DE102011001050B4

DE102011001050B4 - Temperatur-Schutzschaltung für Versorgungsspannungs-Schaltkreise von elektrischen Einrichtungen

Info

Publication number: DE102011001050B4
Application number: DE102011001050.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Klotten; Mario Lenz; Stefan Tydecks
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: HANON SYSTEMS, DAEJEON, KR
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: JP2012185162A; JP5802151B2; DE102011001050A1

Abstract

Temperatur-Schutzschaltung (1) für Versorgungsspannungs-Schaltkreise (2) von elektrischen Einrichtungen (3), enthaltend eine Temperatur-Überwachungseinheit (4) mit einem eine Temperatur (T) erfassenden Temperatursensor (5) und einem Temperaturschalter (6), der sich wahlweise in zwei Schaltzustände (aktiver Betriebsmodus: Normaltemperaturmodus N, passiver Betriebsmodus: Hochtemperaturmodus H) nach einem Vergleich mit einem gespeicherten oberen Temperatur-Schwellenwert (TOS) und einem gespeicherten unteren Temperatur-Schwellenwert (TUS) bringt, wobei der untere Temperatur-Schwellenwert (TUS) kleiner als der obere Temperatur-Schwellwert (TOS) ist, wobei für den Fall einer ansteigenden Temperatur (T), bei einem Erreichen oder Überschreiten des oberen Temperatur-Schwellenwert (TOS) in den passiver Betriebsmodus (H) und für den Fall einer sinkenden Temperatur (T) bei einem Erreichen oder unterschreiten des unteren Temperatur-Schwellenwert (TUS) in den aktiven Betriebsmodus (N) geschaltet wird, wobei die Temperatur-Überwachungseinheit (4) über ihren Temperaturschalter (6) ausgangsseitig über eine verbindende Signalleitung (7, 7a) mit dem am Versorgungsspannungspol (11) angeschlossenen Versorgungsspannungs-Schaltkreis (2) in Verbindung steht, der über eine Versorgungsspannungsleitung (9, 9a) mit der elektrischen Einrichtung (3) verbunden ist, wobei die Temperatur-Überwachungseinheit (4) mit einer Hilfsspannungsversorgungseinheit (10) über eine Versorgungsspannungsleitung (14) in Verbindung steht und an den Versorgungsspannungspol (11) angeschlossen und über eine Signalleitung (12) zur Übermittlung eines analogen Temperatur-Istwertsignals mit der elektrischen Einrichtung (3) verbunden ist, wobei die elektrischen Einrichtung (3) derart ausgebildet ist, dass diese vor der Aktivierung des passiven Betriebsmodus (H) über eine mit der Einrichtung (3) verbundene Kommunikationsschnittstelle (15) mindestens eine Nachricht (Vorwarnungs-Signal) an andere mit der elektrischen Einrichtung (3) in Verbindung stehende Einrichtungen ausgibt, um diese auf den Wechsel in den passiven Betriebsmodus (H) vorzubereiten, wobei die Temperatur-Überwachungseinheit (4) über die Signalleitung (7, 7b) ebenfalls mit einer Feedback-Signal-Ausgabeeinheit (13) zur Ausgabe von Betriebszustandssignalen (17): Hochtemperaturmodus (H) und Normaltemperaturmodus (N) an weitere mit dem elektrischen Gerät (3) oder dem Versorgungsspannungsschaltkreis (2) direkt in Verbindung stehende, spannungsführende Einrichtungen verbunden ist,wobei nach Erfassung einer über dem oberen Temperatur-Schwellenwert (TOS) liegenden Temperatur (T) durch den Temperatursensor (5) beim Schalten des Temperaturschalters (6) in den Hochtemperaturmodus (H) zumindest der Versorgungsspannungs-Schaltkreis (2) der elektrischen Einrichtung (3) durch ein Inhibit-Signal auf der verbindenden Signalleitung (7, 7a) in den Hochtemperaturmodus (H) und somit abgeschaltet wird und wobei durch die Hilfsspannungsversorgungseinheit (10) über die mit der Temperatur-Überwachungseinheit (4) verbundene Versorgungsspannungsleitung (14) und über die Temperatur-Überwachungseinheit (4) eine Spannungsversorgung der Temperatur-Schutzschaltung (1) im Hochtemperaturmodus (H) bestehen bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperatur-Schutzschaltung für Versorgungsspannungs-Schaltkreise von elektrischen Einrichtungen.
Der Einsatz von elektronischen Einrichtungen unter hohen Umgebungstemperaturen wird eingeschränkt durch die zulässigen Betriebstemperaturen der verwendeten elektronischen (und nichtelektronischen) Bauteile. Unter Betriebstemperatur ist die Summe aus der Umgebungstemperatur plus der durch Verlustleistung entstehenden Wärme in den Komponenten selber zu verstehen. Ein Betrieb oberhalb der vom Hersteller spezifizierten Grenzwerte kann zum Ausfall, zumindest aber zur vorzeitigen Alterung der Bauteile führen. Die Folge wäre schlimmstenfalls ein dauerhafter Funktionsausfall der elektronischen Einrichtung, gegebenenfalls sogar ein Risiko bezüglich elektrischer und/oder funktionaler Sicherheit und/oder Brandgefahr.
Übliche Si-Halbleiter lassen eine maximale Tjunction von 150°C zu. Bei Umgebungstemperaturen > 125°C kann es daher aufgrund interner Verluste schnell zu einer Überschreitung dieses Grenzwertes kommen. Zusätzlich werden auch benachbarte Bauteile durch die entstehende höhere Umgebungstemperatur belastet und deren Entwärmung reduziert.
Eine Motorsteuervorrichtung ist in der Druckschrift DE 10 2004 011 441 A1 beschrieben mit

