DE102005029813A1

DE102005029813A1 - Schaltungsanordnung zum Messen einer elektrischen Spannung

Info

Publication number: DE102005029813A1
Application number: DE200510029813
Authority: DE
Inventors: Alexander Reich; Folker Dr. Renken
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2006-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Messen einer elektrischen Spannung, die einen ersten Verstärker (OPA) aufweist, der eine erste und eine zweite Versorgungsspannung (U¶OP-¶ und U¶OP+¶) aufweist. Hierbei ist die Betriebsspannung auf eine Eingangsgröße (U¶Shunt Neg¶) des ersten Verstärkers (OPA) bezogen. Ein an den Spannungseingängen (+, -) des ersten Verstärkers (OPA) anliegendes Gleichtaktsignal, das im Vergleich zu dem zu messenden Spannungssignal (UR¶Shunt¶) wesentlich größer ist, wird bei der Verstärkung durch den ersten Verstärker (OPA) unterdrückt.

Description

Schaltungsanordnung zum Messen einer elektrischen Spannung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Messen einer Spannung, insbesondere zur Messung einer Spannung mit einem schwebenden Bezugspotential.

Zur Messung einer Spannung zwischen zwei Messpunkten, von denen keiner einen Bezug zu einem der beiden Potentiale einer Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung hat (schwebendes Bezugspotential), werden häufig so genannte Instrumentenverstärker, wie beispielsweise der INA129 der Firma Burr-Brown verwendet. Diese Bauelemente zeichnen sich durch eine hohe Gleichtaktunterdrückung (CMRR) aus.

Unter der Gleichtaktunterdrückung versteht man den Faktor, um welchen die an beiden Eingängen gemeinsame Eingangsspannung geringer verstärkt wird als eine Spannungsdifferenz zwischen beiden Eingängen. Der Quotient aus der Differenzverstärkung und der Gleichtaktverstärkung ist die Gleichtaktunterdrückung.

Bei der Regelung elektrischer Maschinen, die beispielsweise einer Asynchronmaschine oder einer Gleichstrommaschine, ist es wichtig, die einzelnen Phasenströme zu überwachen. Hierzu wurden bisher beispielsweise Hallsensoren oder Strommesswiderstände, so genannte Shunts verwendet. Bei der Verwendung eines Shunts, wird die über dem Messwiderstand abfallende Spannung ermittelt. Dieser Shunt ist üblicherweise zwischen einem Ausgang eines Spannungswandlers und einem Anschluss der elektrischen Maschine angeordnet. Er weist daher keine Verbindung zu einem Bezugspotential der Schaltungsanordnung (Standard-Bezugspotential) auf. Eine Messung der über dem Shunt abfallenden Spannung ohne einen Bezug auf ein Potential der Versorgungsspannung erfordert üblicherweise die bereits oben erwähnten Instrumentenverstärker. Ein solcher Instrumen tenverstärker kann üblicherweise nur positive Spannungen messen. Bei einer negativen Spannung würde sich ein nicht unwesentlicher Messfehler ergeben. Des Weiteren handelt es sich bei Instrumentenverstärkern um im Verhältnis zu Standardkomponenten teure Bauelemente.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Messen einer Spannung zu schaffen, die einfach und kostengünstig aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Schaltungsanordnung zum Messen einer elektrischen Spannung weist zumindest einen ersten Verstärker und eine Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung dieses ersten Verstärkers auf. Der Verstärker verstärkt die Differenz zwischen einem ersten und einem zweiten an diesem Verstärker anliegenden Eingangssignal (Potentialdifferenz).

Erfindungsgemäß ist die Spannungsversorgung dieses ersten Verstärkers so ausgelegt, dass sie eine Versorgungsspannung für den Verstärker bereitstellt, wobei die Versorgungsspannung des Verstärkers auf das Potential des ersten oder des zweiten Eingangs bezogen ist.

Eine so ausgelegte Spannungsversorgung wird auch als „schwebende" Spannungsversorgung bezeichnet. Unter „schwebend" ist hier zu verstehen, dass die Spannungsversorgung des ersten Verstärkers nicht auf Masse, sondern auf eine der Eingangsgrößen des ersten Verstärkers bezogen ist.

