DE112012002932B4

DE112012002932B4 - Stromsensor mit einer Kalibrierung für eine Stromteilerkonfiguration

Info

Publication number: DE112012002932B4
Application number: DE112012002932.1T
Authority: DE
Inventors: Michael C. Doogue; Shaun D. Milano
Original assignee: Allegro Microsystems Inc
Current assignee: Allegro Microsystems Inc
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2032-07-04
Also published as: US20130015843A1; DE112012002932T5; JP2014522980A; US8604777B2; WO2013015956A1

Abstract

Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung, mit: einem integrierten Stromleiter (14, 14'), der adaptiert ist, um einen Teil (I1) eines Kalibrierungsstroms (ITot) aufzunehmen, wobei der Kalibrierungsstrom (ITot) einem Vollausschlagsstrom entspricht; einem Magnetfeldumformer (22), der auf den Kalibrierungsstromteil (I1) anspricht, zum Liefern eines Magnetfeldsignals, das einen Spannungspegel, der proportional zu einem Magnetfeld, das durch den Kalibrierungsstromteil erzeugt wird, ist, hat; einer Stufe (86, 86') mit steuerbarem Gewinn, die konfiguriert ist, um das Magnetfeldsignal (Vsig) mit einem anpassbaren Gewinn zu verstärken, um ein verstärktes Magnetfeldsignal (Vsig) zu liefern; und einer Kalibrierungssteuerung (84, 84'), die auf ein Kalibrierungsbefehlssignal (Vcal) anspricht, zum Anpassen des anpassbaren Gewinns der Stufe (86, 86') mit steuerbarem Gewinn an einen kalibrierten Gewinn, um das verstärkte Magnetfeldsignal (Vsig) auf einem vorbestimmten Spannungspegel zu liefern, der einem gewünschten Stromsensorausgangssignalspannungspegel entspricht, wenn der Vollausschlagsstrom durch den integrierten Stromleiter (14, 14') aufgenommen wurde.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Stromsensoren mit integrierten Stromleitern und insbesondere auf einen solchen Stromsensor für eine Verwendung bei einer Stromteilerkonfiguration.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wie es in der Technik bekannt ist, verwendet ein Typ eines herkömmlichen Stromsensors in der Nähe eines Stromleiters einen Magnetfeldumformer (beispielsweise einen Hall-Effekt- oder einen magnetoresistiven Umformer). Der Magnetfeldumformer erzeugt ein Ausgangssignal, das einen Betrag hat, der proportional zu dem Magnetfeld ist, das durch einen Strom, der durch den Stromleiter fließt, induziert wird. Der Stromsensor weist typischerweise ferner eine Schaltungsanordnung auf, um das Ausgangssignal des Magnetfeldumformers zu verstärken und aufzubereiten.
Der Magnetfeldumformer und die Schaltungsanordnung sind manchmal als eine integrierte Schaltung (IC; IC = integrated circuit) in einem IC-Paket, das ferner einen Stromsensor enthält, vorgesehen. Darstellende Stromsensoren dieses Typs werden unter den Teilenummern ACS712 und ACS758xCD durch die Allegro MicroSystems, Inc. in Worcester, MA 01615 verkauft, die die Bevollmächtigte dieser gegenständlichen Anmeldung ist.
Verschiedene Parameter charakterisieren das Verhalten von Stromsensoren einschließlich der Empfindlichkeit. Die Empfindlichkeit bezieht sich auf den Betrag einer Änderung der Ausgangsspannung von dem Hall-Effekt-Wandler als Antwort auf einen erfassten Strom. Die Empfindlichkeit eines Stromsensors bezieht sich auf eine Vielfalt von Faktoren. Ein wichtiger Faktor ist die physische Separation zwischen dem Hall-Effekt-Element und dem Stromleiter.
Eine Integration des Stromleiters in einem IC-Paket ermöglicht eine enge und präzise Positionierung des Stromleiters relativ zu dem Magnetfeldumformer. Die Menge eines Stroms, der durch den Stromleiter geführt werden kann, ist durch die physischen und thermischen Begrenzungen des IC-Pakets begrenzt.
Ein Verfahren zum Messen von Strompegeln, die die Stromtransportfähigkeit bzw. Strombelastbarkeit des Stromsensors überschreiten, besteht darin, den Stromweg zwischen dem integrierten Stromleiter und einem externen Nebenschlussstromleiter, der parallel zu dem integrierten Stromleiter gekoppelt ist, physisch aufzuteilen. Dieses Verfahren kann ferner verwendet werden, um die Stromübergangsüberlebensfähigkeit des Stromsensors (auf die ferner als die „Überstromfähigkeit” eines Stromsensors Bezug genommen ist) durch Umlenken eines Stroms weg von dem Stromsensor zu erhöhen. Mit einer solchen Stromteileranordnung wird lediglich ein Teil des Gesamtstroms, der zu messen ist, durch den integrierten Stromleiter transportiert, und der Rest des Stroms wird durch den externen Nebenschlussstromleiter transportiert. Der externe Nebenschlussstromleiter kann durch eine Spur oder eine Schicht an einer gedruckten Schaltungsplatte (PCB; PCB = printed circuit board), an der der Stromsensor angebracht ist, oder durch eine Sammelschiene implementiert sein. Stromleiter, die als Stromteiler konfiguriert sind, sind entworfen, um eine bekannte Teilung eines Stroms zu erreichen, sodass eine Messung des Stroms, der durch den integrierten Stromleiter transportiert wird, verwendet werden kann, um den Gesamtstrom zu bestimmen.
Obwohl dieser Typ einer Anordnung verwendet werden kann, um die Strommessungspegel einer Anwendung sowie eine Stromtransportfähigkeit des Stromsensors zu erhöhen, gibt es Nachteile. Da nämlich weniger Strom durch den integrierten Stromleiter fließen wird, wird der resultierende Magnetfeldsignalpegel (das heißt die Auflösung) niedriger sein. Hersttellungs- und Zusammenbautoleranzen, sowohl auf den Vorrichtungs- als auch dem Plattenniveau, resultieren in einer Variabilität der Teilung eines Stroms zwischen dem integrierten Stromleiter und dem Nebenschlussstromleiter von der entworfenen Teilung eines Stroms. Der Widerstand des Zuleitungsrahmens des Stromsensorpakets kann beispielsweise im Laufe der Zeit aufgrund von Erzeugungstoleranzen variieren. Das Herstellungsverfahren eines Lötens der Stromsensorpaketzuleitungen an eine PCB-Spur ist ebenfalls sehr wichtig, da ein höherer Lotwiderstand verursachen kann, dass mehr Strom durch den Nebenschlussleiter und weniger durch den integrierten Stromleiter des Stromsensors geht. Die Dicke und die Breite der PCB-Spuren können ebenfalls als eine Funktion von Herstellungstoleranzen variieren. Eine solche Variabilität ist unerwünscht, da der Gesamtstrom aus der Messung eines Stroms, der durch den integrierten Stromleiter transportiert wird, nicht genau bestimmt werden kann. Bei Anwendungen, bei denen es Genauigkeitserfordernisse notwendig machen, diese Variationen zu kompensieren, ermöglichen es einige Stromsensoren, dass die Empfindlichkeit nach dem Zusammenbau programmiert wird, wie es in einer Anwendungsnotiz AN295036, Rev. 3 der Allegro MicroSystems, Inc. mit dem Titel „Using Allegro Current Sensor ICs in Current Divider Configurations for Extended Measurement Range” beschrieben ist (und auf http://www.allegromicro.com/en/Products/Design/an/an295036.pdf veröffentlicht ist), wobei diese Anwendungsnotiz hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend erläuterten Probleme getätigt. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Stromsensor anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der weiteren abhängigen Ansprüche.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Aspekt ist die Erfindung allgemein auf einen Stromsensor aus einer integrierten Schaltung gerichtet, der eine Selbstkalibrierung bei einer Stromteilerkonfiguration ermöglicht. Der Stromsensor weist einen integrierten Stromleiter, einen Magnetfeldumformer, eine Stufe mit steuerbarem Gewinn und eine Kalibrierungssteuerung auf. Der integrierte Stromleiter ist adaptiert, um einen Teil eines Kalibrierungsstroms aufzunehmen. Der Kalibrierungsstrom entspricht einem Vollausschlagsstrom. Der Magnetfeldumformer, der auf den Kalibrierungsstromteil anspricht, liefert ein Magnetfeldsignal, das einen Betrag, der proportional zu einem Magnetfeld, das durch den Kalibrierungsstromteil erzeugt wird, ist, hat. Die Stufe mit steuerbarem Gewinn ist konfiguriert, um das Magnetfeldsignal mit einem anpassbaren Gewinn zu verstärken, um ein verstärktes Magnetfeldsignal zu liefern. Die Kalibrierungssteuerung spricht auf ein Kalibrierungsbefehlssignal an, um den anpassbaren Gewinn der Stufe mit steuerbarem Gewinn an einen kalibrierten Gewinn anzupassen, um das verstärkte Magnetfeldsignal auf einem vorbestimmten Spannungspegel zu liefern, der einem gewünschten Stromsensorausgangssignalspannungspegel entspricht, wenn der Vollausschlagsstrom durch den integrierten Stromleiter aufgenommen wurde.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen.