- einem Halbleiterschaltelement, das in einem Strompfad zu einem Motor angeordnet ist,
- einer PWM-Steuereinheit zum Erzeugen eines PWM-Signals mit einer vorbestimmten PM-Frequenz,
- einer Ansteuerschaltung und unter anderem
- einer Überhitzungszustandserfassungsbereiches zum Ausgeben eines Überhitzungszustandserfassungssignals unter einer Bedingung, dass eine Temperatur des Halbleiterschaltelements einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

Über eine indirekte Widerstandsmessung und die Messung des Stromflusses im MOSFET sowie die Temperaturerfassung am MOSFET wird erkannt, wenn die Verlustleistung am MOSFET zu groß zu werden droht.
Dann werden zwei Gegenmaßnahmen eingeleitet:

a) Es wird ein zweiter Widerstand parallel zum Gatewiderstand geschaltet, so dass der gesamte Gatewiderstand kleiner wird und der MOSFET schneller schaltet.
b) Es wird die PWM-Frequenz verringert. Beide Gegenmaßnahmen verringern die Schaltverluste am MOSFET.

Ferner ist aus der US 2009 / 0 262 468 A1 eine Temperaturschutzschaltung bekannt, welche Mittel zum Vergleich der zu überwachenden Temperatur mit bestimmten Schwellentemperaturen aufweist, anhand dessen beurteilt werden kann, ob die zu überwachende Temperatur die entsprechende Schwellentemperatur erreicht und ob der Beobachtungszeitraum verlängert werden sollte. Entsprechende Temperaturschutzsignale geben darüber Auskunft, welcher der Schwellentemperaturen überschritten wurde.
In der DE 31 15 405 A1 wird ein elektronisches Gerät mit mehreren Baugruppen offenbart, welches Temperatursensoren auf den einzelnen Baugruppen vorsieht. Je nach vorliegender Temperatur können einzelne gefährdete Baugruppen abgeschaltet werden.
Eine Möglichkeit zur Reduzierung des verlustleistungsbedingten Temperaturanstiegs in den Komponenten ist die Verwendung eines passiven Betriebszustandes (Ruhemodus oder Schlafmodus) zur Reduzierung der Verlustleistung in den kritischen Komponenten.
Problematisch dabei ist es, dass andere Geräte oder ein übergeordnetes System dann keine Möglichkeit zum Datenaustausch mit der betroffenen Einrichtung mehr besitzen (davon ausgehend, dass die Kommunikationsschnittstelle zu den abgeschalteten kritischen Komponenten zählt). Weiterhin können andere Geräte oder ein übergeordnetes System oder eine übergeordnete Einrichtung nicht unterscheiden, ob sich die betroffene Einrichtung in einem zulässigen (passiven) Betriebszustand befindet oder schlichtweg nicht mehr funktioniert. Das kann zu Fehlerzuständen in anderen Geräten und/oder im übergeordneten System/in der Einrichtung führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperatur-Schutzschaltung für Versorgungsspannungs-Schaltkreise von elektrischen Einrichtungen anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass ein rückwirkungsfreier Betrieb der spannungsführenden Elektronik einer elektrischen Einrichtung bei sehr hohen Umgebungstemperaturen ermöglicht wird, ohne eine Beschädigung oder eine übermäßige Alterung der darin befindlichen hochtemperaturanfälligen elektrischen Schaltkreise zu verursachen.
Unter Betrieb ist sowohl der aktive („Normaltemperaturmodus N“) als auch der passive Betriebszustand („Hochtemperaturmodus H“) der elektronischen Einrichtung zu verstehen.
Die Aufgabe wird durch die Temperatur-Schutzschaltung des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Temperatur-Schutzschaltung für Versorgungsspannungs-Schaltkreise von elektrischen Einrichtungen enthält eine Temperatur-Überwachungseinheit mit einem die Temperatur T erfassenden Temperatursensor und einem Temperaturschalter, der sich wahlweise in zwei Schaltzustände Hochtemperaturmodus H und Normaltemperaturmodus N nach einem Vergleich zwischen der Temperatur T und zumindest einem gespeicherten oberen Temperatur-Schwellenwert TOS und einem gespeicherten unteren Temperatur-Schwellenwert TUS bringt, wobei die Temperatur-Überwachungseinheit über ihren Temperaturschalter ausgangsseitig über eine verbindende Signalleitung mit dem am Versorgungsspannungspol angeschlossenen Versorgungsspannungs-Schaltkreis in Verbindung steht, der über eine Versorgungsspannungsleitung mit der elektrischen Einrichtung verbunden ist,
