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WO2007095879A1 - Strommess-einrichtung - Google Patents

Strommess-einrichtung Download PDF

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WO2007095879A1
WO2007095879A1 PCT/DE2007/000071 DE2007000071W WO2007095879A1 WO 2007095879 A1 WO2007095879 A1 WO 2007095879A1 DE 2007000071 W DE2007000071 W DE 2007000071W WO 2007095879 A1 WO2007095879 A1 WO 2007095879A1
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WO
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current
measuring
circuit board
contact
conductor track
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PCT/DE2007/000071
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English (en)
French (fr)
Inventor
Maik Salomo
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic Gmbh
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Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic Gmbh filed Critical Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
    • G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R1/44—Modifications of instruments for temperature compensation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/16571—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing AC or DC current with one threshold, e.g. load current, over-current, surge current or fault current

Definitions

  • the invention relates to a current measuring device, in particular a device for measuring a motor current, as well as a comprehensive apparatus for controlling an electrical device, in particular an electric motor.
  • Electronically controlled DC motors are used in particular as a drive of cooling fans in KjaftGermanen. Controllers for this purpose are intended to detect, among other things, sluggishness and / or short circuits of the DC motors and to take suitable protective measures for such cases. It is known, for. B. determine the stiffness of an electric motor by measuring the motor current. For this current measurement usually a shunt is used. Since there are very temperature stable shunts, the current can be measured relatively independently of temperature with such a device. A disadvantage, however, is the high cost of the shunt.
  • the essence of the invention is to measure the voltage drop across a defined trace portion on the circuit board. An expensive shunt for current measurement is eliminated. The current measuring device and a comprehensive control device can be made compact. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
  • a current measuring device combines both to operate a DC powered electrical equipment necessary connection tracks on the same circuit board and is therefore particularly space-saving manufacture.
  • a switch integrated in a conductor section according to claim 3 enables a particularly simple switching on and off of an electrically connected to the output contacts of the circuit board device.
  • a temperature sensor according to spoke 4 makes it possible to compensate for temperature-induced resistance fluctuations.
  • Another object of the invention is to provide a low-cost, temperature-independent control device for an electrical device which monitors the strength of the current flowing to this device.
  • An optical and / or acoustic signal unit according to claim 7 is an efficient means of indicating an undesirable increase in current, possibly due to an electrical or mechanical fault.
  • a control device according to claim 8 protects the electrical device connected to the output contacts from overloading.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a current measuring device and a comprehensive control device.
  • a control device 1 comprises a current measuring device 2 and a microcontroller 3.
  • the control device 1 is a control device for a power which is less than 400 W.
  • the current measuring device 2 in turn comprises a printed circuit board 4 with a first input contact 5, a first output contact 6 and a first input contact 5 and the first output contact 6 connecting first conductor portion 7. The latter is on the circuit board 4, z. B. by coating applied.
  • the first printed conductor section 7 is assigned a first measuring point 8 and a second measuring point 9.
  • the measuring points 8, 9 are electrically connected to the conductor track section 7. Between the first measuring point 8 and the second measuring point 9, a measuring section 10 is defined on the first conductor track section 7.
  • a voltmeter 11 is provided which is electrically connected on the one hand to the first measuring point 8, on the other hand to the second measuring point 9.
  • a second conductor track section 12 with a second input contact 13 and a second output contact 14 has a switch 15 for clocking a device electrically connected to the output contacts 6, 14, in particular an electric motor.
  • a temperature sensor 16 is attached near the first track section 7, . This is in thermal contact with the printed circuit board 4 and the printed conductor sections 7, 12. Both the voltmeter 11 and the temperature sensor 16 are in signal communication with the micro-controller 3.
  • the micro-controller 3 is connected to the input contacts 5, 13 and a signal unit 17. Not shown in the figure 1 is a power supply to the microcontroller 3 and to the input contacts 5, 13. Also not shown is the electrical device, in particular the electric motor, which is connected to the output contacts 6, 14.
  • control device 1 For operation of the electric motor, a suitable voltage is applied to the first input contact 5 and the second input contact 13. If the switch 15 is closed and there is no current interruption in the device itself, a current flows in the first printed conductor section 7. This current is proportional to the voltage drop in the first printed conductor section 7, in particular proportional to the voltage drop across the measuring path 10 between the first and second measuring point 8, 9. The voltage between the first and second measuring point 8, 9 is measured by the voltmeter 11. In this case, the size of the measured value is dependent on the current flowing in the measuring section 10, as well as on the resistance between the first and second measuring point 8, 9. This resistance can be advantageously adjusted when milling the benefits, ie individual partial printed circuit boards.
  • the temperature sensor 16 is used to compensate for an undesirable temperature dependence of this resistance.
  • the temperature in the vicinity of the measuring section 10 is measured by the temperature sensor 16 and forwarded to the micro-controller 3 for evaluation.
  • the microcontroller 3 From the data from the voltmeter 11 and temperature sensor 16 determines the Microcontroller 3, the temperature-compensated current in the first track section 7.
  • the micro-controller 3 can take appropriate protective measures.
  • Such protective measures may be to activate the signal unit 17, which may be optical and / or acoustic, for example, and / or to control the voltage applied to the input contacts 5, 13 and / or to reduce the clock frequency of the switch 15.
  • the current measuring device 2 and the control device 1 is thermally stable, precise and yet inexpensive to manufacture.

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Abstract

Eine Einrichtung (2) zur Messung eines Stroms umfasst eine Leiterplatte (4) mit einem ersten Eingangskontakt (5) und einem ersten Ausgangskontakt (6), einen den ersten Eingangskontakt (5) und den ersten Ausgangskontakt (6) elektrisch verbindenden, auf der Leiterplatte (4) aufgebrachten ersten Leiterbahnabschnitt (7), welcher einen ersten Messpunkt (8) und einen zweiten Messpunkt (9) aufweist, sowie einen Spannungsmesser (11) zur Messung des Spannungsabfalls zwischen den zwei Messpunkten (8, 9). Ein mit der Leiterplatte (4) in thermischem Kontakt stehender Temperatursensor (16) ist zur Kompensation von Messfehlem aufgrund von Temperaturschwankungen vorgesehen. Durch diese Anordnung wird ein kostengünstiges Strommessverfahren mit hoher Temperaturunabhängigkeit geschaffen. Eine Steuer- Vorrichtung (1) für ein elektrisches Gerät umfasst eine erfÊndungsgemäße Strommess-Einrichtung (2) sowie einen Mikro-Kontroller (3) zum Überwachen des gemessenen Stroms. Die Steuer-Vorrichtung (1) ermöglicht einen kostengünstigen und dennoch sicheren Überlastungsschutz für das elektrische Gerät.

Description

Strommess-Einrichtung
Die Erfindung betrifft eine Strommess-Einrichtung, insbesondere eine Einrichtung zur Messung eines Motorstroms, sowie eine diese umfassende Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Gerätes, insbesondere eines Elektromotors.
Elektronisch angesteuerte Gleichstrommotoren werden insbesondere als Antrieb von Kühlerlüftern in Kjaftfahrzeugen eingesetzt. Steuergeräte hier- für sollen unter anderem Schwergängigkeit und/oder Kurzschlüsse der Gleichstrommotoren feststellen und für derartige Fälle geeignete Schutzmaßnahmen treffen. Es ist bekannt, z. B. die Schwergängigkeit eines Elektromotors mittels Messung des Motorstromes festzustellen. Für diese Strommessung wird üblicherweise ein Shunt eingesetzt. Da es sehr tempe- raturstabile Shunts gibt, lässt sich mit einer derartigen Einrichtung relativ temperaturunabhängig der Strom messen. Ein Nachteil ist jedoch der hohe Kostenaufwand für den Shunt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Strommessverfahren mit hoher Temperaturunabhängigkeit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, den Spannungsabfall über einem definierten Leiterbahnabschnitt auf der Leiterplatte zu messen. Ein teurer Shunt zur Strommessung entfällt. Die Strommess-Einrichtung sowie eine diese umfassende Steuer- Vorrichtung können kompakt ausgeführt werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine Strommess-Einrichtung nach Anspruch 2 vereint beide zum Betrieb eines mit Gleichstrom betriebenen elektrischen Gerätes notwendigen Anschlussbahnen auf der selben Leiterplatte und ist daher besonders platzsparend herzustellen.
Ein in einen Leiterbahnabschnitt integrierter Schalter gemäß Anspruch 3 ermöglicht ein besonders einfaches Ein- und Ausschalten eines mit den Ausgangskontakten der Leiterplatte elektrisch verbundenen Gerätes.
Ein Temperatursensor nach Ansprach 4 ermöglicht es, temperaturbedingte Widerstandsschwankungen zu kompensieren.
Durch die Anordnung des ersten Leiterbahnabschnitts gemäß Ansprach 5 wird ein besonders einfaches Abgleichen des Widerstandes dieses Leiterbahnabschnitts ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige, temperaturunabhängige Steuer- Vorrichtung für ein elektrisches Gerät zu schaffen, welche die Stärke des zu diesem Gerät fließenden Stromes überwacht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Ansprach 6 gelöst.
Eine optische und/oder akustische Signal- Einheit gemäß Ansprach 7 ist ein effizientes Mittel, ein unerwünschtes Ansteigen der Stromstärke, welches möglicherweise auf einen elektrischen oder mechanischen Fehler zurückzuführen ist, anzuzeigen. Eine Regel-Einrichtung nach Anspruch 8 schützt das mit den Ausgangskontakten verbundene elektrische Gerät vor Überlastung.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Strommess-Einrichtung und einer diese umfassenden Steuer- Vorrichtung.
Eine Steuer- Vorrichtung 1 umfasst eine Strommess-Einrichtung 2 sowie einen Mikro-Kontroller 3. Bei der Steuer- Vorrichtung 1 handelt es sich um ein Steuergerät für eine Leistung, die geringer ist als 400 W. Die Strom- mess-Einrichtung 2 umfasst ihrerseits eine Leiterplatte 4 mit einem ersten Eingangskontakt 5, einem ersten Ausgangskontakt 6 sowie einem den ersten Eingangskontakt 5 und den ersten Ausgangskontakt 6 verbindenden ersten Leiterbahnabschnitt 7. Letzterer ist auf der Leiterplatte 4, z. B. durch Beschichten, aufgebracht. Dem ersten Leiterbahnabschnitt 7 sind ein erster Messpunkt 8 und ein zweiter Messpunkt 9 zugeordnet. Die Messpunkte 8, 9 sind elektrisch mit dem Leiterbahnabschnitt 7 verbunden. Zwischen dem ersten Messpunkt 8 und dem zweiten Messpunkt 9 ist auf dem ersten Leiterbahnabschnitt 7 eine Messstrecke 10 definiert. Weiterhin ist ein Spannungsmesser 11 vorgesehen, welcher einerseits mit dem ersten Messpunkt 8, andererseits mit dem zweiten Messpunkt 9 elektrisch verbunden ist. Ein zweiter Leiterbahnabschnitt 12 mit einem zweiten Eingangskontakt 13 und einem zweiten Ausgangskontakt 14 hat einen Schalter 15 zum Takten eines mit den Ausgangskontakten 6, 14 elektrisch verbundenen Gerätes, insbesondere eines Elektromotors. In der Nähe des ersten Leiterbahnab- schnitts 7 ist ein Temperatursensor 16 angebracht. Dieser steht mit der Leiterplatte 4 und den Leiterbahnabschnitten 7, 12 in thermischem Kontakt. Sowohl der Spannungsmesser 11 als auch der Temperatursensor 16 stehen mit dem Mikro-Kontroller 3 in Signalverbindung. Der Mikro-Kontroller 3 ist mit den Eingangskontakten 5, 13 und einer Signal-Einheit 17 verbunden. In der Figur 1 nicht dargestellt ist eine Stromzufuhrung zum Mikro- Kontroller 3 und zu den Eingangskontakten 5, 13. Ebenfalls nicht dargestellt ist das elektrisches Gerät, insbesondere der Elektromotor, welcher mit den Ausgangskontakten 6, 14 verbunden ist.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Steuer- Vorrichtung 1 mit der Strommess-Einrichtung 2 beschrieben: Zum Betrieb des Elektromotors wird an dem ersten Eingangskontakt 5 und dem zweiten Eingangskontakt 13 eine geeignete Spannung angelegt. Sofern der Schalter 15 geschlossen ist, und auch in dem Gerät selbst keine Stromunterbrechung vorhanden ist, fließt im ersten Leiterbahnabschnitt 7 ein Strom. Dieser Strom ist proportional zum Spannungsabfall im ersten Leiterbahnabschnitt 7, insbesondere proportional zum Spannungsabfall über der Messstrecke 10 zwischen dem ersten und zweiten Messpunkt 8, 9. Die Spannung zwischen dem ersten und zweiten Messpunkt 8, 9 wird vom Spannungsmesser 11 gemessen. Dabei ist die Größe des Messwerts abhängig vom Strom, welcher in der Messstrecke 10 fließt, sowie vom Widerstand zwischen dem ersten und zweiten Messpunkt 8, 9. Dieser Widerstand kann vorteilhaft beim Fräsen der Nutzen, also einzelner Teil-Leiterplatten, abgeglichen werden. Der Temperatursensor 16 dient zur Kompensation einer unerwünschten Temperaturabhängigkeit dieses Widerstandes. Dazu wird die Temperatur in der Nähe der Messstrecke 10 vom Temperatursensor 16 gemessen und diese Daten zur Auswertung an den Mikro-Kontroller 3 weitergeleitet. Aus den Daten vom Spannungsmesser 11 und Temperatursensor 16 ermittelt der Mikro-Kontroller 3 den temperatur-kompensierten Strom im ersten Leiterbahnabschnitt 7. Bei einem unerwünschten Ansteigen der Stromstärke im ersten Leiterbahnabschnitt 7, beispielsweise aufgrund eines elektrischen Fehlers oder einer Schwergängigkeit des Elektromotors, kann der Mikro- Kontroller 3 geeignete Schutzmaßnahmen treffen. Derartige Schutzmaßnahmen können darin bestehen, die Signal-Einheit 17, welche beispielsweise optischer und/oder akustischer Natur sein kann, zu aktivieren und/oder die an den Eingangskontakten 5, 13 angelegte Spannung zu regeln und/oder die Taktfrequenz des Schalters 15 zu reduzieren.
Durch diese Anordnung ist die Strommess-Einrichtung 2 bzw. die Steuer- Vorrichtung 1 temperaturstabil, präzise und dennoch kostengünstig herzustellen.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung (2) zur Messung eines Stroms, insbesondere eines Motorstroms umfassend: a) eine Leiterplatte (4) mit einem ersten Eingangskontakt (5) und einem ersten Ausgangskontakt (6), b) einen den ersten Eingangskontakt (5) und den ersten Ausgangskontakt (6) elektrisch verbindenden, auf der Leiterplatte (4) aufgebrachten ersten Leiterbahnabschnitt (7), welcher aufweist: i. einen ersten Messpunkt (8) und ii. einen zweiten Messpunkt (9), sowie c) einen Spannungsmesser (11) zur Messung des Spannungsabfalls zwischen dem ersten Messpunkt (8) und dem zweiten Messpunkt (9).
2. Strommess-Einrichtung (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) einen zweiten Eingangskontakt (13), einen zweiten Ausgangskontakt (14) sowie einen den zweiten Eingangskontakt (13) und den zweiten Ausgangskontakt (14) verbindenden, auf der Leiterplatte (4) aufgebrachten zweiten Leiterbahnabschnitt (12) aufweist.
3. Strommess-Einrichtung (2) gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass der zweite Leiterbahnabschnitt (12) einen Schalter
(15) zum Takten eines mit dem gemessenen Strom versorgten elektrischen Gerätes, insbesondere eines Elektromotors, aufweist.
4. Strommess-Einrichtung (2) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommess-Einrichtung (2) einen mit der Leiterplatte (4) und/oder dem ersten Leiterbahnabschnitt (7) in thermischem Kontakt stehenden Temperatursensor (16) zur Kompensation von Messfehlern aufgrund von Temperaturschwankungen aufweist.
5. Strommess-Einrichtung (2) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leiterbahnab- schnitt (7) eine zumindest abschnittsweise abtragbare Messstrecke
(10) umfasst.
6. Vorrichtung (1) zum Steuern eines elektrischen Gerätes, insbesondere eines Elektromotors mit a) einer Strommess-Einrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 sowie b) einem Mikro-Kontroller (3) zum Überwachen des gemessenen Stroms, insbesondere zum Vergleichen des gemessenen Motorstroms mit einem Strom-Sollwert.
7. Steuer- Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signal-Einheit (17), insbesondere eine Kontrolllampe, vorgesehen ist, welche vom Mikro-Kontroller (3) bei einem unerwünschten Ansteigen der Stromstärke, insbesondere über den Strom-Sollwert, aktiviert wird.
8. Steuer- Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Mikro-Kontroller (3) bei einem unerwünschten Ansteigen der Stromstärke, insbesondere über den Strom-Sollwert, gesteuerte Regel-Einrichtung zum Regeln der an den Eingangskontakten (5, 13) angelegten Spannung vorgesehen ist.
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