DE102022117871A1

DE102022117871A1 - Stromsensor, system mit einem stromsensor und verfahren zum messen eines zu messenden stroms

Info

Publication number: DE102022117871A1
Application number: DE102022117871.4A
Authority: DE
Inventors: Simone Fontanesi; Jernej Pogacnik
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2022-07-18
Filing date: 2022-07-18
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2042-07-19
Also published as: DE102022117871B4; US20240019464A1

Abstract

Ein Stromsensor ist bereitgestellt. Der Stromsensor umfasst eine elektromagnetische Spule, die ausgebildet ist, eine durch einen zu messenden Strom induzierte Spannung auszugeben. Der Stromsensor umfasst ferner einen Transistor, der mit der elektromagnetischen Spule gekoppelt ist. Der Transistor ist ausgebildet, eine Ausgangsspannung des Transistors basierend auf der Spannung zu steuern. Die Ausgangsspannung zeigt den zu messenden Strom an.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Stromerfassung. Beispiele betreffen einen Stromsensor, ein System mit einem Stromsensor und ein Verfahren zum Messen eines zu messenden Stroms.
Hintergrund
Konventionelle Überstromdetektion kann platzraubend oder energieintensiv, kompliziert zu integrieren, unzuverlässig oder teuer sein. Somit besteht ein Bedarf für eine verbesserte Stromerfassung.
Zusammenfassung
Der Bedarf kann durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erfüllt sein.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung einen Stromsensor. Der Stromsensor umfasst eine elektromagnetische Spule, die ausgebildet ist, eine durch einen zu messenden Strom induzierte Spannung auszugeben. Der Stromsensor umfasst ferner einen Transistor, der mit der elektromagnetischen Spule gekoppelt ist. Der Transistor ist ausgebildet, eine Ausgangsspannung des Transistors basierend auf der Spannung zu steuern. Die Ausgangsspannung zeigt den zu messenden Strom an.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein System. Das System umfasst einen Stromsensor, wie hier beschrieben, und einen Strompfad, der ausgebildet ist, den zu messenden Strom zu leiten.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Messen eines zu messenden Stroms. Das Verfahren umfasst ein Ausgeben einer durch den zu messenden Strom induzierten Spannung durch eine elektromagnetische Spule. Das Verfahren umfasst ferner ein Steuern einer Ausgangsspannung des Transistors basierend auf der Spannung durch einen mit der elektromagnetischen Spule gekoppelten Transistor. Die Ausgangsspannung zeigt den zu messenden Strom an.
Kurze Beschreibung der Figuren
Nachfolgend werden einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen gilt:

1 stellt ein Beispiel eines Stromsensors dar;
2a, 2b stellen weitere Beispiele eines Stromsensors dar;
3 stellt ein Beispiel eines Systems, das einen Stromsensor umfasst, dar;
4 stellt ein anderes Beispiel eines Systems, das einen Stromsensor umfasst, dar; und;
5 stellt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Messen eines zu messenden Stroms dar.

Detaillierte Beschreibung
Einige Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Weitere mögliche Beispiele sind jedoch nicht auf die Merkmale dieser detailliert beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Andere Beispiele können Modifikationen der Merkmale sowie Entsprechungen und Alternativen zu den Merkmalen aufweisen. Ferner soll die Terminologie, die hierin zum Beschreiben bestimmter Beispiele verwendet wird, nicht einschränkend für weitere mögliche Beispiele sein.
Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente und/oder Merkmale, die identisch oder auch in abgewandelter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. In den Figuren können ferner die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B, sowie A und B, sofern nicht im Einzelfall ausdrücklich anders definiert. Als eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen kann „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“ verwendet werden. Das gilt äquivalent für Kombinationen von mehr als zwei Elementen.
Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“, verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch mehrere Elemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion im Folgenden als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei Gebrauch das Vorliegen der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben beschreiben, dabei aber nicht das Vorliegen oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben ausschließen.
1 stellt ein Beispiel eines Stromsensors 100 dar. Der Stromsensor 100 umfasst eine elektromagnetische Spule 110. Die elektromagnetische Spule 110 kann irgendeine Art von induktiver elektrischer Komponente sein, die in der Lage ist, ein elektromagnetisches Feld in eine auf elektromagnetischer Induktion basierende Spannung umzuwandeln, z. B. eine Ferromagnetischer-Kern-Induktivität, eine Luftkern-Induktivität oder eine variable (konfigurierbare) Induktivität. Die elektromagnetische Spule 110 kann z. B. einen gewickelten Draht oder Stapel von Metallblechen umfassen. Die elektromagnetische Spule 110 ist in 1 durch eine elektrische Komponente mit zwei Anschlüssen angezeigt. Bei anderen Beispielen kann die elektromagnetische Spule 110 irgendeine andere Anzahl von Anschlüssen aufweisen als in 1 gezeigt: die elektromagnetische Spule 110 kann eine Anzahl n ≥ 2 von Anschlüssen aufweisen.
Die elektromagnetische Spule 110 ist ausgebildet, eine durch einen zu messenden Strom induzierte Spannung auszugeben. Zum Beispiel kann die elektromagnetische Spule 110 die Spannung an einem ihrer Anschlüsse ausgeben, z. B. kann die elektromagnetische Spule 110 eine Potentialdifferenz zwischen zumindest zwei ihrer Anschlüsse aufweisen, was die Spannung ergibt. Die Spannung kann basierend auf einem magnetischen Fluss induziert werden, der mit einer externen elektrischen Komponente (Strompfad) koppelt, die den zu messenden Strom leitet, d. h. die elektromagnetische Spule 110 kann ausgebildet sein, die Spannung basierend auf einem Magnetfeld auszugeben, das durch die elektromagnetische Spule 110 verläuft, wobei das Magnetfeld durch den zu messenden Strom verursacht wird. Beispielsweise kann die elektromagnetische Spule 110 ausgebildet sein, die Spannung basierend auf einer Änderung des Magnetfelds auszugeben (z. B. einer Änderung des magnetischen Flusses des Magnetfelds, die durch eine Änderung des zu messenden Stroms verursacht wird). Die elektromagnetische Spule 110 kann z. B. in der Nähe der stromführenden, externen elektrischen Komponente derart angeordnet sein, dass das elektromagnetische Feld die elektromagnetische Spule 110 zumindest teilweise mit einer ausreichend hohen Feldstärke passiert. Abmessungen (insbesondere eine Induktivität) der elektromagnetischen Spule 110, die zu erwartende Distanz der elektromagnetischen Spule 110 zu der externen elektrischen Komponente und der magnetische Fluss des Magnetfeldes können derart aufeinander abgestimmt werden, dass der Stromsensor 100 eine gewünschte Empfindlichkeit für Strommessungen erreicht.
