DE102017215415A1 - Overload detection with dynamic gradient adjustment - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen (insbesondere Halbleiterbauelementen, wie z.B. MOSFET Transistoren) oder elektrischen Geräten, wobei über ein temperaturabhängiges Bauteil, das am oder in der Nähe des zu überwachenden Bauteils oder des Gerätes angebracht ist, und mittels eines mit dem temperaturabhängigen Bauteil gekoppelten Mikrocontroller oder Fensterkomparator die Temperatursteigung und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am zu überwachenden Bauteil oder Gerät bestimmbar ist, wobei basierend auf der ermittelten Steigung der Temperatur und/oder der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur bei Erreichen eines definierten Schwellwertes der Temperatursteigung und/oder der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur durch den Mikrocomputer Schutzmechanismen für das zu überwachende Bauteil oder zu überwachende Gerät aktivierbar sind, wobei der Schwellwert für die Temperatursteigung und/oder der Änderungsgeschwindigkeit bei der Schutzmechanismen aktivierbar sind, auf Basis eines aktuell erfassten Temperaturwertes des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes erfolgt, oder in Abhängigkeit von einer bereits erreichten Temperatur des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes.Method and circuit arrangement for temperature monitoring of electronic components (in particular semiconductor components, such as MOSFET transistors) or electrical devices, wherein a temperature-dependent component, which is mounted on or in the vicinity of the component or device to be monitored, and by means of a temperature-dependent component Coupled microcontroller or window comparator the temperature gradient and / or the rate of change of the temperature to be monitored component or device can be determined, based on the determined slope of the temperature and / or the rate of change of the temperature upon reaching a defined threshold of the temperature gradient and / or the rate of change Temperature can be activated by the microcomputer protection mechanisms for the component to be monitored or monitored device, wherein the threshold for the temperature gradient and / or the Änderungsges speed at which protective mechanisms can be activated, based on a currently detected temperature value of the component or device to be monitored, or depending on an already reached temperature of the component or device to be monitored.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen oder Geräten.The invention relates to a method and a circuit arrangement for temperature monitoring of electronic components or devices.

Temperaturüberwachung bzw. zur Überlasterkennung von elektronischen Bauteilen, wie z.B. Halbleiterbauelementen, wie MOSFET Transistoren ist u.a. die Temperaturmessung am Bauteil und der Vergleich der gemessenen Temperatur mit einem Referenzwert bekannt.Temperature monitoring or for the overload detection of electronic components, such. Semiconductor devices, such as MOSFET transistors, i.a. the temperature measurement on the component and the comparison of the measured temperature with a reference value known.

Die deutsche Patentanmeldung DE102010042905A1 offenbart ein Halbleiterbauelement mit der Möglichkeit zur Detektion thermisch bedingter Fehler. Das offenbarte Halbleiterbauelement umfasst eine Temperatursensoranordnung, die ein Temperaturmesssignal bereitstellt, das von der Temperatur in oder nahe einem aktiven Bereich abhängt, wobei das Messsignal einen Anstieg (d.h. einen Gradienten) von zeitabhängiger Steilheit aufweist.The German patent application DE102010042905A1 discloses a semiconductor device with the ability to detect thermally induced errors. The disclosed semiconductor device includes a temperature sensor assembly that provides a temperature measurement signal that is dependent on the temperature in or near an active region, the measurement signal having an increase (ie, a gradient) of time-dependent slope.

In der US Patentschrift US6717225B2 sind ein Verfahren und ein elektrischer Schaltkreis zur Temperaturüberwachung von elektrischen Bauelementen unter Ausnutzung des Seebeck-Effekts offenbart, wobei die Überwachung über eine Schwellwerterkennung erfolgt.In the US patent specification US6717225B2 discloses a method and an electrical circuit for monitoring the temperature of electrical components using the Seebeck effect, wherein the monitoring takes place via a threshold detection.

Bei einer Temperaturüberwachung über Schwellwerterkennung werden im Überlastfall entsprechende Gegenmassnahmen zum Schutz des Bauteils (wie z.B. Abschalten oder Reduzierung der Stromzufuhr) oft zu spät eingeleitet.In the case of temperature monitoring via threshold detection, appropriate countermeasures for protecting the component (such as switching off or reducing the power supply) are often initiated too late in the event of an overload.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen bereitzustellen, um in einem Überlastfall sicher Gegenmassnahmen zum Schutz des Bauteils einleiten zu können.It is therefore the object of the present invention to provide a method and a circuit arrangement for monitoring the temperature of electronic components, in order to be able to initiate countermeasures for the protection of the component in the event of an overload.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen oder elektrischen Geräten, wobei über ein temperaturabhängiges Bauteil, das am oder in der Nähe des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes angebracht ist, die Temperatursteigung am zu überwachenden Bauteil oder Gerät bestimmt wird, wobei basierend auf der ermittelten Steigung der Temperatur jeweils bei Erreichen eines definierten Schwellwertes für die Temperatursteigung Schutzmechanismen für das zu überwachende Bauteil oder das Gerät aktiviert werden, wobei der Schwellwert für die Temperatursteigung (d.h. den Temperaturanstieg), bei der Schutzmechanismen eingeleitet werden, abhängig ist von einer bereits erreichten Temperatur des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes. Die Temperatursteigung entspricht der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur. Die Bestimmung des Schwellwertes für die Temperatursteigung, bei der Schutzmechanismen eingeleitet werden, erfolgt jeweils auf Basis eines aktuell erfassten Temperaturwertes am zu überwachenden Bauteil (BT) oder Gerät. Ein aktuell erfasster Temperaturwert am zu überwachenden Bauteil (BT) oder Gerät entspricht somit einer Ausgangstemperatur für die Ermittlung der Temperatursteigung.The object is achieved by a method for monitoring the temperature of electronic components or electrical devices, wherein a temperature-dependent component, which is mounted on or in the vicinity of the component or device to be monitored, the temperature gradient is determined at the monitored component or device, based Protective mechanisms for the monitored component or the device are activated on the determined slope of the temperature in each case upon reaching a defined threshold for the temperature gradient, wherein the threshold for the temperature increase (ie the temperature rise), are initiated at the protection mechanisms, already reached temperature of the monitored component or device. The temperature gradient corresponds to the rate of change of the temperature. The determination of the threshold value for the temperature gradient at which protection mechanisms are initiated takes place in each case on the basis of a currently detected temperature value at the component (BT) or device to be monitored. A currently detected temperature value at the component (BT) or device to be monitored thus corresponds to an output temperature for determining the temperature gradient.

Die Temperaturüberwachung ist z.B. zum Schutz der Bauelemente(z.B. Schaltelement) in einem Gerät für das Lichtmanagement (z.B. Dimmer) einsetzbar. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird die Temperatur in der Nähe oder direkt am zu überwachenden Bauelement gemessen und die Änderungsgeschwindigkeit (dT/dt) der Temperatur bzw. die Temperatursteigung berechnet. Auf Grundlage der Änderungsgeschwindigkeit können Rückschlüsse auf die zu erwartende Temperatur im Gerät bzw. am Bauelement getroffen und prädiktiv Schutzmechanismen zum Schutz des Bauelements eingeleitet werden, um das Bauelement bzw. das Gerät in dem sich das Bauelement befindet, vor Beschädigungen zu schützen.The temperature monitoring is e.g. for protecting the components (e.g., switching element) in a light management device (e.g., dimmer). In the method according to the invention, the temperature in the vicinity of or directly at the component to be monitored is measured, and the rate of change (dT / dt) of the temperature or the temperature gradient is calculated. Based on the rate of change conclusions can be made on the expected temperature in the device or on the component and predictive protection mechanisms are introduced to protect the device to protect the device or the device in which the device is located, from damage.

Das erfindungsgemässe Verfahren bietet insbesondere die Möglichkeit, über eine erkannte Temperatursteigerung Rückschlüsse auf die zu erwartende Temperatur zu machen und daraus auf eine zu erwartende Überlast zu schliessen. Das erfindungsgemässe Verfahren basiert somit auf einer Überlasterkennung mit dynamischer Steigungsanpassung, wobei die Steigungsanpassung auf der Vorbelastung des zu überwachenden Bauteils bzw. Gerätes basiert.In particular, the method according to the invention offers the possibility of making conclusions about the expected temperature via a recognized increase in temperature, and to deduce therefrom an expected overload. The inventive method is thus based on an overload detection with dynamic pitch adjustment, the pitch adjustment based on the preload of the component or device to be monitored.

