DE102007050620A1 - Switching arrangement for operating electrical load, comprises controlled switching element for selective connection of operating potential with connection of load, where power supply system provides supply voltage - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, also zum Betreiben einer elektrischen Last und umfassend:
- – ein ansteuerbares Schaltelement zum wahlweisen Verbinden eines Betriebspotentials mit einem Anschluss der Last,
- – eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Schaltelements,
- – einen in Reihenschaltung mit dem Schaltelement angeordneten Strommesswiderstand zur Messung eines Laststromes durch Erfassung einer am Strommesswiderstand abfallenden Messspannung mittels eines Messverstärkers, dessen Eingänge mit den beiden Anschlüssen des Strommesswiderstands verbunden sind.
- A controllable switching element for selectively connecting an operating potential to a terminal of the load,
- A drive circuit for driving the switching element,
- - A arranged in series with the switching element current measuring resistor for measuring a load current by detecting a falling at the current measuring resistor measuring voltage by means of a measuring amplifier whose inputs are connected to the two terminals of the current sense resistor.
Eine
derartige Schaltungsanordnung ist z. B. aus der
Eine Besonderheit der bekannten Schaltungsanordnung besteht darin, dass eine Spannungsversorgung des Messverstärkers so ausgelegt ist, dass diese auf ein an einem der Eingänge des Messverstärkers anliegendes Potential bezogen ist. Diese "schwebende Spannungsversorgung" verbessert insbesondere für ein stark variierendes Potential am Strommesswiderstand die Messgenauigkeit erheblich.A Particular feature of the known circuit arrangement is that a power supply of the measuring amplifier is designed so that this on one at one of the inputs of the amplifier applied potential is related. This "floating power supply" improves in particular for a strongly varying potential at Current measuring resistor the measurement accuracy significantly.
Nachteilig ist bei der bekannten Schaltungsanordnung der schaltungstechnische Aufwand zur Realisierung dieser schwebenden Spannungsversorgung für den Messverstärker. Bei der bekannten Schaltungsanordnung werden hierfür ein bis zwei eigens zu diesem Zweck vorgesehene Hilfsspannungsquellen (im Wesentlichen bestehend aus Ladungspumpen) benötigt.adversely is the circuitry in the known circuit arrangement Effort to realize this floating power supply for the measuring amplifier. In the known circuit arrangement will be provided one or two specially for this purpose Auxiliary voltage sources (essentially consisting of charge pumps) needed.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu vereinfachen, ohne hierbei die Genauigkeit der Messung des Laststromes zu beeinträchtigen.In front In this context, it is an object of the present invention to to simplify a circuit arrangement of the type mentioned, without In this case to affect the accuracy of the measurement of the load current.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Schaltungsanordnung ferner eine Spannungsversorgung aufweist, die eine auf ein an einem der Eingänge des Messverstärkers anliegendes Potential bezogene Versorgungsspannung für die Ansteuerschaltung bereitstellt, und dass diese Versorgungsspannung außerdem für die Spannungsversorgung des Messverstärkers genutzt wird.According to the Invention, this object is achieved in that the circuit arrangement further comprises a power supply, one on one at a The potential applied to the inputs of the measuring amplifier referenced supply voltage for the drive circuit and that this supply voltage as well for the voltage supply of the measuring amplifier is being used.
Bei der Erfindung wird also vorteilhaft eine Versorgungsspannung für die Ansteuerschaltung gleichzeitig auch für die Spannungsversorgung des Messverstärkers mitgenutzt. Damit ergibt sich in der Praxis eine beträchtliche Kostenreduzierung auf Grund einer "Doppelnutzung" von Spannungsversorgungskomponenten.at The invention thus advantageously a supply voltage for the drive circuit at the same time for the power supply of the measuring amplifier. This results in practice a considerable cost reduction due to a "double use" of power supply components.
