用于小电流的电流感测的方法和设备技术

一种用于功率晶体管装置的电流检测的设备，所述设备具有功率晶体管(2)、第一串联电路(9)、第二串联电路(10)和控制单元(8)，所述第一串联电路具有第一晶体管(4)和第一电阻(5)，其中，所述第一电阻(5)布置在所述第一晶体管(4)的负载电流回路中，所述第二串联电路具有第二晶体管(6)和第二电阻(7)，其中，所述第二电阻(7)布置在所述第二晶体管(6)的负载电流回路中，其中，所述第一串联电路(9)、所述第二串联电路(10)和所述功率晶体管(2)彼此并联连接地布置，其中，当所述第一晶体管(4)接通时，所述第一电阻(5)与所述第一晶体管(4)导电连接，其中，当所述第二晶体管(6)接通时，所述第二电阻(7)与所述第二晶体管(6)导电连接，其中，当所述功率晶体管(2)接通时，所述第一晶体管(4)的栅极连接端与所述功率晶体管(2)的栅极连接端导电连接，其中，所述控制单元控制所述功率晶体管(2)、所述第一晶体管(4)和所述第二晶体管(6)，其中，所述控制单元(8)接通所述功率晶体管(2)和所述第一晶体管(4)，其中，所述控制单元(8)检测第一电压电势(11)，所述第一电压电势代表所述第一电阻(5)上的电压降，其中，所述控制单元(8)根据所述第一电压电势(11)和所述第一电阻(5)确定电流，并且当所述电流小于预先确定的阈值(20)时，所述控制单元(8)断开所述功率晶体管(2)和所述第一晶体管(4)，并且接通所述第二晶体管(6)，使得所述电流基本上流过所述第二晶体管(6)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于功率晶体管装置的电流检测的设备和方法，以及具有所述设备的安全开关。
技术介绍
作为用于在开关或晶体管上的电流感测的间接方法已知开关的导通电压(Durchlassspannung)的测量。因为导通电压在欧姆范围内提供与电流成比例的电压，所以可以借助导通电阻来确定电流。此外，已知用于电流检测的方法，在所述方法中电流检测回路与负载电流回路并联连接，从而可以求取负载回路中的电流。为此，电流检测晶体管可以与负载晶体管并联地集成在同一芯片中。在此，两个晶体管的不仅漏极连接端而且栅极连接端相互连接。为了确定负载电流，检测在电流检测电阻上的电压降。在此不利的是，电流检测晶体管的电阻的串联散射(Serienstreuung)或非线性直接作用到电流分配比例上并且直接影响电流检测电阻上的电压。此外，已知借助模拟/数字转换器实施电流检测。为了实现准确测量，必须使用精确的测量电阻。通过测量电阻的线性，经匹配的分析处理电路能够以高的动态范围检测电流。在此不利的是，分析处理电路例如通过偏置电压将测量范围限制到小电流。
技术实现思路
本专利技术的任务是以高的精度检测小电流。用于功率晶体管装置的电流检测的设备和方法具有功率晶体管、第一串联电路和第二串联电路，它们彼此并联地布置。第一串联电路具有第一晶体管和第一电阻，其中，第一电阻布置在第一晶体管的负载电流回路中。第二串联电路具有第二晶体管和第二电阻，其中，第二电阻布置在第二晶体管的负载电流回路中。当第一晶体管接通、即导通时，第一电阻与第一晶体管导电连接。在此，导电连接意味着负载电流回路通电。当第二晶体管接通、即导通时，第二电阻与第二晶体管导电连接。当功率晶体管接通时，第一晶体管的栅极连接端与功率晶体管的栅极连接端导电连接。当功率晶体管断开时，第二串联电路导通。此外，存在控制单元，所述控制值单元控制功率晶体管、第一晶体管和第二晶体管。控制单元接通功率晶体管和第一晶体管并且检测第一电压电势。第一电压电势代表第一电阻上的电压降。控制单元根据第一电压电势和第一电阻确定电流。当总电流小于预先确定的阈值时，控制单元断开功率晶体管和第一晶体管。同时，控制单元接通第二晶体管，从而电流基本上流过第二晶体管。在此，预先确定的阈值代表功率晶体管的负载回路中的小电流。在此有利的是，通过功率晶体管的和第一晶体管的关断可以测量功率晶体管装置中的更小的电流。在一种扩展方案中，控制单元具有计时器，从而控制单元对于确定的持续时间实施第一晶体管的断开。在此有利的是，当仅仅对于确定的持续时间断开第一晶体管时，最小化所述设备的总损耗。在另一构型中，第一电阻和第二电阻具有不同的电阻值。在此，第一电阻尤其具有比第二电阻更小的电阻值，优选是第二电阻的电阻值的至少十分之一。在此有利的是，在并联连接的串联电路中可以检测不同大小的电流。在一种扩展方案中，第二晶体管的导通电阻充当第二电阻。在此有利的是，不需要附加的测量电阻，由此使得该装置更紧凑。在另一构型中，第一晶体管和第二晶体管具有同一晶体管类型。在此，尤其涉及n-MOS晶体管或者p-MOS晶体管。