Durch diese Spannungsversorgung des ersten Verstärkers wird verhindert, dass ein an beiden Eingängen des Verstärkers anliegendes Signal in gleicher Weise verstärkt wird, wie die Potentialdifferenz zwischen den beiden Eingängen (Gleichtaktunterdrückung).

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Vorzugsweise stellt die Spannungsversorgung eine positive und eine negative Versorgungsspannung zur Verfügung, die symmetrisch zu einem Potential an einem der Eingänge des Verstärkers ist. Eine zu einem der Eingangspotentiale symmetrische Versorgungsspannung des Verstärkers erweist sich insoweit als besonders vorteilhaft, da sowohl positive als auch negative Spannungsdifferenzen zwischen den beiden Eingängen des ersten Verstärkers in gleicher Weise – ohne vorzeichenbehaftete Messfehler – verstärkt werden können.

Bei dem ersten Verstärker handelt es sich vorzugsweise um einen Operationsverstärker.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dem ersten Verstärker eine Auswerteeinheit nachgeschaltet. Diese stellt an einem Ausgang ein auf ein weiteres Potential, insbesondere das Standardbezugspotential der Schaltungsanordnung bezogenes Ausgangssignal zu Verfügung, das Aufschluss über die Potentialdifferenz am Eingang des ersten Verstärkers gibt. So wird eine einfache Auswertung und weitere Bearbeitung des zu messenden Spannungssignals ermöglicht.

