DE102018119379A1

DE102018119379A1 - Digitaler Leitungsschutz mit Versorgungsspannungsabfallsicherheit

Info

Publication number: DE102018119379A1
Application number: DE102018119379.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Asam
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2019-02-14
Also published as: US10554039B2; US20190052076A1; CN109390903A; CN109390903B

Abstract

Eine Leitungsschutzvorrichtung beinhaltet einen Stromsensor, eine digitale Filterschaltung, eine Schaltersteuerschaltung und eine nichtflüchtige Speicherschaltung. Der Stromsensor ist dazu eingerichtet, einen Wert eines elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung zu erfassen. Die digitale Filterschaltung ist dazu eingerichtet, eine digitale Filterung des Wertes des elektrischen Stroms durchzuführen. Die Schaltersteuerschaltung ist dazu eingerichtet, einen Schalter anzusteuern, um einen Fluss des elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung in Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms zu unterbrechen. Die nichtflüchtige Speicherschaltung ist dazu eingerichtet, einen Zustand der digitalen Filterschaltung zu speichern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Leitungsschutzvorrichtung und ein Verfahren zum Leitungsschutz.
Hintergrund
Zum Schutz elektrischer Leitungen, wie etwa von Drähten, Kabeln, Leiterstreifen oder Verbindern, ist es bekannt, Sicherungen zu verwenden, die verhindern, dass die elektrische Leitung durch einen übermäßigen Stromfluss beschädigt wird.
Typischerweise wird eine Sicherung mit Eigenschaften ausgewählt, die einem schwächsten Element der zu schützenden elektrischen Leitung entsprechen. In dieser Hinsicht muss berücksichtigt werden, dass eine Erwärmung der elektrischen Leitung typischerweise von dem Betrag des elektrischen Stroms, der durch die elektrische Leitung fließt, und von einer Zeitdauer, für die der elektrische Strom durch die elektrische Leitung fließt, abhängt. Das heißt, eine Beschädigung der Leitung kann durch einen relativ starken elektrischen Strom, der für eine relativ kurze Zeitdauer fließt, oder durch einen schwächeren elektrischen Strom, der für eine längere Dauer fließt, verursacht werden. Dieses Verhalten kann hinsichtlich einer Zeit-Strom-Kennlinie repräsentiert werden, z. B. gegeben durch die Zeitdauer eines Stromflusses als eine Funktion des Betrags des Stroms, was zu einer maximal zulässigen Temperaturzunahme der elektrischen Leitung führt. Zum Beispiel ist in dem Fall elektrischer Kabel ein kritischer Aspekt die Temperaturstabilität eines Isolators des Kabels. Als eine allgemeine Regel hängt die Empfindlichkeit einer elektrischen Leitung von verschiedenen Parametern, wie etwa einer Leitungsgeometrie, einem Leitermaterial und einem Isolatormaterial, ab. Ferner hängt die Empfindlichkeit typischerweise auch von einer Umgebungstemperatur der elektrischen Leitung ab. In Anbetracht der obigen Situation existieren verschiedene Arten von Sicherungen, sodass es möglich wird, eine Sicherung auszuwählen, die zu den Eigenschaften der zu schützenden elektrischen Leitung passt.
Ferner ist es bekannt, elektronische Sicherungen zu verwenden. Eine elektronische Sicherung kann basierend auf einem Leiterschalter implementiert werden, der in Abhängigkeit von einem elektrischen Strom, der durch die geschützte elektrische Leitung fließt, geöffnet wird. Beispielsweise beschreibt US 2016/0109212 A1 eine elektronische Sicherungsvorrichtung, die auch eine Modellierung einer Sicherungseigenschaft durch eine analoge Schaltungsanordnung oder durch ein Softwaremodell unterstützt. Jedoch kann das Gestalten einer analogen Schaltungsanordnung zum Erreichen einer gewissen Sicherungseigenschaft eine komplexe Aufgabe sein. Ferner kann das Implementieren eines Softwaremodells einer Sicherung zu einer erhöhten Komplexität der elektronischen Sicherungsvorrichtung führen.
Entsprechend besteht ein Bedarf an Techniken, die einen effizienten Schutz einer elektrischen Leitung ermöglichen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, diesem Bedarf gerecht zu werden.