wobei die Temperatur-Überwachungseinheit mit einer Hilfsspannungsversorgungseinheit über eine Versorgungsspannungsleitung in Verbindung steht und an dem Versorgungsspannungspol angeschlossen ist und über eine Signalleitung zur Übermittlung des analogen Temperatur-Istwertsignals T mit der elektrischen Einrichtung verbunden ist,
wobei nach Erfassung einer über dem oberen Temperatur-Schwellenwert TOS liegenden Temperatur T durch den Temperatursensor beim Schalten des Temperaturschalters in den Hochtemperaturmodus H zumindest der Versorgungsspannungs-Schaltkreis der elektrischen Einrichtung durch ein Inhibit-Signal auf der verbindenden Signalleitung in den Hochtemperaturmodus H (Ruhemodus) geschaltet wird und
wobei durch die Hilfsspannungsversorgungseinheit über die mit der Temperatur-Überwachungseinheit verbundene Versorgungsspannungsleitung und über die Temperatur-Überwachungseinheit eine Spannungsversorgung der Temperatur-Schutzschaltung im Hochtemperaturmodus H bestehen bleibt.
Die elektrische Einrichtung kann, wie bereits angegeben,
ein mit dem Versorgungsspannungs-Schaltkreis verbundenes Gerät und ein daran angeschlossener Schaltkreis für eine Kommunikationsschnittstelle darstellen oder
eine externe Einrichtung unter Zwischenschaltung des mit einem Versorgungsspannungs-Schaltkreis verbundenen Gerätes und zumindest eines Schaltkreises für eine Kommunikationsschnittstelle mit der Temperatur-Schutzschaltung in Verbindung stehen.
Die elektrische Einrichtung kann aber auch direkt mit dem Versorgungsspannungs-Schaltkreis ohne zwischengeschaltetes Gerät und ohne Kommunikationsstelle über einen Bus verbunden sein.
Die Temperatur-Überwachungseinheit der Temperatur-Schutzschaltung ist über die Signalleitung mit einer Feedback-Signal-Ausgabeeinheit zur Ausgabe von Betriebszustandssignalen: „Hochtemperaturmodus H - Ruhemodus“ und „Normaltemperaturmodus N“ an weitere mit dem elektrischen Gerät in Verbindung stehende, spannungsführende externe Einrichtungen verbunden.
In einem Ausführungsbeispiel können der Versorgungsspannungs-Schaltkreis des elektrischen Gerätes und das elektrische Gerät selbst mit mindestens einem Schaltkreis für Kommunikationsschnittstellen über Versorgungsspannungsleitungen in Verbindung stehen, wobei über den Schaltkreis und über einen angeschlossenen Kommunikationsbus Signale zum Betriebszustand des Versorgungsspannungs-Schaltkreises und/oder des elektrischen Gerätes ausgegeben werden können.
Das elektrische Gerät kann eine Logik- und Steuereinheit eines Umrichters (Inverters) eines elektrischen Kältemittelverdichters sein.
Die Logik- und Steuereinheit kann ein Mikrocomputer sein.
Mittels des Temperatursensors und des von diesem ausgelösten Temperaturschalters (bei Erreichen eines bestimmten oberen Temperatur-Schwellenwertes TOS oder auch kombiniert als Temperaturschalter), kann das elektronische Gerät oder zumindest Teile davon spannungslos geschaltet und somit in einen verlustleistungslosen/-armen Zustand gebracht werden (in den so genannten Hochtemperaturmodus H).
Weiterhin ist vorgesehen, dass die im Hochtemperaturmodus H abgeschalteten Bauteile des Versorgungsspannungs-Schaltkreises davon wieder mit Spannung versorgt (Rückkehr in den so genannten „Normaltemperaturmodus N“) werden. Die beiden Schwellwerte TOS und TUS sind zusätzlich mit einer Hysterese versehen, um einen instabilen Betriebszustandswechsel zu vermeiden.
Die technische Umsetzung der erfindungsgemäßen Temperatur-Schutzschaltung kann sowohl als integraler Bestandteil des elektronischen Gerätes erfolgen, welches hochtemperaturfähig gemacht wird, als auch als separate Erweiterung über die Anschlusspunkte für beliebige elektrische Einrichtungen mit Überhitzungsproblemen realisiert sein.