Der zu messende Strom kann irgendein AC (Wechselstrom; alternating current) oder DC (Gleichstrom; direct current) sein. Die Spannung kann sich nach dem Faraday'schen Gesetz der Selbstinduktion aus der folgenden Gleichung 1 ergeben: $V_{L} = N \frac{d ϕ}{d t} = \frac{μ N^{2} A d i}{l d t} = M d i / d t$
wobei V_L die Spannung in Volt ist; N die Anzahl der Windungen der elektromagnetischen Spule 110 ist (z. B. eines Drahtes der elektromagnetischen Spule 110); ϕ ein Betrag des magnetischen Flusses in Webern ist (verursacht durch den zu messenden Strom), der mit der elektromagnetischen Spule 110 verknüpft ist (der magnetische Fluss ϕ kann in einer entgegengesetzten Richtung zu einem Fluss des zu messenden Stroms orientiert sein); µ die Permeabilität eines Kernmaterials der elektromagnetischen Spule 110 in Henry pro Meter ist; A die Querschnittsfläche eines Kerns der elektromagnetischen Spule 110 in Quadratmetern ist; 1 die Länge der elektromagnetischen Spule 110 in Metern ist; di/dt eine Änderungsrate eines Wertes i des zu messenden Stroms in Ampere pro Sekunde ist; und wobei M zeitinvariante Parameter von Gleichung 1 aggregiert und gemäß Gleichung 2 wie folgt definiert ist: $M = \frac{μ N^{2} A}{l}$
Der Stromsensor 100 weist ferner einen Transistor 120 auf. Der Transistor 120 kann irgendeine Halbleiterkomponente zur Steuerung elektrischer Spannungen und Ströme sein. In 1 ist der Transistor 120 ein n-Kanal-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor). Bei anderen Beispielen kann der Transistor 120 irgendeine andere Struktur als die in 1 Gezeigte sein, z. B. kann der Transistor 120 ein anderer Feldeffekttransistor wie ein JFET (Junction-Gate-Feldeffekttransistor), ein Sperrschichttransistor wie ein BJT (bipolarer Sperrschichttransistor), ein IGBT (bipolarer Transistor mit isoliertem Gate), ein Thyristor oder Ähnliches sein. Der Transistor 120 kann aus irgendeinem Halbleitermaterial sein, z. B. einem Metalloid wie Germanium oder Silizium, Galliumarsenid, Siliziumcarbid oder Ähnlichem, sowie irgendeinem Dotierstoffmaterial. Der Transistor kann irgendeine elektrische Polarität (positiv oder negativ) aufweisen, z. B. anders als in 1 dargestellt - einen p-Kanal im Falle eines Feldeffekttransistors; npn oder pnp im Falle eines BJTs. In 1 weist der Transistor 120 drei Anschlüsse 120-1, 120-2 und 120-3 auf, die jeweils Gate, Drain und Source darstellen. Bei anderen Beispielen kann der Transistor 120 eine andere Anzahl von Anschlüssen aufweisen als der in 1 Dargestellte: Der Transistor 120 kann eine Anzahl m ≥ 3 von Anschlüssen aufweisen.
Der Transistor 120 ist mit der elektromagnetischen Spule 110 gekoppelt. In 1 ist der Transistor 120 über eine als zweipolige angezeigte Kopplungsschaltung 130 mit der elektromagnetischen Spule 110 gekoppelt. Die Kopplungsschaltung 130 kann irgendeine elektrische Komponente umfassen, die geeignet ist, den Transistor 120 mit der elektromagnetischen Spule 110 zu koppeln, z. B. einen leitfähigen Pfad, der die beiden Pole verbindet, einen leitfähigen Pfad mit weiteren zwischengeordneten elektrischen Komponenten oder einen Transformator, der die beiden Pole koppelt. Die Kopplungsschaltung 130 kann den Transistor 120 mit der elektromagnetischen Spule 110 derart koppeln, dass der Transistor 120 durch die Spannung elektromagnetisch beeinflusst wird, z. B. derart, dass sich eine Spannung zwischen Anschlüssen des Transistors 120 und/oder ein an einem Anschluss des Transistors 120 geleiteter Strom in Abhängigkeit von der Spannung ändert.
Die Kopplungsschaltung 130 ist mit einem Anschluss der elektromagnetischen Spule 110 und mit dem Anschluss 120-1 des Transistors 120 verbunden. Es ist zu beachten, dass bei anderen Beispielen die Kopplungsschaltung 130 eine andere Anzahl von Polen (oder Ports) aufweisen kann als in 1 gezeigt: Die Kopplungsschaltung 130 kann eine Anzahl 1 ≥ 2 Pole haben. Bei anderen Beispielen kann die Kopplungsschaltung 130 anders mit der elektromagnetischen Spule 110 und/oder dem Transistor 120 verbunden sein als in 1 gezeigt: Beispielsweise kann die Kopplungsschaltung 130 mehr als zwei Pole aufweisen, die jeweils mit mehreren Anschlüssen der elektromagnetischen Spule 110 und/oder mit mehreren Anschlüssen des Transistors 120 verbunden sind. Anders als in 1 kann die Kopplungsschaltung 130 alternativ oder zusätzlich zu der Verbindung mit dem Anschluss 120-1 mit einem anderen Anschluss des Transistors 120, z. B. dem Anschluss 120-3, verbunden sein.
Der Transistor 120 ist ausgebildet, eine Ausgangsspannung des Transistors 120 basierend auf der Spannung zu steuern. Die Ausgangsspannung zeigt den zu messenden Strom an. Beispielsweise können die elektromagnetische Spule 110, der Transistor 120 und die Kopplungsschaltung 130 derart entworfen sein, dass ein Wert der Ausgangsspannung eine bekannte Beziehung zu der Spannung und damit zu dem zu messenden Strom hat, z. B. kann die Ausgangsspannung eine proportionale Beziehung oder eine diskrete Beziehung zu der Spannung aufweisen.