Kurzdarstellung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden eine Leitungsschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform wird somit eine Leitungsschutzvorrichtung bereitgestellt. Die Leitungsschutzvorrichtung umfasst einen Stromsensor, eine digitale Filterschaltung, eine Schaltersteuerschaltung und eine nichtflüchtige Speicherschaltung. Der Stromsensor ist dazu eingerichtet, einen Wert eines elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung zu erfassen. Die digitale Filterschaltung ist dazu eingerichtet, eine digitale Filterung des Wertes des elektrischen Stroms durchzuführen. Die Schaltersteuerschaltung ist dazu eingerichtet, einen Schalter anzusteuern, um einen Fluss des elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung in Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms zu unterbrechen. Die nichtflüchtige Speicherschaltung ist dazu eingerichtet, einen Zustand der digitalen Filterschaltung zu speichern. Die Leitungsschutzvorrichtung kann auch den Schalter umfassen. Jedoch ist es auch möglich, dass der Schalter separat von der Leitungsschutzvorrichtung vorgesehen ist und durch ein Signal von der Leitungsschutzvorrichtung gesteuert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Leitungsschutz bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Erfassen eines Wertes eines elektrischen Stroms durch eine elektrische Leitung. Eine digitale Filterschaltung führt eine digitale Filterung des Wertes des elektrischen Stroms durch. In Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms wird ein Schalter angesteuert, um einen Fluss des elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung zu unterbrechen. Ein Zustand der digitalen Filterschaltung wird durch eine nichtflüchtige Speicherschaltung gespeichert.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung können andere Vorrichtungen, Systeme oder Verfahren vorgesehen sein. Solche Ausführungsformen werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich sein.
Figurenliste

1A veranschaulicht schematisch eine Leitungsschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1B veranschaulicht schematisch eine Leitungsschutzvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
2A, 2B, 2C und 2D veranschaulichen schematisch verschiedene Szenarien, bei denen eine elektrische Leitung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geschützt wird.
3 veranschaulicht schematisch eine elektrische Leitung, auf die ein Schutz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angewandt werden kann.
4 zeigt eine beispielhafte Zeit-Strom-Kennlinie der elektrischen Leitung.
5 veranschaulicht schematisch eine konfigurierbare Zeit-Strom-Kennlinie einer Leitungsschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 veranschaulicht ein thermisches Modell einer elektrischen Leitung.
7A veranschaulicht weiter eine digitale Filterschaltung und eine Schaltersteuerschaltung der Leitungsschutzvorrichtung.
7B veranschaulicht ein weiteres Beispiel für eine digitale Filterschaltung und eine Schaltersteuerschaltung der Leitungsschutzvorrichtung.
8 zeigt ein Gesamtdiagramm der Leitungsschutzvorrichtung mit der digitalen Filterschaltung und der Schaltersteuerschaltung aus 7B.
9 veranschaulicht ein Beispiel für ein digitales Tiefpassfilter der digitalen Filterschaltung.
10 veranschaulicht ein Beispiel für ein nichtflüchtiges Speicherelement der digitalen Filterschaltung.
11 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für ein nichtflüchtiges Speicherelement der digitalen Filterschaltung.
12 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für ein nichtflüchtiges Speicherelement der digitalen Filterschaltung.
13 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für ein nichtflüchtiges Speicherelement der digitalen Filterschaltung.
14 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für ein nichtflüchtiges Speicherelement der digitalen Filterschaltung.
15 veranschaulicht ein Beispiel für eine Logikschaltung zum Vermeiden einer fehlerhaften Veränderung eines Wertes, der durch ein nichtflüchtiges Speicherelement der digitalen Filterschaltung gespeichert wird.
16 veranschaulicht ein Beispiel für ein Verzögerungselement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
17 zeigt ein Flussdiagramm zum schematischen Veranschaulichen eines Verfahrens für einen Leitungsschutz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass diese Ausführungsformen lediglich als Beispiele dienen und nicht als beschränkend aufzufassen sind. Beispielsweise können, obgleich manche Ausführungsformen mehrere Merkmale aufweisen, andere Ausführungsformen weniger und/oder alternative Merkmale umfassen. Darüber hinaus können Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, es sei denn, Anderes ist ausdrücklich angegeben.
