WO2003103127A1 - Test circuit - Google Patents

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WO2003103127A1
WO2003103127A1 PCT/DE2003/001640 DE0301640W WO03103127A1 WO 2003103127 A1 WO2003103127 A1 WO 2003103127A1 DE 0301640 W DE0301640 W DE 0301640W WO 03103127 A1 WO03103127 A1 WO 03103127A1
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Martin GÖTZENBERGER
Dirk Hofmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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Abstract

Disclosed is a test circuit (1), particularly for measuring the current in a half-bridge circuit used for triggering a polyphase electric motor, comprising a measuring transducer (6) which converts a first test signal (IS1) into an output signal (IA1). The inventive measuring transducer (6) is provided with an offset input in order to take into account a given offset (IOFFSET) during conversion and make it possible to measure a test signal at any polarity.

Description

Beschreibungdescription
Messschaltungmeasuring circuit
Die Erfindung betrifft eine Messschaltung, insbesondere zur Strommessung an einer Halbbruckenschaltung zur Ansteuerung eines Asynchronmotors, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a measuring circuit, in particular for current measurement on a half-bridge circuit for controlling an asynchronous motor, according to the preamble of claim 1.
Es ist bekannt, zur elektrischen Ansteuerung von mehrphasigen Elektromotoren Halbbrücken einzusetzen, welche die einzelnen Phasen des Elektromotors durch einen masseseitigen Schalter (engl.: Low-Side-Switch) mit Masse und durch einen spannungs- seitigen (engl.: High-Side-Switch) mit einer Versorgungsspannung verbinden.It is known to use half-bridges for the electrical control of multiphase electric motors, which connect the individual phases of the electric motor to ground by means of a low-side switch and to a high-side switch ) connect to a supply voltage.
Hierbei ist eine Messung des elektrischen Stroms wichtig, der m den einzelnen Phasen des Elektromotors fließt, da das Drehmoment des Elektromotors im wesentlichen durch den Strom bestimmt wird.It is important to measure the electrical current that flows in the individual phases of the electric motor, since the torque of the electric motor is essentially determined by the current.
Zur Strommessung an Halbbrücken sind sogenannte SENSEFETS bekannt, die aus zwei parallel geschalteten MOS-Transistoren bestehen, die gemeinsam angesteuert werden. Einer der beiden MOS-Transistoren bildet hierbei als Haupttransistor ein Schaltelement der Halbbrücke, wahrend der andere MOS- Transistor des SENSEFETs als Sense-Transistor bezeichnet wird. Der elektrische Strom durch die Halbbrücke teilt sich also in dem SENSEFET entsprechend einem bauteilspezifischen Verhältnis auf Haupt- und Sensetransistor auf, wobei der durch den Sense-Transistor fließende Strom wesentlich kleiner ist und den Strom durch die Halbbrücke wiedergibt.So-called SENSEFETS, which consist of two MOS transistors connected in parallel and which are controlled together, are known for measuring current on half-bridges. One of the two MOS transistors forms a switching element of the half-bridge as the main transistor, while the other MOS transistor of the SENSEFET is referred to as a sense transistor. The electrical current through the half-bridge is thus divided in the SENSEFET in accordance with a component-specific relationship between the main and sense transistors, the current flowing through the sense transistor being substantially smaller and reflecting the current through the half-bridge.
Derartige SENSEFETs werden jedoch nur zur Messung des Stroms in einer Richtung verwendet, da der ohmsche Charakter eines SENSEFETs normalerweise nur in Vorwartsrichtung eine symmetrische Stromaufteilung auf Haupt- und Sensetransistor sicherstellt. Bei einer Strommessung in Ruckwartsπchtung erfolgt die Stromaufteilung zwischen Haupt- und Sensetransistor dagegen nicht innerhalb des gesamten Betriebsbereichs exakt symmetrisch, was zu Messfehlern fuhrt.However, such SENSEFETs are only used to measure the current in one direction, since the ohmic character of a SENSEFET normally only ensures a symmetrical current distribution between the main and sense transistors in the forward direction. When measuring the current in the reverse direction the current distribution between the main and sense transistor, however, is not exactly symmetrical within the entire operating range, which leads to measurement errors.
In bestimmten Betriebszustanden eines dreiphasigen Asynchronmotors befinden sich jedoch zwei der drei Phasen des Asynchronmotors im Freilauf, wobei der Strom rückwärts durch den SENSEFET fließt.In certain operating states of a three-phase asynchronous motor, however, two of the three phases of the asynchronous motor are freewheeling, with the current flowing backwards through the SENSEFET.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebene Messschaltung dahingehend zu verbessern, dass eine Strommessung in Vorwärts- und in Ruckwartsrichtung möglich ist.The object of the invention is therefore to improve the measuring circuit described above in such a way that current measurement in the forward and backward directions is possible.
Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Messschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelost.The problem is solved, starting from the known measuring circuit described at the outset according to the preamble of claim 1, by the characterizing features of claim 1.
Die Erfindung beruht auf der technischen Erkenntnis, dass die resistive Charakteristik eines SENSEFET in Bezug auf dasThe invention is based on the technical knowledge that the resistive characteristic of a SENSEFET in relation to the
Stromteilerverhaltnis zwischen Haupt- und Sensetransistor bei einer Einschränkung des Betriebsbereichs auch in Ruckwartsrichtung erhalten bleibt. Die für eine Strommessung erforderliche symmetrische Stromaufteilung zwischen Haupt- und Sense- transistor ist also auch bei einer Ruckwartsmessung gegeben, sofern der Betriebsbereich des SENSEFET eingeschränkt wird.Current divider ratio between the main and sense transistors is retained in the reverse direction if the operating range is restricted. The symmetrical current distribution between the main and sense transistor required for a current measurement is therefore also given for a backward measurement, provided the operating range of the SENSEFET is restricted.
Die Erfindung sieht deshalb eine Messschaltung mit einem Messwandler vor, der ein Messsignal in ein Ausgangssignal um- wandelt, wobei der Messwandler einen Offset-Eingang aufweist, um bei der Umwandlung einen vorgegebenen Offset zu berücksichtigen und die Messung eines Messsignals mit beliebiger Polarität bzw. Stromrichtung zu ermöglichen. In der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird also ein Messsignal mit beliebiger Polarität bzw. Stromrichtung durch den vorgegebenen Offset m ein Ausgangssignal mit einer vorgegebenen Polarität bzw. Stromrichtung umgewandelt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Messwandler um einen Stromverstärker, der emgangsseitig einen Messstrom aufnimmt und ausgangsseitig einen entsprechenden Ausgangsstrom abgibt,The invention therefore provides a measuring circuit with a measuring transducer which converts a measuring signal into an output signal, the measuring transducer having an offset input in order to take a predetermined offset into account during the conversion and the measurement of a measuring signal with any polarity or current direction to enable. In the preferred embodiment of the invention, a measurement signal with any polarity or current direction is therefore converted by the predefined offset m into an output signal with a predefined polarity or current direction. The measuring transformer is preferably a current amplifier which receives a measuring current on the input side and outputs a corresponding output current on the output side.
Bei dem vorgegebenen Offset für die Signalumwandlung handelt es sich vorzugsweise um einen Offset-Strom, der durch eine Stromquelle oder e ne Stromsenke vorgegeben wird. Vorzugsweise weist die Stromquelle bzw. Stromsenke einen Regler auf, damit der Offset-Strom möglichst konstant ist.The predetermined offset for the signal conversion is preferably an offset current which is predetermined by a current source or a current sink. The current source or current sink preferably has a regulator so that the offset current is as constant as possible.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung weist die Messschaltung für den masseseitigen Schalter und für den spannungsseitigen Schalter einer Halbbrücke jeweils einen Messwandler auf, wobei beide Messwandler einen Offset-Eingang aufweisen, um bei der Umwandlung einen vorgegebenen Offset zu berücksichtigen und die Messung eines Messsignals mit beliebiger Polarität bzw. Stromrichtung zu ermöglichen.In a preferred embodiment of the invention, the measuring circuit for the ground-side switch and for the voltage-side switch of a half-bridge each has a measuring transducer, both measuring transducers having an offset input in order to take a predetermined offset into account during the conversion and the measurement of a measurement signal with any To enable polarity or current direction.
Ausgangsseitig sind die beiden Messwandler vorzugsweise mit einem Verknüpfungsglied verbunden, das aus den Ausgangssigna- len der beiden Messwandler ein Ausgangssignal erzeugt, wobei vorzugsweise der vorgegebene Offset herausfallt.On the output side, the two transducers are preferably connected to a logic element which generates an output signal from the output signals of the two transducers, the predetermined offset preferably being eliminated.
Bei dem Verknüpfungsglied handelt es sich vorzugsweise um ei- nen Differenzverstarker, der die Ausgangssignale der beiden Messwandler voneinander subtrahiert, wobei der vorgegebene Offset wegfallt.The logic element is preferably a differential amplifier which subtracts the output signals of the two transducers from one another, the predetermined offset being eliminated.