Die Ausgangsspannung kann eine Spannung an einem der Anschlüsse des Transistors sein, z. B. eine Spannung zwischen dem Anschluss 120-2 und 120-3 des Transistors 120. Der Transistor 120 kann die Ausgangsspannung steuern, z. B. durch Schalten des Transistors 120 (d. h. Schalten zwischen Leitfähigkeit oder Isolierung zwischen den Anschlüssen 120-2 und 120-3) basierend auf der Spannung oder durch Ändern des spezifischen Widerstandes (resistivity) zwischen den Anschlüssen 120-2 und 120-3, wodurch sich eine Menge des zwischen den Anschlüssen fließenden Stroms basierend auf der Spannung ändert. Zum Beispiel kann die Kopplungsschaltung 130 eine Steuerspannung an den Anschluss 120-1 des Transistors 120 basierend auf der Spannung ausgeben (z. B. kann die Steuerspannung eine Gate-Source-Spannung des Transistors 120 sein). Der Transistor 120 kann ausgebildet sein, die Ausgangsspannung basierend auf der Steuerspannung zu steuern. Beispielsweise können die elektromagnetische Spule 110, der Transistor 120 und die Kopplungsschaltung 130 derart entworfen sein, dass die Steuerspannung eine Schwellenspannung des Transistors 120 in Abhängigkeit von der Spannung unter- oder überschreitet, z. B. wenn die Spannung einen bestimmten Wert unter- oder überschreitet.
Bei einigen Beispielen zeigt die Ausgangsspannung eine Änderungsrate eines Wertes des Stroms an, was Bezug nehmend auf 2a näher erläutert wird. Bei anderen Beispielen zeigt die Ausgangsspannung eine Differenz zwischen einem Wert des Stroms und einem vordefinierten Wert an, der Bezug nehmend auf 2b näher erläutert wird. Der Stromsensor 100 kann beispielsweise eine RC-Schaltung umfassen, die mit der elektromagnetischen Spule 110 und dem Transistor 120 gekoppelt ist. Die RC-Schaltung kann ausgebildet sein, eine Steuerspannung an einem Anschluss (z. B. dem Anschluss 120-1) des Transistors 120 basierend auf der Spannung auszugeben. Der Transistor 120 kann ausgebildet sein, die Ausgangsspannung basierend auf der Steuerspannung zu steuern. Die Steuerspannung kann eine Schwellenspannung des Transistors 120 überschreiten, wenn der Wert des Stroms einen weiteren vordefinierten Wert überschreitet. Ein Überschreiten des vordefinierten Wertes kann zum Beispiel einen Überstrom in der externen elektrischen Komponente, die den Strom leitet, anzeigen.
Der Stromsensor 100 kann eine vereinfachte und somit kostengünstige Stromerfassung ermöglichen. Darüber hinaus kann der Stromsensor 100 eine schnelle Stromerfassung ermöglichen, die z. B. für die Überstromdetektion geeignet ist, insbesondere die schnelle Überstromdetektion, wie sie für die eFuse-Technologie benötigt wird.
Bei einigen Beispielen umfasst der Stromsensor 100 ausschließlich passive elektrische Elemente (Bauelemente, Komponenten), d. h. der Stromsensor 100 würde keine (zusätzliche) elektrische Leistung verbrauchen. Passive elektrische Elemente können elektrische Elemente sein, die ausgebildet sind, ohne eine zusätzliche Leistungsquelle zu arbeiten. Passive elektrische Elemente können elektrische Elemente sein, die ausgebildet sind, ohne Verwendung einer anderen Leistungsquelle als dem zu messenden Strom zu arbeiten. Im Gegensatz dazu können aktive elektrische Elemente elektrische Elemente sein, die ausgebildet sind, eine zusätzliche Leistungsquelle zu nutzen, um elektrische Signale zu steuern oder zu modifizieren. Der ausschließlich passive Entwurf des Stromsensors 100 kann eine Verwendung in Extremniederleistungs-Anwendungen ermöglichen.
Bei einigen Beispielen umfasst der Stromsensor 100 ferner eine monolithisch integrierte Schaltung. Die monolithisch integrierte Schaltung kann den Transistor 120 und die elektromagnetische Spule 110 umfassen. So können beispielsweise der Transistor 120 und die elektromagnetische Spule 110 in ein kleines flaches Stück (Chip) aus Halbleitermaterial integriert werden, was die monolithisch integrierte Schaltung ergibt. Dies kann eine Miniaturisierung und kosteneffiziente Massenproduktion des Stromsensors 100 ermöglichen. Bei einigen Beispielen weist ein Package der monolithisch integrierten Schaltung höchstens zwei elektrische Kontakte zum elektrischen Kontaktieren der monolithisch integrierten Schaltung von außerhalb des Packages auf. Die elektrischen Kontakte können z. B. Stifte oder Anschlussleitungen, flache Anschlussflächen, Lötkugeln oder metallische Abschlüsse sein. Die höchstens zwei elektrischen Kontakte können dem Stromsensor 100 ermöglichen, in platzbeschränkten Anwendungen Platz zu sparen und eine Komplexität der Integration des Stromsensors 100 zu verringern.
Im Falle einer monolithisch integrierten Schaltung kann ein Package der monolithisch integrierten Schaltung bei einigen Beispielen einen ersten elektrischen Kontakt und einen zweiten elektrischen Kontakt zum elektrischen Kontaktieren der monolithisch integrierten Schaltung von außerhalb des Packages aufweisen. Der erste elektrische Kontakt kann mit einem ersten Anschluss (z. B. dem Anschluss 120-1) des Transistors 120 gekoppelt und ausgebildet sein, ein elektrisches Bezugspotential (z. B. ein Massepotenzial) zu empfangen. Der zweite elektrische Kontakt kann mit einem zweiten Anschluss des Transistors (z. B. dem Anschluss 120-2 oder 120-3) gekoppelt und ausgebildet sein, ein elektrisches Signal, das die Ausgangsspannung anzeigt, auszugeben. Auf diese Weise kann der Stromsensor 100 mit nur zwei Stiften auskommen und eine einfache Konfiguration für z. B. die Überstromdetektion bereitstellen.
2a und 2b zeigen zwei Beispiele eines Stromsensors 200, z. B. zum Erfassen einer Änderungsrate eines Wertes eines zu messenden Stroms (di/dt-Erfassung) und/oder einer Differenz zwischen einem Wert des zu messenden Stroms und einem vordefinierten Wert (delta i-Erfassung). Der Stromsensor 200 umfasst eine elektromagnetische Spule 210, die ausgebildet ist, eine durch einen zu messenden Strom induzierte Spannung V_L auszugeben. Die elektromagnetische Spule 210 gibt die Spannung V_L als Potentialdifferenz zwischen ihren Anschlüssen 210-1, 210-2 aus. In 2a und 2b wird die Potentialdifferenz durch einen Pfeil zwischen einem Pluspol an dem oberen Anschluss 210-1 der elektromagnetischen Spule 210 und einem Minuspol an dem unteren Anschluss 210-2 der elektromagnetischen Spule 210 angezeigt. Bei anderen Beispielen können die Pole im Vergleich zu den in 2a und 2b gezeigten Polen umgekehrt sein.