Die Erfindung ist insbesondere z. B. für Leistungsendstufen geeignet, wie etwa für einen Umrichter zum Betreiben eines elektrischen Antriebs. Ein im Rahmen der Erfindung besonders interessantes Anwendungsgebiet ist die Ansteuerung eines elektrischen Antriebs in einem Fahrzeug (z. B. bei einem Elektroauto oder einem so genannten Hybridfahrzeug). Insbesondere in diesen Anwendungsfällen kann das Potential am Messwiderstand betriebsmäßig stark variieren, was den Einsatz der bei der Erfindung vorgesehenen schwebenden Versorgungsspannung für den Messverstärker besonders sinnvoll macht.The Invention is in particular z. B. for power amplifiers suitable, such as for an inverter for operating a electric drive. A particularly interesting in the context of the invention Field of application is the control of an electric drive in a vehicle (eg in an electric car or so-called Hybrid vehicle). Especially in these applications can the potential at the measuring resistor operational vary widely, suggesting the use of the proposed in the invention floating supply voltage for the measuring amplifier makes sense.
Bei dem ansteuerbaren Schaltelement handelt es sich bevorzugt um einen Leistungshalbleiter (z. B. Transistor, insbesondere FET).at the controllable switching element is preferably a Power semiconductors (eg transistor, in particular FET).
Es ist denkbar, die auf ein an einem der Eingänge des Messverstärkers anliegendes Potential bezogene Versorgungsspannung für die Ansteuerschaltung direkt als Versorgungsspannung auch für den Messverstärker zu nutzen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Versorgungsspannung für die Ansteuerschaltung jedoch indirekt für die Spannungsversorgung des Messverstärkers genutzt.It It is conceivable that one on one of the inputs of the measuring amplifier applied potential related supply voltage for the drive circuit directly as a supply voltage for the To use measuring amplifier. In a preferred embodiment becomes the supply voltage for the drive circuit however indirectly for the voltage supply of the measuring amplifier used.
Von diesem Fall der "indirekten Nutzung" der Versorgungsspannung soll insbesondere der Fall umfasst sein, in welchem die Versorgungsspannung (vor der Mitnutzung für den Messverstärker) einer Filterung (z. B. mittels Kondensator, Drossel etc.) und/oder einer Spannungswandlung unterzogen wird. Beispielsweise kann die genannte Versorgungsspannung als Versorgungsspannung für einen Spannungsteiler oder Spannungsregler (z. B. integrierter Baustein) verwendet werden, der wiederum die Versorgungsspannung für den Messverstärker bereitstellt.From in this case, the "indirect use" of the supply voltage In particular, the case may be included, in which the supply voltage (before the shared use of the measuring amplifier) of a filtering (eg by means of a capacitor, choke etc.) and / or a voltage conversion is subjected. For example, the said supply voltage as supply voltage for a voltage divider or Voltage regulator (eg integrated component) can be used, which in turn provides the supply voltage for the measuring amplifier.
Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eine "integrierte Lösung" für die Bereitstellung einer schwebenden Versorgungsspannung für den Messverstärker geschaffen. Dabei wird eine zur Versorgung der Ansteuerschaltung ohnehin generierte Versorgungsspannung für die Spannungsversorgung des Messverstärkers mitgenutzt. Trotz einer somit vereinfachten Versorgung kann die Messgenauigkeit der Laststrommessung aufrechterhalten werden.In summary Advantageously, with the present invention, an "integrated Solution "for providing a floating Supply voltage for the measuring amplifier created. In this case, a supply generated for the drive circuit anyway Supply voltage for the voltage supply of the measuring amplifier shared. Despite a simplified supply, the measurement accuracy the load current measurement are maintained.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung weiter beschrieben. Es stellt dar:The Invention will be described below with reference to an embodiment further described with reference to the accompanying drawings. It shows:
Die
darüber hinaus in
Zur Beaufschlagung der entsprechenden Anschlüsse der weiteren Wicklungen L2 und L3 sind entsprechende Komponenten vorgesehen, die jeweils identisch mit dem in der Figur dargestellten Schaltungsteil ausgebildet sind. Es erübrigt sich daher eine separate Beschreibung dieser für die Wicklungen L2 und L3 vorgesehenen Komponenten.to Actuation of the corresponding connections of the other Windings L2 and L3, corresponding components are provided, each identical to the circuit part shown in the figure are formed. It is therefore unnecessary a separate Description of these provided for the windings L2 and L3 Components.