Um mit dem Versorgungsspannungs-Schaltkreis direkt oder indirekt verbundene andere Einrichtungen nicht in deren aktiven Betriebszustand zu stören und keine Fehlerzustände in einem übergeordneten System hervorzurufen (d.h. damit die erfindungsgemäße Temperatur-Schutzschaltung rückwirkungsfrei arbeiten kann), sieht die Temperatur-Schutzschaltung zusätzlich eine Feedback-Signal-Ausgabeeinheit mit einem bereitgestellten analogen oder digitalen Feedback-Signal vor, welches von einer angeschlossenen Signalauswerteeinheit in den anderen elektrischen Einrichtungen oder im übergeordneten System benutzt werden kann, um sich eigenständig über den Betriebszustand des Versorgungsspannungs-Schaltkreises (Hochtemperaturmodus oder Normaltemperaturmodus) des betreffenden elektrischen Gerätes zu informieren.
Die analoge oder digitale Form des Feedback-Signals kann entweder als direkte oder indirekte Repräsentierung eines Temperatur-Istwertes T erfolgen oder in einfacher Realisierung als binäre Darstellung der beiden Modi. Das Feedback-Signal steht sowohl im Hochtemperaturmodus H (Ruhemodus - passiver Betriebszustand) als auch im Normaltemperaturmodus N (aktiver Betriebszustand) zur Verfügung.
Zusätzlich zum Feedback-Signal mit den H -, N - Signalen kann das elektronische Gerät rechtzeitig vor Aktivierung des Hochtemperaturmodus H über eine weitere Kommunikationsschnittstelle (z.B. LIN, CAN) eine Nachricht oder mehrere Nachrichten von der Signalleitung - Temperatur-Istwert T - an andere mit dem elektrischen Gerät in Verbindung stehenden externen Einrichtungen übermitteln (z.B. vorwarnen), um diese auf einen Wechsel in den Hochtemperaturmodus H (Ruhemodus) vorzubereiten und um noch letzte wichtige Betriebsparameter auszutauschen, die im Hochtemperaturmodus H nicht mehr zur Verfügung stehen.
Die der Temperatur-Schutzschaltung zugeordnete Einrichtung oder das äquivalente Gerät kann derart ausgebildet sein, dass sie/es ein Vorwarnungs-Signal ausgibt, wie hoch der Temperatur-Istwert T ist, und wenn der Temperatur-Istwert T über dem gespeicherten oberen Temperatur-Schwellenwert TOS liegt, wird somit der definierte Betriebszustand: Hochtemperaturmodus H erreicht, und im Hochtemperaturmodus H wird von der Temperatur-Überwachungseinheit der Versorgungsspannungs-Schaltkreis des Gerätes durch das Inhibit-Signal auf der verbindenden Signalleitung abgeschaltet. Das Gerät oder die Einrichtung ist damit nicht mehr spannungsversorgt. Die Hilfsspannungsversorgungseinheit versorgt dagegen aber bleibend die Temperatur-Überwachungseinheit mit Spannung über den Versorgungsspannungspol.
Bei Anschluss einer externen Einrichtung über einen Kommunikationsbus direkt an den Versorgungsspannungs-Schaltkreis, d.h. bei Abwesenheit eines Gerätes und des Schaltkreises der Kommunikationsstelle, bleibt ein Vorwarnungs-Signal aus, aber es wird ein Rückmeldungs-Signal zum Betriebszustandmodus: Hochtemperaturmodus H oder Normaltemperaturmodus N des Versorgungsspannungs-Schaltkreises über eine verbindende Signalleitung an die Feedback-Signal-Ausgabeeinheit übermittelt.
Die Temperatur-Schutzschaltung ist derart ausgebildet, dass sie sich bei Verringerung der Temperatur unter den gespeicherten oberen Temperatur-Schwellwert TOS und erfindungsgemäß unter den gespeicherten unteren Temperatur-Schwellwert TUS aus dem Hochtemperaturmodus H selbst in den Betriebszustand: Normaltemperaturmodus N zurückstellt. Mit dem Zurücknehmen des Inhibit-Signals durch die Temperatur-Überwachungseinheit wird auf der verbindenden Signalleitung zum Versorgungsspannungs-Schaltkreis der Versorgungsspannungs-Schaltkreis automatisch reaktiviert. Dabei kann eine Zuschaltung der Versorgungsspannung für die Einrichtungen bzw. für das Gerät und den Schaltkreis der Kommunikationsstelle/n erfolgen.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Temperatur-Schutzschaltung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:

1 eine erfindungsgemäße Temperatur-Schutzschaltung mit einem elektrischen Gerät und dessen Versorgungsspannungs-Schaltkreis.

In 1 ist eine Temperatur-Schutzschaltung 1 für einen Versorgungsspannungs-Schaltkreis 2 eines elektrischen Gerätes 3 dargestellt, die eine Temperatur-Überwachungseinheit 4 mit einem die Temperatur T erfassenden Temperatursensor 5 und einem Temperaturschalter 6, der sich wahlweise in zwei Schaltzustände H, N nach einem Vergleich mit einem gespeicherten oberen Temperatur-Schwellenwert TOS und einem gespeicherten unteren Temperatur-Schwellenwert TUS bringen kann, enthält,
wobei die Temperatur-Überwachungseinheit 4 über ihren Temperaturschalter 6 ausgangsseitig über eine verbindende Signalleitung 7, 7a mit dem am Versorgungsspannungspol 11 angeschlossenen Versorgungsspannungs-Schaltkreis 2 in Verbindung steht, der über eine Versorgungsspannungsleitung 9, 9a mit dem elektrischen Gerät 3 verbunden ist,
wobei die Temperatur-Überwachungseinheit 4 mit einer Hilfsspannungsversorgungseinheit 10 über eine Leitung 14 in Verbindung steht und an den Versorgungsspannungspol 11 angeschlossen ist und über eine Signalleitung 12 zur Übermittlung eines analogen Temperatur-Istwertsignals T mit dem elektrischen Gerät 3 verbunden ist,
wobei nach Erfassung einer über dem oberen Temperatur-Schwellenwert TOS liegenden Temperatur T durch den Temperatursensor 5 bei Schalten des Temperaturschalters 6 in den „Hochtemperaturmodus H“ zumindest der Versorgungsspannungs-Schaltkreis 2 des elektrischen Gerätes 3 durch ein Inhibit (Hemm)-Signal auf der verbindenden Signalleitung 7, 7a in den Ruhemodus geschaltet wird und
wobei durch die Hilfsspannungsversorgungseinheit 10 über die mit der Temperatur-Überwachungseinheit 4 verbundene Versorgungsspannungsleitung 14 und über die Temperatur-Überwachungseinheit 4 eine Spannungsversorgung der Temperatur-Schutzschaltung 1 im „Hochtemperaturmodus H“ bestehen bleibt.
Die Temperatur-Überwachungseinheit 4 ist über die verbindende Signalleitung 7, 7b mit einer Feedback-Signal-Ausgabeeinheit 13 zur Ausgabe von Betriebszustandssignalen 17 „Hochtemperaturmodus H, gleich Ruhemodus“ und „Normaltemperaturmodus N“ an weitere wahlweise mit dem elektrischen Gerät 3 in Verbindung stehende, spannungsführende Einrichtungen verbunden.
Die technische Umsetzung der erfindungsgemäßen Temperatur-Schutzschaltung 1 kann damit sowohl als integraler Bestandteil des elektronischen Gerätes 3 erfolgen, welches hochtemperaturfähig gemacht wird, als auch darüber hinaus als separate Erweiterung über die Anschlusspunkte 20, 21, 22 für beliebige elektrische Einrichtungen mit Überhitzungsproblemen realisiert sein. Das bedeutet, dass die elektrische Einrichtung mit Überhitzungsproblemen unter Zwischenschaltung eines mit einem Versorgungsspannungs-Schaltkreis 2 verbundenen Gerätes 3 und zumindest eines Schaltkreises 15 für eine Kommunikationsschnittstelle mit der Temperatur-Schutzschaltung 1 in Verbindung stehen kann. Die elektrische Einrichtung kann aber auch direkt mit dem über eine Versorgungsspannungsleitung 9 zuschaltbaren und abschaltbaren Versorgungsspannungs-Schaltkreis 2 ohne zwischengeschaltetes Gerät 3 und ohne Kommunikationsstelle 15 über einen Bus 16 verbunden sein.
Der Versorgungsspannungs-Schaltkreis 2 des elektrischen Gerätes 3 und das elektrische Gerät 3 stehen in 1 mit mindestens einem Schaltkreis 15 von Kommunikationsschnittstellen über die Versorgungsspannungsleitungen 9, 9b; 9, 9a in Verbindung, wobei über den Schaltkreis 15 der Kommunikationsstelle und über einen angeschlossenen Kommunikationsbus 16 auch Signale zum Betriebszustand des Versorgungsspannungs-Schaltkreises 2 und/oder des elektrischen Gerätes 3 ausgegeben werden.
Das elektrische Gerät 3 kann im konkreten Fall des Ausführungsbeispiels ein Umrichter (Inverter) eines elektrischen Kältemittelverdichters sein, ist aber prinzipiell auch auf jedes andere elektrische/elektronische Gerät (z.B. Steuergerät - Mikrocomputer) anwendbar. Die Temperatur-Überwachungseinheit 4 überwacht die erfasste interne Temperatur T an einer vorgegebenen Messstelle und schaltet bei Erreichen einer Temperatur T (Überhitzung), die gleich und höher als ein kritischer, gespeicherter oberer Temperatur-Schwellwert TOS ist, in einen „Hochtemperaturmodus H“ (Ruhemodus). Dieser Hochtemperaturmodus H ist so definiert, dass bestimmte kritische spannungsführende Schaltkreise/Versor- gungsspannungs-Schaltkreise 2 oder/und somit das elektrische Gerät 3 bei Überhitzung abgeschaltet werden (bzw. in einen Ruhemodus versetzt werden), um die Verlustleistung und somit die verlustleistungsbedingte Temperaturerhöhung zu minimieren.