Das temperaturabhängige Bauteil (z.B. ein Temperatursensor (z.B. ein Halbleitertemperatursensor) oder ein Thermistor) erkennt das Delta (d.h. eine Änderung) einer elektrischen Kenngrösse des zu überwachenden elektronischen Bauteils bzw. des zu überwachenden elektrischen Gerätes. Beim temperaturabhängigen Bauteil kann es sich z.B. um ein aktives Thermoelement handeln (z.B. Seebeck-Gerät, Thermoelement mit Seebeck-Effekt, wobei eine elektrische Leistungsänderung (Strom und/oder Spannung) erkannt wird) oder um ein passives (z.B. NTC, PTC; wobei eine Änderung des ohmschen Widerstandes erkannt wird). Als temperaturabhängiges Bauteil kann somit z.B. ein Temperatursensor (z.B. ein Halbleitertemperatursensor) oder ein Thermistor verwendet werden.The temperature dependent device (e.g., a temperature sensor (e.g., a semiconductor temperature sensor) or a thermistor) detects the delta (i.e., a change) in an electrical characteristic of the electronic device (s) to be monitored. The temperature-dependent component may be e.g. to be an active thermocouple (eg Seebeck device, thermocouple with Seebeck effect, whereby an electrical power change (current and / or voltage) is detected) or a passive (eg NTC, PTC, whereby a change in the ohmic resistance is detected) , As a temperature-dependent component can thus, for. a temperature sensor (e.g., a semiconductor temperature sensor) or a thermistor may be used.

Insbesondere in einem Mehrkanal-Dimmer wird, durch Schaltvorgänge und Leitungsverluste Wärmeenergie erzeugt. Durch diese erhitzen sich die eingesetzten Schaltelemente und können bei zu hoher Belastung dadurch geschädigt oder sogar zerstört werden. Da der Anschluss einer Überlast nur sehr schwer zu verhindern ist, stellt das erfindungsgemässe Verfahren einen Mechanismus bereit, der vor Überhitzung schützt. Erfindungsgemäss wird die Schwellsteigung (d.h. der Schwellwert der Temperatursteigung) dynamisch zu der bereits erreichten Temperatur des zu überwachenden Bauteils (z.B. eines Schaltelements) oder Gerätes angepasst. Die Vorbelastung des zu überwachenden Bauteils (z.B. eines Schaltelements) oder Gerätes wird somit bei der Bestimmung des Schwellwertes bei dessen Erreichen Schutzmassnahmen eingeleitet werden, berücksichtigt. Mit Vorteil werden die Schutzmassnahmen bei Erreichen des Schwellwertes automatisch eingeleitet.In particular, in a multi-channel dimmer is generated by switching operations and line losses heat energy. This heats the switching elements used and can be damaged or even destroyed by excessive load. Since the connection of an overload only is very difficult to prevent, the inventive method provides a mechanism that protects against overheating. According to the invention, the threshold slope (ie the threshold value of the temperature gradient) is dynamically adapted to the already reached temperature of the component to be monitored (eg a switching element) or device. The preloading of the component to be monitored (eg a switching element) or device is thus taken into account in the determination of the threshold value at which protective measures are taken. Advantageously, the protective measures are automatically initiated when the threshold value is reached.

Über die erkannte Steigung der Temperatur bzw. über die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur lassen sich insbesondere für eine prädiktive und vorausschauende Überwachung effektivere und zeitlich adäquatere Schutzmechanismen aktivieren als über eine Überwachung basierend auf einer absoluten Schwellwerterkennung bzw. einer Schwellwerterkennung ohne Berücksichtigung der Vorbelastung des zu überwachenden Bauteils.By means of the detected temperature rise or the rate of change of the temperature, more effective and temporally more adequate protection mechanisms can be activated, in particular for a predictive and predictive monitoring, than via monitoring based on absolute threshold detection or threshold detection without consideration of the preloading of the component to be monitored.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Schwellwert für die Steigung bzw. der Schwellwert für die Änderungsgeschwindigkeit bei der Schutzmechanismen eingeleitet werden, abhängig ist von einer Starttemperatur bzw. einer aktuell erfassten Temperatur. Die Erwärmungskurve folgt im Wesentlichen einer E-Funktion.A further advantageous embodiment of the invention is that the threshold for the slope or the threshold value for the rate of change in the protection mechanisms are initiated, is dependent on a start temperature or a currently detected temperature. The heating curve essentially follows an E-function.

Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Schwellwert für die Temperatursteigung dynamisch zur bereits erreichten Temperatur des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes angepasst wird. Damit wird das Risiko einer Überhitzung vermindert oder sogar komplett vermieden. Mit Vorteil ist die Beziehung zwischen der Bauteiltemperatur und der Temperatursteigerungsschwelle frei einstellbar. Dadurch erreicht man eine maximale Flexibilität hinsichtlich der temperaturabhängigen Auslösung von Schutzmassnahmen für das zu überwachende Bauelement oder Gerät. Mit Vorteil wird die Abhängigkeit von einer geeigneten elektronischen Schaltung z.B. Microcontroller gesteuert.A first advantageous embodiment of the invention is that the threshold for the temperature gradient is dynamically adjusted to the already reached temperature of the component or device to be monitored. This reduces or even completely eliminates the risk of overheating. Advantageously, the relationship between the component temperature and the temperature increase threshold is freely adjustable. This achieves maximum flexibility with regard to the temperature-dependent triggering of protective measures for the component or device to be monitored. Advantageously, the dependence on a suitable electronic circuit e.g. Microcontroller controlled.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Beziehung zwischen Ausgangstemperatur des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes und des jeweiligen Schwellwertes für die Temperatursteigung bei der Schutzmechanismen eingeleitet werden indirekt-proportional ist. Mit Vorteil wird die Schwellsteigung dynamisch zur bereits erreichten Temperatur des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes angepasst. Mit Vorteil ist die Beziehung ist indirekt-proportional, d.h. je höher die Ausgangstemperatur des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes desto geringer wird die Temperatursteigerung die erreicht werden darf bevor Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.A further advantageous embodiment of the invention lies in the fact that the relationship between the starting temperature of the component or device to be monitored and the respective threshold value for the temperature gradient in which the protective mechanisms are initiated is indirectly proportional. Advantageously, the threshold slope is dynamically adjusted to the already reached temperature of the component or device to be monitored. Advantageously, the relationship is indirectly proportional, i. the higher the starting temperature of the component or device to be monitored, the lower the temperature increase that may be achieved before countermeasures are initiated.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass zur Bestimmung der Temperatursteigung bei Erreichung eines ersten definierten Temperaturwertes am zu überwachenden Bauteil oder Gerät ein Timer gestartet wird, der solange läuft, bis ein zweiter definierter Temperaturwert am zu überwachenden Bauteil oder Gerät erreicht wird, wobei mit der vom Timer ermittelten Zeitspanne, den Messzeitpunkten für den ersten und den zweiten Temperaturwert und den ersten und zweiten definierten Temperaturwertes die Steigung der Temperatur am zu überwachenden Bauteil oder Gerät bestimmt wird. Die Ermittlung von Steigung der Temperatur bzw. Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur ist leicht entsprechende Software oder Firmware auf dem Mikrocontroller implementierbar.A further advantageous embodiment of the invention is that for determining the temperature gradient upon reaching a first defined temperature value on the component or device to be monitored, a timer is started, which runs until a second defined temperature value is reached on the component or device to be monitored, wherein the temperature of the component or device to be monitored is determined by the time interval determined by the timer, the measurement times for the first and second temperature values, and the first and second defined temperature values. The determination of the slope of the temperature or the rate of change of the temperature can easily be implemented by appropriate software or firmware on the microcontroller.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass es sich beim temperaturabhängigen Bauteil um einen temperaturabhängigen Widerstand (z.B. Thermistor), insbesondere einen NTC-Widerstand, einen PTC-Widerstand, oder ein Thermoelement, insbesondere einen Temperatursensor, handelt. A further advantageous embodiment of the invention is that the temperature-dependent component is a temperature-dependent resistor (for example thermistor), in particular an NTC resistor, a PTC resistor, or a thermocouple, in particular a temperature sensor.

