用于确定负载电流的方法和设备与流程

本发明涉及一种按照在权利要求1的前序部分中详细限定的类型的用于确定负载电流的方法。此外本发明还涉及一种按照权利要求5的前序部分所述的设备。

背景技术：

由现有技术已知的是，越来越多地电气保险装置和/或继电器特别是在车辆或机动车中通过电子构件并特别是通过自保护的半导体开关代替。这些优选集成的半导体开关在此例如具有包括用于负载电流的电流检测的测量单元的测量装置和/或防止短路的自保护。在此这可以通过用于监控和/或分析的测量装置在确定的测量范围上来检测。

在已知的具有半导体开关的设备的解决方案中不利的是，具有非常小的电流强度的电流仅能以高的不准确性来检测(确定)。在此经常值得期望的是，增大测量范围，以便例如以高准确度和/或精度检测在特别是大约0a(安培)直至至少40a的测量范围中的电流，其中，也应确定非常小的例如<10ma(毫安)的电流。测量范围的相应增大和/或精度的改善在此与用于制造半导体的高成本相关联。原因例如是测量误差，该测量误差主要在小电流的测量中是显著的。如此利用测量装置的电流测量具有确定的误差，该误差例如通过不期望的误差电流引起。误差和/或误差电流例如通过测量装置引起，特别是通过测量装置的放大器引起。在此，误差和/或误差电流例如与制造误差、温度和负载电流的电流强度的水平有关。

技术实现要素：

因此本发明的任务是，至少部分克服上述缺点。特别是本发明的任务在于，能实现改善地和/或成本更有利地确定用于半导体开关的负载电流，其中优选地提高测量精度。

上述任务通过一种具有权利要求1的特征的方法以及一种具有权利要求5的特征的设备解决。本发明另外的特征和细节由相应的从属权利要求、说明书和附图产生。在此结合按照本发明的方法所述的特征和细节自然也适用于结合按照本发明的设备，并且相应反之亦然，从而关于对于各个发明方面的公开内容总是或可以相互参照。

按照本发明的方法用于确定在半导体开关中和/或在特别是用于车辆或机动车的半导体开关内的负载电流。为此设有至少一个测量装置，其中，负载电流的测量被与测量装置有关的传输系数所影响。在此优选地，测量装置具有至少一个测量单元、特别是第一测量单元和第二测量单元，其中，第一测量单元确定和/或(固有地)具有第一传输系数而第二测量单元确定和/或(固有地)具有第二传输系数。测量单元(亦即第一和第二测量单元)例如构成为用于电流测量的电流传感器。

按照本发明在此该方法包括以下步骤：

a)以第一传输系数执行负载电流的第一测量，其中，利用第一测量确定第一测量结果；

b)以第二传输系数执行负载电流的第二测量，其中，利用第二测量确定第二测量结果，第一传输系数有别于第二传输系数，以便识别测量结果中的误差；

c)通过比较第一测量结果与第二测量结果来确定校正的测量结果，如此使得至少减小并且特别是基本上消除误差。

由此实现如下优点，通过比较第一测量结果与第二测量结果可以显著降低特别是通过误差电流引起的误差。在此通过确定校正的测量结果非常准确地确定或测量负载电流。因为误差主要在小的电流强度下是明显或重要的并且妨碍测量的可靠分析，所以按照本发明的方法例如也能实现检测(亦即确定)小的负载电流，例如<＝40毫安和/或<＝20毫安和/或<10毫安。在此通过半导体开关给至少一个负载通以负载电流，其中，校正的测量结果与负载电流成比例。在此校正的测量结果特别是具有误差，该误差小于第一测量结果和/或第二测量结果的误差。

特别是传输系数是比例系数并且在此确定在测量结果与负载电流之间的比例。优选地，测量单元的和/或测量单元与测量装置的其他构件的相应组合的传输系数是固有的，从而第一测量单元具有确定的和/或恒定的和/或已知的传输系数，而第二测量单元具有确定的和/或恒定的和/或恒定的和/或已知的传输系数。