Ausführungsformen, wie im Folgenden veranschaulicht, betreffen einen Schutz einer elektrischen Leitung, insbesondere den Schutz der elektrischen Leitung vor einer Beschädigung durch einen übermäßigen Stromfluss. Die elektrische Leitung kann zum Beispiel ein Draht, ein Kabel, ein Leiterstreifen oder ein Verbinder sein. Bei den veranschaulichten Beispielen wird die elektrische Leitung durch Verwenden eines Schalters zum Unterbrechen eines Stromflusses durch die elektrische Leitung geschützt, bevor eine Beschädigung der elektrischen Leitung auftritt. Der Schalter wird in Abhängigkeit von einem digital gefilterten Wert des Stroms durch die elektrische Leitung gesteuert. Der Schalter und die Elektronik zum Steuern des Schalters können Teil einer Leitungsschutzvorrichtung sein, z. B. in Form einer elektronischen Sicherung oder in Form einer Schaltervorrichtung, die mit einer Leitungsschutzfunktion ergänzt ist.
1A veranschaulicht schematisch eine Leitungsschutzvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform. Wie veranschaulicht, weist die Leitungsschutzvorrichtung 100 zwei Anschlüsse 101, 102 auf, die verwendet werden, um die Leitungsschutzvorrichtung in Reihe mit einer zu schützenden elektrischen Leitung 10 zu verbinden. Die elektrische Leitung 10 kann zum Beispiel ein Draht, ein Kabel, ein Leiterstreifen, ein Verbinder oder eine Kombination davon sein oder diese beinhalten. Bei dem veranschaulichten Beispiel ist die elektrische Leitung 10 mit einer Last R_L verbunden. Die Last R_L kann zum Beispiel einen elektrischen Motor, eine elektrische Beleuchtungsvorrichtung, eine elektrische Heiz- oder Kühlvorrichtung oder dergleichen beinhalten oder Teil davon sein.
Die Leitungsschutzvorrichtung 100 beinhaltet einen Schalter 110, einen Stromsensor 120, eine digitale Filterschaltung 130 und eine Schaltersteuerschaltung 140. Wie weiter veranschaulicht, kann die Leitungsschutzvorrichtung 100 auch einen Parameterspeicher 160 und/oder eine Schnittstelle 170 beinhalten.
Der Stromsensor 120 wird dazu verwendet, einen Wert eines elektrischen Stroms I, der durch die elektrische Leitung 10 fließt, zu erfassen. Der Stromsensor 120 liefert den erfassten Wert des elektrischen Stroms I an die digitale Filterschaltung 130. Die digitale Filterschaltung 130 führt eine digitale Filterung des Signals durch, das den Wert des elektrischen Stroms I repräsentiert, und liefert den digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms I an die Schaltersteuerschaltung 140. Die Schaltersteuerschaltung 140 steuert den Schalter 110 in Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms I. In Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms I, falls z. B. der digital gefilterte Wert des elektrischen Stroms I einen Schwellenwert überschreitet, kann die Schaltersteuerschaltung 140 den Schalter 110 ansteuern, um einen Fluss des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 zu unterbrechen. Das digitale Filtern des Wertes des elektrischen Stroms I ermöglicht eine Auslösung der Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I gemäß einer Zeit-Strom-Kennlinie, welche an die zu schützende elektrische Leitung 10 angepasst ist.
Wie weiter veranschaulicht ist, kann die Schaltersteuerschaltung 140 auch ein oder mehrere zusätzliche Eingangssignale empfangen und den Schalter 110 auch in Abhängigkeit von dem (den) zusätzlichen Eingangssignal(en) steuern. Bei dem veranschaulichten Beispiel beinhalten die zusätzlichen Eingangssignale den nicht gefilterten Wert des elektrischen Stroms I von dem Stromsensor 120 und ein Eingangssignal IN, das durch einen Steuereingang 103 der Leitungsschutzvorrichtung 103 bereitgestellt wird. Basierend auf dem nicht gefilterten Wert des elektrischen Stroms I kann die Schaltersteuerschaltung 140 zum Beispiel einen Fluss des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 unterbrechen, falls der Wert des elektrischen Stroms I einen Schwellenwert überschreitet. In Abhängigkeit von dem Eingangssignal IN kann die Schaltersteuerschaltung 140 zum Beispiel den Schalter 110 in einem Zustand öffnen oder schließen, in dem weder der digital gefilterte Wert des elektrischen Stroms I noch der nicht gefilterte Wert des elektrischen Stroms I eine Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 auslösen würde. Auf diese Weise kann die Leitungsschutzvorrichtung 100 auch als ein extern steuerbarer Schalter verwendet werden.