Die Kalibrierungssteuerung kann einen Vergleicher bzw. Komparator, der einen ersten Eingang, der auf eine Vollausschlagsbezugsspannung, die den vorbestimmten Spannungspegel angibt, anspricht, einen zweiten Eingang, der auf das verstärkte Magnetfeldsignal anspricht, und einen Ausgang hat, an dem ein Vergleicher-Ausgangssignal in einem ersten Zustand, wenn das verstärkte Magnetfeldsignal weniger als die Vollausschlagsbezugsspannung ist, und in einem zweiten Zustand geliefert wird, wenn das verstärkte Magnetfeldsignal größer als die Vollausschlagsbezugsspannung ist, und einen Zähler aufweisen, der auf das Kalibrierungsbefehlssignal anspricht, um ein Zählen zu starten, auf das Vergleicher-Ausgangssignal anspricht, um das Zählen zu stoppen, und der zu der Stufe mit steuerbarem Gewinn zum Anpassen des anpassbaren Gewinns ein Zählerausgangssignal liefert. Die Vollausschlagsbezugsspannung kann durch das Kalibrierungsbefehlssignal bestimmt werden. Die Kalibrierungssteuerung kann ferner einen widerstandsbehafteten bzw. resistiven Spannungsteiler, der konfiguriert ist, um die Vollausschlagsbezugsspannung zu liefern, aufweisen, wobei der resistive Spannungsteiler einen variablen Widerstand und einen fixierten Widerstand hat, und wobei der variable Widerstand durch das Kalibrierungsbefehlssignal bestimmt wird. Die Stufe mit steuerbarem Gewinn kann einen variablen Widerstand, der durch das Zählerausgangssignal von der Kalibrierungssteuerung gesteuert wird, aufweisen. Der variable Widerstand kann einen Digital-zu-analog-Wandler (DAC; DAC = digital-to-analog converter) aufweisen. Der DAC kann einen R/2R-DAC aufweisen.
Das Kalibrierungsbefehlssignal kann ein serielles binäres Signal in einem Format sein, das aus Inter-Integrated Circuit (I²C), Single-Edge Nibble Transmission (SENT), Peripheral Sensor Interface 5 (PSI5) oder Serial Peripheral Interface (SPI) ausgewählt ist. Der Stromsensor aus einer integrierten Schaltung kann ferner eine Gewinnspeicherungsvorrichtung, wobei der kalibrierte Gewinn in der Gewinnspeicherungsvorrichtung gespeichert ist, aufweisen. Die Gewinnspeicherungsvorrichtung kann aus einem EEPROM und einem Schmelzsicherungsnetz ausgewählt sein.
Die Stufe mit steuerbarem Gewinn kann eine anpassbare Bezugsspannung aufweisen, und die Kalibrierungssteuerung kann auf ein Kalibrierungsbefehlssignal zum Anpassen der Bezugsspannung ansprechen, um das verstärkte Magnetfeldsignal auf einem vorbestimmten Spannungspegel, der dem Kalibrierungsstrom entspricht, zu liefern, wenn der Kalibrierungsstrom null Ampere hat. Die Kalibrierungssteuerung kann einen Vergleicher, der einen ersten Eingang, der auf eine anpassbare Ruhespannungsausgangsspannung-(V_QVO-)Bezugsspannung, die den vorbestimmten Spannungspegel, der dem Kalibrierungsstrom entspricht, angibt, anspricht, wenn der Kalibrierungsstrom null Ampere hat, einen zweiten Eingang, der auf das verstärkte Magnetfeldsignal anspricht, und einen Ausgang hat, an dem ein Vergleicherausgangssignal in einem ersten Zustand, wenn das verstärkte Magnetfeldsignal weniger als der vorbestimmte Spannungspegel ist, und in einem zweiten Zustand geliefert wird, wenn das verstärkte Magnetfeldsignal größer als der vorbestimmte Spannungspegel ist, und einen Zähler aufweisen, der auf das Kalibrierungsbefehlssignal anspricht, um ein Zählen zu starten, auf das Vergleicher-Ausgangssignal anspricht, um das Zählen zu stoppen, und der ein Zählerausgangssignal zu der Stufe mit steuerbarem Gewinn liefert, um die anpassbare Bezugsspannung anzupassen. Die anpassbare V_QVO-Bezugsspannung kann durch das Kalibrierungsbefehlssignal bestimmt werden. Die Kalibrierungssteuerung kann ferner einen resistiven Spannungsteiler, der konfiguriert ist, um die (V_QVO) Bezugsspannung zu liefern, aufweisen, wobei der resistive Spannungsteiler einen variablen Widerstand und einen fixierten Widerstand hat, und wobei der variable Widerstand durch das Kalibrierungsbefehlssignal bestimmt wird. Die Stufe mit steuerbarem Gewinn kann ferner einen resistiven Spannungsteiler, der konfiguriert ist, um die anpassbare Bezugsspannung zu liefern, aufweisen, wobei der resistive Spannungsteiler einen variablen Widerstand und einen fixierten Widerstand hat, und wobei der variable Widerstand durch das Zählerausgangssignal gesteuert wird.
Der Magnetfeldumformer, die Kalibrierungssteuerung und die Stufe mit steuerbarem Gewinn können in einer integrierten Schaltung vorgesehen sein. Die Stufe mit steuerbarem Gewinn kann eine anpassbare Bezugsspannung aufweisen, und die Kalibrierungssteuerung kann auf ein zweites Kalibrierungssteuersignal ansprechen, um die anpassbare Bezugsspannung zu steuern. Der Sensor aus einer integrierten Schaltung kann ferner ein Paket aufweisen, das einen Zuleitungsrahmen, der einen Zuleitungsrahmenteil, der den integrierten Stromleiter bildet, hat, aufweist.
Bei einem anderen Aspekt ist die Erfindung auf ein Verfahren einer Selbstkalibrierung durch einen Stromsensor, der einen integrierten Stromleiter hat, gerichtet, wenn derselbe zu einem externen Nebenschlussleiter bei einer Stromteilerkonfiguration parallel gekoppelt ist. Das Verfahren weist ein Erfassen eines Magnetfelds, das durch einen Teil eines Kalibrierungsstroms, der auf einem Vollausschlagsstrompegel zu der Stromteilerkonfiguration geliefert wird, erzeugt wird, wobei der Kalibrierungsstromteil durch den integrierten Stromleiter transportiert wird, wobei ein Magnetfeldumformer in der Nähe des integrierten Stromleiters positioniert ist, um ein Magnetfeldsignal, das einen Spannungspegel, der proportional zu dem Magnetfeld ist, hat, zu liefern, ein Verstärken des Magnetfeldsignals mit einem anpassbaren Gewinn, um ein verstärktes Magnetfeld zu liefern, und ein Anpassen des anpassbaren Gewinns an einen kalibrierten Gewinn auf, um das verstärkte Magnetfeldsignal auf einem vorbestimmten Spannungspegel, der dem Kalibrierungsstrom zugeordnet ist, zu liefern, wenn der Kalibrierungsstrom auf einem Vollausschlagsstrompegel geliefert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen.
Das Verfahren kann ferner ein Erfassen eines Magnetfelds, das durch den Kalibrierungsstromteil erzeugt wird, wenn der Kalibrierungsstrom auf einem Strompegel von null Ampere geliefert wird, um ein Magnetfeldsignal zu liefern, das einen Spannungspegel, der proportional zu dem Magnetfeld ist, hat, ein Verstärken des Magnetfeldsignals mit dem kalibrierten Gewinn, um ein verstärktes Magnetfeldsignal zu liefern, und ein Anpassen einer anpassbaren Bezugsspannung aufweisen, um das verstärkte Magnetfeldsignal auf einem vorbestimmten Spannungspegel, der dem Kalibrierungsstrom zugeordnet ist, zu liefern, wenn der Kalibrierungsstrom auf einem Strompegel von null Ampere geliefert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehenden Merkmale der Erfindung sowie die Erfindung selbst können aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen vollständiger verstanden werden. Es zeigen:
1 ein Bild, das einen Stromsensor bei einer Stromteilerkonfiguration zeigt;
2 ein vereinfachtes Blockdiagramm des Stromsensor von 1 bei einem Steuersystem;
3 ein Blockdiagramm, das eine exemplarische Architektur des Stromsensors von 1 und 2 zeigt;
4A ein Blockdiagramm eines Teils des Stromsensors von 3, der ein Gewinnkalibrierungsmerkmal aufweist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel;
4B ein Blockdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Teils des Stromsensors von 3, der ein Gewinnkalibrierungsmerkmal aufweist;
5 darstellende Signalverläufe, die dem Gewinnkalibrierungsmerkmal, das in 4A–4B gezeigt ist, zugeordnet sind;
6 ein Blockdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Teils des Stromsensors von 3, der ein Ruhespannungsausgangs-(QVO-; QVO = quiescent voltage output)Kalibrierungsmerkmal aufweist, zeigt; und
7 ein Bild, das einen alternativen Stromsensor bei einer Stromteilerkonfiguration zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf 1 weist eine exemplarische Strom erfassende Konfiguration 10 eines Stromteilers einen Stromsensor 12, der mit einem Stromleiter 14 gekoppelt ist, auf. Der Stromleiter kann beispielsweise eine Spur einer gedruckten Schaltungsplatte (PCB; PCB = printed circuit board) oder eine Schicht oder eine Sammelschiene sein. Bei einer Stromteilerkonfiguration, wie sie dargestellt ist, weist der Stromleiter 14 einen Stromerfassungsleiterteil 14a und einen Nebenschlussleiterteil 14b, die parallel geschaltet sind, auf. Die Fig. zeigt die interne Struktur des Stromsensors 12, der einen Zuleitungsrahmen 16 aufweist, der einen ersten Teil 16a, der Zuleitungen (oder Stifte) 18a–18d aufweist, und einen zweiten Teil 16b, der Zuleitungen 18e–18h aufweist, hat. Die Zuleitungen 18a und 18b sind mit Zuleitungen 18c und 18d gekoppelt, um einen internen Stromweg oder Leiter zu bilden. Der Stromsensor 12 weist ferner ein Plättchen 20 einer integrierten Schaltung (IC), das mindestens einen Magnetfeldumformer oder ein erfassendes Element 22, zum Beispiel ein Hall-Effekt-Element, hat, und eine Schnittstellenschaltungsanordnung (nicht gezeigt) eines Magnetfeldsensors, der darin vorgesehen ist, auf. Das Plättchen 20 ist oberhalb des Zuleitungsrahmens 16 angeordnet, sodass das erfassende Element 22 nahe einem „Schleifen”-Teil des internen Stromleiters ist, wobei sich der Schleifenteil unterhalb des Plättchens befindet (und nicht in der dargestellten Ansicht der Fig. gezeigt ist). Das Plättchen 20 ist an dem zweiten Zuleitungsrahmenteil 16b angebracht oder mit demselben gekoppelt, und die Plättchen- und Zuleitungsrahmenbaugruppe sind in einem Kunststoffmaterial 24 eingeschlossen. Die dargestellte Paketart ist ein Oberflächenanbringungspaket (englisch: surface mount package), das als eine IC eines kleinen Umrisses (SOIC; SOIC = small outline IC) bekannt ist.