Der Stromsensor 200 umfasst ferner einen Transistor 220, der mit der elektromagnetischen Spule 210 gekoppelt ist. In 2a und 2b ist der Transistor 220 ein n-Kanal-JFET. Bei anderen Beispielen kann der Transistor 220 von irgendeinem anderen Typ als dem durch 2a und 2b Gezeigten sein, z. B. ein MOSFET oder BJT. Der Transistor 220 hat drei Anschlüsse 220-1, 220-2, 220-3: Der Anschluss 220-1 ist das Gate des Transistors 220; der Anschluss 220-2 ist die Source des Transistors 220; der Anschluss 220-3 ist der Drain des Transistors 220.
In 2a ist der Anschluss 220-1 des Transistors 220 über einen leitfähigen Pfad 232 mit dem oberen Anschluss 210-1 der elektromagnetischen Spule 210 verbunden. In 2b umfasst der Stromsensor 200 ferner eine RC-Schaltung 236, die mit der elektromagnetischen Spule 210 und dem Transistor 220 gekoppelt ist. Insbesondere umfasst die RC-Schaltung einen Widerstand R mit zwei Anschlüssen und einen Kondensator C mit zwei Anschlüssen: Die Anschlüsse des Widerstands R sind mit dem oberen Anschluss 210-1 der elektromagnetischen Spule 210 und/oder mit dem Anschluss 220-1 des Transistors 220 verbunden, d. h. der Widerstand R ist in Reihe mit der elektromagnetischen Spule 210 geschaltet. Die Anschlüsse des Kondensators C sind mit dem Anschluss 220-1 des Transistors 220 und/oder dem Anschluss 220-3 des Transistors 220 verbunden, d.h. der Kondensator C ist parallel zu dem Transistor 220 geschaltet. Sowohl in 2a als auch in 2b ist der Anschluss 220-3 des Transistors 220 über einen leitfähigen Pfad 234 mit dem unteren Anschluss 210-2 der elektromagnetischen Spule 210 verbunden.
Der Transistor 220 ist ausgebildet, eine Ausgangsspannung des Transistors 220 basierend auf der Spannung V_L zu steuern, wobei die Ausgangsspannung den zu messenden Strom anzeigt. Die Ausgangsspannung kann zwischen dem Anschluss 220-2 und dem Anschluss 220-3 sein. Der Transistor 220 kann die Ausgangsspannung basierend auf einer Steuerspannung V_G (Gate-Source-Spannung) zwischen dem Anschluss 220-1 und dem Anschluss 220-3 des Transistors 220 steuern. In der in 2a gezeigten Konfiguration des Stromsensors 200 sind die leitfähigen Pfade 232, 234 ausgebildet, die Steuerspannung V_G auszugeben. In dem letzteren Fall kann die Steuerspannung V_G eine Schwellenspannung des Transistors 220 überschreiten, wenn die Änderungsrate des Wertes des (zu messenden) Stroms einen vordefinierten Wert überschreitet, was z. B. einen Überstrom oder Kurzschluss in der externen elektrischen Komponente anzeigt, die den zu messenden Strom leitet. In der in 2b gezeigten Konfiguration des Stromsensors 200 ist die RC-Schaltung 236 ausgebildet, die Steuerspannung V_G an den Anschlüssen 220-1, 220-3 des Transistors 220 basierend auf der Spannung V_L auszugeben. In dem letzteren Fall kann die Steuerspannung V_G eine Schwellenspannung des Transistors 220 überschreiten, wenn der Wert des (zu messenden) Stroms einen weiteren vordefinierten Wert überschreitet, z. B. einen Überstrom des zu messenden Stroms anzeigt.
Der Stromsensor 200 kann ferner eine optionale monolithisch integrierte Schaltung 240 umfassen, die den Transistor 220 und die elektromagnetische Spule 210 aufweist. Ein Package der monolithisch integrierten Schaltung 230 weist einen ersten elektrischen Kontakt 240-1 und einen zweiten elektrischen Kontakt 240-2 zum elektrischen Kontaktieren der monolithisch integrierten Schaltung 240 von außerhalb des Packages auf. Der erste elektrische Kontakt 240-1 ist mit dem Anschluss 220-3 (erster Anschluss) des Transistors 220 gekoppelt. Der erste elektrische Kontakt 240-1 kann ausgebildet sein, ein elektrisches Bezugspotenzial zu empfangen. Der zweite elektrische Kontakt 240-2 ist mit dem Anschluss 220-2 (zweiter Anschluss) des Transistors 220 gekoppelt. Der zweite elektrische Kontakt 240-2 kann ausgebildet sein, ein elektrisches Signal, das die Ausgangsspannung anzeigt, auszugeben.
In der in 2a dargestellten Konfiguration des Stromsensors 200 kann die Ausgangsspannung eine Änderungsrate eines Wertes des (zu messenden) Stroms anzeigen. In dem letzteren Fall kann die Steuerspannung V_G eine mathematische Beziehung zu dem Strom aufweisen, wie in Gleichung 3 gezeigt: $V_{G} = M \frac{d i}{d t}$
Wenn die Bedingung V_G ≥ V_th (Schwellenspannung des Transistors 220), also di/dt ≥ Vt_h/M für Gleichung 3 erfüllt ist, kann der Transistor 220 schalten.
In der in 2b gezeigten Konfiguration des Stromsensors 200 kann die Ausgangsspannung eine Differenz zwischen einem Wert des Stroms und einem vordefinierten Wert anzeigen (z. B. kann der vordefinierte Wert ein Nennwert des zu messenden Stroms sein). In dem letzteren Fall kann die Steuerspannung V_G eine mathematische Beziehung zu dem Strom aufweisen, wie in Gleichung 4 gezeigt: $V_{G} = V_{C} = \frac{1}{R C} \int_{t_{0}}^{t} V_{L} d t = \frac{1}{R C} \int_{t_{0}}^{t} M \frac{d i}{d t} = \frac{M}{R C} \int_{I_{0}}^{i} d i = \frac{M}{R C} (i - I_{0}) = M \frac{Δ I}{R C}$
wobei R der spezifische Widerstand des Widerstands der RC-Schaltung 236 ist; C der Kapazitätswert des Kondensators der RC-Schaltung 236 ist; i der Wert des zu messenden Stroms ist; I₀ der vordefinierte Wert ist; ΔI (delta i) die Differenz zwischen dem Wert des Stroms I und dem vordefinierten Wert I₀ ist.