In der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird aus- gangsseitig eine Kompatibilität mit den Eingangsspannungspegeln eines nachgeschalteten Analog/Digital- andlers eines Mikroprozessors erreicht. Hierzu ist der Differenzverstarker vorzugsweise mit einer Referenzspannungsquelle verbunden, welche die Ausgangsspannungspegel der Messschaltung um einen vorgegebenen Spannungs-Offset verschiebt. Schaltungstechnisch laßt sich dies beispielsweise dadurch realisieren, dass die Referenzspannungsquelle über eine Koppelwiderstand mit dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist.In the preferred embodiment of the invention, compatibility on the output side is achieved with the input voltage levels of a downstream analog / digital converter of a microprocessor. For this purpose, the differential amplifier is preferably connected to a reference voltage source, which shifts the output voltage level of the measuring circuit by a predetermined voltage offset. In terms of circuitry, this can be achieved, for example, by the reference voltage source being connected to the via a coupling resistor non-inverting input of the differential amplifier is connected.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Messschaltung bei der Strommessung an einer Halbbrückenschaltung, die zur elektrischen Ansteuerung einer Phase eines Asynchronmotors eingesetzt wird, da eine Strommessung in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung möglich ist.The measuring circuit according to the invention is particularly advantageous in the case of current measurement on a half-bridge circuit which is used for the electrical control of a phase of an asynchronous motor, since current measurement in the forward direction and in the reverse direction is possible.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are contained in the subclaims or are explained below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the drawings. Show it:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Messschaltung als Blockschaltbild, Figur 2 ein detailliertes Blockschaltbild der in Figur 1 dargestellten Stromsenke, Figur 3 ein detailliertes Blockschaltbild des in Figur 1 dargestellten Differenzverstärkers sowie1 shows a measuring circuit according to the invention as a block diagram, FIG. 2 shows a detailed block diagram of the current sink shown in FIG. 1, FIG. 3 shows a detailed block diagram of the differential amplifier shown in FIG
Figur 4 ein detailliertes Blockschaltbild der in Figur 1 dargestellten Stromverstärker.Figure 4 is a detailed block diagram of the current amplifier shown in Figure 1.
Das Blockschaltbild in Figur 1 zeigt eine Messschaltung 1, die an einer Halbbrücke 2 eine Strommessung sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in Rückwärtsrichtung ermöglicht.The block diagram in FIG. 1 shows a measuring circuit 1 which enables current measurement on a half bridge 2 both in the forward direction and in the reverse direction.
Die Halbbrücke 2 besteht aus zwei in Reihe geschalteten SENSEFETs 3, 4 mit einem mittigen Spannungsabgriff 5 für eine Phase eines Asynchronmotors, wobei der Asynchronmotor zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Über den Spannungsabgriff 5 fließt hierbei ein Phasenstrom IPH, der von den beiden SENSEFETs 3, 4 gesteuert wird. Der SENSEFET 3 bildet hierbei einen spannungsseitigen (High-Side) Schalter und ist mit einer Versorgungsspannung VCC verbunden, während derThe half-bridge 2 consists of two SENSEFETs 3, 4 connected in series with a central voltage tap 5 for one phase of an asynchronous motor, the asynchronous motor not being shown for simplification. A phase current I PH flows here via the voltage tap 5 and is controlled by the two SENSEFETs 3, 4. The SENSEFET 3 forms a voltage-side (high-side) switch and is connected to a supply voltage VCC during the
SENSEFET 4 einen masseseitigen (Low-Side) Schalter bildet und mit Masse verbunden ist. Jeder der beiden SENSEFETs 3, 4 besteht aus einem Haupttran- sistor TH und einem Sense-Transistor TS, deren Gate- Anschlüsse zusammengeschaltet sind und gemeinsam durch ein Steuersignal Controll bzw. Control2 angesteuert werden, wobei das Steuersignal Controll bzw. Control2 von einer Motorsteue- rung erzeugt wird, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.SENSEFET 4 forms a low-side switch and is connected to ground. Each of the two SENSEFETs 3, 4 consists of a main transistor TH and a sense transistor TS, the gate connections of which are connected together and are controlled together by a control signal Controll or Control2, the control signal Controll or Control2 being controlled by a motor control tion is generated, which is not shown for simplicity.
Der Haupttransistor TH dient hierbei zum Schalten der Halb- brücke 2, wahrend der Sense-Transistor TS zur Messung eines durch den SENSEFET 3 bzw. 4 fließenden Stroms IH bzw. IL dient. Die Dram-Anschlusse des Haupttransistors TH und des Sense-Transistors TS sind deshalb zusammengeschaltet und bei dem SENSEFET 3 mit der Versorgungsspannung VCC und bei dem SENSEFET 4 mit dem mittigen Spannungsabgriff 5 verbunden.The main transistor TH serves to switch the half-bridge 2, while the sense transistor TS serves to measure a current I H or I L flowing through the SENSEFET 3 or 4. The dram connections of the main transistor TH and the sense transistor TS are therefore connected together and connected to the supply voltage VCC in the SENSEFET 3 and to the central voltage tap 5 in the SENSEFET 4.