优选地，在此实施按照步骤c)的比较，以便确定具有减小的误差的校正的测量值，该测量值具有与误差电流、温度(例如半导体开关的温度和/或环境温度)和/或与负载电流的至少减小的关系和/或较小的误差公差。误差特别是如下测量误差，该测量误差通过测量装置的至少一个构件(特别是放大单元)并且特别是由误差电流引起。测量装置和/或半导体开关在此特别是如此构成，使得误差电流仅仅正和/或负地定向(然而不是0a)并且再例如总是具有不等于0a的确定的电流强度。在为0a(安培)的理想误差电流的情况下，在0a的负载电流强度的情况下在测量装置的输出端上测量的测量信号和因此测量结果同样是0a。在定向为正的误差电流的情况下，然而总是有电流在输出端上流出。在放大单元的定向为负的误差电流的情况下，仅仅从要测量的电流(负载电流)的确定的电流强度开始才输出测量信号，由此小的电流不再是可测量的。而且误差电流在小的负载电流的情况下获得更高的份额，从而关于传输系数的相对误差增加。这因此导致电流测量亦即在半导体开关中负载电流的确定的较小的精度。按照本发明的方法以及按照本发明的设备在此能实现降低该误差，从而小的负载电流强度也变得可测量。因此总体上提高负载电流的确定的精度。

此外，特别是步骤a)和步骤b)可以以任意顺序或备选地同时实施并且步骤c)在步骤a)和b)之后实施。也可以考虑的是，按照步骤c)已经至少部分与步骤a)和b)同时地实施比较，其中，至少部分地考虑第一和第二测量结果以用于确定校正的测量结果。因此也可以考虑的是至少部分交叉实施步骤a)、步骤b)和步骤c)，其中必要时也可以异步地在步骤c)中考虑第一和第二测量结果。

有利地，可以在本发明的范围中规定，比较通过至少一个算术运算实现，其中特别是第一传输系数和第二传输系数用作用于算术运算的已知变量。算术运算或一系列至少2、3、4和/或5个不同算术运算例如可以通过半导体开关单元的构件特别是在内部例如通过逻辑单元和/或通过控制分析装置实施。也可以规定的是，外部控制分析装置为了实施至少一个算术运算与半导体开关(电气)连接。在此，比较和/或算术运算引起如下，即减小和/或基本上消除第一测量结果和第二测量结果中的误差以及特别是误差电流，从而计算具有减小的误差的校正的测量结果。在此特别是按照本发明重要的是，利用至少两个具有不同传输系数的测量结果来计算。例如在下文中描述算术运算，其中，校正的测量结果(l_korr)例如可通过以下公式确定。为此必须首先按照步骤a)和步骤b)确定第一测量结果(i_m1)和第二测量结果(i_m2)：

i_m1＝il/k1+if(1)

i_m2＝il/k2+if(2)

在此il是负载电流，而k1是第一传输系数，而k2是第二传输系数，并且if是误差或误差电流，而“/”是除法运算，而“+”是加法运算。误差电流(至少大约)对于两个测量是相同的。接着实现比较，其中，公式(1)按if转换并且随后作为if代入公式(2)中。

if＝i_m1-il/k1(3)

l_m2＝il/k2+l_m1-il/k1(4)

结果，校正的测量结果或测量信号在测量装置的输出端上为：

l_korr＝il＝(i_m2-i_m1)/(1/k2-1/k1)(5)

结果，亦即校正的测量结果因此独立于误差电流。

此外可以考虑的是，第一测量和第二测量同时和/或交替实现，并且特别是在内部通过半导体开关实现，其中，优选地第一测量结果与第二测量结果的比较特别是按照步骤c)在半导体开关的外部(亦即在半导体开关之外)实现。由此特别是产生半导体开关单元的成本更有利和更紧凑的结构形式。为了实施比较，例如在半导体开关之外控制分析装置可以与测量装置的输出端电气连接以便接收测量信号。