Die Schaltungsanordnung ermöglicht eine erste Verstärkung mit Hilfe des ersten Verstärkers, die einen durch ein Gleichtaktsignal verursachten Messfehler reduziert. Bei der Auswerteeinheit handelt es sich vorzugsweise um einen weiteren Verstärker, einen Analog-Digitalwandler oder einen Spannungsfrequenzwandler.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schaltungsanordnung einen Spannungsteiler auf, der zwischen einem Eingang des ersten Verstärkers und dem Bezugspotential des Gesamtsys tems angeordnet ist, durch den die Gleichtaktunterdrückung des ersten Verstärkers eingestellt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schaltungsanordnung zwei Ladungspumpen auf, wobei die erste Ladungspumpe eine positive Versorgungsspannung und die zweite Ladungspumpe eine negative Versorgungsspannung für den ersten Verstärker zur Verfügung stellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung,
5 ein Ausführungsbeispiel einer Spannungsversorgung des ersten Verstärkers und
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spannungsversorgung des ersten Verstärkers.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zum Messen einer elektrischen Spannung. Hier handelt es sich bei der elektrischen Spannung um die über einem Widerstand R_Shunt abfallende Spannung UR_Shunt. Dieser Messwiderstand R_Shunt ist hier in Serie zu einer Spannungsquelle U_Pulse und einer Last 1 angeordnet. Dieses System weist eine Bezugsmasse GND auf.
Das eben beschriebene System stellt in vereinfachter Weise einen Ausgangszweig eines ein- oder mehrphasigen Wechselspannungswandlers dar, wie er beispielsweise zum Betreiben einer elektrischen Maschine, beispielsweise einer Synchron- oder einer Asynchronmaschine verwendet wird. Alternativ kann auch ein Gleichspannungswandler Verwendung finden.
In einem solchen Anwendungsfall treten am Ausgang der Spannungsquelle, üblicherweise einer Halbbrückenschaltung, große Spannungshübe auf. Diese würden bei einer herkömmlichen Verstärkung der über dem Messwiderstand R_Shunt abfallenden Spannung UR_Shunt zu Messfehlern führen. Ursache hierfür ist die zwischen dem ersten Anschluss des Messwiderstands R_Shunt und dem Bezugspotential GND abfallende Spannung U_Shunt
Pos und die zwischen dem zweiten Anschluss des Messwiderstands R_Shunt und dem Bezugspotential GND abfallende Spannung U_{Shunt Neg}. Diese Spannungen sind wesentlich größer, als die über dem Messwiderstand R_Shunt selbst abfallende Spannung UR_Shunt. Bei einer nicht ausreichenden Gleichtaktunterdrückung eines Messverstärkers führt dies zu einem verfälschten Messergebnis oder einem Betrieb des Verstärkers in der Sättigung.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel fließt durch die Last 1 und den Messwiderstand R_Shunt ein Laststrom I_L1 in einer Größenordnung von etwa 1 kA. Um die Verlustleistung der Anordnung möglichst gering zu halten, wird ein sehr niederohmiger Messwiderstand R_Shunt gewählt. Hier kommt üblicherweise ein Messwiderstand R_Shunt in einer Größenordnung von einigen μΩ zum Einsatz. Geht man beispielsweise von einem Messwiderstand R_Shunt von 50 μΩ und einem Laststrom I_L1 von 1300 A aus, so fällt über dem Messwiderstand R_Shunt eine Spannung UR_Shunt von 65 mV ab. Die über der Last 1 abfallende Spannung weist im Vergleich dazu einen Spannungshub von 60 V auf.
Der erste Anschluss des Messwiderstands R_Shunt ist über einen ersten Widerstand R1 mit einem invertierenden Eingang – eines ersten Verstärkers, hier eines Operationsverstärkers OPA, elektrisch verbunden. Der zweite Anschluss des Messwiderstands R_Shunt ist über einen weiteren Widerstand R3 mit dem nicht invertierenden Eingang + des Operationsverstärkers OPA elektrisch verbunden. Bei diesem Operationsverstärker OPA kann es sich beispielsweise um einen Operationsverstärker vom Typ OP2177 der Firma Analog Devices handeln.
Der Operationsverstärker OPA wird im hier dargestellten Ausführungsbeispiel von einer positiven Versorgungsspannung U_OP+ und von einer negativen Versorgungsspannung U_OP– mit Energie versorgt. Diese beiden Versorgungsspannungen U_OP+ und U_OP– sind vorzugsweise symmetrisch zu einem Potential am Eingang des Operationsverstärkers OPA, hier dem Potential am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPA. Die Spannungsversorgung des Operationsverstärkers OPA ist in 1 nicht dargestellt (vgl. 5, 6 und 7).
Der erste Operationsverstärker OPA ist hier als invertierender Spannungsverstärker beschaltet. Hierzu wird der Ausgang Out_OPA des Operationsverstärkers OPA über einen Widerstand R2 auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPA rückgekoppelt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird das Ausgangssignal des ersten Operationsverstärkers OPA über einen zweiten Operationsverstärker OPB auf das Bezugspotential GND des Gesamtsystems oder ein gewünschtes Bezugspotential bezogen. Dieser zweite Operationsverstärker OPB wird in einem Ausführungsbeispiel durch zwei Versorgungsspannungen VCC+ und VCC– mit Energie versorgt. Diese sind hier symmetrisch zum Bezugspotential des Gesamtsystems GND (Standardbezugspotential). Alternativ kann dieser zweit Operationsverstärker auch unsymmetrisch zwischen einer Versorgungsspannung VCC+, VCC– und dem Bezugspotential GND betrieben werden.