Der Strom IH teilt sich also in dem SENSEFET 3 entsprechend einem bauteilspezifischen Teilungsverhaltnis ki in einen Hauptstrom und einen Messstrom ISι auf, wobei der Hauptstrom durch den Haupttransistor TH des SENSEFET 3 fließt, wahrend der Messstrom ISι über den Source-Anschluss des Sense- Transistors TS zu einem Messeingang eines Stromverstärkers 6 der Messschaltung 1 fließt. Es gilt also für den Messstrom IsiThe current I H thus divides in the SENSEFET 3 according to a component-specific division ratio ki into a main current and a measurement current I S ι, the main current flowing through the main transistor TH of the SENSEFET 3, while the measurement current I S ι via the source connection of the sense transistor TS flows to a measurement input of a current amplifier 6 of the measurement circuit 1. It therefore applies to the measuring current Isi
Figure imgf000007_0001
Figure imgf000007_0001
In gleicher Weise teilt sich der in der Halbbrücke 2 masse- seitig fließende Strom IL entsprechend demselben bauteilspe- zifischen Teilungsverhaltnis ki in einen Hauptstrom und einen Messstrom Is2 auf, wobei der Hauptstrom durch den Haupttransistor TH des SENSEFET 4 fließt, wahrend der Messstrom Is2 durch den Source-Anschluss des Sense-Transistors TS des SENSEFET 4 abfließt und einem Stromverstärker 7 der Mess- schaltung 1 zugeführt wird. Es gilt also:In the same way, the current I L flowing in the half-bridge 2 on the ground side is divided into a main current and a measurement current I s2 in accordance with the same component-specific division ratio ki, the main current flowing through the main transistor TH of the SENSEFET 4, while the measurement current I s2 flows through the source connection of the sense transistor TS of the SENSEFET 4 and is supplied to a current amplifier 7 of the measuring circuit 1. So the following applies:
Figure imgf000007_0002
Die beiden Stromverstärker 6, 7 sind eingangsseitig jeweils mit dem Source-Anschluss SOURCE des Haupttransistors TH des SENSEFETs 3 bzw. 4 verbunden, so dass der von den Stromver- starkern 6, 7 aufgenommene Messstrom Isl bzw. Is2 wieder in den Source-Anschluss SOURCE des Haupttransistors TH zurückfließt.
Figure imgf000007_0002
The two current amplifiers 6, 7 are each connected on the input side to the source connection SOURCE of the main transistor TH of the SENSEFETs 3 and 4, so that the measurement current I sl or I s2 picked up by the current amplifiers 6, 7 is returned to the source Connection SOURCE of the main transistor TH flows back.
Der ohmsche Charakter des leitenden Kanals in den beiden SENSEFETs 3, 4 stellt im Vorwartsbetπeb bei IL>0 bzw. IH>0 eine symmetrische Aufteilung der Strome IH, I auf den Haupttransistor TH und den Sense-Transistor TS sicher. Darüber hinaus erfolgt die Stromaufteilung auch im Ruckwartsbetrieb bei IL<0 bzw. IH<0 symmetrisch, sofern der Betriebsbereich eingeschränkt wird.The ohmic character of the conductive channel in the two SENSEFETs 3, 4 ensures a symmetrical distribution of the currents I H , I between the main transistor TH and the sense transistor TS when I L > 0 or I H > 0. In addition, the current distribution is also symmetrical in reverse operation when I L <0 or I H <0, provided the operating range is restricted.
Die beiden Stromverstärker 6, 7 sind baugleich und werden spater noch detailliert anhand von Figur 4 beschrieben.The two current amplifiers 6, 7 are identical in construction and will be described in more detail later with reference to FIG. 4.
Der Stromverstärker β verstärkt den Messstrom ISι mit einem bauteilspezifischen Verstärkungsfaktor k2, wobei der Strom- verstarker 6 einen Offset-Eingang aufweist, an dem ein Offset-Strom IOFFSET anliegt, durch den der Arbeitspunkt des Stromverstärkers 6 festgelegt wird. Ausgangsseitig gibt der Stromverstärker 6 einen Ausgangsstrom IA1 aus, der sich nach folgender Formel berechnet:The current amplifier β amplifies the measurement current I S ι with a component-specific gain factor k 2 , the current amplifier 6 having an offset input at which an offset current I OFFSET is present, by which the operating point of the current amplifier 6 is determined. On the output side, the current amplifier 6 outputs an output current I A1 , which is calculated using the following formula:
IAI = k2 Isi + IOFFSETIAI = k 2 Isi + IOFFSET
Der Ausgangsstrom IAι des Stromverstärkers 6 fließt über einen Ausgangswiderstand R1=500Ω gegen Masse, so dass am Ausgang des Stromverstärkers eine Spannung UAI=IAI'R1 ausgegeben wird.The output current I A ι of the current amplifier 6 flows through an output resistor R1 = 500Ω to ground, so that a voltage U AI = I AI 'R1 is output at the output of the current amplifier.
