[发明专利]差动电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种差动电流传感器，尤其是直流供电系统。 

背景技术

从WO00/00834A1已知这种类型的差动电流传感器，例如，可以在单相交流供电系统中使用该差动电流传感器，以便在输送导线和回路导线中测量电流，从而可以由此计算差动电流，以便能够检测到故障。这里根据本身已知的四线制技术，借助于分别设置在输送导线和回路导线中的低电阻电流感测电阻器进行实际的电流测量，待测量的电流流经该低电阻电流感测电阻器，使得该电流感测电阻器上的电压降形成了相应电流的测量量。这种已知的差动电流传感器还具有ASIC（ASIC：专用集成电路），其计算输送导线和回路导线中两个电流感测电阻器上的电压并由此计算差动电流。此外，这种已知的差动电流传感器允许在两个电流感测电阻器处对电压测量进行校准，因为ASIC在每种情况下都测量接地侧和电压侧的一个基准电压，该基准电压由输送导线与回路导线之间的分压器来提供。这里，借助于独立的测量换能器在ASIC内进行由ASIC测量的基准电压。 

在先前描述的已知差动电流传感器中，已证实并不特别精确的不能令人满意的校准是不利的。 

还参考有关现有技术的US2005/0248351A1。该印刷出版物公开了一种用于测量电池电压的测量电路，其中，测量换能器测量电流感测电阻器上的电压降。这里能将电流感测电阻器可选地连接到电池或基准电压。然而，测量换能器自身始终测量电流感测电阻器上的电压降而不能连接到基准电压。以这种方式不可能进行完整的校准。 

还参考有关现有技术的DE102010038851A1，DE202010005756U1和DE102004062655A1。 

发明内容

因此本发明基于相应地改进上述已知差动电流传感器的目的。 

根据本发明的差动电流传感器根据主要权利要求来实现这个目的。 

本发明基于如下技术见地：已知差动电流传感器中校准期间不能令人满意的结果是出自以下事实：一方面基准电压和另一方面在电流感测电阻器上的电压降均由单独的测量换能器来检测。这是不利的，因为在校准情况下不能以这种方式补偿各测量换能器的测量误差。因此，本发明包括以下普遍性技术教导：在根据本发明的差动电流传感器中，特别在电压侧（“高压侧”）和接地侧（“低压侧”）这两者上，均由同一测量换能器测量基准电压和在电流感测电阻器上的电压降。因此，两个电压侧或接地侧测量换能器在根据本发明的差动电流传感器中相继紧接地测量相应基准电压和在相应电流感测电阻器上的电压降。 

在本发明的优选示例性实施例中，借助分压器提供用于校准的基准电压（如根据开头所述的WO00/00834A1的已知差动电流传感器中的那样），该分压器连接于输送导线与回路导线之间。在这里，用于校准电压侧电流测量的第一基准电压借助在分压器处的第一电压分接点来形成，同时用于校准接地侧电流测量的第二基准电压借助在分压器处的第二电压分接点来形成。 

在优选示例性实施例中，将分压器的大小设计为使得在第一电流感测电阻器上的第一电压降与第一基准电压属于同一数量级。此外，还优选为以在第二电流感测电阻器上的第二电压降与第二基准电压属于同一数量级的方式来设计分压器的大小。例如，这些电压值可以在30mV的区域中。一方面基准电压的电压值与另一方面电流感测电阻器上电压的电压值的这种近似匹配是有利的，因为在这种情况下，相应的测量换能器以及（如果有的话）额外的前置放大器，能够相继测量基准电压和在相应电流感测电阻器上的电压降，而无需改变测量换能器或前置放大器的内部设置。 

在本发明的优选示例性实施例中，分压器具有由电压侧第一电阻器（例如，R1=100Ω）、中央第二电阻器（例如，R2=2MΩ）以及接地侧第三电阻器（例如，R3=100Ω）构成的串联电路。这里，中央第二电阻器优选具有比电压侧第一电阻器和比接地侧第三电阻器显著更高的电阻值。这里，优 选借助分压器的电压侧电阻器与分压器的中央电阻器之间的第一电压分接点提供用于电压侧校准的第一基准电压。相比之下，优选借助分压器的接地侧第三电阻器与中央电阻器之间的第二电压分接点形成用于校准接地侧电流测量的第二基准电压。 

优选地，在分压器的电压侧第一电阻器处以及在分压器的接地侧第三电阻器处的电阻值基本显示出相同的温度相关性。这对于校准和操作期间要尽可能高的温度独立性是有利的。例如，可以使用来自同一批次并因此具有大致相同的温度相关性的金属膜电阻器来构建分压器。此外，也可以在校准期间检测温度系数的微小差异并通过计算消除该微小差异。此外，要提到的是，在该设置中的分压器的两个外部电阻器仅有非常轻微的负荷，从而预期有很好的长期稳定性。