Als temperaturabhängiges Bauteil können somit handelsübliche Bauelemente verwendet werden. Ein PTC-Widerstand (auch als Kaltleiter bekannt) ist ein temperaturabhängiger Halbleiterwiderstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC steht für Positive Temperature Coefficient). Ein NTC-Widerstand (auch als Heissleiter bekannt) ist auch ein temperaturabhängiger Halbleiterwiderstand, allerdings mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (NTC steht für Negative Temperature Coefficient).As a temperature-dependent component thus commercially available components can be used. A PTC resistor (also known as PTC resistor) is a temperature-dependent semiconductor resistor with a positive temperature coefficient (PTC stands for Positive Temperature Coefficient). An NTC resistor (also known as a hot conductor) is also a temperature-dependent semiconductor resistor, but with a negative temperature coefficient (NTC stands for Negative Temperature Coefficient).

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Schaltungsanordnung zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen oder elektrischen Geräten (z.B. Heizlüfter), wobei über ein temperaturabhängiges Bauteil, das am oder in der Nähe des zu überwachenden Bauteils oder des Gerätes angebracht ist, und mittels eines mit dem temperaturabhängigen Bauteil gekoppelten Mikrocontroller oder Fensterkomparator die Temperatursteigung am zu überwachenden Bauteil oder Gerät bestimmbar ist, wobei basierend auf der ermittelten Steigung der Temperatur bei Erreichen eines definierten Schwellwertes der Temperatursteigung durch den Mikrocomputer Schutzmechanismen für das zu überwachende Bauteil oder zu überwachende Gerät aktivierbar sind, wobei der Schwellwert für die Temperatursteigung bei der Schutzmechanismen aktivierbar sind, jeweils auf Basis eines aktuell erfassten Temperaturwertes des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes bestimmbar ist. Die Schaltungsanordnung ist mit handelsüblichen Schaltungselementen realisierbar. Als temperaturabhängiges Bauteil sind z.B. temperaturabhängige Widerstände verwendbar, wie z.B. PTC- oder NTC-Widerstände. Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung bietet insbesondere die Möglichkeit, über eine erkannte Temperatursteigerung Rückschlüsse auf die zu erwartende Temperatur zu machen und daraus auf eine zu erwartende Überlast zu schliessen. Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung basiert somit auf einer Überlasterkennung mit dynamischer Steigungsanpassung, wobei die Steigungsanpassung auf der Vorbelastung des zu überwachenden Bauteils bzw. Gerätes basiert.The object is further achieved by a circuit arrangement for monitoring the temperature of electronic components or electrical devices (eg fan heater), wherein a temperature-dependent component, which is mounted on or in the vicinity of the component to be monitored or the device, and by means of a temperature-dependent component Coupled microcontroller or window comparator the temperature gradient of the component or device to be monitored can be determined, based on the determined slope of the temperature upon reaching a defined threshold of temperature increase by the microcomputer protection mechanisms for the component to be monitored or device to be monitored can be activated, the threshold for the temperature gradient in the protective mechanisms can be activated, in each case on the basis of a currently detected temperature value of the monitored component or device can be determined. The Circuit arrangement can be realized with commercially available circuit elements. As a temperature-dependent component, for example, temperature-dependent resistors are used, such as PTC or NTC resistors. In particular, the circuit arrangement according to the invention offers the possibility of making conclusions as to the expected temperature via a recognized increase in temperature and to deduce therefrom an expected overload. The inventive circuit arrangement is thus based on an overload detection with dynamic pitch adjustment, wherein the pitch adjustment based on the preload of the component or device to be monitored.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass zur Bestimmung der Temperatursteigung bei Erreichung eines ersten definierten Temperaturwertes am zu überwachenden Bauteil oder Gerät, mittels des Mikrocontrollers bzw. mittels des Fensterkomparators ein Timer gestartet wird, der solange läuft, bis ein zweiter definierter Temperaturwert am zu überwachenden Bauteil oder Gerät erreicht wird, wobei mit der vom Timer ermittelten Zeitspanne, den Messzeitpunkten für den ersten und den zweiten Temperaturwert und den ersten und zweiten definierten Temperaturwertes die Steigung der Temperatur am zu überwachenden Bauteil oder Gerät im Mikrocomputer bzw. im Fensterkomparator bestimmt wird. Dies lässt sich mit dem Mikrocomputer bzw. einem Mikroprozessor leicht mit entsprechender Software oder Firmware implementieren.A further advantageous embodiment of the invention is that for determining the temperature gradient upon reaching a first defined temperature value on the component or device to be monitored, a timer is started by means of the microcontroller or by means of the window comparator, which runs until a second defined temperature value on to be monitored component or device is reached, wherein the temperature determined by the timer, the measurement times for the first and the second temperature value and the first and second defined temperature value, the slope of the temperature to be monitored component or device in the microcomputer or in the window comparator , This can be easily implemented with the microcomputer or a microprocessor with appropriate software or firmware.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Mikrocontroller über einen Port mit einem Spannungsteiler aus einem ohmschen Widerstand und dem temperaturabhängigen Bauteil verbunden ist, wobei aus der am Port anliegenden Spannung vom Mikrocomputer die Temperatur des temperaturabhängigen Bauteils bestimmbar ist. Der Spannungsteiler ist mit handelsüblichen Bauteilen aus einem Ohmschen Widerstand und z.B. einem geeigneten handelsüblichen NTC-Widerstand als temperaturabhängiges Bauteil realisierbar. Ein ohmscher Widerstand hat einen festen ohmschen Wert.A further advantageous embodiment of the invention is that the microcontroller is connected via a port with a voltage divider of an ohmic resistance and the temperature-dependent component, wherein from the voltage applied to the port of the microcomputer, the temperature of the temperature-dependent component can be determined. The voltage divider is made with commercially available components of an ohmic resistor and e.g. a suitable commercially available NTC resistor as a temperature-dependent component feasible. An ohmic resistance has a fixed ohmic value.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass es sich beim temperaturabhängigen Bauteil (R1) um einen temperaturabhängigen Widerstand, insbesondere einen NTC-Widerstand, einen PTC-Widerstand, oder ein Thermoelement, insbesondere einen Temperatursensor, handelt. Als temperaturabhängiges Bauteil sind somit geeignete handelsübliche Bauelemente verwendbar. Als Thermoelement sind z.B. geeignete Halbleiter-Temperatursensoren oder Thermistoren verwendbar.A further advantageous embodiment of the invention is that the temperature-dependent component (R1) is a temperature-dependent resistor, in particular an NTC resistor, a PTC resistor, or a thermocouple, in particular a temperature sensor. As a temperature-dependent component thus suitable commercial components are used. As a thermocouple, e.g. suitable semiconductor temperature sensors or thermistors usable.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass für die Bestimmung der Temperatursteigung am zu überwachenden Bauteil am zu überwachenden Bauteil ein entsprechend konfigurierter Fensterkomparator verwendet wird. Durch die Verwendung eines Komparators kann der Mikrokontroller und somit die Schaltungsanordnung kostengünstiger bereitgestellt werden. Der Komparator erkennt die Schwellspannungen und damit auch die Schwelltemperaturen.A further advantageous embodiment of the invention is that a correspondingly configured window comparator is used for determining the temperature gradient on the component to be monitored on the component to be monitored. By using a comparator, the microcontroller and thus the circuit arrangement can be provided more cheaply. The comparator detects the threshold voltages and thus also the threshold temperatures.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 eine erste beispielhafte Schaltungsanordnung zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen,
  • 2 ein beispielhaftes Zeit-/Temperatur-Diagramm zur Ermittlung der Steigung der Temperatur,
  • 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen,
  • 4 eine zweite beispielhafte Schaltungsanordnung zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen, und
  • 5 ein beispielhaftes Diagramm für den Verlauf von Schwellwerten in Abhängigkeit einer erfassten Bauteiltemperatur.
The invention and advantageous embodiments of the present invention will be explained using the example of the following figures. Showing:
  • 1 a first exemplary circuit arrangement for monitoring the temperature of electronic components,
  • 2 an exemplary time / temperature diagram for determining the slope of the temperature,
  • 3 an exemplary flowchart for temperature monitoring of electronic components,
  • 4 a second exemplary circuit arrangement for temperature monitoring of electronic components, and
  • 5 an exemplary diagram for the course of thresholds as a function of a detected component temperature.

1 zeigt eine erste beispielhafte Schaltungsanordnung SA zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen BT oder elektrischen Geräten, wobei über ein temperaturabhängiges Bauteil R1, das am oder in der Nähe des zu überwachenden Bauteils BT oder des Gerätes angebracht ist, und mittels eines mit dem temperaturabhängigen Bauteil R1 gekoppelten Mikrocontroller C oder Fensterkomparator FK die Temperatursteigung am zu überwachenden Bauteil BT oder Gerät bestimmbar ist, wobei basierend auf der ermittelten Steigung G der Temperatur bei Erreichen eines definierten Schwellwertes der Temperatursteigung durch den Mikrocomputer C Schutzmechanismen für das zu überwachende Bauteil BT oder zu überwachende Gerät aktivierbar sind, wobei der Schwellwert für die Temperatursteigung bei der Schutzmechanismen aktivierbar sind, jeweils auf Basis eines aktuell erfassten Temperaturwertes des zu überwachenden Bauteils BT oder Gerätes bestimmbar ist. Das Bauteil BT ist z.B. Komponente eines elektrischen Gerätes. Basierend auf der ermittelten Steigung (G; 2 bzw. 5) der Temperatur und/oder der ermittelten Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur, können durch den Mikrocomputer C Schutzmechanismen für das zu überwachende Bauteil BT aktiviert werden, z.B. Reduktion des Stromes oder Abschalten des Bauteils BT. 1 shows a first exemplary circuit arrangement SA for temperature monitoring of electronic components BT or electrical devices, wherein a temperature-dependent component R1, which is mounted on or in the vicinity of the component to be monitored BT or the device, and by means of a coupled to the temperature-dependent component R1 microcontroller C or window comparator FK the temperature gradient at the component to be monitored BT or device is determinable, based on the determined slope G the temperature upon reaching a defined threshold value of the temperature gradient by the microcomputer C Protective mechanisms for the component to be monitored BT or device to be monitored can be activated, wherein the threshold value for the temperature gradient in the protective mechanisms can be activated, in each case on the basis of a currently detected temperature value of the component to be monitored BT or device is determinable. The component BT is eg component of an electrical device. Based on the determined slope ( G ; 2 respectively. 5 ) of the temperature and / or the determined rate of change of the temperature, can be determined by the microcomputer C Protective mechanisms for the component to be monitored BT be activated, eg reduction of the current or switching off the component BT ,

Mit Vorteil wird als temperaturabhängiges Bauteil R1 ein temperaturabhängiger Widerstand verwendet, Z.B. ein NTC- oder PTC-Widerstand. Advantageously, a temperature-dependent resistor is used as temperature-dependent component R1, for example an NTC or PTC resistor.

Mit Vorteil ist der Mikrocomputer C über ein Port mit einem Spannungsteiler aus einem Standard-Widerstand R2 und dem temperaturabhängigen Widerstand R1 verbunden, wobei aus der am Port anliegenden Spannung vom Mikrocomputer C die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes R1 bestimmbar ist.Advantageous is the microcomputer C connected via a port with a voltage divider of a standard resistor R2 and the temperature-dependent resistor R1, wherein from the voltage applied to the port of the microcomputer C the temperature of the temperature-dependent resistor R1 can be determined.

Wenn es sich beim zu überwachenden Bauteil BT z.B. um einen Mosfet-Transisitor handelt, wird mit Hilfe des temperaturabhängigen Widerstands R1 die Temperatur des Drain-Anschluss des Mosfet überwacht. Der Temperaturabhängige Widerstand R1 ist über einen Spannungsteiler an einen Port mit mehreren Spannungsschwellen am Microcontroller C angeschlossen. Aus der am Port anliegenden Spannung kann der Controller C errechnen, welche Temperatur der temperaturabhängige Widerstand R1 gerade hat. Wird an diesem Widerstand R1 eine gewisse Grenztemperatur überschritten, startet der Microcontroller C einen Timer. Stellt sich nun am Widerstand R1 eine zweite höhere Grenztemperatur ein wird der Timer gestoppt und aus der gemessenen Zeit, die Steigung der Temperatur abhängig von der Zeit errechnet. Sollte diese Steigung einen Grenzwert überschreiten und damit eine zu hohe Endtemperatur des Mosfets zu erwarten sein, wird das Gerät die ausgegebene Leistung reduzieren oder komplett abschalten. Beim Gerät kann es sich z.B. um ein Busgerät eines Installationsbuses handeln, in dem sich das Bauteil BT (z.B. der Mosfet-Transisitor) befindet.If it is the component to be monitored BT For example, is a Mosfet Transisitor, the temperature of the drain terminal of the Mosfet is monitored by means of the temperature-dependent resistor R1. The temperature-dependent resistor R1 is connected via a voltage divider to a port with several voltage thresholds on the microcontroller C connected. From the voltage applied to the port, the controller can C calculate the temperature of the temperature-dependent resistor R1. If a certain limit temperature is exceeded at this resistor R1, the microcontroller starts C a timer. If a second higher limit temperature is now set at the resistor R1, the timer is stopped and from the measured time, the slope of the temperature is calculated as a function of the time. Should this slope exceed a limit and thus too high a final temperature of the Mosfet be expected, the device will reduce the output power or switch off completely. The device may be, for example, a bus device of an installation bus, in which the component BT (eg the mosfet transisitor).

Der Microcontroller C ist mit einem Spannungsteiler aus einem Standard Widerstand R2 und einem temperaturabhängigen Widerstand R1 (z.B. NTC oder PTC) verbunden. Der temperaturabhängige Widerstand R1 in der Nähe oder auch direkt am zu überwachenden Bauteil(z.B. Mosfet-Transisitor) platziert. Dies gibt dem Controller C die Möglichkeit über die am Port anliegende Spannung Rückschlüsse auf die Temperatur zu machen.The microcontroller C is connected to a voltage divider consisting of a standard resistor R2 and a temperature-dependent resistor R1 (eg NTC or PTC). The temperature-dependent resistor R1 is placed in the vicinity or directly on the component to be monitored (eg Mosfet transisitor). This gives the controller C the possibility of using the voltage applied to the port to draw conclusions about the temperature.

Der Microcontroller C hat einen Eingang zur Spannungsmessung. Damit sind keine Komparatoren zur Spannungs- bzw. TemperaturÜberwachung erforderlich.The microcontroller C has an input for voltage measurement. Thus, no comparators for voltage or temperature monitoring are required.

Es ist aber auch möglich die Spannungs- bzw. TemperaturÜberwachung nur mit geeigneten Komparatoren, d.h. ohne Mikrocontroller zu realisieren.But it is also possible the voltage or temperature monitoring only with suitable comparators, i. without realizing microcontroller.

Beispielhaftes Szenario zur erfindungsgemässen Schaltungsanordnung SA: Die Last am Gerät wird eingeschaltet und die Temperatur steigt. Erreicht die gemessene Temperatur z.B. 40°C wird im Controller C ein Timer gestartet. Dieser läuft so lange bis die Temperatur z.B. 70°C erreicht. Hat die Temperatur also 70°C erreicht, weiß wann wie lange es am NTC (temperaturabhängiger Widerstand) von 40°C auf 70°C gedauert hat. Mit dieser Zeit kann man dann die Steigung (G; 2 bzw. 5) der Temperatur errechnen. Ist die Steigung zu groß ist damit zu rechnen, dass das Bauteil BT (z.B. ein Mosfet-Transisitor) eine zu große Temperatur erreichen wird. Daraus folgt, dass das Gerät abgeschaltet werden oder die ausgegebene Leistung reduziert werden muss.Exemplary scenario for the inventive circuit arrangement SA : The load on the device is switched on and the temperature rises. If the measured temperature reaches eg 40 ° C, the controller will C a timer started. This runs until the temperature reaches 70 ° C, for example. So if the temperature has reached 70 ° C, how long did it take for the NTC (temperature-dependent resistance) to go from 40 ° C to 70 ° C? With this time you can then the slope ( G ; 2 respectively. 5 ) calculate the temperature. If the slope is too large, it can be expected that the component BT (eg a mosfet transisitor) will reach too high a temperature. As a result, the device must be turned off or the output power reduced.