Wenn die Bedingung V_G ≥ V_th, also ΔI ≥ RC V_th / M für Gleichung 4 erfüllt ist, kann der Transistor 220 schalten. Beispielsweise können elektrische Komponenten des Stromsensors 200 derart gewählt werden, dass RC V_th / M der weitere vordefinierte Wert (I_aus) ist, z. B. ein Überstromwert.
Das Schalten des Transistors 220 kann zu einer Änderung der Ausgangsspannung führen. Beispielsweise kann der zweite elektrische Kontakt 240-2 mit einem vordefinierten elektrischen Potenzial (z. B. mit einer Drain-Spannung V_DD) verbunden sein. Wenn der Transistor 220 schaltet, kann sich die Ausgangsspannung von der Referenzspannung auf das vordefinierte elektrische Potenzial oder umgekehrt ändern. Mit Hilfe des Schaltungsentwurfs für die in 2a und 2b gezeigte Konfiguration kann V_G skaliert werden, um zu den di/dt- und/oder delta i-Anforderungen der Anwendung des Stromsensors 200 zu passen, z. B. derart, dass ein Ein- oder Aus-Zustand des Transistors 220 einen Überstrom des zu messenden Stroms anzeigt.
Der Stromsensor 200 kann eine vereinfachte, kostengünstige und schnelle Stromerfassung bereitstellen. Außerdem kann der Stromsensor 200 passiv, d. h. ohne zusätzliche Quelle, betrieben werden, was für Niedrigleistungsanwendungen von Bedeutung sein kann.
3 zeigt ein Beispiel für ein System 300 mit einem Stromsensor 310, wie hierin beschrieben, z. B. dem Stromsensor 100 oder 200. Das System 300 umfasst ferner einen Strompfad (Stromschiene) 320, der ausgebildet ist, den zu messenden Strom zu leiten. Der Strompfad 320 kann z. B. eine Leiterbahn (conductive trace/track) auf einer PCB (gedruckte Schaltungsplatine; printed circuit board) oder eine Sammelschiene sein.
Es ist zu beachten, dass die Form des Strompfades 320, die Form des Stromsensors 310 und die Anordnung des Strompfades 320 relativ zu dem Stromsensor 310, gezeigt in 3, nur der Veranschaulichung dienen. Bei anderen Beispielen kann die Form des Strompfades 320 und/oder die Form des Stromsensors 310 von der in 3 gezeigten Form abweichen, z. B. kann der Strompfad 320 eine unregelmäßige Form aufweisen. Ferner kann der Strompfad 320 anders als in 3 dargestellt angeordnet sein, z. B. kann der Strompfad 320 teilweise in einer Schicht unterhalb des Stromsensors 320 angeordnet sein.
Bei einigen Beispielen kann der Stromsensor 310 von dem Strompfad 320 galvanisch isoliert sein. Dies kann die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems 300 erhöhen, da keine Interferenz- oder Kurzschlussströme von dem Stromsensor 310 auf den Strompfad 320 oder umgekehrt übertragen werden. Da es nicht erforderlich ist, komplizierte Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, kann die galvanische Isolierung den Schaltungsentwurf des Systems 300 vereinfachen.
Bei einigen Beispielen umfasst das System 300 eine PCB. Der Strompfad 320 kann in oder auf der PCB gebildet sein. Der Transistor und die elektromagnetische Spule des Stromsensors 310 können diskrete elektrische Komponenten sein, die auf der PCB befestigt sind. Die Implementierung des Stromsensors 310 mit diskreten elektrischen Komponenten kann eine Anpassung des Stromsensors 310 an die Anforderungen des Systems 300 erleichtern und die Kosten des Systems 300 senken, insbesondere bei einem kleineren Produktionsvolumen des Systems 300 oder des Stromsensors 310. Alternativ kann der Stromsensor 310 auch eine monolithisch integrierte Schaltung sein, wie oben beschrieben, z. B. Bezug nehmend auf 1, 2a und 2b.
Das System 300 umfasst ferner einen ersten Knoten 330-1, der ausgebildet ist, ein erstes elektrisches Potenzial (z. B. ein Bezugspotential) auszugeben, und einen zweiten Knoten 330-2, der ausgebildet ist, ein zweites elektrisches Potenzial (z. B. ein vordefiniertes Potenzial wie z. B. ein Drain-Potenzial) auszugeben. Ein erster Anschluss des Transistors des Stromsensors 310 kann mit dem ersten Knoten 330-1 gekoppelt sein und ein zweiter Anschluss des Transistors des Stromsensors 310 kann mit dem zweiten Knoten 330-2 gekoppelt sein. Der Transistor kann ausgebildet sein, selektiv das erste elektrische Potenzial oder das zweite elektrische Potenzial auszugeben basierend auf der Spannung, die durch den zu messenden Strom induziert wird. Dementsprechend kann die Ausgangsspannung entweder (im Wesentlichen) mit dem ersten elektrischen Potenzial oder mit dem zweiten elektrischen Potenzial übereinstimmen. So kann beispielsweise eine Spannung zwischen dem ersten Knoten 330-1 und dem zweiten Knoten 330-2 die Ausgangsspannung anzeigen. Somit kann die Ausgangsspannung an den Knoten 330-1, 330-2 ausgegeben oder abgegriffen werden, z. B. zur Überstromdetektion. Die sich ändernden Signale von dem ersten zu dem zweiten elektrischen Potential oder umgekehrt können das Überschreiten eines vordefinierten Wertes für den zu messenden Strom anzeigen. Diese Konfiguration kann einen einfachen Hinweis auf relevante Charakteristika des zu messenden Stroms bereitstellen, z. B. zur Überwachung von di/dt oder delta i.
Bei einigen Beispielen umfasst das System 300 einen Pull-Up-Widerstand, der zwischen den ersten Anschluss und den ersten Knoten 330-1 oder den zweiten Anschluss und den zweiten Knoten 330-2 gekoppelt ist. Dies kann für eine zuverlässige Vorspannung (Bias) eines elektrischen Signals, das die Ausgangsspannung anzeigt, vorteilhaft sein. Der Pull-Up-Widerstand kann zum Beispiel verhindern, dass das elektrische Signal fälschlicherweise eine Überstromdetektion triggert.
