专利名称：用于驱动电气负载并且具有负载电流测量功能的电路装置的制作方法
用于驱动电气负载并且具有负载电流测量功能的电路装置 发明领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分，即用来驱动电气负载的电路， 包括
-可控制的开关元件，用于选择地将工作电位与负载的接线端子相连， -用于控制开关元件的控制电路，
-与开关元件串联的电流测量电阻，M禾佣其输入端与电流测量电阻的两 个接线端子相连的测量放大器，测量在电流测量电阻上降落的测量电压来测量 负载电流。
背景技术：
例如在DE 10 2005 029 813 Al中公开了这样一种电路，可将其用来例如控 制电气传动装置。
这种己知电路的特点在于测量放大器的电压源如此设计，即该电压源以 测量放大器的一，入端上的电位作为参考。尤其当电流测量电阻上的电位剧 烈变化时，这种"悬浮电压源"明显改善了测量精度。
这种已知电路的缺点在于用来实现测量放大器悬浮电压源的电路技术费 用。这种己知电路为此需要一个至两个专门为此目的而配置的辅助电压源(基 本上由电荷泵构成)。
发明内容
鉴于这一背景，本发明的任务在于对上述类型的电路装置进行简化，而不 影响负载电流的测量精度。
按照本发明所述，解决这一任务的方式为电路装置另外具有电压源，该 电压源为控制电路提供以测量放大器的一个输入端上的电位为参考的供电电 压，此外将该供电压用来给测l^文大器供电。
本发明的优点是将供电电压用于控制电路，同时也将其用于给测量放大器提供电压。由于"重复利用"了电源部件，因此可在实际应用中节约可观的成本。 本发明尤其适用于比方说功率输出级，例如用于驱动电气传动装置的逆变
器(Umnchter)。在本发明范围内特别令人感兴趣的应用领域是控制汽车内的 电气传动装置(例如在电动汽车或者混合动力汽车中)。尤皿这些应用情况 下，观糧电阻上的电位育詢多随着运行情况剧烈变化，这使得使用在本发明中为 测量放大器设置的悬浮供电电压变得十分重要。
可控制开关元1W^功率半导体(例如晶体三极管，尤其是FET)。
可考虑将用于控制电路的以测量放大器的一个输入端上的电位为参考的供 电电压也直接作为测量放大器的供电电压使用。然而在一种tt^实施型式中， 控制电路的供电电压间接地用来给测fi^大器提供电压。
这种"间接使用"供电电压的方式尤其应当包括下述情况即供电电压(在 共同用于测量改大器之前)经过滤波(例如借助电容，扼流圈等等)和/或者电 压转换。例如可以使用所述供电电压作为分压器或者调压器(例如集成模块) 的供电电压，该分压器或调压器再给测量方夂大器提供供电电压。
总而言之，借助本发明有利于实现一种给测量放大器提供悬浮供电电压的 "集成解决方案"。对此将用于给控制电路供电而产生的供电电压同时用于给测 量放大器供电。尽管因此而简化了电源，仍然可以保持负载电流的测量精度。
以下依据一个参照附图的实施例，进一步对本发明进行描述。附图所示如
下
图1 一种用于驱动电动机的电路装置的部分示意电路图。 具体实施例
图1所示为驱动三相交流电动机EM的输出级10的部件，图中以三个星 形接法的激励绕组Ll、 L2和L3表示该电动机。
除lfct外在图1中所示的其它部件用来将第一相电位Vphase选择地施加 给绕组Ll的一个接线端子(并且用来测量负载电流)。
为给其余绕组L2和L3的相应接线端子馈电，配置了相应的部件，这些 部件分别与附图所示的电路部分相同。因此不再单独描述这些给绕组L2和L3配置的部件。
用于给电机绕组L1 L3馈电的是主电压源(在此例如是混合动力汽车的 行驶电池)，该主电压源提供主供电电位Vbat+和Vbat-。就电动汽车或者混 合动力汽车的电池而言，这些电位之差(=电池电压)通常大于100 V。
在这些电位Vbat+和Vbat-之间串联有两个开关晶体管Sl和Sl'(称作 半桥)，这些开关晶体管在电动机EM工作过程中交替接通。这样就可以将 绕组Ll的上述(相)接线端子与电位Vbat+和Vbat-交替相连。相接线端 子为itbffi过电流测量电阻("Shunt") Rs与一^f俞出节点K0相连，M该节点 两个开关晶体管SI和SI'相互连接。
如图所示，ffiil第一控制电路12控制开关晶体管Sl，通il第二控制电路 14控制开关晶体管Sl'。根据3个电机绕组的数量，用来控制电机EM的整 个系统实际上共具有3x2 = 6个开关晶体管和6个控制电路。
与每一个开关晶体管Sl和SI'串联的电流测量电阻Rs ， Mil利用测量 放大器16测量在电阻Rs上降落的测量电压Vin，测量从输出节点KO流向 绕组Ll (或者反向)的负载电流。
测量放大器16设计成全差分差值放大器(例如具有外部线路布置(负反 馈)的运算放大器)，并且由此具有同相放大器输入端和反相放大器输入端， 在这些输入端之间施加测量电压Vin。
在如图所示的实施例中，测量放大器16的输出端一侧还串联全差分模数 转换器18，放大器16的输出信号Voirt输入该模数转换器，该模数转换器又 与"隔离模±央"20串联，该"隔离模块"将转换器18的通过差分电压定义的(数 字)输出信号Dout转换成以一个固定基准电位为参考的(数字)信号Dout'。
在电动机EM的工作过程中，半桥的输出节点K0上的电位Vphase变化 得非常剧烈(在Vbat+和Vbat-之间)。该电位Vphase也施加在电流测量 电阻Rs的两个接线端子上(与电位Vphase的变化相比，实际上可以忽略电 阻Rs两个接线端子上的电位之差(=测量电压))。