此外可以在本发明的范围中规定，预定第一传输系数和第二传输系数和/或使其相互成固定比例并且优选第一传输系数是第二传输系数的整数多倍。由此产生如下优点，即校正的测量结果的可简单和成本有利实现的可计算性。传输系数在此例如可以通过相应地选择测量装置的构件、特别是第一测量单元和第二测量单元来预定。为了能够以第二传输系数进行第二测量，特别是可以将第二测量单元附加于第一测量单元而引入半导体开关中。优选地，选择开关单元还可以集成到半导体开关中，选择开关单元与第一测量单元和第二测量单元电气连接并且在第一测量单元与第二测量单元之间切换。选择开关单元例如通过逻辑单元驱控，其中驱控由外部例如通过控制分析装置而通过控制输入端是可能的。此外可以规定，半导体开关和/或测量装置如此构成，使得在测量装置输出端上的测量信号并且特别是测量装置的误差电流总是定向为正。

本发明的技术方案同样是用于利用特别是用于车辆或机动车的半导体开关确定负载电流的设备，其中，半导体开关具有至少一个测量装置和至少一个半导体开关单元，以便开关在负载上的负载电流，其中，设有第一测量单元和第二测量单元用于执行负载电流的测量，以便通过测量的比较来获得校正的测量结果。因此，按照本发明的设备待测与参照按照本发明的方法详细阐述的相同的优点。优选地，在此按照本发明的设备可运行按照本发明的方法。在此优选地，测量装置具有至少一个测量单元、特别是第一测量单元和第二测量单元。第一和第二测量单元优选设置在半导体开关单元中和/或特别是整体地和/或完全集成在半导体开关单元内。此外可以在按照本发明的设备中设有电气测量信号输出端以用于根据负载电流和/或校正的测量结果和/或第一测量单元的第一测量结果和/或第二测量单元的第二测量结果来输出测量装置的测量信号。测量信号输出端例如用于通过例如控制分析装置检测校正的测量结果或外部检测第一和/或第二测量结果或相应的测量信号，以便根据该测量结果/测量信号确定校正的测量结果。在此，第一和第二测量单元可以如此设置在半导体开关和特别是半导体开关单元中，使得第一和第二测量单元的测量特别是同时或依次在带有负载电流的电气线路上实现。

此外可以考虑的是，第一测量单元确定和/或具有第一传输系数而第二测量单元确定和/或具有第二传输系数，其中，第一传输系数不同于第二传输系数，以便如此识别在测量结果中的误差。在此第一测量单元和第二测量单元可以如此构成，使得第一传输系数为第二传输系数的整数多倍和/或使得第一传输系数与第二传输系数相互成固定比例。也可以考虑的是，具有另外的传输系数的另外的测量单元用于确定负载电流和/或比较以用于确定校正的测量结果。

有利地可以在本发明中规定，半导体开关构成为用于负载电流测量的智能集成半导体开关，并且优选具有集成的保护装置特别是用于保护免于短路和/或超压。保护装置可以具有例如保护单元，其在超过预定的电流强度时中断流经电流。因此确保按照本发明的设备的安全和可靠的运行。保护装置和/或至少一个保护单元还可以特别是完全集成在半导体开关中。

此外还可以考虑的是，第一测量单元和第二测量单元特别是完全和/或单片地集成在半导体开关单元中，其中特别是半导体开关单元构成为功率半导体开关和/或功率金属氧化物半导体场效应管(功率mosfet)。由此产生如下可能，即通过半导体开关也开关高的负载电流，特别是直至最大10a和/或20a和/或30a和/或40a和/或100a和/或200a。半导体开关单元在此可以特别是完全和/或单片地集成在半导体开关中，其中，半导体开关例如还具有另外的构件、例如集成的逻辑单元和/或放大单元和/或保护装置。优选地，半导体开关单元和/或半导体开关和/或测量单元和/或逻辑单元和/或放大单元在此构成为半导体结构元件。

此外在本发明的范围中有利的可以是，特别是设有电子选择开关单元、特别是多路复用器，其中，第一测量单元和第二测量单元如此与选择开关单元电气连接，使得通过选择开关单元可开关利用第一测量单元的第一测量和利用第二测量单元的第二测量。选择开关单元特别是在外部可通过例如控制分析装置驱控。

此外可以想到的是，控制分析装置(特别是微控制器)与半导体开关电气连接，特别是如此使得第一测量单元的第一测量结果和第二测量单元的第二测量结果的分析可通过控制分析装置实施。优选地，按照本发明的设备具有控制分析装置，其与半导体开关电气连接。在此，控制分析装置例如可以不仅与至少一个控制输入端和/或至少一个测量信号输出端连接。如此控制分析装置可以通过选择开关单元的电气驱控来控制测量过程、例如在第一测量单元与第二测量单元之间的切换，和/或同时接收测量信号、确定测量结果并且通过比较第一和第二测量结果来确定校正的测量结果。因此能实现简单和成本有利地结构，以便获得用于负载电流的改善的校正的测量结果。

附图说明

本发明另外的优点、特征和细节由以下说明产生，其中参照附图详细描述本发明的实施例。在此在权利要求和说明书中提及的特征可以分别本身单独地或以任意组合地是对于本发明重要的。图中：

图1示出按照本发明的设备和半导体开关的各部件的示意电路图；

图2示出按照本发明的设备和半导体开关的一个示意图；

图3示出按照本发明的设备和半导体开关的另一示意图；

图4示出按照本发明的设备和半导体开关的另一示意图；

图5示出按照本发明的设备和半导体开关的另一示意图；

图6示出用于用于示出按照本发明的方法的示意图。

具体实施方式

图1示意地示出按照本发明的设备10的电路图，其中，设备10包括半导体开关20。半导体开关20还特别是集成地具有半导体开关单元22。半导体开关单元22和/或半导体开关20在此是电子结构元件并且特别是电子或半导体开关，其以半导体结构元件形式来实现模拟开关如继电器的功能。为此，半导体开关20和/或半导体开关单元22特别是具有至少一个场效应晶体管、特别是功率mosfet或者构成为功率mosfet或场效应晶体管。此外，按照本发明的设备10具有电源30，所述电源特别是能实现：负载40的负载电流il可以通过半导体开关单元22或通过半导体开关20来开关。接通在此例如引起，半导体开关单元22能实现流经负载40的负载通过电流，其中在关断时阻止负载通过电流。半导体开关20的电源30为此与逻辑单元29和/或半导体开关单元22连接。另外的控制输入端20.2设在半导体开关20上，以便可以在外部控制开关过程。通过第一电气控制输入端20.2a驱控例如驱控单元23、特别是具有集成的充电管的mosfet-栅极-驱动器。驱控单元23的输出端在此控制半导体开关单元22。在此，驱控单元23的输出端为此优选与(构成为功率mosfet)的半导体开关单元22的栅极电气连接。半导体开关20特别是保护装置26的另一控制通过逻辑单元29实现。逻辑单元29优选集成在半导体开关20中并且具有第二控制输入端20.2b。通过第二控制输入端20.2b可以由外部驱控逻辑单元29的功能。除了驱控例如保护装置26之外，这例如也能通过由逻辑单元29驱控温度测量单元28实现。必要时也可以通过逻辑单元29控制和/或分析测量装置21。测量装置21在此具有第一测量单元21.1a和第二测量单元21.1b，它们分别检测负载电流il并且将测量信号电气输出给放大单元27。测量信号接着由放大单元27改变特别是放大并且在测量信号输出端20.1输出。特别是在此，所有控制输入端20.2和输出端特别是测量信号输出端20.1被保护装置26保护免于超压。

为了可以在第一测量单元21.1a与第二测量单元21.1b之间切换，半导体开关20还具有选择开关单元24，选择开关单元24不仅与第一测量单元21.1a而且与第二测量单元21.1b电气连接。在此特别是外部控制信号和/或逻辑单元29可以驱控选择开关单元24。选择开关单元24可以根据该驱控要么输出第一测量单元21.1a的第一测量信号要么输出第二测量单元21.1b的第二测量信号给放大单元27，其中，放大单元27放大由选择开关单元24输出的信号并且作为测量信号在测量信号输出端20.1上输出。如通过虚线所示，按照本发明的设备还可以具有控制分析装置25。控制分析装置25在此用于通过控制输入端20.2并且特别是第二控制输入端20.2b驱控半导体开关20、特别是逻辑单元29。控制分析装置25也可以检测和分析在测量信号输出端20.1上的信号，以便确定校正的测量结果。为此控制分析装置25特别是设置在半导体开关外部。

在图2中示出按照本发明的设备10的各部件的另一示意图。在此，特别是控制输入端20.2亦即第一控制输入端20.2a和第二控制输入端20.2b和/或测量信号输出端20.1和/或半导体开关输出端20.3构成为焊盘(bondpad)。焊盘特别是具有合金化的和/或掺杂的金和/或铝和/或铜，以便确保可靠的电气导通。如图2中还可见的是，测量单元21.1亦即第一测量单元21.1a和第二测量单元21.1b连同温度测量单元28集成在半导体开关单元22中，而半导体开关单元22、驱控单元23、逻辑单元29、放大单元27和选择开关单元24并且特别是还有保护装置26的保护单元26.1集成在半导体开关20中。在第一测量单元21.1a与第二测量单元21.1b之间的切换在此通过选择开关单元24实现并且特别是通过在控制输入端20.2特别是第二控制输入端20.2b(外部)上的信号来驱控。

在图3中示出按照本发明的设备10的各部件的另一示意图。在此第一测量单元21.1a和第二测量单元21.1b集成在半导体开关单元22中。此外，第二控制输入端20.2b设在逻辑单元29上并且测量信号输出端20.1设在测量装置21上。测量装置21在此特别是包括放大单元27、第一测量单元21.1a和第二测量单元21.1b。

图4示出按照本发明的设备10的各部件的另一示意图。在此第一测量单元21.1a和第二测量单元21.1b的分析在内部亦即在半导体开关20内和/或通过半导体开关20实现。相应地不设有选择开关单元24。放大单元和/或内部的控制分析装置25在此可实现外部控制分析装置25的功能并且优选地实施(测量信号和/或测量结果的)集成的模拟和/或数字(信号)分析，特别是用于按照步骤c)确定校正的测量结果。优选地，在模拟分析中并行检测测量单元21的测量信号并且通过模拟电路通过至少一个算术运算对其进行分析。该分析的结果、特别是校正的测量结果随后在测量信号输出端20.1上输出。在数字分析中优选地串行检测测量单元21的测量信号、例如通过斩波方法。所述至少一个算术运算随后数字地通过数字的内部的控制分析装置25实现。(校正的)测量结果随后可以作为数字和/或串行可读取的测量信号输出在测量信号输出端20.1上。同样可以规定，设有数字-模拟转换器，以便将数字测量信号转换为模拟测量信号并且在测量信号输出端20.1上输出。

图5示出按照本发明的设备10的另一示意图，其中，内部的控制分析装置25设在半导体开关20中。控制分析装置25在此可以接收放大单元27的信号并且与放大单元27电气连接和/或集成在放大单元27中。此外控制分析装置25和/或放大单元27和/或半导体开关20为了实施数字(信号)分析而具有不同的分析模块。这些分析模块例如至少是模拟-数字转换器和/或如微处理器的运算单元和/或数字-模拟转换器和/或串行接口和/或模拟输出级和/或数字串行输出级。由此确保可靠的数字分析。

图6示意地显示按照本发明的方法100。在第一方法步骤100.1中在此实现以第一传输系数k1执行负载电流il的第一测量，其中，利用该第一测量确定第一测量结果。按照第二方法步骤100.2，执行负载电流il的第二测量，其中，在第二测量中应用第二传输系数k2。第二传输系数k2在此不同于第一传输系数k1。利用第二测量在此确定第二测量信号。按照第三方法步骤100.3由此确定校正的测量结果，使得实施第一测量结果与第二测量结果的比较，特别是如此使得至少减小误差if。

各实施形式的上述阐明仅仅在示例的范畴内描述本发明。不言而喻地，各实施形式的各个特征——只要技术上是有意义的——可以相互自由组合，而不会脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

10设备

20半导体开关

20.1测量信号输出端

20.2控制输入端

20.2a第一控制输入端

20.2b第二控制输入端

20.3半导体开关输出端

21测量装置

21.1测量单元

21.1a第一测量单元

21.1b第二测量单元

22半导体开关单元

23驱控单元

24选择开关单元

25控制分析装置

26保护装置

26.1保护单元

27放大单元

28温度测量单元

29逻辑单元

30电源

40负载

100方法

100.1第一方法步骤

100.2第二方法步骤

100.3第三方法步骤

il负载电流

if误差、误差电流

k传输系数

k1第一传输系数

k2第二传输系数