差影响,例如温度、湿度和/或污染,以进一步提高测量结果的精度。
按照本发明的另一方面,一种控制装置配置成实施根据上述权利要求之一所述的方法。
在提出的控制装置的一种改进中,提出的装置具有存储器和处理器。在此提出的方法以计算机程序的形式存储在存储器中并且处理器设定用于当计算机程序由存储器加载到处理器上时执行所述方法。
按照本发明的另一方面,计算机程序包括计算机代码机构,以便当计算机程序在计算机或提出的装置之一上执行时实施提出的方法的所有步骤。
按照本发明的另一方面,计算机程序产品包括程序代码,该程序代码存储在计算机可读的数据载体上并且当该计算机代码在数据处理机构上执行时实施提出的方法之一。
附图说明
本发明的上述特征和优点以及实现这些特征和优点的方式和方法结合各实施例的以下描述将变得更清楚和明确,所述实施例结合附图将进一步阐明。其中:
图1示出具有两个电流传感器的、连接到车辆蓄电池电极的车辆蓄电池电路的示意图;
图2示出用于控制图1的电流传感器的调节回路的示意图;
图3示出一图形,其中要测量的电流与该要测量的电流流经的电阻的功率消耗进行对比;以及
图4示出在图1的电流传感器中电阻的电流-电压特征曲线。
在附图中,相同的技术元素设有相同的附图标记并且仅进行一次描述。
具体实施方式
参照图1和图2,所述图相应地示出了具有两个电流传感器6并且连接到车辆蓄电池电极2的车辆蓄电池电路4的示意图、以及用于控制图1的电流传感器6的调节回路8的示意图。
车辆蓄电池电极2是车辆蓄电池10的两个车辆蓄电池电极2中之一。通过车辆蓄电池电极2和连接到车辆蓄电池电极2的车辆蓄电池电路4,来自电源14例如插座的电流12可以被接收或者输出到电气负载16——例如未进一步示出的车辆的驱动电机。
为了不必须将电气负载16直接连接到电源14,电源14和电气负载16可以附加地通过双掷开关18相互电气隔离,从而,根据双掷开关18的位置,或者电源14或者电气负载16连接到车辆蓄电池10。
具有电流传感器6的车辆蓄电池电路4可以按照在文献DE 10 2011078 548 A1中公开的主动分路构成。为此每个电流传感器6在本实施方案中具有未进一步提及的场效应晶体管和未进一步提及的空载二极管,该空载二极管沿流通方向由源极连接到漏极。两个电流传感器6相互反向并联地连接到车辆蓄电池电路4。
在图1中还示出了分析处理电路20。分析处理电路20可以是车辆蓄电池电路4的一部分或构成为分离的电路。在本实施方案中车辆蓄电池电路4示例性地与分析处理电路20分离地构成。
分析处理电路20在本实施方案中如此控制电流传感器6的场效应晶体管,使得在电流传感器上的电压降22保持在一个确定的额定值。为此分析处理电路20接收第一电位24,该第一电位由车辆蓄电池10看来在电流传感器6之前截取,而第二电位26由车辆蓄电池10看来在电流传感器6之后截取。电压降22由第一电位24与第二电位26之间的差确定。
通过借助于各一个用于电流传感器6的控制信号28对电流传感器6的场效应晶体管的门极的驱控将在图2示出的调节回路8上的电压降22保持在额定值30。控制信号28如在文献DE 10 2011 078 548 A1中所示与要测量的电流12有关。因此,如果该关系存储在分析处理电路20中,则电流12可以直接由控制信号28导出。在本实施方案中,可以通过还要描述的限制器29将控制信号限制至一个确定值。
调节回路8在本实施方案中作为调节***包括车辆蓄电池电路4,该车辆蓄电池电路通过控制信号28以前述方式驱控,从而可以截取通过车辆蓄电池电路4的电流传感器6的电压降22。该电压降22在比较点32处通过求差与额定值30对比,其中产生调节差34,该调节差输出到对于本领域内技术人员已知的并且设置在分析处理电路20中的调节器36。调节器36随后又产生控制信号28,以便将电压降22保持在额定值30。
电流传感器6或者其分析处理电路20的另外的细节可以由已经提及的文献DE 10 2011078 548 A1得知。
参照具有图形38的附图3,其中要测量的电流12与电流传感器6之一的功率消耗40进行对比,要测量的电流12流经该电流传感器6。