In gleicher Weise verstärkt der Stromverstärker 7 den Messstrom Is2 mit demselben Verstärkungsfaktor k2, wobei auch der Stromverstärker 7 einen Offset-Eingang aufweist, der den Ar- beitspunkt des Stromverstärkers 7 festlegt. An dem Offset- Eingang des Stromverstärkers 7 liegt ein Offset-Strom IOFFSET derselben Hohe an, so dass der Stromverstärker 7 ausgangssei- tigen einen Ausgangsstrom IA2 ausgibt, der sich nach folgen- der Formel berechnet:In the same way, the current amplifier 7 amplifies the measurement current I s2 with the same gain factor k 2 , the current amplifier 7 also having an offset input which beitpunkt of the current amplifier 7 sets. An offset current I OFFSET of the same magnitude is present at the offset input of the current amplifier 7, so that the current amplifier 7 outputs an output current I A2 on the output side, which is calculated according to the following formula:
IA2 = k2 'I32 + IOFFSET.IA 2 = k 2 ' I 32 + IOFFSET.
Der Ausgangsstrom IA2 des Stromverstärkers 7 fließt ebenfalls über einen Ausgangswiderstand R2=500Ω gegen Masse, so dass am Ausgang des Stromverstärkers eine Spannung UA2=IA2'R2 ausgegeben wird.The output current I A2 of the current amplifier 7 also flows to ground via an output resistor R2 = 500Ω, so that a voltage U A2 = I A2 'R2 is output at the output of the current amplifier.
Weiterhin weist die Messschaltung einen Differenzverstarker 8 auf, der emgangsseitig mit den beiden Stromverstarkern 6, 7 verbunden ist und detailliert m Figur 3 dargestellt ist.Furthermore, the measuring circuit has a differential amplifier 8, which is connected on the input side to the two current amplifiers 6, 7 and is shown in detail in FIG. 3.
Der Differenzverstarker 8 ist mit einer Referenzspannungsquelle 9 verbunden, die eine Offset-Spannung UOFFSET bereit- stellt und damit den Arbeitspunkt des Differenzverstarkers 8 festlegt. Die Festlegung des Arbeitspunkts durch die Referenzspannungsquelle 9 ermöglicht vorteilhaft eine Anpassung der Ausgangsspannungspegel an die Eingangsspannungspegel eines Analog/Digital-Wandlers, der an die Messschaltung 1 ange- schlössen werden kann. Ausgangsseitig gibt der Differenzverstarker 8 deshalb eine Spannung U0UTPUT aus, die durch folgende Formel gegeben ist:The differential amplifier 8 is connected to a reference voltage source 9, which provides an offset voltage U OFFSET and thus defines the operating point of the differential amplifier 8. The determination of the operating point by the reference voltage source 9 advantageously enables the output voltage level to be adapted to the input voltage level of an analog / digital converter, which can be connected to the measuring circuit 1. The differential amplifier 8 therefore outputs a voltage U 0UTPUT on the output side , which is given by the following formula:
UOUTPUT = k3 ' (UAι~UA ) + UOFFSET = k3-Rl- (IAI-IA2) + UOFFSETUOUTPUT = k 3 ' (U A ι ~ U A ) + UOFFSET = k 3 -Rl- (I A I-IA 2 ) + UOFFSET
= k3 'Rl'k2 ' ( ISι-IΞ2) + UOFFSET= k 3 ' Rl ' k 2 ' (I S ι-I Ξ2 ) + UOFFSET
= k3-Rl"kι k2- (IH-IL) + UOFFSET= k 3 -Rl " kι k 2 - (I H -IL) + UOFFSET
= k3 "Rl'kι'k2 'I H + UOFFSET= k 3 " Rl ' kι ' k 2 ' IH + UOFFSET
= k IPH + UOFFSET Die Ausgangsspanung U0UTPUT ist also linear von dem Strom IPH abhangig, der über den Spannungsabgriff 5 der Halbbrücke 2 abfließt.= k IPH + UOFFSET The output voltage U 0UTPUT is therefore linearly dependent on the current I PH , which flows off via the voltage tap 5 of the half bridge 2.
Wichtig ist hierbei, dass der Offset-Strom IOFFSET f r die bei- den Stromverstärker 6, 7 gleich groß ist, damit die beidenIt is important here that the offset current I OFFSE T is the same for the two current amplifiers 6, 7, so that the two
Stromverstärker 6, 7 den gleichen Arbeitspunkt aufweisen. Zur Erzeugung des Offset-Stroms IOFFSET ist deshalb eine Stromsenke 10 vorgesehen, die detailliert in Figur 2 dargestellt ist.Current amplifiers 6, 7 have the same operating point. A current sink 10 is therefore provided to generate the offset current I OFFSET , which is shown in detail in FIG.
