DE102016215324A1

DE102016215324A1 - Schaltungsanordnung zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers

Info

Publication number: DE102016215324A1
Application number: DE102016215324.2A
Authority: DE
Inventors: Johannes Zondler; Yannick Chauvet; Michael Wilhelm Haas; Federico Ignacio Sanchez Pinzon
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-17
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2018-02-22
Also published as: KR20190037331A; US20190190509A1; KR102307716B1; AU2017312407A1; WO2018033374A1; CN109565273A; US10958264B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers (12), wobei die Schaltungsanordnung (10) einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (14) ein Steuersignal (16) zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers (12), insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers (12), zu erzeugen. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung (10) eine steuerbare Taktteilerschaltung (18), mittels welcher die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts- Rückwärts-Zählers (14) in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden Größe (20, 22) vorzugeben.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren nach dem nebengeordneten Patentanspruch.
Vom Markt her bekannt sind elektronische Schaltungen, welche einen elektrischen Verbraucher ansteuern können und dabei eine Leistungsaufnahme bzw. eine Stromaufnahme des elektrischen Verbrauchers ermitteln können. In Abhängigkeit von vorgebbaren Kriterien kann der elektrische Verbraucher derart angesteuert werden, dass eine thermische Überlastung des elektrischen Verbrauchers vermieden wird.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, sowie durch ein Verfahren nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers, wobei die Schaltungsanordnung einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers ein Steuersignal zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers, insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers, zu erzeugen. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung eine steuerbare Taktteilerschaltung, mittels welcher die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet ist, eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vorzugeben.
Ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler ist durch eine digitale Zählerschaltung charakterisiert, welche in Abhängigkeit von mindestens einem Taktsignal wahlweise vorwärts ("aufwärts") bzw. rückwärts ("abwärts") zählen kann, wobei ein Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers entsprechend erhöht bzw. erniedrigt wird. Dies charakterisiert zugleich eine "Zählrichtung" des Vorwärts-Rückwärts-Zählers. In einer Ausgestaltung ist der Vorwärts-Rückwärts-Zähler dazu ausgebildet, mit einem ersten und einem zweiten Taktsignal angesteuert zu werden. Falls das erste Taktsignal aktiv ist, zählt der Zähler vorwärts, falls das zweite Taktsignal aktiv ist, zählt der Zähler rückwärts. Falls keines der Taktsignale aktiv ist, zählt der Zähler nicht, wobei er seinen Zählerstand hält. Das besagte Steuersignal zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers wird vorzugsweise dann erzeugt, wenn der Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers eine vorgebbare Überlaufschwelle erreicht bzw. überschritten hat.
Eine Zählgeschwindigkeit ("Zählfrequenz") des Vorwärts-Rückwärts-Zählers ist durch eine zeitliche Änderung des Zählerstands, welcher im Allgemeinen durch eine Binärzahl charakterisiert ist, definiert. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Zählerstand mit jedem Taktschritt um einen Wert "eins" verändert. Entsprechend kann die Zählgeschwindigkeit durch die Wahl einer Taktfrequenz und/oder durch die Wahl eines die Taktteilerschaltung charakterisierenden Teilungsfaktors vorgegeben werden.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Schaltungsanordnung eine Steuerlogik auf, welche dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler in Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe derart zu betreiben, dass ein Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers mit einem jeweiligen Taktschritt um eine positive oder negative Zahl größer gleich Null veränderbar ist, wodurch die Zählrichtung und die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers vorgebbar sind. Dadurch können ein Inkrement bzw. Dekrement des Vorwärts-Rückwärts-Zählers dynamisch verändert werden. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass ein umschaltbarer Taktteiler gegebenenfalls entbehrlich ist.
Der elektrische Verbraucher kann eine beliebige elektrisch betreibbare Vorrichtung sein, beispielsweise eine Magnetspule, ein Elektromotor, oder dergleichen. Beispielsweise kann der elektrische Verbraucher mittels eines Halbleiterschalters, insbesondere mittels eines MOSFETs (englisch: "metaloxide-semiconductor field-effect transistor"), geschaltet werden. Die Schaltungsanordnung kann dazu ausgebildet sein, das thermische Verhalten des elektrischen Verbrauchers und/oder des Halbleiterschalters zu berücksichtigen bzw. nachzubilden. In einer Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, insbesondere das thermische Verhalten des "schwächeren" bzw. "kritischeren" Elements, beispielsweise des MOSFETs, zu berücksichtigen bzw. nachzubilden.
Der Iststrom des elektrischen Verbrauchers kann beispielsweise mittels eines vergleichsweise niederohmigen ohmschen Widerstands ermittelt werden, welcher in eine elektrische Zuleitung des elektrischen Verbrauchers geschaltet ist. An dem Widerstand kann proportional zum Iststrom ein Potenzial bzw. eine Spannung erfasst werden. Das Potenzial bzw. die Spannung ist dabei die den Iststrom charakterisierende Größe.
Der Nennstrom ist beispielsweise aus einem Datenblatt des elektrischen Verbrauchers bzw. des Halbleiterschalters bekannt.
Vorzugsweise ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, die Zählrichtung und die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von mindestens einer den Iststrom und den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vorzugeben. Dabei kann vorteilhaft eine Differenz in Abhängigkeit von dem Iststrom und dem Nennstrom gebildet werden, wobei bei positiver Differenz der Vorwärts-Rückwärts-Zähler vorwärts zählt und bei negativer Differenz der Vorwärts-Rückwärts-Zähler rückwärts zählt. Falls die Differenz einen vorgebbaren Betrag unterschreitet, kann der Vorwärts-Rückwärts-Zähler (vorzugsweise) angehalten werden, wobei der Zählerstand erhalten bleibt. Die besagte Differenz kann beispielsweise virtuell mittels Konfiguration der Taktteilerschaltung gebildet werden und erfordert daher nicht zwingend eine explizite Subtraktion zweier Ströme oder Spannungen.
In einer Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, die Zählrichtung und die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von mindestens einer den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vorzugeben. Diese Ausgestaltung erfolgt also ohne Verwendung bzw. Kenntnis des Nennstroms.
Insgesamt führt die Schaltungsanordnung zumindest näherungsweise eine (thermische) Überwachung des elektrischen Verbrauchers und/oder eines den elektrischen Verbraucher steuernden Halbleiterschalters nach dem so genannten "I²t-Prinzip" durch. Dabei charakterisiert ein Quadrat des Iststroms ("I²") eine durch den elektrischen Verbraucher aufgenommene Leistung. Entsprechend charakterisiert das Produkt des Quadrats des Iststroms mit der Zeit ("I²t") eine durch den elektrischen Verbraucher aufgenommene Energie, insbesondere eine Verlustenergie. Dabei ermöglicht der Vorwärts-Rückwärts-Zähler insbesondere eine Integralbildung über das besagte Produkt "I²t" des Iststroms bzw. eine Integralbildung über eine Differenz der Produkte "I²t" des Iststroms und des Nennstroms. Die mittels der Schaltungsanordnung durchgeführte Integralbildung bildet sozusagen ein thermisches Verhalten des elektrischen Verbrauchers bzw. des Halbleiterschalters nach.