Die zugeschaltete Hilfsspannungsversorgungseinheit 10 mit sehr geringen Verlusten versorgt dann nur noch die essentiell benötigten Schaltkreise, wie Temperatursensor 5 und Temperaturschalter 6 der Temperatur-Überwachungseinheit 4 sowie die wahlweise extern oder intern angeordnete Feedback-Signal-Ausgabeeinheit 13 mit Spannung.
Zusätzlich zum Feedback-Signal 17 mit H - , N - Signalen kann das elektronische Gerät 3 rechtzeitig vor Aktivierung des Hochtemperaturmodus H über eine weitere Kommunikationsschnittstelle 15 (z.B. LIN, CAN) eine oder mehrere Nachrichten von der Signalleitung 12 - Temperatur-Istwert T - an andere mit dem elektrischen Gerät 3 in Verbindung stehenden Einrichtungen übermitteln (vorwarnen), um diese auf den Wechsel in den Hochtemperaturmodus H (Ruhezustand) vorzubereiten und um noch letzte wichtige Betriebsparameter auszutauschen, die im Hochtemperaturmodus H nicht mehr zur Verfügung stehen.
Bei Ausstattung der Inverterelektronik 2, 3 mit einer aufweckfähigen Bus-Schnittstelle (wie CAN oder LIN) besteht eine zusätzliche Problematik. Ein eventueller externer Aufweckversuch (über den Kommunikationsbus 16, z.B. über CAN oder LIN-Bus) wird durch Abschalten eines zur Kommunikationsschnittstelle zugehörigen Bus-Transceiver-Schaltkreises 15 verhindert. Die Abschaltung des Bus-Transceiver-Schaltkreises 15 wird durch das elektrische Gerät 3 veranlasst. Andernfalls würde die Verlustleistungsreduzierung durch den weiterhin vorhandenen regelmäßigen externen Bus-Verkehr ad absurdum geführt.
Der Vorteil der Temperatur-Schutzschaltung 1 besteht darin, dass ein rückwirkungsfreier Betrieb einer Geräteelektronik 2, 3 bei sehr hohen Umgebungstemperaturen ohne Beschädigung oder übermäßige Alterung der betreffenden Schaltkreise 2, 3 ermöglicht wird, wobei das elektrische Gerät 3 hier auch als hochtemperaturanfälliger Schaltkreis angesehen werden soll.
Das der Temperatur-Schutzschaltung 1 zugeordnete Gerät 3 kann derart ausgebildet sein, dass es ein Vorwarnungs-Signal ausgibt, wie hoch der Temperatur-Istwert ist, und wenn der Temperatur-Istwert über dem gespeicherten oberen Temperatur-Schwellenwert TOS liegt, wird somit der definierte Betriebszustand: Hochtemperaturmodus H erreicht, und im Hochtemperaturmodus H wird von der Temperatur-Überwachungseinheit 4 der Versorgungsspannungs-Schaltkreis 2 des Gerätes 3 durch das Inhibit-Signal auf der verbindenden Signalleitung 7a abgeschaltet, das Gerät 3 ist nicht mehr spannungsversorgt und die Hilfsspannungsversorgungseinheit 10 versorgt bleibend die Temperatur-Überwachungseinheit 4 mit Spannung über den Versorgungsspannungspol 11.
In Ausführungsbeispielen bei Anschluss einer externen Einrichtung über einen Kommunikationsbus 16 direkt an den Versorgungsspannungs-Schaltkreis 2, d.h. bei Abwesenheit eines Gerätes 3 und des Schaltkreises 15 der Kommunikationsstelle, bleibt ein Vorwarnungs-Signal aus, aber es wird ein Rückmeldungs-Signal zum Betriebszustandmodus: Hochtemperaturmodus H oder Normaltemperaturmodus N des Versorgungsspannungs-Schaltkreises 2 über die Signalleitungen 7, 7b an die Feedback-Signal-Ausgabeeinheit 13 übermittelt.
Die Temperatur-Überwachungseinheit 4 ist in allen Ausführungsbeispielen derart mit elektrischen Funktionseinheiten und Bauelementen/Baugruppen ausgebildet, dass sie sich bei Verringerung der Temperatur unter den gespeicherten oberen Temperaturschwellwert TOS aus dem Hochtemperaturmodus H selbst in den Betriebszustand: Normaltemperaturmodus N zurückstellt. Mit dem Zurücknehmen des Inhibit-Signals auf den Signalleitungen 7, 7a wird der Versorgungsspannungs-Schaltkreis 2 wieder automatisch reaktiviert. Dabei kann eine Zuschaltung der Versorgungsspannung für die externen Einrichtungen bzw. des Gerätes 3 und des Schaltkreises 15 der Kommunikationsstelle/n erfolgen.
Der rückwirkungsfreie Betrieb besteht insbesondere

- durch Einsatz eines Temperatursensors 5 und eines von diesem ausgelösten Schalters 6 zum kontrollierten Abschalten und kontrollierten Zuschalten spannungsführender elektronischer Schaltkreise 2 bzw. in 3 und 15 bei Erreichen vorgegebener gespeicherter oberer Temperatur-Schwellwerte TOS zur Reduzierung der Verlustleistung in den elektrischen Schaltkreisen 2 bzw. in 3 und 15,
- beim Abschalten der Schaltkreise 2 bzw. in 3 und 15 erfolgt ein Überführen in einen verlustleistungslosen/-armen = passiven Betriebszustandes „Hochtemperaturmodus H“, der zugleich ein Ruhemodus ist,
- um Fehlerzustände in angeschlossenen Versorgungsspannungs-Elektroniken von angeschlossenen Einrichtungen zu vermeiden, ist ein Feedback-Signal 17 aus einer Feedback-Signal-Ausgabeeinheit 13 vorgesehen, anhand dessen sich die angeschlossenen Versorgungsspannungs-Elektroniken über den Betriebszustand (Modus) der elektronischen Schaltkreise 2 und des elektrischen Gerätes 3 informieren können und nicht fälschlicherweise ein Funktionsausfall der elektronischen Schaltkreise 2 bzw. in 3 und 15 angenommen wird,
- zusätzlich kann das elektronische Gerät 3 rechtzeitig von Aktivierung des Hochtemperaturmodus H, der gleich dem Ruhemodus ist, über eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle 15 eine Nachricht (ein Vorwarnungs-Signal) an die anderen Einrichtungen übermitteln, um diese auf den Wechsel vom aktiven Betriebszustand - Normaltemperaturmodus N - in den passiven Betriebszustand - Hochtemperaturmodus H - und umgekehrt vorzubereiten.