Zur Festlegung der Arbeitspunkte für die beiden Stromverstärker 6, 7 weist die Stromsenke 10 zwei Transistoren Tl, T2 auf, die jeweils einen Offset-Eingang der beiden Stromverstärker 6, 7 über jeweils einen Widerstand R3=500Ω bzw. R4=500Ω mit Masse verbinden.To determine the operating points for the two current amplifiers 6, 7, the current sink 10 has two transistors T1, T2, each of which connects an offset input of the two current amplifiers 6, 7 to ground via a resistor R3 = 500Ω or R4 = 500Ω.
Der Offset-Strom IOFFSET wird hierbei von der Stromsenke 10 mittels zweier Operationsverstärker DA1, DA2 auf einen Sollwert geregelt, wobei der Sollwert durch eine Spannung UCONTROL=3, 5V einer Referenzspannungsquelle 11 vorgegeben wird.The offset current I OFFSET is here regulated by the current sink 10 by means of two operational amplifiers DA1, DA2 to a setpoint, the setpoint being predetermined by a voltage U CONTROL = 3.5V of a reference voltage source 11.
Die Stromversorgung der beiden Operationsverstärker DA1, DA2 erfolgt durch eine weitere Spannungsquelle 12 mit einer Versorgungsspannung von VCC=+10V.The two operational amplifiers DA1, DA2 are supplied with power by a further voltage source 12 with a supply voltage of VCC = + 10V.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers DA1 ist mit dem masseseitigen Anschluss des Transistors Tl verbunden, wahrend der nicht-invertierende Eingang des Transistors Tl mit der Referenzspannungsquelle 11 verbunden ist. Der Operationsverstärker DA1 regelt also den Offset-Strom IOFFSET an dem Offset-Eingang des Stromverstärkers 6 auf den vorgegebenen Sollwert ein.The inverting input of the operational amplifier DA1 is connected to the ground connection of the transistor T1, while the non-inverting input of the transistor T1 is connected to the reference voltage source 11. The operational amplifier DA1 thus regulates the offset current I OFFSET at the offset input of the current amplifier 6 to the predetermined setpoint.
In gleicher Weise ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers DA2 mit dem masseseitigen Anschluss des Tran- sistors T2 verbunden, wahrend der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers DA2 mit der Referenzspannungsquelle 11 verbunden ist. Der Operationsverstärker DA2 regelt also den Offset-Strom IOFFSET an dem Offset-Eingang des Stromverstärkers 7 auf seinen vorgegebenen Sollwert ein.In the same way, the inverting input of the operational amplifier DA2 is connected to the ground connection of the transistor T2, while the non-inverting input of the operational amplifier DA2 is connected to the reference voltage source 11. The operational amplifier DA2 regulates the offset current I OFFSET at the offset input of the current amplifier 7 to its predetermined setpoint.
Durch die Regelung des Offset-Stroms IOFFSET wird sicherge- stellt, dass die beiden Stromverstärker 6, 7 den gleichen Arbeitspunkt aufweisen, damit die Subtraktion in dem Differenz- verstarker 8 den Ruhestrom der Stromverstärker 6, 7 eliminiert .The regulation of the offset current I O FF S ET ensures that the two current amplifiers 6, 7 have the same operating point, so that the subtraction in the differential amplifier 8 eliminates the quiescent current of the current amplifiers 6, 7.
Im folgenden wird nun der Aufbau des Differenzverstärkers 8 beschrieben, der detailliert in Figur 3 dargestellt ist.The structure of the differential amplifier 8 is now described below, which is shown in detail in FIG.
Der Differenzverstarker 8 weist zwei Messeingange auf, die mit den Ausgangen der beiden Stromverstärker 6, 7 verbunden sind. In dem Differenzverstärker 8 sind die beiden Messeingange über jeweils einen Eingangswiderstand R5=10kΩ, R6=10kΩ mit einem Operationsverstärker DA3 verbunden, der von einer Spannungsquelle 13 mit Strom versorgt wird. Der Operationsverstärker DA3 stellt einen virtuellen Kurzschluss zwischen den beiden Eingangen der Differenzverstarkers 8 her, was für die Messgenauigkeit wichtig ist. Ausgangsseitig ist der Operationsverstärker DA3 über einen Rückkopplungswiderstand R7=10kΩ mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA3 verbunden. Darüber hinaus ist der nicht- invertierende Eingang des Operationsverstärkers DA3 über einen Widerstand R8=20kΩ mit der Referenzspannungsquelle 9 verbunden. Ferner ist der nicht-invertierende Eingang des 0- perationsverstarkers DA3 über einen Widerstand R9=20kΩ mit Masse verbunden.The differential amplifier 8 has two measuring inputs which are connected to the outputs of the two current amplifiers 6, 7. In the differential amplifier 8, the two measuring inputs are each connected via an input resistor R5 = 10kΩ, R6 = 10kΩ to an operational amplifier DA3, which is supplied with current by a voltage source 13. The operational amplifier DA3 creates a virtual short circuit between the two inputs of the differential amplifier 8, which is important for the measurement accuracy. On the output side, the operational amplifier DA3 is connected to the inverting input of the operational amplifier DA3 via a feedback resistor R7 = 10kΩ. In addition, the non-inverting input of the operational amplifier DA3 is connected to the reference voltage source 9 via a resistor R8 = 20kΩ. Furthermore, the non-inverting input of the 0 operational amplifier DA3 is connected to ground via a resistor R9 = 20kΩ.