在此有利的是，简化所述设备的结构。根据本专利技术的用于车辆车载电网的安全开关具有根据本专利技术的用于功率晶体管装置的电流检测的设备。在此，安全开关可以充当低侧开关或者充当高侧开关。在低侧开关的情形中，安全开关具有将功率晶体管的漏极连接端与供电电压连接的负载电阻。在高侧开关的情形中，安全开关具有将功率晶体管的源极连接端与地连接的负载电阻。其他优点由实施例的随后描述或者由从属权利要求得出。附图说明随后根据优选实施方式和附图阐述本专利技术。附图示出：图1：用于功率晶体管装置的电流检测的设备；图2：用于功率晶体管装置的电流检测的方法；以及图3：电流/电压图，其具有预先确定的阈值，所述预先确定的阈值代表功率晶体管的负载电流回路中的小电流。具体实施方式图1示出用于功率晶体管2的电流检测的设备1。设备1具有控制单元8、第一串联电路9和第二串联电路10。第一串联电路9和第二串联电路10彼此并联连接地布置。第一串联电路9具有第一晶体管4和第一电阻5。第一电阻5布置在第一晶体管4的负载电流回路中，也就是说，当第一晶体管(4)接通时第一电阻5与第一晶体管4导电连接。在此，导电连接意味着电流负载回路引导电流。第二串联电路10具有第二晶体管5和第二电阻7，也就是说，当第二晶体管(6)接通时第二电阻7与第二晶体管6导电连接。第二电路7布置在第二晶体管5的负载电流回路中。在此，第一电阻5和第二电阻7充当测量电阻、所谓的电流检测电阻或感测电阻，其中，第一电阻5具有比第二电阻7更小的值，其通常高欧姆地选择。第二电阻7与第一电阻5的比例例如为1/N*FL，其中，N是功率晶体管2和第一晶体管4的分压器比例或大小比例。FL是功率晶体管的负载电流回路中的负载电流与静态电流的比例。在一个实施例中，分压器比例M＝1000并且负载电流与静态电流比FL＝lA/0.1mA，其中在此，第一电阻5例如具有值300欧姆并且第二电阻例如具有值3000欧姆。可选地，第二晶体管5的导通电阻可以充当第二电阻7。控制单元8具有至少两个输入端——借助所述至少两个输入端可以检测第一电压电势11和第二电压电势12——并且具有输入端16，该输入端可以检测参考电压、例如地。此外，控制单元8至少具有第一输出端14和第二输出端15。第一输出端14控制第二晶体管6的栅极，第二输出端15控制功率晶体管2的栅极和第一晶体管4的栅极。设备1包括功率晶体管装置，在所述功率晶体管装置中与功率晶体管2的负载电流回路并联地布置第一串联电路9和第二串联电路10。第一晶体管4的栅极连接端与功率晶体管2的栅极连接端连接。如果功率晶体管2接通，则通过栅极的直接连接也接通第一晶体管4。功率晶体管2的漏极连接端3可以与供电电压连接。在另一实施例中，设备1应用在用于电负载——即车辆中的照明装置或控制装置——的低侧开关中，由此连接电负载的地。为此，功率晶体管2的漏极连接端3通过电负载与供电电压连接。在另一实施例中，设备1应用在用于电负载——即车辆中的照明装置或控制装置——的高侧开关中，由此连接电负载的供电电压。为此，功率晶体管2的源极连接端通过电负载与地连接并且功率晶体管2的漏极连接端与供电电压连接。在另一实施例中，设备1应用在电平转换器中，所述电平转换器充当低侧开关，由此连接电平转换器的地。为此，功率晶体管2的漏极连接端3通过负载电阻与供电电压连接。在另一实施例中，设备1应用在电平转换器中，所述电平转换器充当高侧开关，由此连接电平转换器的供电电压引脚。为此，功率晶体管2的源极连接端通过负载电阻与地连接并且功率晶体管2的漏极连接端与供电电压连接。在另一实施例中，第二串联电路10与信号分析处理单元一起集成在一个ASIC中。通过高欧姆的第二电阻，空间节省地实现所述集成。在ASIC的最终检查时可以容易地实现均衡。可选地，第一和第二晶体管4和6的栅极驱动器可以集成在所述ASIC上。图2示出用于功率晶体管的电流检测的方法。所述方法以步骤200开始，其方式是，借助控制单元控制或者接通功率晶体管的栅极和第一晶体管的栅极。由此给第一电阻通电，从而在随后的步骤210中检测代表第一电阻上的电压降的第一电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于功率晶体管装置的电流检测的设备(1)，所述设备具有：‑功率晶体管(2)，‑第一串联电路(9)，其具有第一晶体管(4)和第一电阻(5)，‑其中，所述第一电阻(5)布置在所述第一晶体管(4)的负载电流回路中，‑第二串联电路(10)，其具有第二晶体管(6)和第二电阻(7)，‑其中，所述第二电阻(7)布置在所述第二晶体管(6)的负载电流回路中，‑其中，所述第一串联电路(9)、所述第二串联电路(10)和所述功率晶体管(2)彼此并联连接地布置，‑其中，当所述第一晶体管(4)接通