In einer Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung als integrierte Halbleiterschaltung ausgeführt bzw. in einer integrierten Halbleiterschaltung mit enthalten. Die integrierte Halbleiterschaltung ist beispielsweise ein ASIC (englisch: "Application-Specific Integrated Circuit"), ein FPGA (englisch: "Field Programmable Gate Array"), ein Mikrocontroller oder dergleichen.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass ein elektrischer Verbraucher kurzzeitig mit einer höheren elektrischen Leistung als der Nennleistung betrieben werden kann. Dies betrifft beispielsweise einen Anlauf des elektrischen Verbrauchers oder eine im Betrieb mögliche kurzzeitige Lastspitze. Eine mögliche thermische Überlastung des elektrischen Verbrauchers bzw. des den elektrischen Verbraucher steuernden Halbleiterschalters kann vermieden werden.
Insbesondere kann die Schaltungsanordnung dank der steuerbaren Taktteilerschaltung vorteilhaft unter Verwendung von besonders einfachen digitalen Schaltelementen realisiert werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich, die den Iststrom charakterisierende Größe explizit zu quadrieren, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, mindestens einen Teilungsfaktor der steuerbaren Taktteilerschaltung in Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vorzugeben. Dadurch kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise die Zählgeschwindigkeit ("Zählfrequenz") des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von dem Iststrom und/oder dem Nennstrom vorgegeben werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Teilungsfaktor stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders einfache Ausführungsform für die steuerbare Taktteilerschaltung ermöglicht. Ergänzend oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Teilungsfaktor wahlfrei um jeweils einen Faktor 2 oder 4 oder 8 oder 16 oder 32 oder 64 veränderbar ist. Die letztgenannte Alternative kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn in einer Ausgestaltung die Taktteilerschaltung lediglich einen Taktteiler umfasst, mittels welchem der Vorwärts-Rückwärts-Zähler für beide Zählrichtungen getaktet werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die steuerbare Taktteilerschaltung einen ersten und einen zweiten steuerbaren Taktteiler, wobei der erste steuerbare Taktteiler dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler für ein Vorwärtszählen zu takten, und wobei der zweite steuerbare Taktteiler dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler für ein Rückwärtszählen zu takten. Dadurch kann eine Steuerung der Taktteilerschaltung besonders einfach erfolgen, und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers kann besonders flexibel verändert werden.
In einer Ausgestaltung umfasst die Taktteilerschaltung (nur) einen ersten Taktteiler, wobei der erste Taktteiler dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler an einem Takteingang zu takten, und wobei der Vorwärts-Rückwärts-Zähler mindestens einen Steuereingang für eine Zählrichtung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers aufweist, und wobei der Vorwärts-Rückwärts-Zähler dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem mindestens einen Steuereingang vorwärts zu zählen oder rückwärts zu zählen oder einen Zählerstand zu halten. Dadurch können gegebenenfalls ein Aufwand vermindert und Kosten gesenkt werden. Beispielsweise kann der Zählerstand dadurch gehalten werden, indem der eine Takteingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers mittels eines digitalen Gatters gesperrt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe mit einem Schwellwert zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs, und insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts selbst, den Schwellwert zu verändern. Durch den Vergleich mit dem Schwellwert und durch die davon abhängige Veränderung des Schwellwerts wird vorteilhaft eine vergleichsweise einfache, jedoch für den vorliegenden Zweck sehr brauchbare Analog-Digital-Umsetzung ermöglicht. Dadurch können Aufwand und Kosten gespart werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe ein erstes Potenzial, wobei das erste Potenzial mit einem ersten Eingang eines Komparators verbunden ist, und wobei ein zweiter Eingang des Komparators mit einem zweiten Potenzial verbunden ist, und wobei die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet ist, das zweite Potenzial in Abhängigkeit von dem zweiten Potenzial selbst und in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Komparators zu verändern. Dadurch wird eine vorteilhafte Möglichkeit für die oben beschriebene Analog-Digital-Umsetzung vorgeschlagen. In einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht der oben beschriebene Schwellwert dem zweiten Potenzial bzw. einer dazu vergleichbaren Spannung.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, den Schwellwert mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten vorzugeben, wobei die Schaltungsanordnung weiter dazu ausgebildet ist, dann einen in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert größeren Bezugsschwellwert auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe größer als der Schwellwert ist, und dann einen in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert kleineren Bezugsschwellwert auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe kleiner als der Schwellwert ist. Dadurch wird es vorteilhaft ermöglicht, dass der Schwellwert einem Zeitverlauf der Größe vergleichsweise schnell und dennoch mit brauchbarer Genauigkeit folgen kann. Mittels Kenntnis zumindest der beiden jeweils zeitlich zuletzt verwendeten Bezugsschwellwerte kann ein aktueller Wertebereich für die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe ermittelt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung sind zumindest einige, vorzugsweise jedoch alle, verschieden großen Bezugsschwellwerte fortlaufend zueinander zumindest näherungsweise um jeweils einen Faktor von etwa 2 verschieden. In einer Ausgestaltung weist dieser Faktor einen Wert zwischen etwa 1,3 und etwa 1,6 auf. In einer weiteren Ausgestaltung weist dieser Faktor einen Wert zwischen etwa 1,2 und etwa 1,7 auf. In einer nochmals weiteren Ausgestaltung weist dieser Faktor einen Wert zwischen etwa 1,1 und etwa 1,9 auf. Die oben beschriebene Analog-Digital-Umsetzung erfolgt vorzugsweise also nichtlinear. Zusammen mit der oben beschriebenen Eigenschaft, dass der Teilungsfaktor stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist, ergibt sich eine für das oben beschriebene "I²t-Prinzip" erforderliche Quadrierung für die den Iststrom charakterisierenden Größe sozusagen "automatisch". Dadurch kann die Schaltungsanordnung unter Verwendung von besonders einfachen digitalen Schaltelementen vorteilhaft realisiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einer den Schwellwert charakterisierenden digitalen Größe mindestens einen Teilungsfaktor der steuerbaren Taktteilerschaltung vorzugeben. Dadurch kann die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers vorteilhaft mittels des Teilungsfaktors vorgegeben werden. Verallgemeinert gesagt, ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, den Teilungsfaktor der steuerbaren Taktteilerschaltung (bzw. eines ersten und/oder eines zweiten Taktteilers der Taktteilerschaltung) in Abhängigkeit von der mindestens einen einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vorzugeben.
In einer Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, dann, wenn der Schwellwert einen vorgebbaren maximalen Bezugsschwellwert erreicht hat, den elektrischen Verbraucher (sofort) abzuschalten. Damit kann der elektrische Verbraucher und/oder ein den elektrischen Verbraucher steuernder Halbleiterschalter ergänzend in Bezug auf einen eventuellen Überstrom vorteilhaft überwacht und geschützt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers, wobei die Schaltungsanordnung einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers ein Steuersignal zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers, insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers, erzeugt. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung eine steuerbare Taktteilerschaltung, mittels welcher die Schaltungsanordnung eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vorgibt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die den Iststrom charakterisierende Größe ein Potenzial bzw. eine Spannung.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die steuerbare Taktteilerschaltung einen ersten und einen zweiten steuerbaren Taktteiler, wobei das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte aufweist:

– der erste steuerbare Taktteiler taktet den Vorwärts-Rückwärts-Zähler für ein Vorwärtszählen,
– der zweite steuerbare Taktteiler taktet den Vorwärts-Rückwärts-Zähler für ein Rückwärtszählen,
– die Schaltungsanordnung gibt einen Teilungsfaktor des ersten und/oder des zweiten steuerbaren Taktteilers in Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vor, wobei insbesondere der Teilungsfaktor stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe mit einem Schwellwert verglichen, wobei in Abhängigkeit des Vergleichs, und insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts selbst, der Schwellwert verändert wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Schwellwert ein Potenzial bzw. eine Spannung.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Schwellwert mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten vorgegeben, wobei dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert größerer Bezugsschwellwert ausgewählt wird, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe größer als der Schwellwert ist, und dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert kleinerer Bezugsschwellwert ausgewählt wird, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe kleiner als der Schwellwert ist.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe ein erstes Potenzial, wobei das erste Potenzial mit einem ersten Eingang eines Komparators verbunden ist, und wobei ein zweiter Eingang des Komparators mit einem zweiten Potenzial verbunden ist, und wobei das zweite Potenzial in Abhängigkeit von dem zweiten Potenzial selbst und einem Ausgangssignal des Komparators vorgegeben wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das zweite Potenzial mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugspotenzialen vorgegeben, wobei dann ein in Bezug auf ein aktuelles Bezugspotenzial größeres Bezugspotenzial ausgewählt wird, wenn das erste Potenzial größer als das zweite Potenzial ist, und dann ein in Bezug auf ein aktuelles Bezugspotenzial kleineres Bezugspotenzial ausgewählt wird, wenn das erste Potenzial kleiner als das zweite Potenzial ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird in Abhängigkeit von dem Schwellwert bzw. dem zweiten Potenzial eine digitale Größe ermittelt, und in Abhängigkeit von der digitalen Größe wird mindestens ein Teilungsfaktor der steuerbaren Taktteilerschaltung (bzw. eines ersten und eines zweiten Taktteilers der Taktteilerschaltung) vorgegeben.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die digitale Größe mittels eines Analog-Digital-Umsetzers ermittelt. Dadurch können der Komparator und eine mit dem Komparator zusammenwirkende digitale Logik ganz oder teilweise ersetzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die folgenden Schritte zyklisch durchgeführt:

(a) Vergleichen der den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe mit dem Schwellwert;
(b) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert größeren Bezugsschwellwerts, falls der Vergleich ein erstes Ergebnis ergibt;
(c) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert kleineren Bezugsschwellwerts, falls der Vergleich ein zweites Ergebnis ergibt;
(d) Übermitteln einer den Schwellwert charakterisierenden digitalen Größe an eine die steuerbare Taktteilerschaltung steuernde Steuerschaltung;
(e) Verändern einer Zählrichtung und/oder einer Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von der digitalen Größe;
(f) Rücksprung zum Schritt (a) des Verfahrens.