Schließlich wird nun anhand von Figur 4 der Aufbau der des Stromverstärkers 6 beschrieben, wobei der Stromverstärker 7 baugleich ist und deshalb nicht separat beschrieben wird.Finally, the structure of the current amplifier 6 will now be described with reference to FIG. 4, the current amplifier 7 being of identical construction and therefore not being described separately.
Der Stromverstärker 6 weist eingangsseitig einen Operationsverstärker DA4 mit einem nachgeschalteten Transistor T10 auf, der an den Eingangen des Stromverstärkers 6 gleiches Potential erzwingt.The current amplifier 6 has an operational amplifier DA4 on the input side with a transistor T10 connected downstream, which forces the same potential at the inputs of the current amplifier 6.
Die beiden Eingange des Stromverstärkers 6 sind hierbei durch einen Widerstand R10=100Ω miteinander verbunden, wobei der Widerstand RIO die Schwingungsneigung unterdruckt.The two inputs of the current amplifier 6 are connected to one another by a resistor R10 = 100Ω, the resistor RIO suppressing the tendency to oscillate.
Ausgangsseitig ist der Operationsverstärker DA1 über drei Stromspiegelanordnungen R11-R17, T3-T9 mit einem Signalaus- gang verbunden, an dem der Ausgangsstrom IAι ausgegeben wird.On the output side, the operational amplifier DA1 is connected via three current mirror arrangements R11-R17, T3-T9 to a signal output at which the output current I A ι is output.
Da der Transistor T10 nur einen Stromfluß in einer Richtung erlaubt, wird durch die Widerstände R12, R17 und R16 ein Querstrom eingestellt, der durch die Transistoren T4, T3, T9 und T8 auf die Eingangsseite gespiegelt wird. Durch den zusätzlichen Strom, dessen genaue Große unerheblich ist, fließt der Strom in dem Transistor T10 immer in einer Richtung. Der Sense-Strom ISι steht daher potentialunabhangig am Kollektor des Transistors T10 zur Verfugung und wird in Summe mit dem Offset-Strom IOFFSET durch den Stromspiegel der TransistorenSince the transistor T10 only allows current to flow in one direction, a resistance is set by the resistors R12, R17 and R16, which is mirrored by the transistors T4, T3, T9 and T8 on the input side. Due to the additional current, the exact size of which is irrelevant, the current in the transistor T10 always flows in one direction. The sense current I S ι is therefore available independently of the potential at the collector of the transistor T10 and is combined with the offset current I OFFSET through the current mirror of the transistors
T5, T6 und T7 einer nachfolgenden Schaltung zur Verfugung gestellt.T5, T6 and T7 made available to a subsequent circuit.
Weiterhin weist der Stromverstärker 6 zwei Spannungsquel- len 14, 15 auf, welche die Spannungsversorgung der Messschaltung darstellen, wobei das Versorgungs-Bezugspotential auf den Source-Anschluss SOURCE des SENSEFET 3 gelegt wird. Dies ist vorteilhaft, da auch die Treiberversorgung des SENSEFET 3 auf dessen Source-Anschluss SOURCE bezogen sein muss.Furthermore, the current amplifier 6 has two voltage sources 14, 15, which represent the voltage supply to the measuring circuit, the supply reference potential being applied to the source connection SOURCE of the SENSEFET 3. This is advantageous since the driver supply of the SENSEFET 3 must also relate to its SOURCE source connection.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass der Aufbau des Stromverstärkers 6 derart gestaltet ist, dass der interne Querstrom durch die Widerstände R12, R17 und R16 bzw. die Transistoren T4, T3 und T9, T8 vom Betrag her nicht in die Messung ein- geht. Dies ist wichtig für eine Integration in einem IC. Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. In addition, it should be mentioned that the structure of the current amplifier 6 is designed such that the amount of the internal cross current through the resistors R12, R17 and R16 or the transistors T4, T3 and T9, T8 is not included in the measurement. This is important for an integration in an IC. The invention is not restricted to the preferred exemplary embodiment described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection.