Das System 300 umfasst ferner eine optionale Steuerschaltung 340. Die Steuerschaltung 340 kann ausgebildet sein, die elektrischen Signale, die die Ausgangsspannung anzeigen, zu empfangen. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 340 mit einem leitfähigen Pfad gekoppelt sein, der den ersten Anschluss und den ersten Knoten 330-1 oder den zweiten Anschluss und den zweiten Knoten 330-2 koppelt. Die Steuerschaltung 340 kann ferner ausgebildet sein, den durch den Strompfad 320 fließenden Stroms basierend auf dem elektrischen Signal (das die Ausgangsspannung anzeigt) zu steuern. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 340 z. B. bei einem detektierten Überstrom bei Überwachung des elektrischen Signals den Strompfad 320 von einer Stromquelle trennen, um den Strom durch den Strompfad 320 zu verringern, z. B. um den Strom auf 0 Ampere zu setzen. Dies kann eine Abschaltung des Systems 300 oder von Teilen desselben ermöglichen, um einen Überstromschutz bereitzustellen.
Das System 300 kann den Stromsensor 310 integrieren, um eine einfache, kostengünstige und schnelle Strommessung für Niederleistungsanwendungen bereitzustellen.
4 zeigt ein weiteres Beispiel für ein System 400 mit einem Stromsensor 410, wie hierin beschrieben, z. B. dem Stromsensor 100 oder 200. Der Stromsensor 410 umfasst eine elektromagnetische Spule 412 und einen Transistor 414. In 4 kann der Stromsensor 410 die Konfiguration des Stromsensors 200 von 2a aufweisen. Bei anderen Beispielen kann der Stromsensor 410 eine andere Konfiguration als die in 4 Gezeigte aufweisen, z. B. die Konfiguration des Stromsensors 100 oder die Konfiguration des Stromsensors 200 von 2b.
Das System 400 umfasst ferner einen Strompfad (Stromschiene) 420, der ausgebildet ist, den zu messenden Strom zu leiten. Der Strom induziert ein Magnetfeld 430, das durch einen Kern der elektromagnetischen Spule 412 des Stromsensors 410 verläuft und dadurch die Spannung an den Anschlüssen der elektromagnetischen Spule 412 verursacht.
Das System 400 umfasst ferner einen ersten Knoten 440-1, der ausgebildet ist, ein erstes elektrisches Potenzial V_DD auszugeben. Das erste elektrische Potenzial V_DD kann eine vordefinierte Drain-Spannung sein. Das System 400 umfasst ferner einen zweiten Knoten 440-2, der ausgebildet ist, ein zweites elektrisches Potenzial 450 auszugeben. In 4 ist das zweite elektrische Potential 450 ein Massepotential. Ein erster Anschluss des Transistors 414, z. B. der Drain-Anschluss, ist mit dem ersten Knoten 440-1 gekoppelt und ein zweiter Anschluss des Transistors 414, z. B. der Source-Anschluss, ist mit dem zweiten Knoten 440-2 gekoppelt. Der Transistor 414 kann ausgebildet sein, basierend auf der Spannung selektiv das erste elektrische Potenzial V_DD oder das zweite elektrische Potenzial 450 auszugeben. Das System 400 umfasst ferner einen Pull-Up-Widerstand 460, der zwischen den ersten Anschluss und den ersten Knoten 440-1 gekoppelt ist.
Das System 400 kann den Stromsensor 310 integrieren, um eine einfache, kostengünstige und schnelle Strommessung für Niederleistungsanwendungen bereitzustellen.
5 stellt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens 500 zum Messen eines zu messenden Stroms dar. Das Verfahren 500 umfasst ein Ausgeben 510 einer durch den zu messenden Strom induzierten Spannung durch eine elektromagnetische Spule. Das Verfahren umfasst 500 ferner ein Steuern 520 einer Ausgangsspannung des Transistors basierend auf der Spannung durch einen mit der elektromagnetischen Spule gekoppelten Transistor. Die Ausgangsspannung zeigt den zu messenden Strom an.
Weitere Einzelheiten und Aspekte des Verfahrens 500 sind in Verbindung mit der vorgeschlagenen Technik oder einem oder mehreren, vorangehend, z. B. Bezug nehmend auf 1, 2a oder 2b beschriebenen Beispielen erläutert. Das Verfahren 500 kann ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten der vorgeschlagenen Technik oder einem oder mehreren der vorangehend beschriebenen Beispiele entsprechen.
Das Verfahren 500 kann eine einfache, kostengünstige und schnelle Stromerfassung für Niederleistungsanwendungen bereitzustellen.
Konventionell kann die Überstromdetektion durch einen Nebenschlusswiderstand (Shunt-Widerstand), durch Messung des zu messenden Stroms mit einem kernbasierten oder kernlosen Magnetsensor, durch Messung des Stroms mit einem induktiven Sensor, durch Verwendung der dedizierten Überstromdetektionsstifte von Magnetsensoren oder durch Messung der Spannung auf der Leitung zum Detektieren von Kurzschlussbedingungen (ein schneller Spannungsabfall kann Kurzschlüsse anzeigen) implementiert werden. Die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können eine kostengünstigere, dynamischere und einfach zu integrierende Alternative zu diesen herkömmlichen Überstromdetektionstechniken darstellen. In den hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen wird zum Beispiel eine in einen Chip implementierte Spule vorgeschlagen. Eine Spannung über die Spule hinweg kann verwendet werden, einen Transistor (z. B. MOSFET) ein- (oder aus-) zu schalten und einen OCD- (Überstromdetektions-; overcurrent detection) Stift herunterzuziehen (pull-down), um ein Überstromdetektionsereignis zu signalisieren.
Die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können einen passiven Stromsensor, ohne dass eine Versorgung notwendig ist, und eine schnelle Überstromdetektion, z. B. für eFuse, bereitstellen. Die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können eine Stromerfassung durch eine integrierte Schaltung mit nur zwei Stiften ermöglichen. Die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können für (Extrem-)NiederleistungsAnwendungen vorteilhaft sein, da sie eine Spannungsisolierung zwischen dem Stromsensor und einem Strompfad, der den zu messenden Strom leitet, bereitstellen. Die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können die Produktions- und Betriebskosten von Stromsensoren senken.
Die folgenden Beispiele beziehen sich auf weitere Ausführungsbeispiele:

Ausführungsbeispiel (1) ist ein Stromsensor. Der Stromsensor umfasst eine elektromagnetische Spule, die ausgebildet ist, eine durch einen zu messenden Strom induzierte Spannung auszugeben. Der Stromsensor umfasst ferner einen Transistor, der mit der elektromagnetischen Spule gekoppelt ist. Der Transistor ist ausgebildet, eine Ausgangsspannung des Transistors basierend auf der Spannung zu steuern. Die Ausgangsspannung zeigt den zu messenden Strom an.

Ausführungsbeispiel (2) ist der Stromsensor von Ausführungsbeispiel (1), wobei der Stromsensor ausschließlich passive elektrische Elemente umfasst.
Ausführungsbeispiel (3) ist der Stromsensor von einem der Ausführungsbeispiele (1) oder (2), wobei die Ausgangsspannung eine Änderungsrate eines Wertes des Stroms anzeigt.
Ausführungsbeispiel (4) ist der Stromsensor von einem der Ausführungsbeispiele (1) oder (2), wobei die Ausgangsspannung eine Differenz zwischen einem Wert des Stroms und einem vordefinierten Wert anzeigt.
Ausführungsbeispiel (5) ist der Stromsensor von Ausführungsbeispiel (4), ferner umfassend eine RC-Schaltung, die mit der elektromagnetischen Spule und dem Transistor gekoppelt ist. Die RC-Schaltung ist ausgebildet ist, basierend auf der Spannung eine Steuerspannung an einem Anschluss des Transistors auszugeben. Der Transistor ist ausgebildet, die Ausgangsspannung basierend auf der Steuerspannung zu steuern.
Ausführungsbeispiel (6) ist der Stromsensor von Ausführungsbeispiel (6), wobei die Steuerspannung eine Schwellenspannung des Transistors überschreitet, wenn der Wert des Stroms einen weiteren vordefinierten Wert überschreitet.
Ausführungsbeispiel (7) ist der Stromsensor von einem der Ausführungsbeispielen (1) bis (6), ferner umfassend eine monolithisch integrierte Schaltung. Die monolithisch integrierte Schaltung umfasst den Transistor und die elektromagnetische Spule.
Ausführungsbeispiel (8) ist der Stromsensor von Ausführungsbeispiel (7), wobei ein Package der monolithisch integrierten Schaltung höchstens zwei elektrische Kontakte zum elektrischen Kontaktieren der monolithisch integrierten Schaltung von außerhalb des Packages aufweist.
Ausführungsbeispiel (9) ist der Stromsensor von Ausführungsbeispiel (7) oder (8), wobei ein Package der monolithisch integrierten Schaltung einen ersten elektrischen Kontakt und einen zweiten elektrischen Kontakt zum elektrischen Kontaktieren der monolithisch integrierten Schaltung von außerhalb des Packages aufweist. Der erste elektrische Kontakt ist mit einem ersten Anschluss des Transistors gekoppelt und ausgebildet, ein elektrisches Bezugspotential zu empfangen. Der zweite elektrische Kontakt ist mit einem zweiten Anschluss des Transistors gekoppelt und ausgebildet, ein elektrisches Signal, das die Ausgangsspannung anzeigt, auszugeben.
Ausführungsbeispiel (10) ist ein System, umfassend einen Stromsensor gemäß einem der Ausführungsbeispiele (1) bis (9) und einen Strompfad, der ausgebildet ist, den zu messenden Strom zu leiten.
Ausführungsbeispiel (11) ist das System von Ausführungsbeispiel (10), wobei der Stromsensor galvanisch von dem Strompfad isoliert ist.
Ausführungsbeispiel (12) ist das System von Ausführungsbeispiel (10) oder (11), ferner umfassend eine gedruckte Schaltungsplatine. Der Stromsensor ist der Stromsensor gemäß einem der Ausführungsbeispielen (1) bis (6). Der Strompfad wird in oder auf der gedruckten Schaltungsplatine gebildet. Der Transistor und die elektromagnetische Spule des Stromsensors sind diskrete elektrische Komponenten, die auf der gedruckten Schaltungsplatine befestigt sind.
Ausführungsbeispiel (13) ist das System von einem der Ausführungsbeispiele (10) bis (12), ferner umfassend einen ersten Knoten, der ausgebildet ist, ein erstes elektrisches Potenzial auszugeben und einen zweiten Knoten, der ausgebildet ist, ein zweites elektrisches Potential auszugeben. Ein erster Anschluss des Transistors ist mit dem ersten Knoten gekoppelt und ein zweiter Anschluss des Transistors ist mit dem zweiten Knoten gekoppelt. Der Transistor ist ausgebildet, selektiv das erste elektrische Potential oder das zweite elektrische Potential basierend auf der Spannung auszugeben.
Ausführungsbeispiel (14) ist das System von Ausführungsbeispiel (13), ferner umfassend einen Pull-Up-Widerstand, der zwischen den ersten Anschluss und den ersten Knoten oder den zweiten Anschluss und den zweiten Knoten gekoppelt ist.
Ausführungsbeispiel (15) ist das System von einem der Ausführungsbeispiele (10) bis (14), ferner umfassend eine Steuerschaltung, die ausgebildet ist, ein elektrisches Signal, das die Ausgangsspannung anzeigt, zu empfangen. Die Steuerschaltung ist ferner ausgebildet, den durch den Strompfad fließenden Stroms basierend auf dem elektrischen Signal zu steuern.
Ausführungsbeispiel (16) ist das System von Ausführungsbeispiel (13) oder (14), und Ausführungsbeispiel (15), wobei die Steuerschaltung mit einem leitfähigen Pfad gekoppelt ist, der den ersten Anschluss und den ersten Knoten oder den zweiten Anschluss und den zweiten Knoten koppelt.
Ein Ausführungsbeispiel (17) ist ein Verfahren zum Messen eines zu messenden Stroms. Das Verfahren umfasst Ausgeben einer durch den zu messenden Strom induzierten Spannung durch eine elektromagnetische Spule und Steuern einer Ausgangsspannung des Transistors basierend auf der Spannung durch einen mit der elektromagnetischen Spule gekoppelten Transistor. Die Ausgangsspannung zeigt den zu messenden Strom an.
Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem Bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um die Merkmale in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Es versteht sich ferner, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als zwingend in der beschriebenen Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht im Einzelfall explizit angegeben oder aus technischen Gründen erforderlich ist. Daher wird durch die vorhergehende Beschreibung die Ausführung mehrerer Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt. Ferner kann bei weiteren Beispielen ein einzelner Schritt, eine einzelne Funktion, ein einzelner Prozess oder eine einzelne Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen umfassen und/oder in dieselben aufgebrochen werden.
Falls einige Aspekte im Zusammenhang mit einem Bauelement (device) oder einem System beschrieben wurden, sind diese Aspekte auch als eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zu verstehen. Zum Beispiel kann ein Block, eine Vorrichtung oder ein funktionaler Aspekt der Vorrichtung oder des Systems einem Merkmal, wie beispielsweise einem Verfahrensschritt, des entsprechenden Verfahrens entsprechen. Entsprechend sind Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, eines entsprechenden Elements, einer Eigenschaft oder eines funktionalen Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder eines entsprechenden Systems zu verstehen.
Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Ferner ist zu beachten, dass, obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht, andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand irgendeines anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hiermit explizit vorgeschlagen, sofern nicht im Einzelfall angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für irgendeinen anderen unabhängigen Anspruch umfasst sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt als abhängig von diesem anderen unabhängigen Anspruch definiert ist.

Claims

Ein Stromsensor (100), umfassend: eine elektromagnetische Spule (110), die ausgebildet ist, eine durch einen zu messenden Strom induzierte Spannung auszugeben; und einen Transistor (120), der mit der elektromagnetischen Spule (110) gekoppelt ist, wobei der Transistor (120) ausgebildet ist, eine Ausgangsspannung des Transistors (120) basierend auf der Spannung zu steuern, wobei die Ausgangsspannung den zu messenden Strom anzeigt.
Der Stromsensor (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Stromsensor (100) ausschließlich passive elektrische Elemente umfasst.
Der Stromsensor (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausgangsspannung eine Änderungsrate eines Wertes des Stroms anzeigt.
Der Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Ausgangsspannung eine Differenz zwischen einem Wert des Stroms und einem vordefinierten Wert anzeigt.
Der Stromsensor (100) gemäß Anspruch 4, ferner umfassend eine RC-Schaltung, die mit der elektromagnetischen Spule (110) und dem Transistor (120) gekoppelt ist, wobei die RC-Schaltung ausgebildet ist, basierend auf der Spannung eine Steuerspannung an einem Anschluss des Transistors (120) auszugeben, wobei der Transistor (120) ausgebildet ist, die Ausgangsspannung basierend auf der Steuerspannung zu steuern.
Der Stromsensor (100) gemäß Anspruch 5, wobei die Steuerspannung eine Schwellenspannung des Transistors (120) überschreitet, wenn der Wert des Stroms einen weiteren vordefinierten Wert überschreitet.
Der Stromsensor (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine monolithisch integrierte Schaltung, wobei die monolithisch integrierte Schaltung den Transistor (120) und die elektromagnetische Spule (110) umfasst.
Der Stromsensor (100) gemäß Anspruch 7, wobei ein Package der monolithisch integrierten Schaltung höchstens zwei elektrische Kontakte zum elektrischen Kontaktieren der monolithisch integrierten Schaltung von außerhalb des Packages aufweist.
Der Stromsensor (100) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei ein Package der monolithisch integrierten Schaltung einen ersten elektrischen Kontakt und einen zweiten elektrischen Kontakt zum elektrischen Kontaktieren der monolithisch integrierten Schaltung von außerhalb des Packages aufweist, wobei der erste elektrische Kontakt mit einem ersten Anschluss des Transistors (120) gekoppelt und ausgebildet ist, ein elektrisches Bezugspotential zu empfangen, und wobei der zweite elektrische Kontakt mit einem zweiten Anschluss des Transistors (120) gekoppelt und ausgebildet ist, ein elektrisches Signal, das die Ausgangsspannung anzeigt, auszugeben.
Ein System (300), umfassend: einen Stromsensor (310) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9; und einen Strompfad (320), der ausgebildet ist, den zu messenden Strom zu leiten.
Das System (300) gemäß Anspruch 10, wobei der Stromsensor (310) galvanisch von dem Strompfad (320) isoliert ist.
Das System (300) gemäß Anspruch 10 oder 11, ferner umfassend eine gedruckte Schaltungsplatine, wobei der Stromsensor (310) der Stromsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ist, wobei der Strompfad (320) in oder auf der gedruckten Schaltungsplatine gebildet ist, und wobei der Transistor und die elektromagnetische Spule des Stromsensors (310) diskrete elektrische Komponenten sind, die auf der gedruckten Schaltungsplatine befestigt sind.
Das System (300) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner umfassend: einen ersten Knoten (330-1), der ausgebildet ist, ein erstes elektrisches Potenzial auszugeben; und einen zweiten Knoten (330-2), der ausgebildet ist, ein zweites elektrisches Potential auszugeben, wobei ein erster Anschluss des Transistors mit dem ersten Knoten (330-1) gekoppelt ist und ein zweiter Anschluss des Transistors mit dem zweiten Knoten (330-2) gekoppelt ist, und wobei der Transistor ausgebildet ist, selektiv das erste elektrische Potential oder das zweite elektrische Potential basierend auf der Spannung auszugeben.
Das System (300) gemäß Anspruch 13, ferner umfassend einen Pull-Up-Widerstand, der zwischen den ersten Anschluss und den ersten Knoten (330-1) oder den zweiten Anschluss und den zweiten Knoten (330-2) gekoppelt ist.
Das System (300) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, ferner umfassend: eine Steuerschaltung (340), die ausgebildet ist: ein elektrisches Signal, das die Ausgangsspannung anzeigt, zu empfangen; und den durch den Strompfad (320) fließenden Stroms basierend auf dem elektrischen Signal zu steuern.
Das System (300) gemäß Anspruch 13 oder 14, und Anspruch 15, wobei die Steuerschaltung (340) mit einem leitfähigen Pfad gekoppelt ist, der den ersten Anschluss und den ersten Knoten (330-1) oder den zweiten Anschluss und den zweiten Knoten (330-2) koppelt.
Ein Verfahren (500) zum Messen eines zu messenden Stroms, umfassend: Ausgeben (510) einer durch den zu messenden Strom induzierten Spannung mittels einer elektromagnetischen Spule; und Steuern (520) einer Ausgangsspannung eines Transistors basierend auf der Spannung mittels eines mit der elektromagnetischen Spule gekoppelten Transistors, wobei die Ausgangsspannung den zu messenden Strom anzeigt.