Das Signal am Ausgang Out_OPA des ersten Operationsverstärkers OPA wird über einen ersten Spannungsteiler R4, R5 und einen weiteren Widerstand R6 dem invertierenden Eingang – des zweiten Operationsverstärkers OPB zugeführt. Der nicht invertierende Eingang + des zweiten Operationsverstärkers OPB ist über einen zweiten Spannungsteiler R8, R9 mit dem nicht inver tierenden Eingang + des ersten Operationsverstärkers OPA elektrisch verbunden. Hierbei ist der zweiter Spannungsteiler R8, R9 auf das Bezugspotential GND des Gesamtsystems bezogen. Der zweite Operationsverstärker OPB ist hier als Subtrahierverstärker beschaltet. Hierbei wird das Ausgangssignal U_out am Ausgang Out_OPA über einen Widerstand R7 auf den invertierenden Eingang – rückgekoppelt. Den nicht invertierenden Eingang + des zweiten Operationsverstärkers ist ein dritter Spannungsteiler R10, R11 vorgeschaltet.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird zunächst die über dem Messwiderstand R_Shunt abfallende Spannung UR_Shunt ohne einen Bezug zum Bezugspotential GND verstärkt. Auf diese Weise erhält man am Ausgang Out_OPA eine Spannung U_Diff, die im Vergleich zu der über dem Messwiderstand R_Shunt abfallenden Spannung UR_Shunt beispielsweise um einen Faktor 100 größer ist und daher die Gleichtaktverstärkung am zweiten Operationsverstärker OPB zu einem im Verhältnis zu der zu messenden Spannung UR_Shunt wesentlich kleineren Messfehler führt.
Das Ausgangssignal Out_OPA des ersten Operationsverstärkers OPA wird dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers OPB über den ersten Spannungsteiler R4, R5 zugeführt. Die am nicht invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OPA anliegende Spannung wird über den zweiten Spannungsteiler R8, R9 dem nicht invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers OPB zugeführt. Durch die Widerstandsverhältnisse des ersten und des zweiten Spannungsteilers kann die Gleichtaktverstärkung der Schaltungsanordnung eingestellt werden.
Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird der erste Operationsverstärker OPA durch eine Parallelschaltung zweier Operationsverstärker OPA' und OPA'' ersetzt. Hierbei ist der erste dieser beiden Operationsverstärker OPA' mit seinem nicht invertierenden Eingang + mit dem ersten Anschluss des Messwiderstands R_Shunt elektrisch verbunden und der zweite O perationsverstärker OPA'' ebenfalls mit seinem nicht invertierenden Eingang + mit dem zweiten Anschluss des Messwiderstands R_Shunt elektrisch verbunden. Beide Operationsverstärker OPA' und OPA'' sind hier als invertierende Spannungsverstärker beschaltet. Die invertierenden Eingänge – der Operationsverstärker OPA' und OPA'' sind über einen Widerstand R1 elektrisch miteinander verbunden. Die Ausgänge Out_OPA' und Out_OPA'' sind jeweils über einen Widerstand R2 bzw. R3 mit dem jeweiligen invertierenden Eingang – elektrisch verbunden.
Beide Operationsverstärker OPA' und OPA'' werden im zweiten Ausführungsbeispiel wie im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit einer positiven Versorgungsspannung U_OP+ und einer negativen Versorgungsspannung U_OP– versorgt, die vorzugsweise symmetrisch einem der Potentiale am Eingang der Operationsverstärker OPA' und OPA'', hier zu dem am zweiten Anschluss des Messwiderstands anliegenden Potential U_{Shunt Neg}, ist.
Bei diesem und bei den folgenden Ausführungsbeispielen tragen funktional analoge Komponenten die gleichen Bezugszeichen. In der Beschreibung der Ausführungsbeispiele wird im Wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird durch die parallel geschalteten Operationsverstärker OPA' und OPA'' die Spannungsverstärkung der Differenzspannung UR_Shunt erhöht. Die Schaltung bringt als weiteren Vorteil mit sich, dass beide Operationsverstärker von einer Versorgungsspannungsquelle versorgt werden können.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird die über dem Messwiderstand R_Shunt abfallende Spannung UR_Shunt über einen ersten Widerstand R1 und einem zweiten Widerstand R3 dem invertierenden bzw. dem nicht invertierendem Eingang +, – eines Operationsverstärkers OPA' zugeführt. Dieser Operationsverstärker OPA' wird ebenfalls wieder von einer zu dem Potential U_{Shunt Neg} am zweiten Anschluss des Messwiderstands R_Shunt sym metrischen positiven Versorgungsspannung U_OP+ und negative Versorgungsspannung U_OP– versorgt. Der erste Ausgang Out_OPA+ des Operationsverstärkers OPA ist mit einem ersten Eingang +/– eines Analog-Digital-Wandlers 2 und zweite Ausgang Out_OPA_ mit einem zweiten Eingang –/– des Analog-Digital-Wandlers 2 verbunden, der die analoge Spannung am Ausgang Out_OPA des Operationsverstärkers OPA in ein digitales Signal umsetzt, dass einem Mikrocontroller μC zugeführt wird.
Der zweite Ausgang ist über eine Referenzspannungsquelle U_Ref mit einem Referenzspannungseingang U_Ref/In des Analog-Digital-Wandlers 2 verbunden. Hier ist der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers OPA' über eine Referenzspannungsquelle U_Ref mit einem Referenzeingang Ref_In/Out des Spannungsfrequenzwandlers 3 verbunden.
Bei dem Analog-Digital-Wandler 2 kann es sich beispielsweise um einen Analog-Digital-Wandler vom Typ ADS8321 der Firma Burr-Brown handeln.
Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß 4 entspricht weitestgehend dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3. Hier werden die Ausgangssignale Out_OPA– und Out_Opa+ einem Spannungs-Frequenzwandler 3 zugeführt, dessen Ausgangssignal F_Out wiederum einem Mikrocontroller μC über einen Optokoppler oder einen Levelstifter (nicht dargestellt) zugeführt wird. Aufgrund des am Ausgang f_Out anliegenden Signals (Frequenz) kann somit im Mikrocontroller auf die am Ausgang Out_OPA anliegende Spannung und somit auf die über dem Messwiderstand R_Shunt abfallende Spannung UR_Shunt zurückgeschlossen werden.