Es versteht sich, dass das Verfahren zumindest teilweise mit endlichen Verzögerungszeiten durchgeführt wird, um ein unkontrolliertes Oszillieren des Schwellwerts bzw. des zweiten Potenzials zu verhindern.
Für das beschriebene Verfahren und seine Ausgestaltungen ergeben sich vergleichbare Vorteile, wie es weiter oben für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bereits beschrieben wurde.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Ausführungsform für eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers;
2 ein Flussdiagramm für ein erstes Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung von 1; und
3 ein Flussdiagramm für ein zweites Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung von 1.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 10 zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers 12, wobei die Schaltungsanordnung 10 einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung 10 dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 ein Steuersignal 16 zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers 12, insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers 12, zu erzeugen. Vorzugsweise weist der in 1 mit dem Bezugszeichen 12 dargestellte Block einen den elektrischen Verbraucher 12 steuernden Halbleiterschalter und einen in Reihe dazu geschalteten niederohmigen Messwiderstand für den Iststrom auf.
Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung 10 eine steuerbare Taktteilerschaltung 18, mittels welcher die Schaltungsanordnung 10 dazu ausgebildet ist, eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierenden Größe 20 bzw. 22 vorzugeben.
Dabei ist die Schaltungsanordnung 10 dazu ausgebildet, mindestens einen Teilungsfaktor 24 der steuerbaren Taktteilerschaltung 18 in Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierenden Größe 20 bzw. 22 vorzugeben. In der Ausführungsform von 1 ist der Teilungsfaktor 24 stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar, und zwar vorliegend von einem Faktor 1/1 bis zu einem Faktor 1/64.
In der Schaltungsanordnung 10 der 1 umfasst die steuerbare Taktteilerschaltung 18 einen ersten und einen zweiten steuerbaren Taktteiler 18a und 18b, wobei der erste steuerbare Taktteiler 18a dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 für ein Vorwärtszählen zu takten, und wobei der zweite steuerbare Taktteiler 18b dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 für ein Rückwärtszählen zu takten. Ein symbolischer Pfeil 26 kennzeichnet einen Takteingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 für das Vorwärtszählen, und ein symbolischer Pfeil 28 kennzeichnet einen Takteingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 für das Rückwärtszählen.
Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung 10 einen (optionalen) Vorteiler 29, welcher in der 1 in einem oberen Bereich dargestellt ist. Der Vorteiler 29 weist vorliegend acht Teilerstufen auf, welche eine konfigurierbare Vorteilung eines Takteingangssignals 31 in Stufen von 1/1, 1/2, 1/4 bis 1/128 ermöglichen. Das derart vorgeteilte Takteingangssignal 31 wird als Taktsignal 31a für den ersten Taktteiler 18a und als Taktsignal 31b für den zweiten Taktteiler 18b verwendet. Mittels des Vorteilers 29 kann eine Taktfrequenz der Taktsignale 31a und 31b vorgegeben bzw. konfiguriert werden. In einer Ausführungsform erfolgt eine Konfiguration der Schaltungsanordnung 10 mittels eines so genannten "MSC-Busses" (Micro Second Bus).
Waagrechte gestrichelte Linien 33 unterhalb des Vorteilers 29 deuten an, dass die durch den Vorteiler 29 ermöglichte Taktteilung konfigurierbar ist. Vorliegend können für das Taktsignal 31a und für das Taktsignal 31b unterschiedliche Taktfrequenzen vorgegeben werden. Mittels dieser Konfiguration kann die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung 10 besonders gut an den Betrieb der Taktteiler 18a und 18b bzw. besonders gut an Eigenschaften des elektrischen Verbrauchers 12 angepasst werden.
In der Ausführungsform von 1 ist die Schaltungsanordnung 10 dazu ausgebildet, die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 20 mit einem Schwellwert 30 zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs, und insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts 30 selbst, den Schwellwert 30 zu verändern.
Dabei ist die Schaltungsanordnung 10 vorliegend dazu ausgebildet, den Schwellwert 30 mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten 30' vorzugeben, wobei die Schaltungsanordnung 10 weiter dazu ausgebildet ist, dann einen in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' größeren Bezugsschwellwert 30' auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 20 größer als der Schwellwert 30 ist, und dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' kleineren Bezugsschwellwert 30' auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 20 kleiner als der Schwellwert 30 ist.
Dazu umfasst die Schaltungsanordnung 10 von 1 einen Komparator 32 und eine Logik 34, welcher ein Ausgangssignal 32a des Komparators 32 zugeführt wird. Die den Iststrom charakterisierende Größe 20 ist einem nicht-invertierenden Eingang des Komparators 32 zugeführt, und der Schwellwert 30 ist einem invertierenden Eingang des Komparators 32 zugeführt. Dabei entsprechen die Größe 20 und der Schwellwert 30 jeweils einem elektrischen Potenzial bzw. einer Spannung.
Zumindest einige, vorzugsweise jedoch alle, verschieden großen Bezugsschwellwerte 30' sind fortlaufend zueinander zumindest näherungsweise um jeweils einen Faktor von etwa 2 verschieden. Beispielsweise sind die den Iststrom charakterisierende Größe 20 und die Bezugsschwellwerte 30' jeweils durch eine Spannung charakterisiert. Beispielsweise weisen die Bezugsschwellwerte 30' fortlaufend Werte von 10mV (Millivolt) / 15mV / 20mV / 30mV / 40mV / 60mV / 80mV / 110mV auf. Beispielsweise sind dadurch Istströme des elektrischen Verbrauchers 12 von 1A (Ampere) / 1,5A / 2A / 3A / 4A / 6A / 8A / 11A charakterisiert.
Die Schaltungsanordnung 10 von 1 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einer den Schwellwert 30 charakterisierenden digitalen Größe 36 mindestens einen Teilungsfaktor 24 der steuerbaren Taktteilerschaltung 18 vorzugeben. Dies erfolgt mittels einer Steuerschaltung 37.
Für den ersten Taktteiler 18a kennzeichnet ein Pfeil 38 den jeweiligen Teilungsfaktoren 1/64 bis 1/1 in der Zeichnung von rechts nach links aufsteigend zugeordnete Bezugsschwellwerte 30'. Diese weisen im vorliegenden Beispiel sieben Werte 15mV / 20mV / 30mV / 40mV / 60mV / 80mV / 110mV auf. Ein achter Bezugsschwellwert 30' mit dem Wert 10mV ist in der Zeichnung rechts von dem ersten Taktteiler 18a durch einen Pfeil und ein Massesymbol (jeweils ohne Bezugszeichen) charakterisiert.
Für den zweiten Taktteiler 18b kennzeichnet ein Pfeil 40 den jeweiligen Teilungsfaktoren 1/1 bis 1/64 in der Zeichnung von links nach rechts aufsteigend zugeordnete Bezugsschwellwerte 30'. Diese weisen im vorliegenden Beispiel sieben Werte 10mV / 15mV / 20mV / 30mV / 40mV / 60mV / 80mV auf. Ein achter Bezugsschwellwert 30' mit dem Wert 110mV ist in der Zeichnung rechts von dem zweiten Taktteiler 18b durch einen Pfeil und ein Massesymbol (jeweils ohne Bezugszeichen) charakterisiert.
Ein jeweils oberhalb des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b gezeichneter senkrechter Pfeil weist auf die den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 22 hin. Die Größe 22 beträgt im vorliegenden Beispiel 30mV und ist vorzugsweise für beide Taktteiler 18a und 18b gleich. Vergleiche dazu die weiter oben beschriebenen Bezugsschwellwerte 30', welche aufsteigend entlang den Pfeilen 38 und 40 zugeordnet sind.
An einem Ausgang der Steuerschaltung 37 ist mittels gestrichelter Linien und Pfeilen die Funktion der Steuerschaltung 37 veranschaulicht. Gestrichelte Linien 37a und 37b, welche waagerecht unterhalb des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b gezeichnet sind, charakterisieren jeweils eine "Multiplexer-Funktion" bzw. ein "Nachführschaltwerk". Ergänzend dazu sind jeweils sieben nach unten gerichtete Pfeile (ohne Bezugszeichen) an Ausgängen des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b dargestellt, welche jeweils von einem waagerecht entlang der Linien 37a und 37b verschiebbaren Kreissymbol "kontaktiert" werden können.
Dadurch kann jeweils ein Ausgang des ersten Taktteilers 18a mit dem Takteingang (Pfeil 26) des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 für das Vorwärtszählen verbunden werden. Entsprechend kann jeweils ein Ausgang des zweiten Taktteilers 18b mit dem Takteingang (Pfeil 28) des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 für das Rückwärtszählen verbunden werden.
Jeweilige oberhalb der waagerechten Pfeile 38 und 40 dargestellte Binärwerte "1" und "0" bedeuten eine mittels Konfiguration vorgebbare Aktivierung der jeweiligen Ausgänge des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b. Dabei bedeutet der Binärwert "1" eine Aktivierung, wobei also der jeweilige Ausgang dann, wenn er mittels der jeweiligen Multiplexer-Funktion kontaktiert ist, ein entsprechend dem Teilungsfaktor 24 geteiltes Taktsignal an den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 übermittelt. Entsprechend bedeutet der Binärwert "0", dass kein Taktsignal an den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 übermittelt wird.
Damit wird eine vergleichsweise flexible Konfiguration der Taktteiler 18a und 18b ermöglicht. Für jeden Schwellwert 30 bzw. Bezugsschwellwert 30' bzw. Ausgang der Taktteiler 18a und 18b kann ein Vorwärtszählen, ein Rückwärtszählen oder ein Haltezustand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 konfiguriert werden. Eine für einen jeweiligen Ausgang nicht gewünschte Zählrichtung wird per Konfiguration gesperrt ("deaktiviert", Binärwert "0"), und eine jeweils gewünschte Zählrichtung wird mittels des vorgebbaren Binärwerts "1" freigeschaltet ("aktiviert").
Im Fall, dass der Schwellwert 30 größer als die den Nennstrom charakterisierende Größe 22 ist, ergibt sich mit stufenweise größer werdendem Schwellwert 30 ein dem Teilungsfaktor 24 entsprechend schnelleres Vorwärtszählen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14. Vergleiche den ersten Taktteiler 18a, wobei in Richtung des Pfeils 38 zunehmend ein "schnellerer" Teilungsfaktor 24 erreicht wird.
Im Fall, dass der Schwellwert 30 kleiner als die den Nennstrom charakterisierende Größe 22 ist, ergibt sich mit stufenweise kleiner werdendem Schwellwert 30 ein dem Teilungsfaktor 24 entsprechend schnelleres Rückwärtszählen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14. Vergleiche den zweiten Taktteiler 18b, wobei entgegen der Richtung des Pfeils 40 zunehmend ein "schnellerer" Teilungsfaktor 24 erreicht wird.
Die besagte Aktivierung bzw. Deaktivierung der Ausgänge des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b im Zusammenspiel mit den zugeordneten Bezugsschwellwerten 30' sowie der Multiplexer-Funktion ("Nachführschaltwerk") wird beispielsweise nach folgenden Regeln durchgeführt:

(1) Die Kontaktierung (Kreissymbol) der Ausgänge erfolgt für den ersten und zweiten Taktteiler 18a und 18b im Beispiel von 1 auf genau gleiche Bezugsschwellwerte 30'. In 1 ist der von rechts zweite Ausgang des ersten Taktteilers 18a kontaktiert, entsprechend einem Bezugsschwellwert 30' von 20mV. Entsprechend ist der von links dritte Ausgang des zweiten Taktteilers 18b kontaktiert, entsprechend einem Bezugsschwellwert 30' von ebenfalls 20mV.
(2) Für den den Nennstrom charakterisierenden Bezugsschwellwert 30', vorliegend 30mV, sind die zugehörigen Ausgänge des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b beide deaktiviert, also "0". In Fall des Nennstroms zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 nicht, sondern behält seinen Zählerstand bei.
(3) Für alle übrigen Bezugsschwellwerte 30' wird genau einer der beiden durch die Pfeile 26 und 28 bezeichneten Takteingänge des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 mit einem Taktsignal angesteuert. Falls aktuell ein Schwellwert 30 von größer als 30mV vorliegt, dann zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 vorwärts (aufwärts). Falls aktuell ein Schwellwert 30 von kleiner als 30mV vorliegt, dann zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 rückwärts (abwärts).

Es versteht sich dass die Ausführungsform der beschriebenen "Multiplexer-Funktion" bzw. "Nachführschaltwerk" nur beispielhaft ist und mittels verschiedenartiger Elemente (Gatter, Multiplexer-Schaltungen, programmierbare Teiler, Hochohmigsteuern von Ausgängen und dergleichen) realisiert werden kann.
In einer (nicht dargestellten) Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung 10 nur den ersten Taktteiler 18a, wobei der erste Taktteiler 18a dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 zu takten, und wobei der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 mindestens einen Steuereingang für eine Zählrichtung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 aufweist, und wobei der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem mindestens einen Steuereingang vorwärts zu zählen oder rückwärts zu zählen oder einen Zählerstand zu halten. Diese Ausführungsform ist funktionsäquivalent zur Ausführungsform von 1, und ermöglicht es, die Schaltungsstruktur gegebenenfalls zu vereinfachen. Eine Ansteuerung der oben beschriebenen Multiplexer-Funktion kann gegebenenfalls etwas komplizierter sein.
Ein Betrieb der Schaltungsanordnung 10 von 1 erfolgt beispielsweise so:
In einem ersten Zustand sei angenommen, dass der Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 dem Nennstrom entspricht, welcher beispielsweise 2,5 Ampere beträgt. Die den Iststrom charakterisierende Größe 20 beträgt dabei beispielsweise 25mV. Die Logik 34 arbeitet dann wie folgt: Der Schwellwert 30 wird schrittweise unter Verwendung der Bezugsschwellwerte 30' entlang den Stufen 10mV, 15mV, 20mV, 30mV, 40mV, 60mV, 80mV, 110mV erhöht, bis der Schwellwert 30 größer als die den Iststrom charakterisierende Größe 20 ist, vorliegend also bis zu einem Wert von 30mV.
In einem folgenden Schritt wird, weil der Schwellwert 30 nun größer als die den Iststrom charakterisierende Größe 20 ist, der Schwellwert 30 unter Verwendung derselben Bezugsschwellwerte 30' um eine Stufe erniedrigt, vorliegend also auf einen Wert von 20mV. In einem folgenden Schritt wird, weil der Schwellwert 30 nun kleiner als die den Iststrom charakterisierende Größe 20 ist, der Schwellwert 30 unter Verwendung derselben Bezugsschwellwerte 30' um eine Stufe erhöht vorliegend also (wieder) auf einen Wert von 30mV. Und so fort.
Bei näherungsweise konstanter Größe 20, im Beispiel also bei etwa 25mV, oszilliert der Schwellwert 30 daher fortwährend zwischen den beiden Bezugsschwellwerten 30' von 20mV und 30mV. In einer Ausführungsform der Logik 34 wird durch eine vorgebbare Verzögerung in der Logik 34 erreicht, dass eine Frequenz der besagten Oszillation beispielsweise in derselben Größenordnung liegt, wie eine zu erwartende Änderungsgeschwindigkeit des Iststroms. Vorzugsweise ist die Frequenz der Oszillation mindestens so groß wie die zu erwartende Änderungsgeschwindigkeit des Iststroms.
In einer Ausführungsform ist die digitale Größe 36 entsprechend der Oszillation abwechselnd durch die Schwellwerte 30 von 20mV und 30mV charakterisiert. In einer dazu alternativen Ausführungsform ist die digitale Größe 36 konstant durch den unteren Schwellwert 30 von 20mV charakterisiert. In einer dazu alternativen Ausführungsform ist die digitale Größe 36 konstant durch den oberen Schwellwert 30 von 30mV charakterisiert.
Entsprechend der digitalen Größe 36 kann die Kontaktierung (Kreissymbol) des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b mittels der Multiplexer-Funktion an Ausgängen mit zueinander gleichen Schwellwerten 30 erfolgen, im Beispiel also bei 20mV bzw. 30mV bzw. abwechselnd 20mV und 30mV. Entsprechend ergibt sich im Beispiel für den ersten Taktteiler 18a ein Teilungsfaktor 24 von 1/32 bzw. 1/16 bzw. abwechselnd 1/32 und 1/16. Entsprechend ergibt sich im Beispiel für den zweiten Taktteiler 18b ein Teilungsfaktor 24 von 1/4 bzw. 1/8 bzw. abwechselnd 1/4 und 1/8.
Entsprechend diesen Teilungsfaktoren 24 und entsprechend den vorgegebenen Binärwerten "0" und "1" (siehe die Symbole für die Taktteiler 18a und 18b) zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 vergleichsweise langsam rückwärts (20mV) bzw. der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 hält seinen aktuellen Zählerstand bei (30mV), bzw. der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 zählt abwechselnd langsam rückwärts und hält seinen Zählerstand bei (20mV und 30mV). Dies ergibt sich vorliegend allein mittels des zweiten Taktteilers 18b, weil der erste Taktteiler 18a für beide Schwellwerte 30 von 20mV und 30mV jeweils mittels des Binärwerts "0" inaktiviert ist.
In einer Ausführungsform erfolgt die Kontaktierung (Kreissymbol) des ersten bzw. zweiten Taktteilers 18a und 18b mittels der Multiplexer-Funktion nur dann, wenn der zugehörige Ausgang des Taktteilers 18a bzw. 18b mit einem Binärwert "1" aktiviert ist. Auf diese Weise können unnötige Auswahlvorgänge an dem jeweils nicht benötigten Taktteiler 18a bzw. 18b vermieden werden, wodurch die Multiplexer-Funktion gegebenenfalls vereinfacht werden kann.
Wie aus der 1 zu erkennen, ist die den Nennstrom 22 charakterisierende Größe 22 durch den Schwellwert 30 bzw. den Bezugsschwellwert 30' von vorliegend 30mV angenähert. Dabei weisen beide Taktteiler 18a und 18b den Binärwert "0" auf, so dass der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 nicht getaktet wird und somit seinen aktuellen Zählerstand halten kann. Die dafür gewählten Ausgänge des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b sind jeweils durch den Pfeil 22 charakterisiert.
Es sei vorliegend angenommen, dass dieser aktuelle Zählerstand kleiner als eine Überlaufschwelle des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 ist. Entsprechend ist das Steuersignal 16 inaktiv, und weist beispielsweise einen Wert "null" auf. Der elektrische Verbraucher 12 kann mittels eines Ansteuersignals 42 in einer normalen Weise angesteuert und betrieben werden.
Es versteht sich, dass die in 1 gezeigte Beschaltung des elektrischen Verbrauchers 12 nur beispielhaft ist. Beispielsweise können das Steuersignal 16 und das Ansteuersignal 42 außerhalb des elektrischen Verbrauchers 12 mittels einer Logikschaltung oder dergleichen kombiniert werden, so dass der elektrische Verbraucher 12 bzw. ein den elektrischen Verbraucher 12 ansteuernder Halbleiterschalter mit dem kombinierten Signal angesteuert wird.
In einem darauf folgenden zweiten Zustand sei angenommen, dass der Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 kleiner wird bzw. ist, beispielsweise 1,8 Ampere. Die den Iststrom charakterisierende Größe 20 beträgt dann beispielsweise 18mV. In einer zu dem oben beschriebenen ersten Zustand vergleichbaren Weise ergibt sich damit:

– Der in der Logik 34 verwendete Schwellwert 30 oszilliert zwischen den beiden Bezugsschwellwerten 30' von 15mV und 20mV.
– Die digitale Größe 36 ist entsprechend durch einen Schwellwert 30 von 15mV bzw. 20mV bzw. abwechselnd durch die Schwellwerte 30 von 15mV und 20mV charakterisiert.
– Der Teilungsfaktor 24 des zweiten Taktteilers 18b beträgt 1/2 bzw. 1/4 bzw. abwechselnd 1/2 und 1/4.
– Der erste Taktteiler 18a ist wegen der für die Schwellwerte 30 von 15mV bzw. 20mV konfigurierten Binärwerte "0" inaktiv.
– Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 zählt fortlaufend rückwärts, und zwar entweder langsam (Teilungsfaktor 24 gleich 1/4) oder mittelschnell (Teilungsfaktor 24 gleich 1/2) oder abwechselnd langsam und mittelschnell.
– Das Steuersignal 16 ist weiterhin inaktiv.

Wie aus dem Verhalten des Komparators 32 bzw. der Logik 34 für den ersten und zweiten Zustand zu erkennen, folgen der Schwellwert 30 und entsprechend die digitale Größe 36 zumindest näherungsweise einem Zeitverlauf der den Iststrom charakterisierenden Größe 20. Der Schwellwert 30 läuft dem Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 bzw. der Größe 20 sozusagen "hinterher". Dabei oszilliert der Schwellwert 30 im Allgemeinen jeweils zwischen zwei benachbarten Bezugsschwellwerten 30'.
In einem darauf folgenden dritten Zustand sei angenommen, dass der Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 größer wird bzw. ist, und schließlich den angenommenen Nennstrom von 2,5 Ampere übersteigt.
Entsprechend dem für den ersten und zweiten Zustand beschriebenen Verhalten der Logik 34, sowie der durch die Steuerschaltung 37 bewirkten Multiplexer-Funktion, der Taktteiler 18a und 18b, und des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14, kann der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 nun vorwärts zählen, wobei eine Zählgeschwindigkeit mit größer werdendem Schwellwert 30 überproportional, insbesondere zumindest näherungsweise quadratisch, zunimmt.
Sobald der aktuelle Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 größer als die Überlaufschwelle ist, wird das Steuersignal 16 aktiv, beispielsweise "eins". Dadurch kann der elektrischen Verbraucher 12 gesteuert und insbesondere abgeschaltet werden, wodurch eine mögliche thermische Überlastung des elektrischen Verbrauchers 12 bzw. des den elektrischen Verbraucher 12 ansteuernden Halbleiterschalters verhindert werden kann.
In einer Ausführungsform sind eine thermische Kapazität und gegebenenfalls sonstige den elektrischen Verbraucher 12 bzw. den Halbleiterschalter charakterisierende, insbesondere thermische, Größen durch entsprechende Parameter der Schaltungsanordnung 10 charakterisiert. Diese Parameter können beispielsweise die Eigenschaften des Vorteilers 29 und der Taktteiler 18a und 18b, sowie einen maximalen Zählbereich des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 und eine Vorgabe der Überlaufschwelle umfassen.
Insgesamt ermöglicht die Schaltungsanordnung 10 der 1 zumindest näherungsweise eine (thermische) Überwachung des elektrischen Verbrauchers 12 nach dem so genannten "I²t-Prinzip". Dabei charakterisiert ein Quadrat des Iststroms ("I²") eine durch den elektrischen Verbraucher 12 aufgenommene Leistung. Entsprechend charakterisiert das Produkt des Quadrats des Iststroms mit der Zeit ("I²t") eine durch den elektrischen Verbraucher 12 aufgenommene Energie, insbesondere eine Verlustenergie. Dabei ermöglicht der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 insbesondere eine Integralbildung über das besagte Produkt "I²t".
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung 10 sind die Bezugsschwellwerte 30' – wie bei 1 beschrieben – fortlaufend zueinander zumindest näherungsweise um jeweils einen Faktor 2 verschieden. Zusammen mit der Eigenschaft, dass der Teilungsfaktor 24 (entlang den Pfeilen 38 bzw. 40) stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist, ergibt sich das oben beschriebene Quadrat des Iststroms "I²t" sozusagen "automatisch". Dadurch kann die Schaltungsanordnung 10 unter Verwendung von besonders einfachen digitalen Schaltelementen vorteilhaft realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung 10, insbesondere die Logik 34, dazu ausgebildet, den elektrischen Verbraucher 12 und/oder einen den elektrischen Verbraucher 12 steuernden Halbleiterschalter ergänzend in Bezug auf einen zu hohen Iststrom zu überwachen und gegebenenfalls den elektrischen Verbraucher 12 zu steuern, insbesondere abzuschalten. Dies erfolgt vorzugsweise ohne eine Mitwirkung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14.
Die 2 zeigt ergänzend zu 1 ein erstes Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung 10 zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers 12, wobei die Schaltungsanordnung 10 einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung 10 in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 ein Steuersignal 16 zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers 12, insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers 12, erzeugt. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung 10 eine steuerbare Taktteilerschaltung 18, mittels welcher die Schaltungsanordnung 10 eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierenden Größe 20, 22 vorgibt.
In einem ersten Block 100 wird die Taktteilerschaltung 18 entsprechend dem Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12 konfiguriert. Dies erfolgt insbesondere durch Vorgabe der Binärwerte "0" und "1" für die Ausgänge der Taktteiler 18a und 18b, wie es weiter oben bei 1 bereits beschrieben wurde. Außerdem können der (optionale) Vorteiler 29 und die Überlaufschwelle des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 konfiguriert werden.
In einem zweiten Block 110 wird die den Iststrom charakterisierende Größe 20 ermittelt. In einem folgenden Block 120 wird in Abhängigkeit von der Größe 20 die Zählrichtung und die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 vorgegeben.
In einem folgenden Block 130 wird in Abhängigkeit von der Überlaufschwelle des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 das Steuersignal 16 für eine eventuelle Abschaltung des elektrischen Verbrauchers 12 ermittelt. Danach verzweigt das Verfahren zu einem Eingang des Blocks 110 und wird zyklisch wiederholt.
In einer Ausführungsform ist das im Block 110 durchgeführte Verfahren durch wenigstens einen der folgenden Schritte charakterisiert:
Die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 20 wird mit dem Schwellwert 30 verglichen, wobei in Abhängigkeit des Vergleichs, und insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts 30 selbst, der Schwellwert 30 verändert wird.
Dabei wird der Schwellwert 30 mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten 30' vorgegeben, wobei dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' größerer Bezugsschwellwert 30' ausgewählt wird, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 20 größer als der Schwellwert 30 ist, und dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' kleinerer Bezugsschwellwert 30' ausgewählt, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 20 kleiner als der Schwellwert 30 ist.
In einer Ausführungsform ist das im Block 120 durchgeführte Verfahren durch wenigstens einen der folgenden Schritte charakterisiert:

– der erste steuerbare Taktteiler 18a taktet den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 für ein Vorwärtszählen,
– der zweite steuerbare Taktteiler 18b taktet den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 für ein Rückwärtszählen,
– die Schaltungsanordnung 10 gibt einen Teilungsfaktor 24 des ersten und/oder des zweiten steuerbaren Taktteilers 18a bzw. 18b in Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierenden Größe 20, 22 vor, wobei insbesondere der Teilungsfaktor 24 stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist. Mittels der weiter oben beschriebenen Binärwerte ist sichergestellt, dass der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 höchstens ein Taktsignal von den Taktteilern 18a und 18b erhält.

Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform für ein Verfahren zum Betrieb der Schaltungsanordnung 10 von 1. Dabei werden die folgenden Schritte zyklisch durchgeführt:

(a) Vergleichen der den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierenden Größe 20 mit dem Schwellwert 30; (Block 200);
(b) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' größeren Bezugsschwellwerts 30', falls der Vergleich ein erstes Ergebnis ergibt; (Block 210);
(c) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' kleineren Bezugsschwellwerts 30', falls der Vergleich ein zweites Ergebnis ergibt; das erste und das Ergebnis sind vorzugsweise durch einen jeweiligen Logikpegel des Ausgangssignals 32a des Komparators 32 charakterisiert; (Block 220);
(d) Übermitteln einer den Schwellwert 30 charakterisierenden digitalen Größe 36 an die die steuerbare Taktteilerschaltung 18 steuernde Steuerschaltung 37; (Block 230);
(e) Verändern einer Zählrichtung und/oder einer Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 in Abhängigkeit von der digitalen Größe 36; (Block 240);
(f) Rücksprung zum Schritt (a) bzw. Block 200 des Verfahrens.

Soweit sinnvoll, können die Schritte gemäß der 2 und 3 optional kombiniert werden.

Claims

Schaltungsanordnung (10) zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers (12), wobei die Schaltungsanordnung (10) einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (14) ein Steuersignal (16) zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers (12), insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers (12), zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) eine steuerbare Taktteilerschaltung (18) umfasst, mittels welcher die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (14) in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden Größe (20, 22) vorzugeben.
Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, mindestens einen Teilungsfaktor (24) der steuerbaren Taktteilerschaltung (18) in Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden Größe (20, 22) vorzugeben.
Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 2, wobei der Teilungsfaktor (24) stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist.
Schaltungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die steuerbare Taktteilerschaltung (18) einen ersten und einen zweiten steuerbaren Taktteiler (18a, 18b) umfasst, und wobei der erste steuerbare Taktteiler (18a) dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) für ein Vorwärtszählen zu takten, und wobei der zweite steuerbare Taktteiler (18b) dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) für ein Rückwärtszählen zu takten.
Schaltungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierende Größe (20) mit einem Schwellwert (30) zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs, und insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts (30) selbst, den Schwellwert (30) zu verändern.
Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 5, wobei die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, den Schwellwert (30) mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten (30') vorzugeben, und wobei die Schaltungsanordnung (10) weiter dazu ausgebildet ist, dann einen in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert (30') größeren Bezugsschwellwert (30') auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierende Größe (20) größer als der Schwellwert (30) ist, und dann einen in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert (30') kleineren Bezugsschwellwert (30') auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierende Größe (20) kleiner als der Schwellwert (30) ist.
Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 6, wobei zumindest einige, vorzugsweise jedoch alle, verschieden großen Bezugsschwellwerte (30') fortlaufend zueinander zumindest näherungsweise um jeweils einen Faktor von etwa √2 verschieden sind.
Schaltungsanordnung (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer den Schwellwert (30) charakterisierenden digitalen Größe (36) mindestens einen Teilungsfaktor (24) der steuerbaren Taktteilerschaltung (18) vorzugeben.
Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung (10) zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers (12), wobei die Schaltungsanordnung (10) einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung (10) in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (14) ein Steuersignal (16) zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers (12), insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers (12), erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) eine steuerbare Taktteilerschaltung (18) umfasst, mittels welcher die Schaltungsanordnung (10) eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (14) in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden Größe (20, 22) vorgibt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die steuerbare Taktteilerschaltung (18) einen ersten und einen zweiten steuerbaren Taktteiler (18a, 18b) umfasst, und wobei das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte aufweist: – der erste steuerbare Taktteiler (18a) taktet den Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) für ein Vorwärtszählen, – der zweite steuerbare Taktteiler (18b) taktet den Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) für ein Rückwärtszählen, – die Schaltungsanordnung (10) gibt einen Teilungsfaktor (24) des ersten und/oder des zweiten steuerbaren Taktteilers (18a, 18b) in Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden Größe (20, 22) vor, wobei insbesondere der Teilungsfaktor (24) stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierende Größe (20) mit einem Schwellwert (30) verglichen wird, und wobei in Abhängigkeit des Vergleichs, und insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts (30) selbst, der Schwellwert (30) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schwellwert (30) mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten (30') vorgegeben wird, und wobei dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert (30') größerer Bezugsschwellwert (30') ausgewählt wird, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierende Größe (20) größer als der Schwellwert (30) ist, und dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert (30') kleinerer Bezugsschwellwert (30') ausgewählt wird, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierende Größe (20) kleiner als der Schwellwert (30) ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die folgenden Schritte zyklisch durchgeführt werden: (a) Vergleichen der den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden Größe (20) mit dem Schwellwert (30); (b) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert (30') größeren Bezugsschwellwerts (30'), falls der Vergleich ein erstes Ergebnis ergibt; (c) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert (30') kleineren Bezugsschwellwerts (30'), falls der Vergleich ein zweites Ergebnis ergibt; (d) Übermitteln einer den Schwellwert (30) charakterisierenden digitalen Größe (36) an eine die steuerbare Taktteilerschaltung (18) steuernde Steuerschaltung (37); (e) Verändern (37a, 37b) einer Zählrichtung und/oder einer Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (14) in Abhängigkeit von der digitalen Größe (36); (f) Rücksprung zum Schritt (a) des Verfahrens.