Insbesondere bei einem Mehrkanaldimmer wird, durch Schaltvorgänge und Leitungsverluste Wärmeenergie erzeugt. Durch diese erhitzen sich die eingesetzten Schaltelemente und können bei zu hoher Belastung dadurch geschädigt oder sogar zerstört werden. Da der Anschluss einer Überlast nur sehr schwer zu verhindern ist, ermöglicht die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung SA einen Schutz vor Überhitzung des Mehrkanaldimmers, unter Berücksichtigung der Vorbelastung des Mehrkanaldimmers.In particular, in a multi-channel dimmer is generated by switching operations and line losses heat energy. This heats the switching elements used and can be damaged or even destroyed by excessive load. Since the connection of an overload is very difficult to prevent, the inventive circuit arrangement allows SA Protection against overheating of the multi-channel dimmer, taking into account the pre-load of the multi-channel dimmer.

Die Steigungsschwelle der Temperatur wird dynamische zur Temperatur des zu überwachenden elektronischen Bauteils BT oder elektrischen Gerätes (z.B. Heizlüfter) angepasst. Damit wird das Risiko einer Überhitzung des zu überwachenden elektronischen Bauteils BT bzw. des zu überwachenden elektrischen Gerätes verringert bzw. vermieden.The slope threshold of the temperature becomes dynamic to the temperature of the electronic component to be monitored BT or electrical appliance (eg fan heater). This increases the risk of overheating of the electronic component to be monitored BT or of the electrical device to be monitored reduced or avoided.

2 zeigt ein beispielhaftes Zeit-/Temperatur-Diagramm zur Ermittlung der Steigung der Temperatur in einem elektrischen Bauteil bzw. Bauelement. Auf der Abszisse ist die Zeit dargestellt, auf der Ordinate die Temperatur zu einer gewissen Zeit. Es wird die Temperatur in der Nähe oder direkt am Bauelement gemessen und die Änderungsgeschwindigkeit (dT/dt) der Temperatur berechnet. Auf Grundlage der Änderungsgeschwindigkeit können Rückschlüsse auf die zu erwartende Temperatur im Gerät bzw. am Bauelement getroffen werden. Sollte diese zu hoch sein werden Schutzmechanismen aktiviert, um das Bauelement und das Gerät vor Beschädigungen zu schützen. Eine Lastüberwachung des Bauteils erfolgt somit nicht über eine einfache Grenzwertüberschreitung der Temperatur, sondern über die Temperatursteigerung werden Rückschlüsse auf die zu erwartende Temperatur am Bauteil gemacht. 2 shows an exemplary time / temperature diagram for determining the slope of the temperature in an electrical component or component. On the abscissa the time is shown, on the ordinate the temperature at a certain time. It measures the temperature in the vicinity or directly on the component and calculates the rate of change (dT / dt) of the temperature. Based on the rate of change, conclusions can be drawn about the expected temperature in the device or on the component. If this is too high, protective mechanisms are activated to protect the component and the device from damage. A load monitoring of the component is thus not a simple limit value exceeding the temperature, but on the increase in temperature conclusions are made on the expected temperature on the component.

Zur Bestimmung der Temperatursteigung und/oder der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur wird bei Erreichung eines ersten definierten Temperaturwertes T1 am Bauteil, im Mikrocomputer ein Timer gestartet wird, der solange läuft, bis ein zweiter definierter Temperaturwert T2 am Bauteil erreicht wird, wobei mit der vom Timer ermittelten Zeitspanne (t2 - t1 ), den Messzeitpunkten t1 bzw. t2 für den ersten und den zweiten Temperaturwert T1 bzw. T2 und den ersten und zweiten definierten Temperaturwertes T1, T2 die Steigung G der Temperatur und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am zu überwachenden Bauteil im Mikrocomputer bestimmt.To determine the temperature gradient and / or the rate of change of the temperature becomes when a first defined temperature value T1 on the component, a timer is started in the microcomputer, which runs until a second defined temperature value T2 is reached at the component, with the time interval determined by the timer ( t 2 - t 1 ), the measuring times t 1 respectively. t 2 for the first and the second temperature value T1 respectively. T2 and the first and second defined temperature values T1 . T2 the slope G the temperature and / or the rate of change of the temperature of the component to be monitored in the microcomputer determined.

Sollte diese Steigung G einen Grenzwert überschreiten und damit eine zu hohe Endtemperatur des Mosfets zu erwarten sein, wird das Gerät (in dem sich das zu überwachende Bauteil befindet) die ausgegebene Leistung reduzieren oder komplett abschalten.Should this slope G If the limit value is exceeded and the Mosfet temperature is too high, the device (in which the component to be monitored is located) will reduce or completely switch off the output power.

3 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen, wobei über ein temperaturabhängiges Bauteil (z.B. einen temperaturabhängigen Widerstand), das am oder in der Nähe des zu überwachenden Bauteils angebracht ist, und über einen mit dem temperaturabhängigen Bauteil gekoppelten Mikrocontroller oder Fensterkomparator die Temperatursteigung am zu überwachenden Bauteil und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am zu überwachenden Bauteil bestimmt wird. 3 shows an exemplary flowchart for monitoring the temperature of electronic components, wherein a temperature-dependent component (eg, a temperature-dependent resistor), which is mounted on or in the vicinity of the component to be monitored, and via a coupled to the temperature-dependent component microcontroller or window comparator, the temperature increase at monitoring component and / or the rate of change of the temperature to be monitored component is determined.

Mit Vorteil wird zur Bestimmung der Temperatursteigung und/oder der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur bei Erreichung eines ersten definierten Temperaturwertes am zu überwachenden Bauteil, im Mikrocomputer ein Timer gestartet (VS1), der solange läuft, bis ein zweiter definierter Temperaturwert am zu überwachenden Bauteil erreicht wird, wobei mit der vom Timer ermittelten Zeitspanne, den Messzeitpunkten für den ersten und den zweiten Temperaturwert und den ersten und zweiten definierten Temperaturwertes die Steigung der Temperatur und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am zu überwachenden Bauteil im Mikrocomputer bestimmt wird (VS2).Advantageously, in order to determine the temperature gradient and / or the rate of change of the temperature upon reaching a first defined temperature value at the component to be monitored, a timer is started in the microcomputer (VS1), which runs until a second defined temperature value is reached at the component to be monitored, wherein the slope of the temperature and / or the rate of change of the temperature at the component to be monitored in the microcomputer is determined by the time interval determined by the timer, the measurement times for the first and second temperature values and the first and second defined temperature values (VS2).

Mit Vorteil werden, basierend auf der ermittelten Steigung der Temperatur und/oder der ermittelten Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur durch den Mikrocomputer Schutzmechanismen für das zu überwachende Bauteil aktiviert (VS3).Advantageously, based on the determined slope of the temperature and / or the determined rate of change of the temperature by the microcomputer protection mechanisms for the component to be monitored activated (VS3).

Das erfindungsgemässe Verfahren kann zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen oder elektrischen Geräten (z.B. Heizlüfter) verwendet werden. Das erfindungsgemässe Verfahren kann durch einen Mikrocontroller oder einen entsprechend eingerichteten Fensterkomparator (Window-Comparator) realisiert werden.The method according to the invention can be used for temperature monitoring of electronic components or electrical appliances (for example fan heaters). The method according to the invention can be realized by a microcontroller or a correspondingly configured window comparator.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bei einer Realisierung durch einen Mikrocomputer C liegt darin, dass über ein temperaturabhängiges Bauteil, das am oder in der Nähe des zu überwachenden Bauteils BT bzw. des zu überwachenden elektrischen Gerätes angebracht ist, und über einen mit dem temperaturabhängigen Bauteil R1 gekoppelten Mikrocontroller C die Temperatursteigung G und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am zu überwachenden Bauteil oder Gerät bestimmt wird.An advantageous embodiment of the invention in a realization by a microcomputer C This is because of a temperature-dependent component that is at or near the component to be monitored BT or of the electrical device to be monitored, and via a microcontroller coupled to the temperature-dependent component R1 C the temperature gradient G and / or the rate of change of the temperature is determined at the monitored component or device.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bei einer Realisierung durch einen Mikrocomputer C liegt darin, dass zur Bestimmung der Temperatursteigung G und/oder der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur bei Erreichung eines ersten definierten Temperaturwertes T1 am zu überwachenden Bauteil, im Mikrocomputer C ein Timer gestartet wird, der solange läuft, bis ein zweiter definierter Temperaturwert T2 am zu überwachenden Bauteil BT erreicht wird, wobei mit der vom Timer ermittelten Zeitspanne, den Messzeitpunkten (t1 , t2 ) für den ersten und den zweiten Temperaturwert (T1, T2) und den ersten und zweiten definierten Temperaturwertes (T1, T2) die Steigung G der Temperatur und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am zu überwachenden Bauteil BT im Mikrocomputer C bestimmt wird.An advantageous embodiment of the invention in a realization by a microcomputer C lies in that for determining the temperature gradient G and / or the rate of change of the temperature upon reaching a first defined temperature value T1 on the component to be monitored, in the microcomputer C a timer is started, which runs until a second defined temperature value T2 on the component to be monitored BT is reached, with the time interval determined by the timer, the measuring instants ( t 1 . t 2 ) for the first and the second temperature value ( T1 . T2 ) and the first and second defined temperature values ( T1 . T2 ) the slope G of the temperature and / or the rate of change of the temperature at the component to be monitored BT in the microcomputer C is determined.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bei einer Realisierung durch einen Mikrocomputer C liegt darin, dass basierend auf der ermittelten Steigung G der Temperatur und/oder der ermittelten Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur jeweils bei Erreichen eines definierten Schwellwertes für die Temperatursteigung bzw. für die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur durch den Mikrocomputer C Schutzmechanismen oder Gegenmassnahmen (z.B. Abschalten, Kühlen) für das zu überwachende Bauteil BT bzw. für das zu überwachende Gerät aktiviert werden. Mit Vorteil ist der Schwellwert für die Temperatursteigung, bei der Schutzmechanismen eingeleitet werden, abhängig ist von einer bereits erreichten Temperatur des zu überwachenden Bauteils BT oder Gerätes.An advantageous embodiment of the invention in a realization by a microcomputer C lies in that, based on the determined slope G the temperature and / or the determined rate of change of the temperature in each case upon reaching a defined threshold value for the temperature gradient or for the rate of change of the temperature by the microcomputer C Protective mechanisms or countermeasures (eg shutdown, cooling) for the component to be monitored BT or activated for the device to be monitored. Advantageously, the threshold value for the temperature gradient at which protective mechanisms are initiated depends on an already reached temperature of the component to be monitored BT or device.

Mit Vorteil wird der Schwellwert für die Temperatursteigung bzw. für die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur dynamisch zur bereits erreichten Temperatur des zu überwachenden Bauteils BT oder Gerätes angepasst.Advantageously, the threshold for the temperature gradient or for the rate of change of the temperature dynamically to the already reached temperature of the component to be monitored BT or device adapted.

Mit Vorteil ist die Beziehung zwischen Ausgangstemperatur des zu überwachenden Bauteils BT oder Gerätes und des jeweiligen Schwellwertes für die Temperatursteigung bei der Schutzmechanismen eingeleitet werden, indirekt proportional. D.h. je höher die Ausgangstemperatur des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes desto geringer wird die Temperatursteigerung die erreicht werden darf bevor Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.The relationship between the starting temperature of the component to be monitored is advantageous BT or device and the respective threshold for the temperature gradient in the protection mechanisms are initiated, indirectly proportional. That is, the higher the starting temperature of the component or device to be monitored, the lower the temperature increase that may be achieved before countermeasures are initiated.

Die Bestimmung des Schwellwertes für die Temperatursteigung, bei der Schutzmechanismen eingeleitet werden, erfolgt mit Vorteil jeweils auf Basis eines aktuell erfassten Temperaturwertes am zu überwachenden Bauteil BT oder Gerät. Ein aktuell erfasster Temperaturwert am zu überwachenden Bauteil BT oder Gerät kann somit als Ausgangstemperatur für die Ermittlung der Temperatursteigung verwendet werden.The determination of the threshold value for the temperature gradient at which protection mechanisms are initiated is advantageously carried out in each case Basis of a currently recorded temperature value at the component to be monitored BT or device. A currently recorded temperature value at the component to be monitored BT or device can thus be used as the starting temperature for determining the temperature gradient.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt in einer Schaltungsanordnung SA zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen BT oder elektrischen Geräten, wobei über ein temperaturabhängiges Bauteil R1, das am oder in der Nähe des zu überwachenden Bauteils BT oder des Gerätes angebracht ist, und über einen mit dem temperaturabhängigen Bauteil R1 gekoppelten Mikrocontroller C oder über einen mit dem temperaturabhängigen Bauteil R1 gekoppelten Fensterkomparator die Temperatursteigung und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am zu überwachenden Bauteil BT oder Gerät am bestimmt wird.An advantageous embodiment of the invention lies in a circuit arrangement SA for temperature monitoring of electronic components BT or electrical devices, with a temperature-dependent component R1, which is at or near the component to be monitored BT or the device is mounted, and via a coupled to the temperature-dependent component R1 microcontroller C or via a window comparator coupled to the temperature-dependent component R1, the temperature gradient and / or the rate of change of the temperature at the component to be monitored BT or device is determined on.

4 zeigt eine zweite beispielhafte Schaltungsanordnung SA zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen BT oder Geräten (z.B. Schalter, Kabel, Transistoren), wobei über ein temperaturabhängiges Bauteil (z.B. einen temperaturabhängigen Widerstand) R1, das am oder in der Nähe des zu überwachenden Bauteils BT angebracht ist, und über einen mit dem temperaturabhängigen Bauteil R1 gekoppelten Fensterkomparator FK (Window Comparator) die Temperatursteigung (G; 2 bzw. 5) am zu überwachenden Bauteil BT und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am zu überwachenden Bauteil BT bestimmt wird. Das Bauteil BT ist z.B. Komponente eines elektrischen Gerätes. Der Fensterkomparator FK erkennt eine Eingangsspannung, die abhängig ist vom temperaturabhängigen Widerstand R1, d.h. der Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes R1 auf einen oberen und einen unteren Schwellwert (Schwelle 1 bzw. Schwelle 2). Der Fensterkomparator FK umfasst u.a. eine entsprechende Auswerteschaltung zur Weiterverarbeitung der durch die Eingänge gelieferten Werte bzw. Messwerte. 4 shows a second exemplary circuit arrangement SA for temperature monitoring of electronic components BT or devices (eg switches, cables, transistors), wherein via a temperature-dependent component (eg a temperature-dependent resistor) R1, which is at or in the vicinity of the component to be monitored BT is attached, and via a coupled to the temperature-dependent component R1 window comparator FK (Window Comparator) the temperature gradient ( G ; 2 respectively. 5 ) on the component to be monitored BT and / or the rate of change of the temperature at the component to be monitored BT is determined. The component BT is eg component of an electrical device. The window comparator FK detects an input voltage that is dependent on the temperature-dependent resistor R1, ie the temperature of the temperature-dependent resistor R1 to an upper and a lower threshold (threshold 1 or threshold 2). The window comparator FK includes, inter alia, a corresponding evaluation circuit for further processing of the values or measured values supplied by the inputs.