Andere Paketarten, die einen Typ eines internen Stromleiters zusammen mit dem Plättchen 20 unterbringen können, können verwendet sein. Eine andere mögliche Paketoption ist später unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Auf einen Stromsensor 12, der einen integrierten Stromleiter (wie derselbe, der zwischen den Zuleitungen 18a, 18b und 18c, 18d gebildet ist) und ein Sensorplättchen (wie das Plättchen 20) hat, wird ungeachtet der Paketart hierin als ein IC-Stromsensor oder einfach als ein Stromsensor Bezug genommen.
Bei der Stromteilerkonfiguration wird ein zu messender Gesamtstrom, der mit „ITot” bezeichnet ist, an den Stromleiter 14 angelegt. Ein Stromerfassungsteil des Stroms, der mit „I1” bezeichnet ist, fließt durch den Stromerfassungsleiterteil 14a in die Zuleitungen 18a, 18b, die gezeigt sind, um elektrisch parallel gekoppelt zu sein, durch den Schleifenteil (nicht gezeigt) und aus den Zuleitungen 18c, 18d, die ebenfalls elektrisch parallel gekoppelt sind. Der Rest des Gesamtstroms oder des Nebenschlussstroms, der mit „I2” bezeichnet ist, fließt durch den Nebenschlussleiterteil 14b, sodass der Stromsensor 12 umgangen wird. Der Weg des Stroms ist durch eine Bezugsziffer 26 angegeben und weist einen Gesamtstromweg 28 für einen Gesamtstrom ITot und separate Nebenwege, die einen Nebenschlussweg 30 für einen Nebenschlussstrom I2 und einen Stromerfassungsweg 32a, 32b für einen Stromerfassungsstrom I1 aufweisen, auf.
Bei dieser Konfiguration läuft der durch den Stromsensor zu messende Strom I1 auf der primären Seite in den Stromsensor 12 und aus demselben hinaus. Innerhalb des IC-Pakets ist das IC-Plättchen 20 über der integrierten Stromleiterschleife platziert, berührt dieselbe jedoch nicht, wodurch eine galvanische (Spannungs-)Trennung geliefert wird. Obwohl unterschiedliche Pakettechnologien verwendet werden können, ermöglicht die Verwendung einer Flip-Chip-Baugruppe, dass der Magnetfeldumformer 22 des IC-Plättchens 20 in sehr enger Nähe zu der internen Stromleiterschleife positioniert ist, sodass eine Magnetsignalkopplung maximiert ist.
Wie im Vorhergehenden im Hintergrund erwähnt ist, umfassen die Nachteile eines Verwenden einer Stromteilerkonfiguration einen Verlust einer Stromsensorauflösung und eine Variabilität der Stromteilung (das heißt eine fehlende Übereinstimmung zwischen I1 und I2). Verschiedene bekannte Verfahren, die verwendet werden, um sich diesen Fehlerquellen zuzuwenden, weisen eine Systemniveaukalibrierung (oder Kompensation) und eine PCB-Spurtrimmung auf. Eine Systemniveaukalibrierung betrifft ein Anwenden eines Stroms auf einen Stromleiter, der für eine gewünschte Stromteilung entworfen ist, ein Aufzeichnen der Ausgabe des Stromsensors und ein Skalieren der Ausgabe in einer externen Steuerung auf den gewünschten Wert. Dieses Verfahren erfordert, dass durch den Benutzer ein wesentlich komplexeres Steuersystem implementiert wird. Die PCB-Spur kann alternativ lasergetrimmt werden, um eine gewünschte Teilung eines Stroms zu erreichen. Das PCB-Trimmverfahren ist noch komplexer als die Systemniveaukalibrierung und ist in der Anwendungstestumgebung zeitaufwendig, was in einem System mit einem hohen Aufwand resultiert. Als noch eine andere Alternative ermöglichen einige Stromsensoren, dass eine Vorrichtungsempfindlichkeit nach dem Vorrichtungszusammenbau programmiert wird (wie es in der Anwendungsnotiz, auf die im Vorhergehenden Bezug genommen ist, erwähnt ist).
Gemäß der vorliegenden Erfindung nutzt im Gegensatz dazu der Stromsensor 12 ein Selbstkalibrierungsverfahren. Das Selbstkalibrierungsmerkmal ermöglicht, dass sich der Stromsensor selbst kalibriert, genauer eine Empfindlichkeit solange anpasst, bis der Stromsensor an seinem Ausgang einen Wert genau widerspiegelt, der den Gesamtmengenstrom, der durch eine Anwendung, die eine gegebene Stromteilerkonfiguration hat, zu messen ist, das heißt ITot, angibt. Eine Empfindlichkeit bezieht sich auf die Änderung einer Ausgabe eines Stromsensors als Antwort auf eine Änderung eines Stroms, der durch die Vorrichtung erfasst wird. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung ist das Produkt der Magnetschaltungsempfindlichkeit (in G/A) und des Linearverstärkergewinns des Stromsensors (in mV/G). Die Empfindlichkeit des Stromsensors kann durch Anpassen des Gewinns optimiert werden. Der Ausdruck „Vollausschlagsstrom”, wie er hierin verwendet ist, bezieht sich auf den maximalen Pegel eines Stroms, der durch den Stromsensor in der Abwesenheit eines Nebenschlusswegs erfasst wird, das heißt auf den Gesamtstrom ITot. Der Ausdruck „Vollausschlagsspannung” bezieht sich auf die Ausgangsspannung, die dem Vollausschlagsstrom entspricht. Während der Selbstkalibrierung, wie sie später im vollständigeren Detail beschrieben ist, passt der Stromsensor 12 einen Gewinn an, sodass derselbe ein Ausgangssignal liefert, das das Äquivalent des Ausgangssignals ist, das durch den Stromsensor geliefert wird, wenn kein Nebenschlussweg genutzt wird, das heißt, wenn der Stromsensor den Vollausschlagsstrom ITot erfasst. Auf diese Art und Weise ermöglicht die Selbstkalibrierung ein erhöhtes Stromübergangsüberleben, das heißt eine verbesserte Überstromfähigkeit, seitens des Stromsensors (wie es durch die Verwendung einer Stromteilerkonfiguration erreicht wird), erfordert jedoch anders als frühere Kalibrierungslösungsansätze sowohl eine minimale Eingabe von dem Benutzer, und liefert auch eine einfachere und weniger aufwendige Lösung der Probleme eines Nebenschlusssystementwurfs.
2 zeigt ein Steuersystem 30, bei dem eine Stromteilerkonfiguration (wie sie in 1 gezeigt ist) für eine Kalibrierung vorgesehen ist. Auf der primären Leiterseite des Stromsensors 12 wird der Erfassungsstrom 11 über einen Stromeingang „I1in” 32a zu dem Stromsensor 12 transportiert und über einen Ausgang „I1out” 32b aus dem Stromsensor 12 hinaus transportiert. Auf der sekundären Seite ist der Stromsensor 12 mit einer Steuerung 34 verbunden und durch dieselbe gesteuert. Die Steuerung 34 wird mit einer Eingabe von einem Benutzer betrieben. Verbindungen zwischen der Steuerung 34 und dem Stromsensor 12 weisen mindestens eine Steuerleitung („Vcal”) 36 zum Senden eines Kalibrierungsbefehlssignals zu dem Stromsensor 12 und eine Stromsensorausgangsleitung (Vout) 38 zum Liefern der Ausgabe des Sensors zu der Steuerung 4 auf. Nach einer Selbstkalibrierung liefert während eines normalen Betriebs der Ausgang Vout 38 eine Spannung, die zu dem Gesamtstrom ITot proportional ist. Andere Verbindungen weisen eine Versorgungs-(Vcc-)Leitung 40, die den Stromsensor 12 mit einer Versorgungsspannung, die als 3,3 V gezeigt ist, verbindet, und eine GND-Leitung 42, die den Stromsensor 12 mit Masse verbindet, auf. Die Steuerleitung 36 ist über einen Hinaufzieh-(englisch: Pull-up)Widerstand „Rpullup” 44 mit Vcc gekoppelt. Der Stromsensor 12 ist bei dieser Anordnung als ein selbst kalibrierender Stromsensor betreibbar. Die Steuerleitung 36 wird durch die Steuerung 34 verwendet, um eine Selbstkalibrierung seitens des Stromsensors 12 einzuleiten. Bei einer Implementierung, wie es gezeigt ist, leitet das Ziehen der Steuerleitung 36 von Vcc zu GND (niedrig aktiv) die Kalibrierungssequenz ein. Ein hoch aktives Steuersignal, bei dem die Steuerleitung normalerweise auf niedrig gezogen ist und auf eine hohe Spannung gelöst wird, um eine Kalibrierung einzuleiten, kann ebenfalls verwendet werden. Der Benutzer legt einen bekannten „Kalibrierungs-”Strom (als ITot), der dem Vollausschlagsstrom entspricht, an den Stromleiter 14 an, wobei ein Teil desselben in den Stromsensor 12, das heißt einen Kalibrierungsstrom erfassenden Teil, als I1 hinein und aus demselben hinaus fließen wird, und verwendet das Steuersignal 36, um die Selbstkalibrierung einzuleiten. Während der Selbstkalibrierung passt der Stromsensor 12 einen internen Gewinnwert solange an, bis das Ausgangssignal, das an einem Ausgang 38 geliefert wird, einen gewünschten Wert hat, das heißt einen Pegel, der dem ausgewählten Vollausschlagskalibrierungsstrom ITot entspricht.
Eine oder mehrere zusätzliche Steuerleitungen, zum Beispiel eine Leitung 46 (die in gestrichelten Linien gezeigt ist), können ebenso für Kalibrierungszwecke vorgesehen sein. Die Steuerung 34 kann beispielsweise konfiguriert sein, um die Steuerleitung 36 zu verwenden, um eine Selbstkalibrierung, entweder durch den Typ der im Vorhergehenden beschriebenen Signalisierung oder durch Verwenden eines einfachen seriellen Kalibrierungsbefehls, einzuleiten, und eine separate Steuerleitung, die Leitung 46, zu verwenden, um Werte von bestimmten kalibrierungserforderlichen Bezugsspannungen auf benutzerausgewählte Werte einzustellen, wie es später im weiteren Detail beschrieben ist. Die gesamte Kalibrierungssteuerung kann ebenso unter Verwendung der gleichen Steuersignalleitung zu dem Stromsensor geliefert werden. Eine einzelne Steuerleitung, wie die Leitung 36, kann verwendet werden, um unterschiedliche „Phasen” einer Selbstkalibrierung zu steuern/einzuleiten, oder es können separate Leitungen, wie die Leitungen 36 und 46, als zweckgebundene Steuerleitungen verwendet werden, um eine spezielle Phase zu steuern/einzuleiten, wie es später unter Bezugnahme auf 6 beschrieben ist.
3 zeigt eine interne Architektur des selbst kalibrierenden Stromsensors 12, die hier durch die Bezugsziffer 50 angegeben ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel. Zwei zentrale Komponenten der Architektur sind ein integrierter Stromleiter 52 und ein Magnetfeldsensor 53. Der Teil des Stromsensors 50, der den Magnetfeldsensor 53 enthält, ist als eine monolithische IC implementiert (und entspricht somit dem IC-Plättchen 20 des Stromsensors 12 von 1–2). Der Magnetfeldsensor 53 weist einen Magnetfeldumformer oder ein erfassendes Element, das hier als ein Hall-Effekt-Element („Hall-SE”) 54 gezeigt ist, sowie eine Sensorschnittstellen-Schaltungsanordnung 56 auf. Das erfassende Element 54 erfasst das Magnetfeld, das durch den Strom I1, der durch den Stromleiter 52 fließt, erzeugt wird. Der integrierte Stromleiter 52 kann durch einen Teil des Zuleitungsrahmens des Stromsensors, wie es früher unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, gebildet sein.
Die Schaltungsanordnung 56 ist in Betrieb, um eine Ausgabe des erfassenden Elements 54, bei diesem Beispiel eine Hall-Spannung, aufzunehmen und daraus eine Stromsensorausgabe 58 zu erzeugen. Für Zwecke einer Darstellung ist die Schaltungsanordnung 56 in verschiedene Funktionsblöcke oder -stufen unterteilt, die eine erfassende Schnittstellen-(oder Magnetfeldsignal erzeugende)Stufe 60, eine Kalibrierungssteuerstufe 62 und eine Ausgangsstufe 64 aufweisen.
Die erfassende Schnittstellenstufe 60 kann implementiert sein, um eine Zahl von unterschiedlichen Komponenten aufzuweisen, um die Magnetfeldsignalausgabe des erfassenden Elements zu verstärken und aufzubereiten. Die dargestellte Architektur weist eine dynamische Versatzaufhebungsschaltung 66, einen Verstärker 68, Trimmschaltungen 70 und 72 und ein Filter 74, das als ein Tiefpassfilter gezeigt ist, auf. Die dynamische Versatzaufhebungsschaltung 66, die durch Verbindungen 76 mit dem SE 54 gekoppelt ist, liefert eine Gleichversatzanpassung für Gleichspannungsfehler, die dem Magnetfeldsignal, das durch das erfassende Element 54 erzeugt wird, zugeordnet sind. Die dynamische Versatzaufhebungsschaltung 66 ist mit dem Verstärker 68 gekoppelt, der ein versatzangepasstes SE-Ausgangssignal 78, das durch die dynamische Versatzaufhebungsschaltung 66 geliefert wird, verstärkt. Eine Genauigkeit wird durch eine Trimmung einer Empfindlichkeit und eines Temperaturansprechens über die Empfindlichkeits-Trimmschaltung 70 bzw. die Empfindlichkeitstemperaturkoeffizienten-Trimmschaltung 72 optimiert. Die Empfindlichkeits-Trimmschaltung 70 erlaubt eine erlaubt eine Anpassung des Gewinns des Verstärkers 68. Die Empfindlichkeitstemperaturkoeffizienten-Trimmschaltung 72 erlaubt eine Anpassung des Gewinns des Verstärkers 68, um Gewinnvariationen aufgrund einer Temperatur zu kompensieren.
Der Ausgang des Verstärkers 68 oder der Verstärkerausgang 80 ist mit dem Filter 74 gekoppelt. Das Filter 74 kann ein Tiefpassfilter, wie gezeigt, und/oder ein Kerb- bzw. Sperrfilter sein. Das Filter 74 ist gemäß einer Vielfalt von Faktoren einschließlich, jedoch nicht darauf begrenzt, einer gewünschten Ansprechzeit und eines Frequenzspektrums eines Rauschens, die dem erfassenden Element, der dynamischen Versatzaufhebungsschaltung und dem Verstärker zugeordnet sind, ausgewählt. Das Filter erzeugt an seinem Ausgang ein gefiltertes Magnetfeldausgangssignal 82, das als eine Eingabe in die Kalibrierungssteuerstufe 62 geliefert wird. Andere Implementierungen der erfassenden Schnittstellenstufe 60 sind möglich.
Noch Bezug nehmend auf 3 weist die Kalibrierungssteuerstufe 62 eine Kalibrierungssteuerung 84 und eine Stufe 86 mit steuerbarem Gewinn auf. Es ist die Kalibrierungssteuerstufe 62, die die Selbstkalibrierung durchführt. Die Stufe 86 mit steuerbarem Gewinn erzeugt ein verstärktes Magnetfeldausgangssignal (das mit „Vsig” bezeichnet ist) 88, das zu einer Ausgangsstufe 64 und als eine Eingabe in die Kalibrierungssteuerung 84 geliefert wird. Zusätzlich zu Vsig nimmt die Kalibrierungssteuerung 84 Vcc über eine Versorgungsleitung 90 und Vcal über einen „Kalibrierungsbefehl”-Eingang 92 (der mit der externen Kalibrierungssteuersignalleitung 36 von der externen Steuerung 34 verbunden ist, wie in 2 gezeigt ist) als Eingaben auf. Die Kalibrierungssteuerung 84 ist mit der Stufe 86 mit steuerbarem Gewinn gekoppelt und liefert als eine Eingabe in dieselbe eine Gewinnanpassungsausgabe 94, um einen anpassbaren Gewinn der Stufe 86 mit steuerbarem Gewinn anzupassen, wie es später im weiteren Detail unter Bezugnahme auf 4A–4B beschrieben ist. Der Ausgang der Kalibrierungssteuerstufe 86 ist mit einer Ausgangsstufe 64 gekoppelt.
Die Ausgangsstufe 64 ist bei der dargestellten Architektur implementiert, um eine analoge gepufferte Ausgabe zu liefern. Die Ausgangsstufe 64 weist, wie gezeigt, einen Pufferverstärker 96, der einen ersten (nicht invertierenden) Eingang 98 und einen zweiten Eingang 100 hat, auf. Ein RC-Filter 102 ist zwischen den ersten Eingang und den Vsig-Ausgang 88 von der Stufe 86 mit steuerbarem Gewinn geschaltet. An den zweiten Eingang 100 ist eine Bezugsspannung, die durch einen resistiven Spannungsteiler 104, der zwischen Vout 58 und Masse gekoppelt ist, entwickelt wird, angelegt.
Der Magnetfeldsensor 53 kann irgendein Typ eines Magnetfeldsensors sein und ist daher nicht auf die Hall-Effekt-Technologie begrenzt. Das erfassende Element 54 kann somit eine andere Form als dieselbe eines Hall-Effekt-Elements annehmen, wie zum Beispiel eines Magnetowiderstands-(MR-; MR = magnetoresistance)Elements. Der Magnetfeldsensor 53 ist in der Form einer IC oder eines Plättchens, das ein Substrat, an dem verschiedene Schaltungselemente (einschließlich des erfassenden Elements 54) gebildet sind, enthält, vorgesehen. Obwohl lediglich ein erfassendes Element gezeigt ist, kann das erfassende Element 54 durch ein Paar von erfassenden Elementen, die in eine Differenzanordnung geschaltet sind, oder durch mehrere MR-Elemente, die in eine Brückenschaltung geschaltet sind, ersetzt sein. Komponenten, die in der Stufe 60 zu umfassen sind, können mit dem Typ eine erfassenden Technologie, die ausgewählt ist, variieren.
Der Stromsensor ist bei einer Stromteiler-(oder Nebenschluss-)Konfiguration, wie sie in 1 und 2 gezeigt ist, mit dem Selbstkalibrierungsmerkmal in Betrieb, um eine analoge Ausgangsspannung Vout 58 zu erzeugen, die einen Betrag hat, der proportional zu dem Betrag des Gesamtstroms ITot (nicht I1, wie es der Fall ohne eine solche Kalibrierung ist) ist.
Der Stromsensor 50 hat mindestens einen Anschluss (oder Stift oder eine Zuleitung), um I1in und I1out, Vcc (um denselben mit einer externen Leistungsversorgung zu verbinden), GND (um denselben mit Masse zu verbinden), einem Eingang und einem Ausgang zu entsprechen. Bezug nehmend zurück auf die SOIC 12, die in 1 in Verbindung mit 3 gezeigt ist, können beispielsweise die Anschlüsse oder Zuleitungen des Stromleiters 52 und verschiedene Signale durch Bezugsziffern 18a, 18b für I1in, 18c, 18d für I1out, 18e für Vcc, 18h für GND, 18g für Vcal und 18f Vout angegeben sein. Der Stromsensor 50 liefert an dem Vout-Stift 18f das Stromsensorausgangssignal Vout 58 zum Koppeln mit einer externen Steuerung (wie zum Beispiel einer Steuerung 34 von 2) oder für eine Übertragung zu einer anderen Anwendungselektronik (nicht gezeigt). Sowohl der Stromsensor 50 wird durch den Vcc-Stift 18e mit einer Leistung versorgt, der intern mit verschiedenen Nebenschaltungen über eine Versorgungsschienen-Zwischenverbindung 90 verbunden ist, als auch eine Treibschaltung 106, die über eine Verbindung 8 ein Vorspannsignal zu dem erfassenden Hall-Element liefert. Der GND-Stift 18h ist über eine GND-Schienenzwischenverbindung 109 intern verbunden, um für Nebenschaltungen der Sensor-IC eine Masseverbindung zu liefern. Eine andere Schaltungsordnung, um beispielsweise eine Takterzeugung und Steuerfunktionen zu implementieren, ist größtenteils aus dieser Fig. und anderen Fig. für Zwecke einer Vereinfachung weggelassen.
Details der Kalibrierungssteuerstufe 62, insbesondere der Stufe 86 mit steuerbarem Gewinn und der Kalibrierungssteuerung 84, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel sind in 4A–4B gezeigt. Bezug nehmend auf 4A weist die Stufe 86 mit steuerbarem Gewinn einen Operationsverstärker 110 auf, der einen ersten Eingang 112, der den Ausgang 82 von der vorausgehenden Stufe durch einen Eingangswiderstand (Rin) 114 mit dem Verstärker 110 koppelt, hat. Der Verstärker 110 hat einen zweiten Eingang 116, der einer Bezugsspannung Vref entspricht. Ein Rückkopplungswiderstand (Rf) 118 ist zwischen den ersten Eingang 112 und den Ausgang 88 (Vsig) gekoppelt. Der Wert des Rückkopplungswiderstands 118, ein variabler Widerstand, wird durch die Kalibrierungssteuerung 84 angepasst, um den Gewinn des Verstärkers 110 einzustellen. Der Gewinn oder die Magnetfeldsignalverstärkung des Verstärkers ist durch –Rf/Rin gegeben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Widerstand 118 ein digital steuerbarer Widerstand, der über das Signal 94 durch die Kalibrierungssteuerung 84 gesteuert wird.
Weiter Bezug nehmend auf 4A weist die Kalibrierungssteuerung 84 eine Schnittstelle 120, einen Vergleicher 122, einen resistiven Spannungsteiler 124 und einen Zähler 126 auf. Die Schnittstelle 120 nimmt als eine Eingabe das Vcal-Steuersignal 92 auf und liefert Ausgangssignale 128 und 130 zu dem Spannungsteiler 124 bzw. dem Zähler 126. Der Spannungsteiler 124 weist einen ersten variablen Widerstand 132 und einen Widerstand 134 mit einem fixierten Wert auf. Der Wert des variablen Widerstands 132 wird durch den Benutzer eingestellt und über die Schnittstelle 120 und ein Schnittstellenausgangssignal 128 zu dem Spannungsteiler 124 geliefert. Der Spannungsteiler 124 wird verwendet, um eine Vollausschlagsbezugsspannung „Vfs” zu erzeugen, die an einem ersten Eingang zu dem Vergleicher, einem ersten Vergleichereingang 136, geliefert wird. Durch das Programmieren des Widerstands 132 ist daher der Benutzer fähig, einen gewünschten Wert für Vfs zu spezifizieren. Der Vergleicher 122 nimmt das verstärkte Magnetfeldsignal Vsig 88 (von dem Ausgang des Verstärkers 110, dem Verstärkerausgang 88) als die zweite Eingabe auf. Die Ausgabe des Vergleichers, die Vergleicherausgabe „Vcomp” 140, wird als ein Zählereingangssignal zu dem Zähler 126 geliefert. Die Vcomp-Ausgabe 140 dient als eine Zählerdeaktivierung, und ein Schnittstellenausgangssignal 130 dient als eine Zähleraktivierung.
Das Kalibrierungssteuersignal oder der Kalibrierungssteuerbefehl wird zu der Kalibrierungssteuerung (über die Vcal-Leitung 92) geliefert, um die Selbstkalibrierung einzuleiten. Bevor die Selbstkalibrierung eingeleitet wird, bewirkt der Benutzer, dass der gewünschte Vollausschlagskalibrierungsstrom ITot an den Stromleiter (den Stromleiter 14, wie in 2 gezeigt ist) angelegt wird, was darin resultiert, dass ein Teil dieses Stroms, der I1 entspricht, in den Iin-Anschluss oder in Anschlüsse des Stromsensors (zum Beispiel die Anschlüsse 18a, 18b, die in 3 gezeigt sind) fließt. Wenn die Selbstkalibrierung eingeleitet wurde, signalisiert die Schnittstelle 120 dem Zähler 126 über den Zähleraktivierungseingang 130, das Zählen zu beginnen. Der Zähler 126 wird somit aktiviert, um seinen internen binären Zählwert, der einem Gewinnwert entspricht, der durch die Bezugsziffer 142 angegeben ist, zu ändern. Jede Zählung resultiert in einer Anpassung des Gewinns der Stufe 86 mit steuerbarem Gewinn. Der Gewinn wird genauer gesagt durch Verwenden des Zählwerts angepasst, um den Wert des variablen Rückkopplungswiderstands 118 zu variieren, was in einer Änderung an Vsig 88 resultiert. Der Vergleicher 178 vergleicht unterdessen das Signal Vsig 88 mit der vorbestimmten Bezugseingabe Vfs 136. Der Wert des variablen Widerstands 118 wird durch den Zähler 126 mit jeder Zählung angepasst, bis der Vergleicher 122 bestimmt, dass der Spannungspegel von Vsig 88 den Vollausschlagsschwellenwert der Vollausschlagsbezugsspannung Vfs 136 durchlaufen hat. Ein Spanungsvergleicher des Typs, der für den Vergleicher 122 zu verwenden ist, ändert typischerweise seine Ausgabe, wenn der Spannungsunterschied zwischen den Eingängen desselben annähernd durch null Volt kreuzt. Das Verfahren eines Zählen, Anpassens und Vergleichens setzt sich solange fort, bis der Vergleicher 122 bestimmt, dass Vsig Vfs erreicht hat, wobei an diesem Punkt die Vergleicherausgabe Vcomp 140 ihren Zustand ändert. Das Vergleicherausgangssignal Vcomp 140 wird genauer gesagt in einem ersten Zustand, wenn das verstärkte Magnetfeldsignal Vsig 88 weniger als die Vollausschlagsbezugsspannung Vfs 136 ist, und in einem zweiten Zustand geliefert, wenn das verstärkte Magnetfeldsignal Vsig 88 größer als die Vollausschlagsbezugsspannung Vfs ist. Diese Änderung des Zustands von Vcomp 140 bewirkt, dass der Zähler 126 das Zählen stoppt. Der Zähl-/Gewinnwert, der dem Endzählwert entspricht, wird als der kalibrierte Gewinnwert verwendet, um an den Rückkopplungswiderstand 118 der Stufe mit steuerbarem Gewinn über den Zählerausgang 94 angelegt zu werden.
Sobald der Gewinnanpassungsteil der Selbstkalibrierung abgeschlossen wurde, kann die Schnittstelle 120 den kalibrierten Gewinnwert 142 auf dem Chip, zum Beispiel in einem nicht flüchtigen Speicher, wie zum Beispiel einem EEPROM 144, wie es gezeigt ist, oder auf eine alternative Art und Weise speichern. Der EEPROM 144 ist, wenn er verwendet wird, mit der Schnittstelle 122 und der Zählung 142 (des Zählers 126) über Leitungen 146 bzw. 148 gekoppelt. Sobald der angepasste Gewinn gesichert wurde, ist die Selbstkalibrierung abgeschlossen. Die Zwischenverbindungen 146 und 148 werden verwendet, um einen Transfer des kalibrierten Gewinnwerts 142 zwischen dem Zähler 126 und dem nicht flüchtigen Speicher auszuführen.
Während eines anschließenden nicht kalibrierenden Betriebs des Stromsensors bei der gleichen Stromteilerkonfiguration mit ITot als der Gesamtstrom eines Flusses durch den Stromleiter und I1 als der durch den Stromsensor zu erfassende Teil verwendet der Stromsensor den kalibrierten Gewinn, um an dem Ausgang ein Signal zu liefern, das von einem Spannungspegel, der dem erfassten Strom entspricht, zu einem vorbestimmten Spannungspegel, der dem Gesamtstrom ITot entspricht, skaliert wurde.
Bestimmte Implementierungsdetails der Kalibrierungssteuerung 84 und der Stufe 86 mit steuerbarem Gewinn sind eine Frage der Entwurfswahl. Wie in 4B gezeigt ist, kann beispielsweise der EEPROM oder ein anderer nicht flüchtiger Speicher durch ein Schmelzsicherungsnetz (engl.: fuse network) 150 ersetzt sein. Der variable Widerstand 118 kann ferner mit irgendeiner Schaltung eines digital steuerbaren variablen Widerstands implementiert sein, die ermöglicht, dass ein Bereich von Widerstandswerten unter Verwendung eines digitalen Codes wählbar ist. Wie in 4B gezeigt ist, kann derselbe beispielsweise mit einem DAC 152, einem R/2R-Ketten-DAC oder einem anderen Typ einer Schaltung implementiert sein, der eine digitale Steuerung eines variablen Widerstands liefert. Es versteht sich von selbst, dass der Entwurf des Zählers und des digital steuerbaren variablen Widerstands den Bereich und die „Schritt”größe (das heißt die Widerstandswertänderung pro Zählwert) der Gewinnanpassung bestimmen wird. Andere Details von 4B sind so wie in 4A gezeigt.
Es versteht sich von selbst, dass der Stromsensor 50 mehr Eingangsstifte haben kann, sodass der Kalibrierungsbefehl und eine Spezifikation von Vfs (über die Anpassung des variablen Spannungsteilerwiderstands 132) als separate Steuersignale geliefert werden können. Die Schnittstelle 120 kann als eine digitale serielle Schnittstelle implementiert sein, zum Beispiel Inter-Integrated Circuit (I²C), Single-Edge Nibble Transmission (SENT), Peripheral Sensor Interface 5 (PSIS) oder Serial Peripheral Interface (SPI) oder eine einfache RS232-Schnittstelle. Der Kalibrierungsbefehl, der an dem Eingang 92 geliefert wird, und ein Transfer der Zählung zu dem nicht flüchtigen Speicher (zum Beispiel dem EEPROM 144) können somit beispielsweise mit Nachrichten gemäß einem ausgewählten dieser oder anderer geeigneter Protokolle erreicht werden.
5 zeigt eine grafische Darstellung 160 von verschiedenen kalibrierungsbezogenen Signalverläufen, die einen Signalverlauf 162, der Vfs entspricht, einen Signalverlauf 164, der Vsig entspricht, einen Signalverlauf 166, der Vcomp entspricht, und einen Signalverlauf 168, der Vcal entspricht, aufweisen. Der Vcomp-Signalverlauf 166 ist mit punktierten Linien angegeben, um denselben von dem Vcal-Signalverlauf 168 zu unterscheiden. Zu einer Zeit t₀ geht das Vcal-Signal (der Signalverlauf 168) von hoch zu niedrig über, um die Kalibrierungssequenz einzuleiten. Nach dem Kalibrierungssteuersignalübergang wird der Wert von Vsig erhöht, sowie der Gewinn mit jedem Zählwert angepasst wird. Der Vergleicher 122 (von 4A–4B) vergleicht Vsig mit Vfs. Bei der dargestellten grafischen Darstellung ist der Wert von Vfs gezeigt, um auf einen gewünschten Wert von 3 V eingestellt zu sein. Der Anfangswert für Vsig ist auf Vcc/2 (oder 1,65 V für VCC = 3,3 V) eingestellt. Der Wert des Gewinns wird solange angepasst, bis bestimmt ist, dass der Wert von Vsig den Wert von Vfs, der bei t₁ auftritt, erreicht hat. Wenn Vsig den gewünschten Wert von Vfs erreicht, endet die Vergleicherausgabe Vcomp ihren Zustand (geht zum Beispiel auf niedrig, wie es in der Fig. dargestellt ist). Bei t₁ endet der Gewinnanpassungsteil der Kalibrierungssequenz. Bei t₂ geht das Steuersignal Vcal wieder auf hoch, um das Ende der Kalibrierungssequenz zu signalisieren. Zwischen t₁ und t₂ sichert die Kalibrierungssteuerung 84 (von 4A–4B) den Gewinn-(Zähl-)Wert, der während der Gewinnanpassung erreicht wird, zum Beispiel durch Speichern des Werts in einem nicht flüchtigen Speicher, wie es früher erörtert ist.
Für einen vorbestimmten Spannungspegel von Vfs und einen entsprechenden Vollausschlagsstrompegel eines Kalibrierungsstroms (beide benutzergewählte Pegel für eine gegebene Stromteilerkonfiguration) kann sich somit der Stromsensor 50 selbst kalibrieren, um einen anpassbaren Gewinn der Stufe 86 mit steuerbarem Gewinn anzupassen, um den Wert der Ausgabe der Stufe, das verstärkte Magnetfeldsignal Vsig 88 (und daher die Ausgabe, die bei Vout 58 (von 3) geliefert wird), auf den vorbestimmten Spannungspegel von Vfs zu skalieren. Unter der Annahme, dass die Magnetschaltungsempfindlichkeit in der Größenordnung eines Betrags von annähernd 10 Gauss pro Ampere ist (was bedeutet, dass für jedes Ampere, das durch den integrierten Stromleiter 52 des Sensors fließt, 10 Gauss eines Felds erzeugt werden und durch das Hall-Element erfasst werden) und dass die gewünschte Ausgabe 3 V ist, wenn 20 Ampere durch den Stromsensor fließen, wird dann der Gewinn der Ausgangsstufe 62 mit steuerbarem Gewinn berechnet, um (3 V – 1,65 V)/20 A/10 G/A oder 67,5 mV/A zu sein. Wenn ein Gesamtstrom „ITot” von 20 Ampere durch das Stromteilersystem geht, und der Strom bei 10 A durch den Nebenschlussweg („I2”) und 10 A durch den Sensor („I1”) perfekt aufgeteilt wird, und die gewünschte Ausgangsspannung bei Vout 3 V ist, dann wird der Gewinn durch die Selbstkalibrierung angepasst, um den doppelten Wert, der vorhergehend berechnet wurde, oder (3 – 1,65)V/10 A/10 G/A oder 135 mV/A zu haben.

Anpassbare Gewinnwerte für das 3 V-Ausgabe-Beispiel und ein unterschiedliches Strompegelaufteilen sind im Folgenden in Tabelle 1 angegeben. Die perfekte 10 A-Aufteilung zwischen dem Nebenschluss und dem Stromsensor ist in Zeile 11 der Tabelle gezeigt.

	Ampere	Ampere	Ampere	mV/A	Volts	Volts
Zeile	Gesamtstrom	I2	I1	Gewinn	Vout @ 0 Ampere	Vout bei I1
1	20	0	20	68	1,65	3
2	20	1	19	71	1,65	3
3	20	2	18	75	1,65	3
4	20	3	17	79	1,65	3
5	20	4	16	84	1,65	3
6	20	5	15	90	1,65	3
7	20	6	14	96	1,65	3
8	20	7	13	104	1,65	3
9	20	8	12	113	1,65	3
10	20	9	11	123	1,65	3
11	20	10	10	135	1,65	3
12	20	11	9	150	1,65	3
13	20	12	8	169	1,65	3
14	20	13	7	193	1,65	3
15	20	14	6	225	1,65	3
16	20	15	5	270	1,65	3
17	20	16	4	338	1,65	3
18	20	17	3	783	1,65	3
19	20	18	2	1675	1,65	3

Tabelle 1: Stromaufteilen und erforderlicher Gewinn für eine 3 V-Ausgabe

In der Praxis ist ein Entwerfen eines Stromkonfigurationssystems, das erfordert, dass die Selbstkalibrierung den Gewinn auf sehr hohe Pegel (zum Beispiel Gewinne oberhalb von 300 mV/A) erhöht, nicht praktisch, da der Hall-Umformer ein schwaches Signal erzeugt, was eine niedrigere Auflösung und ein niedrigeres Signal-zu-Rausch-Verhältnis bedeutet (da sowohl das Signal als auch das Rauschen verstärkt werden, sowie sich der Gewinn erhöht). Ein Entwerfen des Systems, sodass der meiste Strom durch den Stromsensor und nicht den Nebenschlussweg fließt, trägt andererseits wenig dazu bei, die Überstromfähigkeit des Stromsensors zu verbessern (was natürlich einer der Vorteile eines Verwendens eines Nebenschlusswegs ist). Bei dem Beispiel von 20 Ampere im Vorhergehenden kann der Stromsensor das Signal mit weniger als 5 A in dem Stromsensor und größer als 15 A, die durch den Nebenschlussweg geliefert werden, für einen Gewinn von annähernd 300 mV/A, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, verstärken. Dies ermöglicht eine Aufteilung von 5 A/20 A oder eine 25%-zu-75%-Aufteilung durch den Stromsensor bzw. den Nebenschlussweg, während ein Fehler beim Aufteilen des Stroms, wie es im Vorhergehenden erörtert ist, kompensiert wird.
Wenn kein Strom durch den Stromsensor fließt, ist normalerweise der Wert von Vref (an dem Verstärkereingang 116, 4A–4B) auf einen Wert („0-Ampere-Versatzwert) eingestellt, der sicherstellt, dass die Null-Strom-Ausgangsspannung Vsig (auf die als die Ruhespannungsausgabe oder „QVO” Bezug genommen ist; die Spannung des Ausgangssignals, wenn der Strom, der durch das erfassende Element erfasst wird, null ist) bei Vcc/2 für ein bidirektionales Stromerfassen (das heißt ein Erfassen eines Stroms, der in jede Richtung fließt) oder eine niedrige Spannung nahe Masse, beispielsweise 0,5 V, für ein unidirektionales Stromerfassen (das heißt ein Erfassen von Strömen, die lediglich in eine Richtung fließen) ist. Ein bidirektionaler Sensor mit einer Vcc von 3,3 V hat eine 0-Ampere-Ausgabe von 1,65 V.
Da sich QVO oftmals als ein Funktion des Gewinns des Stromsensors IC ändert, kann es wünschenswert sein, die Selbstkalibrierung der Kalibrierungssteuerstufe 62 zu erweitern, um eine zweite Kalibrierung, eine QVO-Kalibrierung, zu umfassen, die der Gewinnanpassungskalibrierung folgend durchgeführt wird. Bezug nehmend auf 6 ist ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der Kalibrierungssteuerstufe 62, die eine QVO-Kalibrierungsfunktionalität beinhaltet, eine Kalibrierungssteuerstufe 62', gezeigt. Eine modifizierte Stufe 86 mit steuerbarem Gewinn, die als Stufe 86' mit steuerbarem Gewinn gezeigt ist, weist ferner einen resistiven Spannungsteiler 170, der durch einen variablen Widerstand 172 und einen Widerstand 174 mit einem fixierten Wert gebildet ist, auf, um einen Wert für eine anpassbare Bezugsspannung Vref an einem Verstärkereingang 116 einzustellen. Eine modifizierte Kalibrierungssteuerung 84, die hier gezeigt ist, ist eine Kalibrierungssteuerung 84', die einen zweiten resistiven Spannungsteiler 176, einen Vergleicher 178 und einen Zähler 180 aufweist. Eine Zählung 181 des Zählers 180 an einem Zählerausgang 182 wird verwendet, um den Wert des variablen Widerstands 172 in der Stufe 86' mit steuerbarem Gewinn einzustellen. Der Vergleicher 178 hat einen ersten Eingang einer Spannung V_QVO 184 und einen zweiten Eingang der Spannung Vsig, die von dem Ausgang des Verstärkers 110 der Stufe 86' mit steuerbarem Gewinn über eine Rückkopplungsleitung 186 rückgekoppelt wird. Der Wert von V_QVO wird durch den Spannungsteiler 176 erzeugt, der durch einen variablen Widerstand 188 und einen Widerstand 190 mit einem fixierten Wert gebildet ist. Der Wert des variablen Widerstands 188 ist über die Schnittstelle benutzerprogrammierbar, die hier als Schnittstelle 120' gezeigt ist. Der Benutzer kann daher die Spannung V_QVO durch Liefern eines Widerstandswerts zu der Schnittstelle 120' in dem Vcal-Steuersignal 92 (oder einem separaten Steuersignal) spezifizieren. Die Schnittstelle 120' liefert den Widerstandswert entlang der Leitung 192 zu dem variablen Widerstand 188. Die Schnittstelle 120' ist ferner über eine Leitung 194 mit dem Zähler 180 gekoppelt, der eine Zähleraktivierung zu dem Zähler 180 liefert. Mit dem Zähler 180 ist ferner der Vergleicher 178 gekoppelt, der ein Signal Vcomp („Vcomp_QVO”) bei 196 liefert, um das Zählen durch den Zähler 180 zu deaktivieren.
Sobald eine Selbstkalibrierung eingeleitet wurde und ein Gewinnanpassungsteil und eine Speicherung eines kalibrierten Gewinns abgeschlossen wurde, kann die QVO-Kalibrierung beginnen. Der Benutzer muss zuerst durch das System den Strom ITot auf 0 A einstellen und dann einen zweiten Kalibrierungsbefehl zu der Schnittstelle 120' senden. Nach einem Empfang des Kalibrierungsbefehls signalisiert die Schnittstelle (über eine Leitung 194) dem Zähler 180, das Zählen zu starten. Die Zählung des Zählers 180 ändert sich, und mit jeder Zählungsiteration wird der Wert des variablen Widerstands 188 angepasst (wodurch der Wert von Vref, der zu dem Verstärker 110 geliefert wird, angepasst wird), bis der Vergleicher 178 bestimmt, dass der Spannungspegel oder -betrag von Vsig an der Schwelle, die durch V_QVO vorgesehen ist, vorbeigegangen ist. Das heißt das Vergleicherausgangssignal 196 wird in einem ersten Zustand, wenn der Betrag des verstärkten Magnetfeldsignals Vsig (das bei 186 geliefert wird) weniger als derselbe des V_QVO-Signals 184 ist, und in einem zweiten Zustand geliefert, wenn der Betrag des verstärkten Magnetfeldsignals Vsig größer als der Betrag des V_QVO-Signals 184 ist. Sobald der Wert von Vsig V_QVO erreicht hat, ist der Spannungsbezugsanpassungsteil dieser zweiten Phase der Selbstkalibrierung abgeschlossen, und der „End”-Zählwert von dem Zähler 180 wird in dem EEPROM 144 oder einem anderen geeigneten nicht flüchtigen Speicher (oder alternativ einem Schmelzsicherungsnetz, wie das Schmelzsicherungsnetz 150, das in 4B gezeigt ist) gesichert.
Das Sequenzieren dieser zwei Phasen der Selbstkalibrierungsaktivität wird extern durch Steuersignale oder -befehle, die durch eine externe Steuerung geliefert werden, verwaltet. Eine einzelne Steuerleitung oder separate Steuerleitungen, eine, um die Gewinnanpassung zu steuern, und die andere, um die Versatzanpassung zu steuern, können verwendet werden. Die Selbstkalibrierung kann wiederholt werden, wenn es gewünscht ist. Eine QVO-Kalibrierung kann ferner vor und nach der Gewinnanpassung durchgeführt werden, um eine Anfangseinstellung für die anpassbare Bezugsspannung und eine aktualisierte Einstellung folgend der Gewinnanpassung zu liefern. Die QVO-Kalibrierung erhöht, wenn dieselbe mindestens einmal (folgend einer Gewinnanpassung) durchgeführt wird, die Genauigkeit des Stromsensors, insbesondere für Entwürfe, bei denen der Gewinn auf hohe Pegel, zum Beispiel Gewinne oberhalb eines Pegels von 300 mV/A, erhöht wird. Die QOV-Kalibrierung kann lediglich vor der Gewinnkalibrierung, jedoch mit weniger genauen Resultaten (aus den im Vorhergehenden erörterten Gründen), durchgeführt werden.
Um höhere Strommessungen zu unterstützen, kann eine andere Stromsensorpaketoption, die einen dickeren Stromleiter hat, verwendet sein. Ein Beispiel ist in 7 geliefert, die die interne Struktur eines Stromsensors bei einer Stromteilerkonfiguration, die durch eine Bezugsziffer 10' angegeben ist, zeigt. Die Stromteilerkonfiguration 10' weist einen Stromsensor 12', der mit dem Stromleiter 14' (der als Sammelschiene gezeigt ist) gekoppelt ist, auf. Der Stromsensor 12' weist einen primären Stromleiter 200, ein Paket oder Gehäuse 202 und eine gepackte Stromsensor-IC 204 auf. Die gepackte Stromsensor-IC 204 ist als eine einzelne Reihen-(SIP-; SIP = single in-line)IC mit einem Paketkörper 206 (der die Sensor-IC 53 von 3 enthält) und Signalstiften 208 gezeigt. Aufgrund der Magnetkopplung zwischen diesem dickeren Stromleiter und dem erfassenden Element der IC ist ein Flusskonzentrator 210 verwendet. Der Stromleiter 200, die SIP-Vorrichtung 204 und der Konzentrator 210 werden zusammengebaut und dann überformt, um den Stromsensor 12' zu bilden. Teile des Stromleiters 200, die extern von dem Paket 202 sind, das heißt Teile 200a und 200b, werden verwendet, um den Strom I1 von dem Stromleiter 14' und durch das Paket 202, das die Baugruppe des Konzentrators 210 und die SIP 204 enthält, zu transportieren und I1 zu dem Stromleiter 14' zurückzuführen.
Zusammenfassend kann der Stromsensor mit einem integrierten Stromleiter und einer Selbstkalibrierung, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, gesteuert werden (mit einer minimalen externen Steuerung), um sich selbst zu kalibrieren, um einen kalibrierten Gewinn zu haben, der in dem Stromsensorausgangssignal resultiert, das einen Spannungspegel hat, der dem Vollausschlagskalibrierungsstrom entspricht und nicht dem erfassten Teil des Kalibrierungsstroms. Auf diese Art und Weise kann der selbst kalibrierende Stromsensor mit einer relativen Leichtigkeit eine niedrigere Signalauflösung kompensieren und eine fehlende Stromübereinstimmung, die einer Stromteilerkonfiguration zugeordnet sind, „auskalibrieren”.
Alle hierin zitierten Bezugnahmen sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
Durch Beschreiben von bevorzugten Ausführungsbeispielen, die dazu dienen, um verschiedene Konzepte, Strukturen und Techniken darzustellen, die Gegenstand dieses Patents sind, ist es nun Fachleuten offensichtlich, dass andere Ausführungsbeispiele, die diese Konzepte, Strukturen und Techniken beinhalten, verwendet sein können. Es wird dementsprechend unterbreitet, dass der Schutzbereich des Patents nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt sein soll, sondern vielmehr lediglich durch den Geist und den Schutzbereich der folgenden Ansprüche begrenzt sein soll.

Claims

Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung, mit: einem integrierten Stromleiter (14, 14'), der adaptiert ist, um einen Teil (I1) eines Kalibrierungsstroms (ITot) aufzunehmen, wobei der Kalibrierungsstrom (ITot) einem Vollausschlagsstrom entspricht; einem Magnetfeldumformer (22), der auf den Kalibrierungsstromteil (I1) anspricht, zum Liefern eines Magnetfeldsignals, das einen Spannungspegel, der proportional zu einem Magnetfeld, das durch den Kalibrierungsstromteil erzeugt wird, ist, hat; einer Stufe (86, 86') mit steuerbarem Gewinn, die konfiguriert ist, um das Magnetfeldsignal (Vsig) mit einem anpassbaren Gewinn zu verstärken, um ein verstärktes Magnetfeldsignal (Vsig) zu liefern; und einer Kalibrierungssteuerung (84, 84'), die auf ein Kalibrierungsbefehlssignal (Vcal) anspricht, zum Anpassen des anpassbaren Gewinns der Stufe (86, 86') mit steuerbarem Gewinn an einen kalibrierten Gewinn, um das verstärkte Magnetfeldsignal (Vsig) auf einem vorbestimmten Spannungspegel zu liefern, der einem gewünschten Stromsensorausgangssignalspannungspegel entspricht, wenn der Vollausschlagsstrom durch den integrierten Stromleiter (14, 14') aufgenommen wurde.
Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, bei dem die Kalibrierungssteuerung (84, 84') folgende Merkmale aufweist: einen Vergleicher (122), der einen ersten Eingang, der auf eine Vollausschlagsbezugsspannung (Vfs), die den vorbestimmten Spannungspegel angibt, anspricht, einen zweiten Eingang, der auf das verstärkte Magnetfeldsignal (Vsig) anspricht, und einen Ausgang hat, an dem ein Vergleicherausgangssignal (Vcomp) in einem ersten Zustand, wenn das verstärkte Magnetfeldsignal (Vsig) weniger als die Vollausschlagsbezugsspannung (Vfs) ist, und in einem zweiten Zustand geliefert wird, wenn das verstärkte Magnetfeldsignal (Vsig) größer als die Vollausschlagsbezugsspannung (Vfs) ist; und einen Zähler (126), der auf das Kalibrierungsbefehlssignal (Vcal) anspricht, um ein Zählen zu starten, auf das Vergleicherausgangssignal (Vcomp) anspricht, um das Zählen zu stoppen, und der zu der Stufe (86, 86') mit steuerbarem Gewinn zum Anpassen des anpassbaren Gewinns ein Zählerausgangssignal liefert.
Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 2, bei dem die Vollausschlagsbezugsspannung (Vfs) durch das Kalibrierungsbefehlssignal (Vcal) bestimmt ist.
Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 3, bei dem die Kalibrierungssteuerung (84, 84') ferner einen resistiven Spannungsteiler (124) aufweist, der konfiguriert ist, um die Vollausschlagsbezugsspannung (Vfs) zu liefern, wobei der resistive Spannungsteiler (124) einen variablen Widerstand (132) und einen fixierten Widerstand (134) hat, und wobei der variable Widerstand (132) durch das Kalibrierungsbefehlssignal (Vcal) bestimmt ist.
Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 2, bei dem die Stufe (86, 86') mit steuerbarem Gewinn einen variablen Widerstand, der durch das Zählerausgangssignal gesteuert ist, aufweist.
Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 5, bei dem der variable Widerstand einen Digital-zu-Analog-Wandler (DAC; DAC = digital-to-analog converter) (152) aufweist.
Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 6, bei dem der DAC (152) einen R/2R-DAC aufweist.
Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, bei dem das Kalibrierungsbefehlssignal (Vcal) ein serielles binäres Signal in einem Format ist, das aus Inter-Integrated Circuit (I²C), Single-Edge Nibble Transmission (SENT), Peripheral Sensor Interface 5 (PSI5) oder Serial Peripheral Interface (SPI) ausgewählt ist.
Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, mit ferner einer Gewinnspeicherungsvorrichtung (144, 150), wobei der kalibrierte Gewinn in der Gewinnspeicherungsvorrichtung (144, 150) gespeichert ist.
Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 9, bei dem die Gewinnspeicherungsvorrichtung aus einem EEPROM (144) und einem Schmelzsicherungsnetz (150) ausgewählt ist.
Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, bei dem die Stufe (86, 86') mit steuerbarem Gewinn eine anpassbare Bezugsspannung (Vref) aufweist, und bei dem die Kalibrierungssteuerung (84, 84') auf ein Kalibrierungsbefehlssignal zum Anpassen der anpassbaren Bezugsspannung (Vref) anspricht, um das verstärkte Magnetfeldsignal (Vsig) auf einem vorbestimmten Spannungspegel, der einem Kalibrierungsstrom von null Ampere entspricht, zu liefern.
Stromsensor (10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 11, bei dem die Kalibrierungssteuerung (84') ferner folgende Merkmale aufweist: einen Vergleicher (178), der einen ersten Eingang, der auf eine anpassbare Ruhespannungsausgangsspannungs-(V_QVO-)Bezugsspannung, die den vorbestimmten Spannungspegel, der dem Kalibrierungsstrom entspricht, wenn der Kalibrierungsstrom null Ampere ist, angibt, anspricht, einen zweiten Eingang, der auf das verstärkte Magnetfeldsignal (Vsig) anspricht, und einen Ausgang hat, an dem ein Vergleicherausgangssignal (Vcomp_QVO) in einem ersten Zustand, wenn das verstärkte Magnetfeldsignal (Vsig) weniger als der vorbestimmte Spannungspegel ist, und in einem zweiten Zustand geliefert wird, wenn das verstärkte Magnetfeldsignal (Vsig) größer als der vorbestimmte Spannungspegel ist; und einen Zähler (180), der auf das Kalibrierungsbefehlssignal (Vcal) anspricht, um ein Zählen zu starten, auf das Vergleicherausgangssignal (Vcomp_QVO) anspricht, um das Zählen zu stoppen, und der ein Zählerausgangssignal zu der Stufe (86') mit steuerbarem Gewinn liefert, um die anpassbare Bezugsspannung (Vref) anzupassen.
Stromsensor (10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 12, bei dem die anpassbare V_QVO-Bezugsspannung durch das Kalibrierungsbefehlssignal (Vcal) bestimmt ist.
Stromsensor (10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 13, bei dem die Kalibrierungssteuerung (84') ferner einen resistiven Spannungsteiler (176), der konfiguriert ist, um die (V_QVO)-Bezugsspannung zu liefern, aufweist, wobei der resistive Spannungsteiler (176) einen variablen Widerstand (188) und einen fixierten Widerstand (190) hat, und wobei der variable Widerstand (188) durch das Kalibrierungsbefehlssignal (Vcal) bestimmt ist.
Stromsensor (10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 12, bei dem die Stufe mit steuerbarem Gewinn (86') ferner einen resistiven Spannungsteiler (170), der konfiguriert ist, um die anpassbare Bezugsspannung (Vref) zu liefern, aufweist, wobei der resistive Spannungsteiler (170) einen variablen Widerstand (172) und einen fixierten Widerstand (174) hat, und wobei der variable Widerstand (170) durch das Zählerausgangssignal gesteuert ist.
Stromsensor (10, 10') aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, bei dem der Magnetfeldumformer (22), die Kalibrierungssteuerung (84, 84') und die Stufe (86, 86') mit steuerbarem Gewinn in einer integrierten Schaltung vorgesehen sind.
Stromsensor aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, bei dem die Stufe mit steuerbarem Gewinn eine anpassbare Bezugsspannung aufweist, und die Kalibrierungssteuerung auf ein zweites Kalibrierungssteuersignal anspricht, um die anpassbare Bezugsspannung zu steuern.
Stromsensor (10) aus einer integrierten Schaltung nach Anspruch 1, mit ferner einem Paket, das einen Zuleitungsrahmen (16), der einen Zuleitungsrahmenteil (16b), der den integrierten Stromleiter bildet (14), hat, aufweist.