Bezugszeichenliste

1: Temperatur-Schutzschaltung
2: Versorgungsspannungs-Schaltkreis
3: Elektrisches Gerät
4: Temperatur-Überwachungseinheit
5: Temperatursensor
6: Temperaturschalter
7: Signalleitung
7a: abzweigende Signalleitung
7b: abzweigende Signalleitung
8: Kommunikations-Signalleitung
9: Versorgungsspannungsleitung
9a: abzweigende Versorgungsspannungsleitung
9b: abzweigende Versorgungsspannungsleitung
10: Hilfsspannungsversorgungseinheit
11: Versorgungsspannungspol
12: Signalleitung zur Übermittlung des Temperatur-Istwertes
13: Feedback-Signal-Ausgabeeinheit
14: Versorgungsspannungsleitung
15: Schaltkreis der Kommunikationsschnittstelle
16: Kommunikationsbus
17: Feedback-Signal über Betriebszustände
T: Temperatur-Istwert
TOS: oberer Temperatur-Schwellenwert
TUS: unterer Temperatur-Schwellenwert
N: Normaltemperaturmodus
H: Hochtemperaturmodus/Ruhemodus

Claims

Temperatur-Schutzschaltung (1) für Versorgungsspannungs-Schaltkreise (2) von elektrischen Einrichtungen (3), enthaltend eine Temperatur-Überwachungseinheit (4) mit einem eine Temperatur (T) erfassenden Temperatursensor (5) und einem Temperaturschalter (6), der sich wahlweise in zwei Schaltzustände (aktiver Betriebsmodus: Normaltemperaturmodus N, passiver Betriebsmodus: Hochtemperaturmodus H) nach einem Vergleich mit einem gespeicherten oberen Temperatur-Schwellenwert (TOS) und einem gespeicherten unteren Temperatur-Schwellenwert (TUS) bringt, wobei der untere Temperatur-Schwellenwert (TUS) kleiner als der obere Temperatur-Schwellwert (TOS) ist, wobei für den Fall einer ansteigenden Temperatur (T), bei einem Erreichen oder Überschreiten des oberen Temperatur-Schwellenwert (TOS) in den passiver Betriebsmodus (H) und für den Fall einer sinkenden Temperatur (T) bei einem Erreichen oder unterschreiten des unteren Temperatur-Schwellenwert (TUS) in den aktiven Betriebsmodus (N) geschaltet wird, wobei die Temperatur-Überwachungseinheit (4) über ihren Temperaturschalter (6) ausgangsseitig über eine verbindende Signalleitung (7, 7a) mit dem am Versorgungsspannungspol (11) angeschlossenen Versorgungsspannungs-Schaltkreis (2) in Verbindung steht, der über eine Versorgungsspannungsleitung (9, 9a) mit der elektrischen Einrichtung (3) verbunden ist, wobei die Temperatur-Überwachungseinheit (4) mit einer Hilfsspannungsversorgungseinheit (10) über eine Versorgungsspannungsleitung (14) in Verbindung steht und an den Versorgungsspannungspol (11) angeschlossen und über eine Signalleitung (12) zur Übermittlung eines analogen Temperatur-Istwertsignals mit der elektrischen Einrichtung (3) verbunden ist, wobei die elektrischen Einrichtung (3) derart ausgebildet ist, dass diese vor der Aktivierung des passiven Betriebsmodus (H) über eine mit der Einrichtung (3) verbundene Kommunikationsschnittstelle (15) mindestens eine Nachricht (Vorwarnungs-Signal) an andere mit der elektrischen Einrichtung (3) in Verbindung stehende Einrichtungen ausgibt, um diese auf den Wechsel in den passiven Betriebsmodus (H) vorzubereiten, wobei die Temperatur-Überwachungseinheit (4) über die Signalleitung (7, 7b) ebenfalls mit einer Feedback-Signal-Ausgabeeinheit (13) zur Ausgabe von Betriebszustandssignalen (17): Hochtemperaturmodus (H) und Normaltemperaturmodus (N) an weitere mit dem elektrischen Gerät (3) oder dem Versorgungsspannungsschaltkreis (2) direkt in Verbindung stehende, spannungsführende Einrichtungen verbunden ist,wobei nach Erfassung einer über dem oberen Temperatur-Schwellenwert (TOS) liegenden Temperatur (T) durch den Temperatursensor (5) beim Schalten des Temperaturschalters (6) in den Hochtemperaturmodus (H) zumindest der Versorgungsspannungs-Schaltkreis (2) der elektrischen Einrichtung (3) durch ein Inhibit-Signal auf der verbindenden Signalleitung (7, 7a) in den Hochtemperaturmodus (H) und somit abgeschaltet wird und wobei durch die Hilfsspannungsversorgungseinheit (10) über die mit der Temperatur-Überwachungseinheit (4) verbundene Versorgungsspannungsleitung (14) und über die Temperatur-Überwachungseinheit (4) eine Spannungsversorgung der Temperatur-Schutzschaltung (1) im Hochtemperaturmodus (H) bestehen bleibt.
Temperatur-Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungsspannungs-Schaltkreis (2) des elektrischen Gerätes (3) über die Versorgungsspannungsleitungen (9, 9b) und das elektrische Gerät (3) mit mindestens einem Schaltkreis (15) von Kommunikationsschnittstellen über die Versorgungsspannungsleitungen (9, 9a) in Verbindung steht, wobei über den Schaltkreis (15) von Kommunikationsschnittstellen und über einen angeschlossenen Kommunikationsbus (16) Signale zum Betriebszustand des Versorgungsspannungs-Schaltkreises (2) und/oder des elektrischen Gerätes (3) ausgegeben werden.
Temperatur-Schutzschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (3) eine Logik- und Steuereinheit eines Umrichters (Inverters) eines elektrischen Kältemittelverdichters ist.
Temperatur-Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Logik- und Steuereinheit ein Mikrocomputer ist.
Temperatur-Schutzschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur-Schutzschaltung (1) sowohl als integraler Bestandteil des elektronischen Gerätes (3) als auch als separate Erweiterung über Anschlusspunkte (20, 21, 22) für beliebige elektrische Einrichtungen mit verlustleistungskonformen Überhitzungsproblemen realisiert ist.
Temperatur-Schutzschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur-Überwachungseinheit (4) derart mit inneren Funktionseinheiten und Bauelementen ausgebildet ist, dass sie sich bei Verringerung des durch den Temperatursensor (5) erfassten Temperatur-Istwertes (T) unter den gespeicherten oberen Temperatur-Schwellwert (TOS) aus dem Hochtemperaturmodus (H) selbst in den Betriebszustand: Normaltemperaturmodus (N) zurückstellt, wobei mit dem Zurücknehmen des Inhibit-Signals auf der verbindenden Signalleitung (7, 7a) zum Versorgungsspannungs-Schaltkreis (2) der Versorgungsspannungs-Schaltkreis (2) automatisch reaktiviert wird.