Bei dem Spannungsfrequenzumsetzer 3 kann es sich hier beispielsweise um einen Spannungsfrequenzumsetzer vom Typ AD7740 der Firma Analog Devices handeln. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers OPA ist hier über eine Referenzspannungsquelle U_Ref mit dem Referenzeingang Ref_In/Out des Spannungsfrequenzumsetzers 3 elektrisch verbunden.
Das dritte und vierte Ausführungsbeispiel bietet ebenfalls eine hohe Gleichtaktunterdrückung. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 erweist es sich als vorteilhaft, dass für den Analog-Digital-Wandler 2 kein Gleichtaktsignal vorhanden ist, da die Auswertung bezogen auf ein Phasenpotential stattfindet.
Beim vierten Ausführungsbeispiel (4) wird eine hohe Gleichtaktunterdrückung dadurch erzielt, dass der Spannungs-Frequenz-Wandler ebenfalls durch die gesonderte Versorgungsspannung U_OP+ und U_OP– versorgt wird und daher keinen direkten Bezug zum Bezugspotential GND des Gesamtsystems aufweist.
In 5 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung 4 zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung U_OP+, U_OP– für den ersten Operationsverstärker OPA dargestellt. Diese Schaltungsanordnung 4 weist eine Hilfsspannungsquelle U_H auf, deren erster Anschluss mit dem Bezugspotential GND des Gesamtsystems elektrisch verbunden ist. Der zweite Anschluss der Hilfsspannungsquelle U_H ist über eine Diode D₁ mit dem positiven Versorgungsspannungsanschluss U_OP+ des ersten Operationsverstärkers OPA elektrisch verbunden. Der negative Versorgungsspannungsanschluss U_OP– des ersten Operationsverstärkers OPA ist hier mit dem negativen Anschluss U_Shunt
Neg des Messwiderstands R_Shunt elektrisch verbunden.
Der positive Versorgungsspannungsanschluss U_OP+ des ersten Operationsverstärkers OPA ist über eine Parallelschaltung aus einem Kondensator C₁ und eine Serienschaltung bestehend aus einer Zenerdiode D2 und einem Widerstands R4, mit dem ersten Anschluss des Shunts U_Shunt
Pos elektrisch verbunden. Die Anode der Zenerdiode D2 zeigt in Richtung des Messwiderstands R_Shunt Die Schaltungsanordnung 4 gemäß 5 zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus. Aufgrund ihrer unsymmetri schen Spannungsversorgung des Operationsverstärkers OPA eignet sie sich zur Messung von positiven Spannungen UR_Shunt. Bei negativen Spannungen UR_Shunt würde sich in diesem Fall ein im Vergleich zu einer positiven Spannung größerer Messfehler ergeben.
Für den Fall, dass sowohl positive als auch negative Spannungen im Wesentlichen fehlerfrei gemessen werden sollen, kann eine Spannungsversorgung gemäß 6 verwendet werden. Diese bringt den Vorteil mit sich, dass eine negative Spannung UR_Shuntzu keinem weiteren Messfehler am Ausgang Out_OPA führen würde. Eine solche Spannungsversorgung kann beispielsweise durch zwei Ladungspumpen LP1 und LP2 erzeugt werden, wobei die Ausgangsspannung dieser beiden Ladungspumpen LP1 und LP2, die Spannungen U_OP+ und U_OP– symmetrisch zum Potential U_{Shunt Neg} am zweiten Anschluss des Messwiderstands R_Shunt sind. Die beiden Ladungspumpen LP1 und LP2 werden von einer Hilfsspannungsquelle U_H mit Energie versorgt. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Ladungspumpe zeigt 7.
Abhängig von einem Steuersignal U_St werden die beiden Transistoren T1 und T2 wechselweise ein- und ausgeschaltet. Nachdem der n-Kanal-Transistor T2 eingeschaltet worden ist, lädt sich der Kondensator C1 über die Diode D1 auf. Im Anschluss daran sperrt der Transistor T2 und der n-Kanal-Transistor T1 schaltet ein. Nun wird die am Kondensator C1 anliegende Spannung auf die Eingangsspannung U_H aufgestockt und ein Teil von dessen Ladung über die Diode D2 in den schon durch die Eingangsspannung geladenen Kondensator C2 gepumpt. Die Ausgangsspannung U_A würde nahezu die doppelte Eingangsspannung erreichen, wenn sie nicht um die Schwellenspannung der beiden Dioden D1 und D2 verringert würde.
Eine Invertierung der Eingangsspannung U_H für die negative Versorgungsspannung U_OP– des Operationsverstärkers OPA, kann durch ein Verlegen der beiden Dioden D1 und D2 in die Rückleitung erreicht werden. Dabei würden deren Kathoden auf dem Sourceanschluss S des Transistors T2 zeigen und der Knoten zwischen den beiden Dioden mit dem Kondensator C1 verbunden bleiben.
Ein weiterer Vorteil, den die Schaltungsanordnung mit sich bringt, ist darin zu finden, dass der Messwiderstand R_Shunt im Vergleich zu einem sonst üblicherweise für die Strommessung verwendeten Hallsensors einfach in eine Steuergerät 5 integriert werden kann. Eine solche Integration ist besonders im Bereich der Automobiltechnik von Vorteil, wo beispielsweise zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine ein Steuergerät im beengten Motorraum eines Kraftfahrzeugs untergebracht werden muss.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen Steuergeräts 5. Hier ist in einem Steuergerät 5 der Messwiderstand R_Shunt untergebracht, dessen erster und zweiter Anschluss mit einer Schaltungsanordnung 6 zum Messen der über dem Messwiderstand R_Shunt abfallenden Spannung UR_Shunt verbunden ist.
Diese Schaltungsanordnung 6 kann beispielsweise eines der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele enthalten. Weiter kann das Steuergerät 5 eine Schnittstelle 7 und einen Ausgang Out zur Kommunikation mit anderen Steuergeräten enthalten. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen CAN-Bus-Transceiver handeln.
Die Schaltungsanordnung 6 kann sowohl konventionell, als auch als integrierte Schaltung aufgebaut sein.