时，所述第一电阻(5)与所述第一晶体管(4)导电连接，并且‑其中，当所述第二晶体管(6)接通时，所述第二电阻(7)与所述第二晶体管(6)导电连接，并且‑其中，当所述功率晶体管(2)接通时，所述第一晶体管(4)的栅极连接端与所述功率晶体管(2)的栅极连接端导电连接，‑控制单元(8)，所述控制单元控制所述功率晶体管(2)、所述第一晶体管(4)和所述第二晶体管(6)，其中，所述控制单元(8)接通所述功率晶体管(2)和所述第一晶体管(4)，‑其中，所述控制单元(8)检测第一电压电势(11)，所述第一电压电势代表所述第一电阻(5)上的电压降，‑其中，所述控制单元(8)根据所述第一电压电势(11)和所述第一电阻(5)确定电流，并且‑当所述电流小于预先确定的阈值(20)时，所述控制单元(8)断开所述功率晶体管(2)和所述第一晶体管(4)，并且接通所述第二晶体管(6)，使得所述电流基本上流过所述第二晶体管(6)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.23 DE 102014211984.71.一种用于功率晶体管装置的电流检测的设备(1)，所述设备具有：-功率晶体管(2)，-第一串联电路(9)，其具有第一晶体管(4)和第一电阻(5)，-其中，所述第一电阻(5)布置在所述第一晶体管(4)的负载电流回路中，-第二串联电路(10)，其具有第二晶体管(6)和第二电阻(7)，-其中，所述第二电阻(7)布置在所述第二晶体管(6)的负载电流回路中，-其中，所述第一串联电路(9)、所述第二串联电路(10)和所述功率晶体管(2)彼此并联连接地布置，-其中，当所述第一晶体管(4)接通时，所述第一电阻(5)与所述第一晶体管(4)导电连接，并且-其中，当所述第二晶体管(6)接通时，所述第二电阻(7)与所述第二晶体管(6)导电连接，并且-其中，当所述功率晶体管(2)接通时，所述第一晶体管(4)的栅极连接端与所述功率晶体管(2)的栅极连接端导电连接，-控制单元(8)，所述控制单元控制所述功率晶体管(2)、所述第一晶体管(4)和所述第二晶体管(6)，其中，所述控制单元(8)接通所述功率晶体管(2)和所述第一晶体管(4)，-其中，所述控制单元(8)检测第一电压电势(11)，所述第一电压电势代表所述第一电阻(5)上的电压降，-其中，所述控制单元(8)根据所述第一电压电势(11)和所述第一电阻(5)确定电流，并且-当所述电流小于预先确定的阈值(20)时，所述控制单元(8)断开所述功率晶体管(2)和所述第一晶体管(4)，并且接通所述第二晶体管(6)，使得所述电流基本上流过所述第二晶体管(6)。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制单元(8)具有计时器，从而所述控制单元(8)对于确定的持续时间实施所述功率晶体管(2)的和所述第一晶体管(4)的断开。3.根据权利要求1或2中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一电阻(5)和第二电阻(7)具有不同的电阻值，尤其所述第一电阻(5)具有所述第二电阻(7)的电阻值的至少十分之一。4.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二晶体管(6)的导通电阻设置为第二电阻(7)。5.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一晶体管(4)和所述第二晶体管(6)具有同一晶体管类型，尤其n-MOS晶体管或者p-MOS晶体管。6.一种用于车辆车载电网负载的安全开关，所述安全开关具有根据权利要求1至5中任一项所述的用于功率晶体管装置的电流检测的设备，其中，所述安全开关充当低侧开关，所述安全开关具有：-功率晶体管(2)，-控制单元(8)，-负载电阻，所述负载电阻将所述功率晶体管(2)的漏极连接端与供电电压连接，-具有第一晶体管(4)和第一电阻(5)的第一串联电路，其中，所述第一电阻(5)布置在所述第一晶体管(4)的负载电流回路中，和-具有第二晶体管(6)和第二电阻(7)的第二串联电路，其中，所述第二电阻(7)布置在所述第二晶体管(6)的负载电流回路中，-其中，所述第一串联电路(9)、所述第二串联电路(10)和所述功率晶体管(2)彼此并联连接地布置，-其中，当所述第一晶体管(4)接通时，所述第一电阻(5)与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·雅克，W·席曼，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE