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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Übertemperaturschutz-Steuereinheit.
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Solche
Verfahren sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 34 15 764 A1 eine
Schaltungsanordnung zur Temperaturüberwachung integrierter
Schaltungen bekannt, wobei ein Spannungssignal von einer als Temperaturfühler
angeordneten Diode mittels eines Schwellwertschalters mit einer
vorgegebenen Temperaturschwelle verglichen wird und beim Überschreiten
der Temperaturschwelle durch das Spannungssignal die Stromversorgung
der integrierten Schaltung abgeschaltet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Übertemperaturschutz-Steuereinheit
und die erfindungsgemäße Steuereinheit gemäß den
nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand
der Technik den Vorteil, dass die Steuereinheit in einer vergleichsweise
stromsparenden Weise eine Temperaturüberwachung eines zu überwachenden Systems
oder einer zu überwachenden Systemkomponente durchführt,
welches bzw. welche aufgrund einer detektierten Übertemperatur
abgeschaltet wurde, wobei keinerlei Temperaturabgleich der Steuereinheit
erforderlich ist. Vorteilhaft wird somit die Temperatur eines abgeschalteten
Systems oder einer abgeschalteten Systemkomponente durch eine vergleichsweise
einfache Schaltung überwacht und das System oder die Systemkomponente
bei einem sicheren Unterschreiten der Abschalttemperatur bzw. eines
weiteren Temperaturwertes unterhalb der Abschalttemperatur vollständig
oder selektiv wieder eingeschaltet. In vielen Systemen ist eine
kontinuierliche oder getaktete Temperaturmessung implementiert, welche
das System beim Überschreiten einer Referenztemperatur
ausschalten, wobei die Temperaturmessung, insbesondere die getaktete
Temperaturmessung beim Ausschalten des Systems, ebenfalls ausgeschaltet
wird. Das erfindungsgemäße Verfahren empfängt
beim Ausschalten des Systems oder einer Systemkomponente ein Aktivierungssignal
und speichert den Temperaturwert zum Ausschaltzeitpunkt als Referenzwert
ab. Dieser Referenzwert wird kontinuierlich mit dem aktuellen weiteren
Temperaturwert des abgeschalteten Systems oder der Systemkomponente
verglichen und bei einem Unterschreiten des Referenzwertes durch
den weiteren Temperaturwert das System oder die Systemkomponente
wieder eingeschaltet, wobei bevorzugt zwischen dem Referenzwert
und dem weiteren Temperaturwert beim Wiedereinschalten eine Hysterese
liegt. Die Justierung des Referenzwertes erfolgt automatisch in
Abhängigkeit des Aktivierungssignals, so dass die Bestimmung
der absoluten Temperatur nicht benötigt wird und somit
ein aufwändiges Abgleichen entfällt. Besonders
vorteilhaft arbeitet dieses Verfahren daher variabel in einem vergleichsweise großen
Temperaturbereich und ist somit für unterschiedlichste
Abschalttemperaturen, d. h. auch für unterschiedlichste
Systeme oder Systemkomponenten, einsetzbar. Im Gegensatz dazu arbeitet
ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik mit
einem voreingestellten Referenzwert, welcher durch einen Temperaturabgleich
bestimmt wird und somit auch nur für eine einzige Anwendung
oder Temperaturschwelle einzusetzen ist. Der Einschalt- bzw. Ausschaltvorgang,
d. h. die erste bzw. zweite Änderung des Energieverbrauchs,
im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst jegliche Vorgänge,
welche den Energieverbrauch des Systems oder der Systemkomponente
erhöhen bzw. verringern, wie beispielsweise die Aktivierung/Deaktivierung
von Ruhezuständen, die Erhöhung/Drosselung der
Taktfrequenz oder des Versorgungsstroms, Fortführung/Unterbrechung
von Rechenroutinen usw., wobei diese Vorgänge insbesondere
selektiv durch selektive Änderungen des Energieverbauchs
einzelner Komponenten oder vollständig durch eine Änderung
des Energieverbrauchs des gesamten Systems durchführbar sind.
Bevorzugt umfasst das System oder die Systemkomponente elektrische
und/oder elektronische Bauelemente und Schaltungen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen,
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung wird in Abhängigkeit des Aktivierungssignals
der Referenzwert mit wenigstens einem weiteren Temperaturwert verglichen,
wobei insbesondere ein zeitlich kontinuierlicher Vergleich erfolgt.
Besonders vorteilhaft wird somit der Vergleich des Referenzwertes, wie
insbesondere auch das Abspeichern des Referenzwertes, erst in Abhängigkeit
des Aktivierungssignals gestartet, so dass in einem „Normalbetrieb"
des Systems oder der Systemkomponenten, d. h. wenn die Temperatur
unter der Abschalttemperatur liegt, kein Vergleich durchgeführt
wird. Ein Temperaturwert im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst
jeglichen Wert, wie beispielsweise Spannungswerte oder Stromwerte,
welche eine Abhängigkeit von der Temperatur, insbesondere
einer Temperatursensoreinheit, aufweisen, wobei die weiteren Temperaturwerte diejenigen
Temperaturwerte sind, welche in kontinuierlicher oder getakteter
Abfolge von der Temperatursensoreinheit ausgegeben werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung wird in Abhängigkeit
des Aktivierungssignals eine erste Änderung des Energieverbrauchs
eines Systems oder einer Systemkomponente, insbesondere ein Ausschaltvorgang,
durchgeführt. Besonders vorteilhaft wird somit das System
oder die Systemkomponente beim Überhitzen derselben durch
das Versetzen in einen Ruhezustand oder durch einen Ausschaltvorgang
vor Schäden geschützt. Der Ausschaltvorgang wird
bevorzugt nicht vom System oder der Systemkomponente selbst, sondern
durch die externe Steuereinheit durchgeführt, welche durch das
Aktivierungssignal des Systems oder der Systemkomponente eingeschaltet
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung wird in Abhängigkeit
des Vergleichs eine zweite Änderung des Energieverbrauchs
des Systems oder der Systemkomponente, insbesondere ein Einschaltvorgang,
durchgeführt, wobei bevorzugt ein Unterschreiten des Referenzwertes
durch den weiteren Temperaturwert die zweite Änderung bewirkt. Vorteilhaft
wird das System oder die Systemkomponente somit automatisch wieder
eingeschaltet, wenn die Temperatur unterhalb des Referenzwertes
abgesunken ist. Insbesondere wird das abgeschaltete System oder
die abgeschaltete Systemkomponente durch die Steuereinheit eingeschaltet,
wobei während der Dauer der abgeschalteten Zeit lediglich
die Steuereinheit aktiviert oder mit einer Versorgungsspannung versorgt
wird und somit das System oder die Systemkomponente keinerlei Energie
verbraucht. Durch die lediglich geringe Leistungsaufnahme der Steuereinheit
wird bevorzugt eine Senkung der Temperatur eingeleitet bzw. begünstigt.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung umfasst die zweite Änderung des
Energieverbrauchs des Systems oder der Systemkomponente ein Abschalten
der Steuereinheit, ein Löschen des Referenzwertes und/oder
ein Beenden des kontinuierlichen Vergleichens. Besonders vorteilhaft
wird somit der Energieverbrauch der Steuereinheit während
das System oder die Systemkomponente eingeschaltet ist minimiert.
Ein erneutes Aktivierungssignal startet die Steuereinheit wieder
und das erfindungsgemäße Verfahren beginnt erneut.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung wird das Aktivierungssignal von dem System
oder der Systemkomponente erzeugt, wobei nach Erzeugung des Aktivierungssignals
eine erste Änderung des Energieverbrauchs des Systems oder
der Systemkomponente durchgeführt wird. Besonders vorteilhaft wird
somit, die Steuereinheit durch ein Aktivierungssignal gestartet
und schaltet im Wesentlichen gleichzeitig das System oder die Systemkomponente
zum Schutz vor der Übertemperatur ab.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung wird die zweite Änderung des Energieverbrauchs
des Systems oder der Systemkomponente beim Unterschreiten des Referenzwertes
durch einen weiteren Temperaturwert durchgeführt, wobei
der weitere Temperaturwert bevorzugt um 50°C, besonders
bevorzugt um 25°C und ganz besonders bevorzugt um 5°C
kleiner als der Referenzwert ist. In vorteilhafter Weise wird somit
das System oder die Systemkomponente wieder eingeschaltet, wobei
zwischen der Ausschalttemperatur und der Einschalttemperatur vorzugsweise
eine Hysterese liegt, so dass die Referenztemperatur um ein Sicherheitsintervall
von bevorzugt 50°C, besonders bevorzugt 25°C und
ganz besonders bevorzugt 5°C von dem weiteren Temperaturwert
zum Aktivieren oder Einschalten des Systems oder der Systemkomponente
unterschritten wird. Somit wird eine Beschädigung des Systems
oder der Systemkomponente sicher ausgeschlossen.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Steuereinheit
zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens, wobei die Steuereinheit eine Temperatursensoreinheit,
eine Speichereinheit und eine Vergleichseinheit aufweist und wobei
das Aktivierungssignal eine Speicherung eines Temperaturwertes der
Temperatursensoreinheit in der Speichereinheit als Referenzwert
bewirkt. In besonders vorteilhafter Weise ermöglicht die
Speicherung des aktuellen weiteren Temperaturwertes in der Speichereinheit
bei der Aktivierung der Steuereinheit den variablen Einsatz der
Steuereinheit ohne eine Temperatureichung oder die Durchführung
eines Temperaturabgleichs, da im Wesentlichen jede beliebige Temperatur
zur Zeit des Aktivierungssignals einspeicherbar und somit als Referenzwert
verwendbar ist. Bevorzugt wird das System oder die Systemkomponente
nach dem Speichervorgang abgeschaltet, so dass lediglich die Steuereinheit
einen Energieverbrauch aufweist und somit eine schnellstmögliche Abkühlung
des Systems oder der Systemkomponente erfolgt.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung wird der Referenzwert der Speichereinheit
mittels der Vergleichseinheit zeitlich kontinuierlich mit dem weiteren
Temperaturwert der Temperatursensoreinheit verglichen, so dass das
System oder die Systemkomponente beim Unterschreiten des Referenzwertes
durch den weiteren Temperaturwert wieder eingeschaltet wird. Die
Vergleichseinheit umfasst bevorzugt eine Verstärkerschaltung
und besonders bevorzugt eine Operationsverstärkerschaltung
und/oder Komparatorschaltung.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Temperatursensoreinheit
eine temperaturempfindliche Diode und/oder die Speichereinheit sowohl
einen Zähler, als auch einen Digital-Analog-Wandler. Besonders
vorteilhaft wird durch einen Zähler und einen Digital-Analog-Wandler,
vorzugsweise mit vergleichsweise geringer Auflösung, eine
einfache Speichereinheit realisiert, welche vergleichsweise energiesparend
einen Strom- oder Spannungswert speichert. Ebenso ermöglicht
die Verwendung einer temperaturempfindlichen Diode in einfacher
Weise die Erzeugung eines Spannungs- bzw. Stromsignals, welches
von der Temperatur der Diode abhängig ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Ansicht eines Systems und einer Steuereinheit gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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2 eine
schematische Ansicht einer Steuereinheit gemäß der
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist
eine schematische Ansicht eines Systems 8 und einer Steuereinheit 1 gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt,
wobei das System 8 einen Temperaturfühler 20 zur
Messung der Systemtemperatur aufweist, welcher mit einer Systemreferenztemperatur
systemintern verglichen wird. Zur maximalen Energieeinsparung wird
dieser Vorgang in der Regel getaktet ausgeführt Beim Unterschreiten
der Systemreferenztemperatur durch die Systemtemperatur arbeitet
das System im Standardmodus. Überschreitet die Systemtemperatur
die Systemreferenztemperatur wird von dem System 8 ein
Aktivierungssignal 2 an die Steuereinheit 1 gesendet.
Die Steuereinheit 1 speichert einen aktuellen Temperaturwert 6 einer Temperatursensoreinheit 9 als
Referenzwert 3 in einer Speichereinheit 31 und
sendet eine Steueranweisung 4 zur ersten Änderung
des Energieverbrauchs des Systems 8 an das System 8,
welche eine Abschaltung des Systems 8 bewirkt. Diese Abschaltung bewirkt
ebenfalls die Abschaltung der systeminternen Systemtemperaturkontrolle.
Durch das Ausschalten des Systems 8 sinkt aufgrund der
verminderten Leistungsaufnahme die Temperatur. Die Steuereinheit 1 vergleicht
kontinuierlich den aktuellen weiteren Temperaturwert 6 mit
dem eingespeicherten Referenzwert 3 in einer Vergleichseinheit 11.
Sobald der weitere Temperaturwert 6 unterhalb des Referenzwertes 3 bzw.
unterhalb des Referenzwertes abzüglich eines vorgegebenen
Hystereseintervalls sinkt, wird von der Steuereinheit 1 bzw.
der Vergleichseinheit 11 eine Anweisung 7 zur
zweiten Änderung des Energieverbrauchs des Systems 8 an das
System 8 übermittelt, welche das System 8 wieder
einschaltet. Bevorzugt schaltet sich die Steuereinheit 1 nach
Einschalten des Systems 8 selbst ab. Alternativ schaltet
die Steuereinheit 1 in Abhängigkeit des Aktivierungssignals 2 und/oder
des weiteren Temperaturwertes 6 selektiv lediglich einzelne
Systemkomponenten 8' des Systems 8 ab.
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In 2 ist
eine schematische Ansicht einer Steuereinheit gemäß der
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
dargestellt, wobei die Steuereinheit 1 identisch der Steuereinheit 1 dargestellt
in 1 ist. Die Steuereinheit 1 weist eine
Temperatursensoreinheit 9 zur Erzeugung eines temperaturabhängigen
Temperaturwertes 6, eine Speichereinheit 31 und
eine Vergleichseinheit 11 auf, wobei das Aktivierungssignal 2 eine
Speicherung des Temperaturwertes 6 in der Speichereinheit 31 als
Referenzwert 3 bewirkt und wobei der Referenzwert 3 der
Speichereinheit 31 mittels der Vergleichseinheit 11 zeitlich
kontinuierlich mit dem aktuellen jeweiligen weiteren Temperaturwert 6 der
Temperatursensoreinheit 9 verglichen wird und wobei ferner
eine Anweisung 4 oder 7 zur Änderung
des Energieverbrauchs eines Systems 8 oder einer Systemkomponente 8' in
Abhängigkeit des Aktivierungssignals 2 oder beim
Unterschreiten des Referenzwertes 3 durch den weiteren
Temperaturwert 6 erzeugt wird, wenn die Temperatur entsprechend
gesunken ist. Die Speicherung des aktuellen Temperaturwertes 6 aufgrund
des Aktivierungssignals 2 in der Speichereinheit 31 als
Referenzwert 3 wird dadurch eingeleitet, dass das Aktivierungssignal 2 einen
Zähler 31' der Speichereinheit 31 startet,
welcher fortlaufend und sukzessive eine Vielzahl (insbesondere entsprechend
der Anzahl der Kanäle (Bits) eines darauffolgenden Digital-Analog-Wandlers 31'')
von Digitalleitungen 30 nacheinander von „null"
auf „eins" setzt. Diese Digitalleitungen 30 führen
parallel zu einem Digital-Analog-Wandler 31'' (DAC), welcher
entsprechend der Anzahl der auf „eins"-geschalteten Digitalleitungen
ein Analogsignal 40 generiert. Im zeitlichen Verlauf wird
folglich eine von ansteigende Rampe vom Digital-Analog-Wandler 31'' ausgegeben.
Dieses Analogsignal 40 wird auf den invertierenden Eingang
der Vergleichseinheit 11, insbesondere auf einen Komparator,
geführt, wobei am nicht-invertierenden Eingang der Temperaturwert 6 anliegt.
Das Ausgangssignal 18 der Vergleichseinheit 11 ist
ein positives Signal, wenn beide Eingangssignale 40, 6,
des invertierenden und des nicht-invertierenden Eingangs der Vergleichseinheit 11 gleich
sind. Eine Rückkopplung des Ausgangssignals 18 auf
den Zähler 11' stoppt bei einem positiven Ausgangssignal 18 den
Zähler 11', so dass der Zähler 11' den
digitalen Wert des Temperaturwertes 6 beibehält
und somit speichert, sobald das Analogsignal 40 des Digital-Analog-Wandlers 11'' gleich
dem Temperaturwert 6 ist. Das positive Ausgangssignal 18 wird
insbesondere gleichzeitig als Anweisung 4 zur ersten Änderung
des Energieverbauchs, d. h. eines Ausschaltvorgangs, des Systems 8 oder
der Systemkomponente 8' an das System 8 oder die
Systemkomponente 8' geleitet. Sinkt nun die Temperatur
und damit der weitere Temperaturwert 6 um ein vorgegebenes
Hystereseintervall unter den abgespeicherten Referenzwert 3 springt
das Ausgangssignal 18 der Vergleichseinheit 11 auf
null. Diese negative Flanke des Ausgangssignals 18 wird
insbesondere als Anweisung 7 zur zweiten Energieänderung,
d. h. zum Einschalten, des Systems 8 oder der Systemkomponente 8' an das
System 8 oder die Systemkomponente 8' übermittelt.
Gleichzeitig wird die getaktete interne Systemtemperaturkontrolle
eingeschaltet. Im Falle eines erneuten Aktivierungssignals 2 des
Systems 8 oder der Systemkomponente 8' wird die
beschriebene Routine wiederholt. Vor dem Überlaufen des
Zählers 31' beginnt der Zähler 31' mit
dem Zählen bevorzugt erneut bei "null".
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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