Zur Bestromung der Motorwicklungen L1 bis L3 ist eine Hauptspannungsquelle (hier z. B. eine Fahrbatterie eines Hybridfahrzeugs) vorgesehen, welche die Hauptversorgungspotentiale Vbat+ und Vbat– liefert. Für eine Fahrbatterie eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs beträgt die Differenz dieser Potentiale (= Batteriespannung) typischerweise mehr als 100 V.to Energization of the motor windings L1 to L3 is a main source of voltage (Here, for example, a driving battery of a hybrid vehicle) provided which the main supply potentials Vbat + and Vbat- supplies. For a driving battery of an electric vehicle or hybrid vehicle is the difference between these potentials (= battery voltage) typically more than 100 V.
Zwischen diesen Potentialen Vbat+ und Vbat– sind zwei Schalttransistoren S1 und S1' in Reihenschaltung angeordnet (so ge nannte Halbbrücke), die im Betrieb des Elektromotors EM wechselweise eingeschaltet werden. Damit kann der vorstehend genannte (Phasen)anschluss der Wicklung L1 wechselweise mit den Potentialen Vbat+ und Vbat– verbunden werden. Der Phasenanschluss ist hierfür über einen Strommesswiderstand ("Shunt") Rs mit einem Ausgangsknoten K0 verbunden, über welchen die beiden Schalttransistoren S1 und S1' miteinander verbunden sind.Between These potentials Vbat + and Vbat- are two switching transistors S1 and S1 'arranged in series (so-called half-bridge), the be switched on alternately during operation of the electric motor EM. Thus, the above-mentioned (phase) connection of the winding L1 alternately connected to the potentials Vbat + and Vbat- become. The phase connection is for this purpose over a Current measuring resistor ("shunt") Rs connected to an output node K0, via which the two switching transistors S1 and S1 'connected to each other are.
Der
Schalttransistor S1 wird wie dargestellt durch eine erste Ansteuerschaltung
Der
in Reihenschaltung mit jedem der Schalttransistoren S1 und S1' angeordnete
Strommesswiderstand Rs dient zur Messung eines von dem Ausgangsknoten
K0 zur Wicklung L1 (oder umgekehrt) fließenden Laststromes
durch Erfassung einer am Widerstand Rs abfallenden Messspannung Vin
mittels eines Messverstärkers
Der
Messverstärker
Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem Messverstärker
Im Betrieb des Elektromotors EM variiert das am Ausgangsknoten K0 der Halbbrücke herrschende Potential Vphase sehr stark (zwischen Vbat+ und Vbat–). Dieses Potential Vphase liegt auch an den beiden Anschlüssen des Strommesswiderstands Rs an (Der Unterschied der beiden Potentiale an den beiden Anschlüssen des Widerstands Rs (= Messspannung) ist in der Praxis gegenüber der Variation des Potentials Vphase vernachlässigbar).in the Operation of the electric motor EM varies at the output node K0 of Half bridge prevailing potential Vphase very strong (between Vbat + and Vbat-). This potential Vphase is also on the two terminals of the current sense resistor Rs (Der Difference between the two potentials at the two connections of the resistance Rs (= measuring voltage) is in practice opposite the variation of the potential Vphase negligible).
Damit
durch die große Variation des Potentials Vphase die Messung
des Spannungsabfalls Vin am Widerstand Rs nicht verfälscht
wird, ist eine "schwebende Spannungsversorgung" des Verstärkers
Hierfür
wird dem Verstärker
Das
hier mit "0" bezeichnete Potential bildet gewissermaßen
einen "schwebenden Bezugspunkt" für die Versorgungen der
zur Laststrommessung vorgesehenen Komponenten
Die
Vorteile der schwebenden Versorgungsspannung sind in der eingangs
erwähnten
Die
wesentliche Besonderheit der Endstufe
Der
wesentliche Vorteil der dargestellten Endstufe
Außerdem
wir die Spannung V1 einem dritten Spannungswandler
Der
nachgeschaltete Isolationsbaustein
Im
dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die beschriebenen
Spannungen folgende Werte: V1 = 20 V, V2 = 5 V, V3 = 2,5 V, V4 =
5 V. Eine zur Versorgung der zweiten Ansteuerschaltung
Jeder
der Spannungswandler
Abweichend
vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte der
Spannungswandler
Da
im vorliegenden Ausführungsbeispiel V2 = V4 gilt, könnten
die Spannungswandler
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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