Claims

Patentansprüche claims
1. Messschaltung (1), insbesondere zur Strommessung an einer Halbbruckenschaltung zur Ansteuerung eines Mehrphasen- Elektromotors, mit1. Measuring circuit (1), in particular for current measurement on a half-bridge circuit for controlling a multi-phase electric motor, with
einem ersten Messwandler (6) zur Umwandlung eines ersten Messsignals (Isi) n ein erstes Ausgangssignal (IAι),a first measuring transducer (6) for converting a first measuring signal (Isi) n into a first output signal (I A ι),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,characterized,
dass der erste Messwandler (6) einen Offset-Eingang aufweist, um bei der Umwandlung einen vorgegebenen Offset (IOFFSET) ZU berücksichtigen und die Messung eines Messsignals mit belie- biger Polarität zu ermöglichen.that the first transducer (6) has an offset input in order to take into account a predetermined offset (I O FF S ET) during the conversion and to enable the measurement of a measurement signal of any polarity.
2. Messschaltung (1) nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen zweiten Messwandler (7) zur Umwandlung eines zweiten Messsignals (Is2) in ein zweites Ausgangssignal (IA2) wobei der zweite Messwandler (7) einen Offset-Eingang aufweist, um bei der Umwandlung einen vorgegebenen Offset (IOFFSET) ZU berücksichtigen und die Messung eines Messsignals mit beliebiger Polarität zu ermöglichen.2. Measuring circuit (1) according to claim 1, characterized by a second transducer (7) for converting a second measurement signal (I s2 ) into a second output signal (I A2 ), wherein the second transducer (7) has an offset input in order to Conversion to take into account a given offset (I OFFSET ) and to enable the measurement of a measurement signal with any polarity.
3. Messschaltung (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der erste Messwandler (6) und der zweite Messwandler (7) ausgangsseitig mit einem Verknupfungsglied (8) verbunden sind, das aus dem ersten Ausgangssignal (IAI) und dem zweiten Ausgangssignal (IA3) ein drittes Ausgangssignal (UOUTPUT) bestimmt .3. Measuring circuit (1) according to claim 2, characterized in that the first transducer (6) and the second transducer (7) are connected on the output side to a logic element (8) which consists of the first output signal (I AI ) and the second output signal ( I A3 ) determines a third output signal (U OUTPUT ).
4. Messschaltung (1) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verknupfungsglied (8) ein Differenzverstarker ist. 4. Measuring circuit (1) according to claim 3, characterized in that the logic element (8) is a differential amplifier.
5. Messschaltung (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Differenzverstärker (8) einen Offset-Eingang aufweist, der mit einer Referenzspannungsquelle (9) verbunden ist .5. Measuring circuit (1) according to claim 4, so that the differential amplifier (8) has an offset input which is connected to a reference voltage source (9).
6. Messschaltung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste Messsignal (ISι) und/oder das zweite Messsignal (Is2) ein Stromsignal ist.6. Measuring circuit (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first measurement signal (I S ι) and / or the second measurement signal (I s2 ) is a current signal.
7. Messschaltung (1) nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der erste Messwandler (6) und/oder der zweite Messwandler (7) ein Stromverstärker ist.7. Measuring circuit (1) according to claim 6, so that the first transducer (6) and / or the second transducer (7) is a current amplifier.
8. Messschaltung (1) nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass an den Offset-Eingang des ersten Messwandlers (6) und/oder des zweiten Messwandlers (7) eine Stromquelle oder eine Stromsenke (10) mit einem vorgegebenen Offset-Strom (IOFFSET) angeschlossen ist.8. Measuring circuit (1) according to claim 7, characterized in that at the offset input of the first transducer (6) and / or the second transducer (7) a current source or a current sink (10) with a predetermined offset current (I O FF S ET) is connected.
9. Messschaltung (1) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Offset-Strom (IOFFSET) an dem Offset-Eingang des ersten Messwandlers (6) gleich dem Offset-Strom (IOFFSET) an dem Offset-Eingang des zweiten Messwandlers (7) ist.9. Measuring circuit (1) according to claim 8, characterized in that the offset current (I OFFSET ) at the offset input of the first transducer (6) is equal to the offset current (I OFFSET ) at the offset input of the second transducer ( 7) is.
10. Messschaltung (1) nach Anspruch 8 und/oder Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Stromquelle oder die Stromsenke (10) einen Stromregler aufweist, der den Offset-Strom (IOFFSET) auf einen vorgege- benen Sollwert regelt. 10. Measuring circuit (1) according to claim 8 and / or claim 9, characterized in that the current source or the current sink (10) has a current regulator which regulates the offset current (I OFFSET ) to a predetermined setpoint.
11. Messschaltung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der erste Messwandler (6) eingangsseitig mit einem ersten SENSEFET (3) verbunden ist, während der zweite Messwandler (7) eingangsseitig mit einem zweiten SENSEFET (4) verbunden ist, wobei der erste SENSEFET (3) und der zweite SENSEFET (4) Bestandteil einer Halbbrücke (2) sind. 11. Measuring circuit (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first transducer (6) is connected on the input side to a first SENSEFET (3), while the second transducer (7) is connected on the input side to a second SENSEFET (4) , wherein the first SENSEFET (3) and the second SENSEFET (4) are part of a half bridge (2).
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