本发明专利技术公开了一种用于在插入电流路径中的场效应晶体管(FET)的协助下测量电流(IM)的方法，其中在晶体管(FET)的栅极(g)与源极(s)之间施加控制电压(Ugs)，以使漏极(d)与源极(s)之间横跨晶体管(FET)的电压降(Uds)在电流路径中保持于预先限定的范围内。还确定所述电压降(Uds)和控制电压(Ugs)。现在能够使用这两个值以及漏极-源极电流(Ids)/漏极-源极电压(Uds)和栅极-源极电压(Ugs)之间的已知关系来确定所关注的电流(IM)。还公开了用于执行本发明专利技术的方法的设备(1)。
【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在插入电流路径中的场效应晶体管的协助下测量电流的方法，其中测量电流路径中晶体管处的漏极与源极之间的电压降，并且基于所述电压降和漏极-源极电流与漏极-源极电压之间的已知关系来确定所关注电流的值。本专利技术还涉及用于测量电流的设备，其包括用于插入电流路径中的晶体管，用于确定电流路径中晶体管的漏极与源极之间的电压降的器件，和用于基于所述电压降和漏极-源极电流与漏极-源极电压之间的已知关系确定所关注电流的值的器件。现有技术通常，借助于横跨欧姆测量电阻器或者“分路器”的电压降来测量电流。这些分路器由特殊合金构成，并且具有恒定的阻力值。横跨分路器测得的电压降于是直接与电流成正比(I=U/R)。一段时间以来，场效应晶体管(FET)已用于代替欧姆电阻器进行电流测量。 分路器在这里被场效应晶体管的可控沟道电阻Rds取代。MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，Rds的沟道电阻取决于晶体管的温度(或者，更确切地说，晶体管的基体的温度)、栅极电压Ugs和漏极-源极电压Uds。图I示出了在自身已知背景中的一个示例。在漏极-源极电流Ids对漏极-源极电压Uds的曲线图上，示出了用于各个栅极-源极电压Ugsl... Ugs5的特性曲线。众所周知的是沟道电阻Rds从Uds/Ids确定。图I中的虚线还使FET晶体管的线性区域与饱和区域Bs分开。图2进一步示出了沟道电阻Rds与温度T的相关性。从现有技术已知用于在场效应晶体管的协助下测量电流的若干解决方案。例如，WO 1998/010301A1公开了这样一种电流测量电路，其中经由晶体管为负载供给电能。由电流引起的横跨晶体管的电压降和晶体管的温度被测量。有效沟道电阻在所测得的温度的协助下得到确定，并且沟道电阻和所测得的电压降于是用于确定所关注电流的值。此外DE 10 2004 039 392B3公开了用于根据脉冲宽度调制方法确定电气装置中的电流的方法，所述电气装置受控于与其耦合的场效应晶体管。根据该方法，横跨场效应晶体管的源极-漏极区域的电压被测量，场效应晶体管附近的温度也如此。从测量值，以及脉冲宽度，并在温度补偿的协助下，确定电流的当前值。US 6，867，576B2也公开了具有较小电容的场效应晶体管可以与电源场效应晶体管并联连接，以允许横跨电源场效应晶体管的电压降用于确定流经它的电流。该测量的结果被用来在所测得的电压超过特定阈值的情况下关闭电源场效应晶体管。最后，US 7，154，291B2公开了一种用于测量通过场效应晶体管的电流的方法,其中为此目的而测量漏极-源极电压。场效应晶体管的温度也被测量，以便其沟道电阻能够被精确地确定。从同一电压和沟道电阻，于是容易确定流经晶体管的所关注电流的值。图3则示出了场效应晶体管FET的自身已知的配置，所述场效应晶体管与温度测量二极管D位于公共基体S上。场效应晶体管FET包括用于栅极g、漏极d和源极s的连接。这样，温度测量二极管D的温度在很大程度上是晶体管的温度T，由此能够大幅地避免测量误差。图4此外示出了横跨温度测量二极管D下降的电压Ut与温度T之间的关系。这些已知方法的一个缺点是只能够测量值的范围比较小的电流。已知的电路因此不适于较大的测量范围，或者必须使用复杂的电路延伸以扩大测量范围。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是公开一种用于测量电流的改善的方法或者改善的设备，具体说用于比较大的测量范围。本专利技术的问题借助于一种用于在插入电流路径中的场效应晶体管的协助下测量电流的方法，其包括以下步骤-在所述晶体管的栅极与源极之间施加控制电压，以使所述电流路径中所述晶体管处的漏极与源极之间的电压降保持在可指定的范围内， -确定所述电压降，-确定所述控制电压，-基于所述电压降，所述控制电压，以及漏极-源极电流、漏极-源极电压和栅极-源极电压之间的已知关系确定所关注电流的值。控制电压的确定在这里是非常简单的程序，其通常例如不需要测量，因为所描述方法中的控制电压是预定的。此外，本专利技术的问题通过用于测量电流的设备得到解决，该设备包括-用于插入电流路径中的晶体管，-控制单元，其用于在所述晶体管的栅极与源极之间施加控制电压，以使所述电流路径中所述晶体管处的漏极与源极之间的电压降保持在可指定的范围内，-用于确定所述电压降和控制电压的器件，-用于确定所关注电流的值的器件，其基于所述电压降，所述控制电压，以及漏极-源极电流、漏极-源极电压和栅极-源极电压之间的已知关系确定所关注电流的值。本专利技术克服现有技术中存在的限制，即场效应晶体管只能在切换模式中或者在饱和区域中操作，因为在已知方案中，仅仅是沟道电阻与温度的相关性被纳入考量。根据本专利技术，沟道电阻Rds现在被控制成使得电压降Uds保持小，并且被测物体因此不受影响。这使得能够测量大电流(具有小Rds)以及非常小的电流(具有大Rds)。晶体管温度T在很大程度上取决于由电流的流动产生的功率耗散，因此很少能够对它有影响。适当的沟道电阻Rds因此借助于栅极-源极电压Ugs得到设定。为此目的，栅极电压Ugs被控制成使得漏极-源极电压Uds位于确定的极限内(例如10mV-90mV)。因此对被测量对象的影响保持小，并且功率耗散是可管控的。电流变化能够被记录的速度因此只取决于使用中的硬件的计算速度以及ADC (模拟/数字转换器)和DAC (数字/模拟转换器)的取样频率。实现所描述的测量原理的高动态范围的方法之一是场效应晶体管既不用作开关(可变栅极电压Ugs)也不是只在线性区域中使用。漏极与源极之间的电压降Uds的可指定范围可以例如位于10mV_90mV之间。然而，取决于众多因素，特别是所采用的部件和期望的应用，其它范围也可以是更适当的。本专利技术的有利实施例和其它改进在从属权利要求和结合附图的描述中显现出来。有利地，只要漏极与源极之间的电压降Uds保持在所述可指定的范围内，则晶体管的栅极与源极之间的控制电压Ugs就保持恒定，而如果漏极与源极之间的电压降Uds离开所述可指定的范围，则所述控制电压Ugs增加或者减小一离散的量。作为结果，当漏极与源极之间的电压降Uds离开可指定的范围时，它再次被坚决地返回该范围。为了确定所关注电流的值，使用了特性曲线(漏极-源极电流与漏极-源极电压之间在不同栅极-源极电压处的关系)的整个阵列。也可以在场效应晶体管的受限区域与线性区域之间的过渡区域中，即在非常小的栅极-源极电压Ugs处，使用特性曲线。结果是用于确定所关注电流的值的特别高的测量范围。如果漏极-源极电流、漏极-源极电压和栅极-源极电压之间的关系在初始步骤中确定，则是有利的。在本专利技术的该变型中，特定晶体管的漏极-源极电流、漏极-源极电压和栅极-源极电压之间的关系被确定，而不是依赖于制造商在数据表中提供的信息。这样能够避免由于晶体管的制造公差而发生在参数中的离散。如果在以后的时间重复所述关系的确定，则还能够避免由部件的时效产生的测量的不精确性。此外，如果漏极-源极电流、漏极-源极电压和栅极-源极电压之间的关系呈现为 以下多项式形式的沟道电阻，则是有利的Rds=Iic^k1. Uds+k2. Uds2+…+kn. Udsn其中，对于不同控制电压提供不同组的系数V.. kn。由于沟道电阻的非线性，多项式特别适合于这种近似。为了允许实现本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：K皮尔兹，
申请(专利权)人：马格纳斯泰尔汽车技术两合公司，
类型：
国别省市：
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