为了使得电阻Rs上的电压降Vin的测量结果不会因为电位Vphase的大 幅变化而失真，配置有放大器16的"悬浮电压源"。
为此向放大器16输入供电电压V2，该供电电压以放大器16的反相输入 端或者电路节点Kl上的电位"0"为参考。这里标记为"0"的电位在一定程度上构成为用于观懂负载电流的部件16、
18和20提供电压的"悬浮参考点"。在工作过程中，该参考电位在电位Vbat+ 和Vbat-之间变化。
悬浮供电电压的优点在前述DE 102005029813 Al中己有详细描述，在此 不予赘述。
输出级10的主要特征在于提供供电电压V2的方式和方法。同样"悬浮" 的或者伴随输出节点电位Vphase提供的供电电压VI向电压转换器22供 电，M31该电压转换器22产生电压V2。 fflil零电位的电压源24产生供电电 压Vl，如图所示，该零电位电压源24的参考输出端M—个齐纳二极管Zl与 输出节点K0相连，使得所产生的电压VI以电位Vphase为参考(或 似 于参考基准电位"0"，因为后者与电位Vphase之间仅相差相对较小的测量电压 Vin)。
图中所示输出级10的主要优点在于为第一控制电路12产生供电电压
VI所需要的电源24，同时也(间接)用于给测U夂大器16供电。与图中所 示实施例不同，可以给放大器16直接输入供电电压VI。但是tfc选如图所示， 将电压VI作为电压转换器22的供电电压，该电压转换器在输出端将供电电 压V2提供给放大器16 。从而，优点在于不需要使用賴虫的辅助电压源给放 大器16供电。在如图所示的实施例中，将主要为控制电路12产生的供电电 压VI提供给第二电压转换器26，该第二电压转换器据此产生施加在放大器 16的参考电位输入端上的电压V3。
此外还将电压VI输入第三电压转换器28，该第三电压转换器据此产生供 应给模数转换器18的电压V4。
将电压V2供应给^I接在后面的隔离模块20。
在如图所示的实施例中，所述电压具有下列值V1=20V， V2 = 5V， V3 = 2.5V, V4 = 5V。如图所示，M电压源30产生给第二控制电路14供电的电 压Vl'，该电压源的参考输出端通过另一个齐纳二极管Zl'与电位Vbat-相连。 VI'具有20V的值。齐纳电压分别约为5V。，电压值仅示例性给出，当
然也可以根据具体应用情况使用其它电压值。
每一个电压转换器22、 26和28可以例如舰常规的电压转换器模i央来实 现。替换或附加地，也可以将至少一个电压转换器作为简单的分压器来实现。例如在如图所示的实施例中，尤其可以用后者来实现电压转换器26。在这种
情况下，电压转换器例如可以由包括两个电阻并被施加电压VI的串联电路构
成，在该串联电路的中间抽头上提供电压V3。
与图中所示实施例不同，也可以使用V2替代VI给电压转换器26供电。 由于在本发明所述的实施例中V2^V4，因此也可以将电压转换器22和28
合并成一个单元。
权利要求
1. 一种用于驱动电气负载(L1)的电路装置，包括-可控制的开关元件(S1)，用于选择地将工作电位(Vbat+)与负载(L1)的一个接线端子相连，-控制电路(12)，用来控制该开关元件(S1)，-与该开关元件(S1)串联的电流测量电阻(Rs)，该电流测量电阻通过利用测量放大器(16)测量在电流测量电阻(Rs)上降落的测量电压(Vin)来测量负载电流，该电流测量电阻的输入端(K1，K2)与电流测量电阻(Rs)的两个接线端子相连，其特征在于，所述电路装置(10)另外具有一个电压源(24)，该电压源为控制电路(12)提供以测量放大器(16)的输入端(K1，K2)中的一个输入端(K2)上的电位(Vphase)为参考的供电电压(V1)，且该供电电压(V1)用来给测量放大器(16)提供电压(V2)。
2. 根据权利要求1所述的电路，其中，所述供电电压(VI)间接用于给测 M^文大器(16)提供电压(V2)。
3. 根据权利要求2所述的电路，其中，所述供电电压(VI)经过滤波。
4. 根据权利要求2或3所述的电路，其中，所述供电电压(VI)经过电 压转换(22)。
5. 根据权利要求4所述的电路，其中，所述供电电压(VI)作为分压器或 者调压器(22)的电压源使用，该分压器或调压器又给测量放大器(16)提供 供电电压(V2)。
6. 根据，权利要求中任一项所述的电路，其中，所述测fi^夂大器(16)具 有一个ST隹电位输入端，此外还将供电电压(VI)用来提供施加在基准电位输 入端上的S^隹电位(V3)。
全文摘要
本发明涉及一种驱动电气负载的电路，包括可控制的开关元件，用于选择的将工作电位与负载的接线端子相连；控制电路，用于控制开关元件；以及与开关元件串联的电流测量电阻，通过利用测量放大器测量落在电流测量电阻上的测量电压来测量负载电流。本发明所述的电路另外具有一个电压源，该电压源为控制电路提供以测量放大器输入端中的一个上的电位为参考的供电电压，且还将该供电电压用来给测量放大器供电。由于“重复利用”了电源部件，因此可明显降低成本。
文档编号G01R19/00GK101431298SQ20081018879
公开日2009年5月13日 申请日期2008年10月23日 优先权日2007年10月23日
发明者A·赖克, D·戈茨 申请人:欧陆汽车有限责任公司