5 zeigt ein beispielhaftes Diagramm für den Verlauf von Schwellwerten in Abhängigkeit einer erfassten Bauteiltemperatur. Die Darstellung gemäss 5 stellt ein kartesisches Koordinatensystem dar, wobei die Bauteiltemperatur (BTT) auf der Abszisse dargestellt ist, und die Steigungsschwelle (SS), d.h. der entsprechende Steigungsschwellwert auf der Ordinatenachse. In der Darstellung gemäss 5 sind drei Schwellwertkurven SWK1 - SWK3 dargestellt. Die Schwellwertkurve SWK1 stellt eine Gerade dar und somit eine lineare Beziehung zwischen der jeweiligen Bauteiltemperatur (BTT) und des darauf basierenden einzustellenden Schwellwertes (SS) bei dessen Erreichung Schutzmassnahmen (z.B. Abschalten, Kühlung, Leistungsverminderung) für das zu überwachende Bauteil eingeleitet werden. Bei der Verwendung einer linearen Schwellwertkurve SWK1 wird die Vorbelastung des zu überwachenden Bauteils nicht oder nur unzureichend berücksichtigt. 5 shows an exemplary diagram for the course of thresholds as a function of a detected component temperature. The representation according to 5 represents a Cartesian coordinate system, whereby the component temperature ( BTT ) is shown on the abscissa, and the slope threshold ( SS ), ie the corresponding slope threshold on the ordinate axis. In the illustration according to 5 are three threshold curves SWK1 - SWK3 shown. The threshold curve SWK1 represents a straight line and thus a linear relationship between the respective component temperature (FIG. BTT ) and the threshold value to be set ( SS ) when it is achieved protective measures (eg shutdown, cooling, power reduction) are initiated for the component to be monitored. When using a linear threshold curve SWK1, the preload of the component to be monitored is not or only insufficiently taken into account.

Wenn der Schwellwert (SS) aber auf der jeweiligen aktuell erfassten Bauteiltemperatur (BTT) basiert und entsprechend eingestellt wird, kann die Vorbelastung des zu überwachenden Bauteils bei der Bestimmung des Schwellwertes (SS) berücksichtigt werden.If the threshold value ( SS ) but on the respective currently detected component temperature ( BTT ) and adjusted accordingly, the preloading of the component to be monitored can be used in the determination of the threshold value ( SS ).

Die Schwellwertkurven SWK2 und SWK3 stellen dynamische Verläufe für die Schwellwertbestimmung dar. In Abhängigkeit von der jeweiligen Bauteiltemperatur (BTT) wird für die Auslösung von Schutzmassnahmen ein entsprechender Schwellwert bzw. eine entsprechende Schwellwertschwelle (SS) eingestellt. Die dynamischen Schwellwertkurven SWK2 und SWK3 können z.B. basierend auf einer linearen Schwellwertkurve SWK1 durch eine entsprechende Transformation EV eingestellt werden. Bei den dynamischen Schwellwertkurven SWK2 und SWK3 kann es sich z.B. um ein Polynom zweiter oder höherer Ordnung handeln.The threshold curves SWK2 and SWK3 represent dynamic curves for determining the threshold value. Depending on the respective component temperature ( BTT ), a corresponding threshold value or a corresponding threshold threshold is (for the triggering of protective measures) ( SS ). For example, the dynamic threshold curves SWK2 and SWK3 may be based on a linear threshold curve SWK1 by a corresponding transformation EV be set. The dynamic threshold curves SWK2 and SWK3 may be, for example, a second or higher order polynomial.

Mit Vorteil wird bei der Erstellung einer dynamischen Schwellwertkurve SWK2 und SWK3 ein Modell (z.B. Badewannenkurve) der Lebensdauer des zu überwachenden Bauteils bzw. des zu überwachenden Gerätes verwendet. Mit Vorteil erfolgt die Erstellung einer dynamischen Schwellwertkurve SWK2 und SWK3 durch einen entsprechend eingerichteten Mikroprozessor.Advantageously, when creating a dynamic threshold curve SWK2 and SWK3, a model (e.g., bathtub curve) of the life of the component to be monitored or the device to be monitored is used. Advantageously, the creation of a dynamic threshold curve SWK2 and SWK3 is carried out by a correspondingly equipped microprocessor.

Die Erstellung einer dynamischen Schwellwertkurve SWK2 und SWK3 kann auch auf der mittleren Betriebsdauer bis zum Ausfall (MTTF, Mean Time To Failure) des zu überwachenden Bauteils bzw. des zu überwachenden Gerätes basieren.The creation of a dynamic threshold curve SWK2 and SWK3 can also be based on the mean operating time to failure (MTTF) of the component to be monitored or the device to be monitored.

Die Beziehung zwischen der Bauteiltemperatur (BTT) und der Temperatursteigungsschwelle (SS) ist prinzipiell frei einstellbar. Dadurch erreicht man eine maximale Flexibilität. Gesteuert wird die Abhängigkeit zwischen der Bauteiltemperatur (BTT) und der Temperatursteigungsschwelle (SS) mit Vorteil von einer geeigneten elektronischen Schaltung z.B. Microcontroller.The relationship between the component temperature ( BTT ) and the temperature gradient threshold ( SS ) is in principle freely adjustable. This achieves maximum flexibility. Controlled is the dependence between the component temperature ( BTT ) and the temperature gradient threshold ( SS ) with the advantage of a suitable electronic circuit such as microcontroller.

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen (insbesondere Halbleiterbauelementen, wie z.B. MOSFET Transistoren) oder elektrischen Geräten, wobei über ein temperaturabhängiges Bauteil, das am oder in der Nähe des zu überwachenden Bauteils oder des Gerätes angebracht ist, und mittels eines mit dem temperaturabhängigen Bauteil gekoppelten Mikrocontroller oder Fensterkomparator die Temperatursteigung und/oder die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am zu überwachenden Bauteil oder Gerät bestimmbar ist, wobei basierend auf der ermittelten Steigung der Temperatur und/oder der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur bei Erreichen eines definierten Schwellwertes der Temperatursteigung und/oder der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur durch den Mikrocomputer Schutzmechanismen für das zu überwachende Bauteil oder zu überwachende Gerät aktivierbar sind, wobei der Schwellwert für die Temperatursteigung und/oder der Änderungsgeschwindigkeit bei der Schutzmechanismen aktivierbar sind, auf Basis eines aktuell erfassten Temperaturwertes des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes erfolgt, oder in Abhängigkeit von einer bereits erreichten Temperatur des zu überwachenden Bauteils oder Gerätes.Method and circuit arrangement for temperature monitoring of electronic components (in particular semiconductor components, such as MOSFET transistors) or electrical devices, wherein a temperature-dependent component, which is mounted on or in the vicinity of the component or device to be monitored, and by means of a temperature-dependent component coupled microcontroller or window comparator the temperature gradient and / or the Rate of change of the temperature of the component or device to be monitored can be determined, based on the determined slope of the temperature and / or the rate of change of the temperature upon reaching a defined threshold of the temperature gradient and / or the rate of change of the temperature by the microcomputer protection mechanisms for the component to be monitored or device to be monitored can be activated, wherein the threshold value for the temperature gradient and / or the rate of change in the protective mechanisms can be activated, on the basis of a currently detected temperature value of the component or device to be monitored, or as a function of an already reached temperature of the component to be monitored or device.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

SASA
Schaltungsanordnungcircuitry
CC
Mikrocomputermicrocomputer
R1 - R5R1 - R5
Widerstandresistance
GNDGND
Erdung (Ground)Grounding
BTBT
Bauteilcomponent
t1, t2 t 1 , t 2
Zeitpunkttime
T1, T2T1, T2
Temperaturwerttemperature value
GTGT
Grenztemperaturlimit temperature
HTHT
Höchsttemperaturhigh
GG
GeradeJust
VS1 - VS3VS1 - VS3
Verfahrensschrittstep
FKFK
Fensterkomparatorwindow
SWK1 - SWK3SWK1 - SWK3
Schwellwertkurvethreshold curve
EVEV
Einstellbarer VerlaufAdjustable course
SSSS
Steigungsschwelleslope threshold
BTTBTT
Bauteiltemperaturcomponent temperature

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010042905 A1 [0003]DE 102010042905 A1 [0003]
  • US 6717225 B2 [0004]US Pat. No. 6,717,225 B2 [0004]

Claims (10)