Claims

Schaltungsanordnung zum Messen einer elektrischen Spannung, die zumindest einen ersten Verstärker (OPA) aufweist, wobei der erste Verstärker (OPA) einen ersten und einen zweiten Spannungseingang (+, –) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung eine Spannungsversorgung (4, 5–, 5+) aufweist, die zumindest eine Versorgungsspannung (U_OP+, U_OP–) für den ersten Verstärker (OPA) bereit stellt, wobei diese Versorgungsspannung (OP+, OP–) auf ein an einem Spannungseingang (+, –) des Verstärkers (OPA) anliegendes Potential bezogen ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung (4, 5) eine positive und eine negative Versorgungsspannung (OP+ und OP–) bereitstellt, wobei die beiden Versorgungsspannungen (OP+ und OP–) symmetrisch zu dem an dem Spannungseingang (+, –) des ersten Verstärkers (OPA) anliegenden Potential sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Verstärker (OPA) eine Auswerteeinheit (OPB, 2, 3) nachgeschaltet ist, die ein Ausgangssignal (U_Diff) des ersten Verstärkers (OPA) weiter verarbeitet.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (OPB, 2) das Ausgangssignal (U_Diff) des ersten Verstärkers (OPA) in Bezug zu einem weiteren Bezugspotential (GND) setzt.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichtaktunterdrückung der Schaltungsanordnung durch einen Spannungsteiler (R8, R9) bestimmt wird, der zwischen einem Eingang des ersten Verstärkers und dem zweiten Bezugspotential (GND) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung (4, 5) eine Hilfsspannungsquelle aufweist.