在图3中以实线示出了一直线42,如果控制信号28可以采用任意高的值并且与限制器29不相关,那么该直线表示电流传感器6的功率消耗40。在该情况下,电流传感器6的功率消耗40在要测量的电流12的整个值范围上是线性的。
相比之下在图3中以虚线示出了抛物线44,如果该电流传感器构成为未调节的无源电阻,那么该抛物线示出了电流传感器6的功率消耗40。
由图3清晰可见的是,要测量的电流12在低值范围中几乎没有引起在无源电阻的功率消耗40的变化。相应地,在要测量的电流12变化落在该低值范围中时,通过无源电阻几乎检测不到电压降22的变化。通过在图1中示出的调节回路8处理该问题,该调节回路将电流传感器6的功率消耗40线性化,并且在要测量的电流12的低测量范围中也可以获得精确的测量结果。
然而同样如图3所见,直线42在抛物线44上方延伸,这表示,电流传感器6的功率消耗40在借助于调节回路8调节的情况下可明显高于应用无源电阻时。
借助于限制器29处理该高功率消耗40,其方法是电流传感器6借助于调节回路8仅仅调节直至一个确定的最大电流46。在该最大电流46之上,限制器29中断调节回路并且电流传感器6如常规无源电阻那样作用。通过这种方式,对要测量的电流的精确检测可结合有:在低值范围中调节的电流传感器6、以及在要测量的电流的较高值范围中无源电阻的低功率消耗40。
限制器因此将直线42和抛物线44组合形成一用于电流传感器6的组合特征曲线48。
参照具有图形50的附图4,其中要测量的电流12与在之前在图3的范围中讨论的电流传感器6上的电压降22进行比较,要测量的电流12流经该电流传感器。也就是说在图4中示出了该电流传感器6的电流-电压特征曲线52。
如图4可见,电流-电压特征曲线52在一个下部区域44’中直至上述的最大电流46是中断、有理的,详细地为中断、根形的。该中断、有理的轮廓由调节回路8确定。在最大电流46之上,通过限制器29使得调节回路8变得不作用,并且电流传感器6在上部区域42’中如同线性电阻地工作。
通过限制器28的限制在此可以基于控制信号28的经验值实施。然而,以未示出的方式,也可以基于要测量的电流12进行限制,即在要测量的电流12的一个确定值之上激活限制器。

Claims (10)

1.用于调节电流传感器(6)的方法,该电流传感器包括具有中断的有理电流-电压特征曲线(52)的测量元件,该方法包括:
基于至少一个预定条件(46)改变所述测量元件的中断的有理电流
-电压特征曲线(52)的中断有理轮廓。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述测量元件的中断的有理电流-电压特征曲线(52)可通过将在测量元件上的与电阻值和要测量的电流(12)有关的实际电压降(22)调节(8)到额定电压降(30)而基于控制信号(28)进行调节。
3.根据权利要求2所述的方法,包括下述步骤:通过根据一个物理变量调节额定电压降(30)来改变该测量元件的中断的有理电流-电压特征曲线(52)的中断有理的轮廓。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述物理变量是温度、电流(12)、电流测量范围和/或实际电压降(22)。
5.根据权利要求2至4之一所述的方法,包括下述步骤:通过独立于所述调节(8)地对控制信号(28)施加影响来偏离中断的有理电流-电压特征曲线(52)的中断的有理轮廓。
6.根据权利要求5所述的方法,其中为了影响控制信号(8)而将控制信号(28)保持为不变,从而,测量元件的电阻值保持不变。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,如果电流(12)超过预定值(46),那么控制信号(28)保持不变。
8.根据权利要求5至7之一所述的方法,其中,对控制信号(28)施加影响的步骤包括下述步骤:相应于与实际电压降(22)不同的物理变量来调节控制信号(28)。
9.控制装置(20),该控制装置设计成实施根据上述权利要求之一所述的方法。
10.用于检测来自车辆蓄电池(10)或进入车辆蓄电池(10)中的电流(12)的电流传感器(6),包括根据权利要求9所述的控制装置(20)。
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