Verfahren zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen (BT) oder elektrischen Geräten, wobei über ein temperaturabhängiges Bauteil (R1), das am oder in der Nähe des zu überwachenden Bauteils (BT) oder Gerätes angebracht ist, die Temperatursteigung (G) am zu überwachenden Bauteil (BT) oder Gerät bestimmt wird, wobei basierend auf der ermittelten Steigung (G) der Temperatur jeweils bei Erreichen eines definierten Schwellwertes für die Temperatursteigung Schutzmechanismen für das zu überwachende Bauteil (BT) oder das Gerät aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (SS) für die Temperatursteigung, bei der Schutzmechanismen eingeleitet werden, abhängig ist von einer bereits erreichten Temperatur des zu überwachenden Bauteils (BT) oder Gerätes.Method for monitoring the temperature of electronic components (BT) or electrical devices, wherein the temperature gradient (G) on the component to be monitored is mounted via a temperature-dependent component (R1) which is mounted on or in the vicinity of the component (BT) or device to be monitored ( BT) or device is determined, based on the determined slope (G) of the temperature in each case upon reaching a defined threshold for the temperature gradient protective mechanisms for the component to be monitored (BT) or the device are activated, characterized in that the threshold value (SS ) for the temperature gradient at which protective mechanisms are initiated, is dependent on an already reached temperature of the component to be monitored (BT) or device. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schwellwert (SS) für die Temperatursteigung dynamisch zur bereits erreichten Temperatur des zu überwachenden Bauteils (BT) oder Gerätes angepasst wird.Method according to Claim 1 , wherein the threshold value (SS) for the temperature gradient is dynamically adjusted to the already reached temperature of the component (BT) or device to be monitored. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beziehung zwischen Ausgangstemperatur des zu überwachenden Bauteils (BT) oder Gerätes und des jeweiligen Schwellwertes (SS) für die Temperatursteigung bei der Schutzmechanismen eingeleitet werden indirekt proportional ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the relationship between the outlet temperature of the component to be monitored (BT) or device and the respective threshold value (SS) for the temperature gradient in the protective mechanisms is initiated is indirectly proportional. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung der Temperatursteigung (G) bei Erreichung eines ersten definierten Temperaturwertes (T1) am zu überwachenden Bauteil (BT) oder Gerät ein Timer gestartet wird, der solange läuft, bis ein zweiter definierter Temperaturwert (T2) am zu überwachenden Bauteil (BT) oder Gerät erreicht wird, wobei mit der vom Timer ermittelten Zeitspanne, den Messzeitpunkten (t1, t2) für den ersten und den zweiten Temperaturwert (T1, T2) und den ersten und zweiten definierten Temperaturwertes (T1, T2) die Steigung (G) der Temperatur am zu überwachenden Bauteil (BT) oder Gerät bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein for determining the temperature gradient (G) upon reaching a first defined temperature value (T1) on the component (BT) or device to be monitored, a timer is started which runs until a second defined temperature value (T2) is reached at the component to be monitored (BT) or device, wherein the time determined by the timer, the measuring times (t 1 , t 2 ) for the first and the second temperature value (T1, T2) and the first and second defined temperature value (T1 , T2) the slope (G) of the temperature at the component to be monitored (BT) or device is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich beim temperaturabhängigen Bauteil (R1) um einen temperaturabhängigen Widerstand, insbesondere einen NTC-Widerstand, einen PTC-Widerstand, oder ein Thermoelement, insbesondere einen Temperatursensor, handelt.Method according to one of the preceding claims, wherein the temperature-dependent component (R1) is a temperature-dependent resistor, in particular an NTC resistor, a PTC resistor, or a thermocouple, in particular a temperature sensor is. Schaltungsanordnung (SA) zur Temperaturüberwachung von elektronischen Bauteilen (BT) oder elektrischen Geräten, wobei über ein temperaturabhängiges Bauteil (R1), das am oder in der Nähe des zu überwachenden Bauteils (BT) oder des Gerätes angebracht ist, und mittels eines mit dem temperaturabhängigen Bauteil (R1) gekoppelten Mikrocontroller (C) oder Fensterkomparator (FK) die Temperatursteigung am zu überwachenden Bauteil (BT) oder Gerät bestimmbar ist, wobei basierend auf der ermittelten Steigung (G) der Temperatur bei Erreichen eines definierten Schwellwertes (SS) der Temperatursteigung durch den Mikrocomputer (C) Schutzmechanismen für das zu überwachende Bauteil (BT) oder zu überwachende Gerät aktivierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert für die Temperatursteigung bei der Schutzmechanismen aktivierbar sind, jeweils auf Basis eines aktuell erfassten Temperaturwertes des zu überwachenden Bauteils (BT) oder Gerätes bestimmbar ist.Circuit arrangement (SA) for monitoring the temperature of electronic components (BT) or electrical devices, wherein a temperature-dependent component (R1), which is mounted on or in the vicinity of the component to be monitored (BT) or the device, and by means of a temperature-dependent Component (R1) coupled microcontroller (C) or window comparator (FK) the temperature gradient of the component to be monitored (BT) or device can be determined, based on the determined slope (G) of the temperature upon reaching a defined threshold (SS) of the temperature gradient the microcomputer (C) protection mechanisms for the component to be monitored (BT) or device to be monitored can be activated, characterized in that the threshold for the temperature gradient in the protection mechanisms can be activated, each based on a currently detected temperature value of the component to be monitored (BT) or device is determinable. Schaltungsanordnung (SA) nach Anspruch 6, wobei zur Bestimmung der Temperatursteigung (G) bei Erreichung eines ersten definierten Temperaturwertes (T1) am zu überwachenden Bauteil (BT) oder Gerät, mittels des Mikrocontrollers (C) bzw. mittels des Fensterkomparators (FK) ein Timer gestartet wird, der solange läuft, bis ein zweiter definierter Temperaturwert (T2) am zu überwachenden Bauteil oder Gerät erreicht wird, wobei mit der vom Timer ermittelten Zeitspanne, den Messzeitpunkten (t1, t2) für den ersten und den zweiten Temperaturwert (T1, T2) und den ersten und zweiten definierten Temperaturwertes (T1, T2) die Steigung (G) der Temperatur am zu überwachenden Bauteil (BT) oder Gerät im Mikrocomputer (C) bzw. im Fensterkomparator (FK) bestimmt wird.Circuit arrangement (SA) according to Claim 6 , wherein for determining the temperature gradient (G) on reaching a first defined temperature value (T1) on the component to be monitored (BT) or device, by means of the microcontroller (C) or by means of the window comparator (FK), a timer is started, which runs as long until a second defined temperature value (T2) is reached at the component or device to be monitored, the measurement times (t 1 , t 2 ) for the first and the second temperature values (T1, T2) and the first time interval determined by the timer and second defined temperature value (T1, T2) the slope (G) of the temperature at the component to be monitored (BT) or device in the microcomputer (C) or in the window comparator (FK) is determined. Schaltungsanordnung (SA) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei der Mikrocontroller (C) über einen Port mit einem Spannungsteiler aus einem ohmschen Widerstand (R2) und dem temperaturabhängigen Bauteil (R1) verbunden ist, wobei aus der am Port anliegenden Spannung vom Mikrocomputer (C) die Temperatur des temperaturabhängigen Bauteils (R1) bestimmbar ist.Circuit arrangement (SA) according to one of Claims 6 to 7 , wherein the microcontroller (C) is connected via a port to a voltage divider comprising an ohmic resistor (R2) and the temperature-dependent component (R1), the temperature of the temperature-dependent component (R1) being determined by the voltage applied to the port by the microcomputer (C). is determinable. Schaltungsanordnung (SA) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei es sich beim temperaturabhängigen Bauteil (R1) um einen temperaturabhängigen Widerstand, insbesondere einen NTC-Widerstand, einen PTC-Widerstand, oder ein Thermoelement, insbesondere einen Temperatursensor, handelt.Circuit arrangement (SA) according to one of Claims 6 to 8th , wherein the temperature-dependent component (R1) is a temperature-dependent resistor, in particular an NTC resistor, a PTC resistor, or a thermocouple, in particular a temperature sensor is. Schaltungsanordnung (SA) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei für die Bestimmung der Temperatursteigung am zu überwachenden Bauteil (BT) ein entsprechend konfigurierter Fensterkomparator (FK) verwendet wird.Circuit arrangement (SA) according to one of Claims 6 to 9 , wherein for the determination of the temperature gradient at the component to be monitored (BT), a correspondingly configured window comparator (FK) is used.
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