Bei dem Beispiel aus 1A wird die Versorgungsschaltung 150 verwendet, um Komponenten der Leitungsschutzvorrichtung 100 mit Leistung zu versorgen. Gepunktete Linien in 1A veranschaulichen schematisch das Versorgen der Komponenten mit Leistung. Zum Versorgen der Komponenten mit Leistung kann die Versorgungsschaltung 150 elektrische Leistung von wenigstens einem der Anschlüsse 101, 102 ableiten, die verwendet werden, um die Leitungsschutzvorrichtung 100 in Reihe mit der elektrischen Leitung 10 zu verbinden. Bei dem veranschaulichten Beispiel leitet die Versorgungsschaltung 150 die elektrische Leistung von einer Spannung, die an den Anschluss 101 angelegt wird, und von einem Masseanschluss 104 der Leitungsschutzvorrichtung 100 ab. Jedoch wird angemerkt, dass auf eine ähnliche Weise die Versorgungschaltung 150 die elektrische Leistung auch von einer Spannung, die an den Anschluss 102 angelegt wird, und/oder von einer Spannung, die an den Anschluss 101 angelegt wird, und einer Spannung, die an den Anschluss 102 angelegt wird, ableiten könnte. Durch Verwenden des (der) Anschlusses (Anschlüsse) 101, 102 zum Ableiten der elektrischen Leistung kann die Leitungsschutzvorrichtung 100 auf eine effiziente Weise implementiert werden, indem eine Notwendigkeit zum Bereitstellen einer dedizierten externen Versorgungsspannung vermieden wird. Weiter kann eine Anzahl an Stiften eines Chips oder eines elektronischen Gehäuses zum Implementieren der Leitungsschutzschaltung 100 reduziert werden.
Bei dem Beispiel aus 1A ist die Versorgungsschaltung 150 als im Wesentlichen alle Komponenten der Leitungsschutzvorrichtung 100 mit Leistung versorgend veranschaulicht. Jedoch wird angemerkt, dass bei anderen Szenarien manche der veranschaulichten Komponenten möglicherweise keine Versorgung mit Leistung durch die Versorgungsschaltung 150 erfordern. Zum Beispiel könnten manche Komponenten durch passive Schaltungselemente implementiert werden und dementsprechend keinerlei Versorgung mit Leistung erfordern. Andererseits wird zumindest von der digitalen Filterschaltung 130 angenommen, dass er basierend auf aktiven Schaltungselementen implementiert ist und dementsprechend durch die Versorgungsschaltung 150 mit Leistung versorgt wird.
Wie veranschaulicht ist, beinhaltet die digitale Filterschaltung 130 eine nichtflüchtige Speicherschaltung 135. Die nichtflüchtige Speicherschaltung 135 wird verwendet, um einen Zustand der digitalen Filterschaltung 130 während eines Versorgungsspannungsabfalls zu speichern. Hier bedeutet der Begriff „nichtflüchtig“, dass der Zustand für eine gewisse Dauer gespeichert wird, wenn die Speicherschaltung 135 nicht mehr mit Leistung versorgt wird. Diese Dauer kann in dem Bereich von einigen wenigen Sekunden oder sogar länger liegen. Der Versorgungsspannungsabfall kann zum Beispiel in einem Kurzschluss auf der elektrischen Leitung 10 begründet liegen. Der Zustand der digitalen Filterschaltung 130 kann insbesondere einen Zustand von einem oder mehreren Verzögerungselementen der digitalen Filterschaltung 130 beinhalten. Aufgrund eines solchen (solcher) Speicherelements (Speicherelemente) hängt eine Ausgabe der digitalen Filterschaltung 130, d. h. der digital gefilterte Wert des elektrischen Stroms I, nicht nur von dem letzten erfassten Wert des elektrischen Stroms I ab, sondern auch von einem oder mehreren Werten des elektrischen Stroms I, die in der Vergangenheit erfasst wurden. Dies ermöglicht ein effizientes Implementieren der gewünschten Zeit-Strom-Kennlinie.
Durch Speichern des Zustandes der digitalen Filterschaltung 130 auf eine nichtflüchtige Weise kann vermieden werden, dass die Zeit-Strom-Kennlinie zum Auslösen der Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I durch den Versorgungsspannungsabfall verändert wird. Insbesondere kann vermieden werden, dass das Auslösen der Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I übermäßig verzögert wird, weil Werte des elektrischen Stroms I, die vor dem Versorgungsspannungsabfall erfasst wurden, nicht angemessen durch die digitale Filterschaltung 130 berücksichtigt werden. Entsprechend versorgt die nichtflüchtige Speicherschaltung 135 die Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' mit einer zusätzlichen Sicherheit hinsichtlich Versorgungsspannungsabfällen.
Wie in 1A angegeben ist, kann die nichtflüchtige Speicherschaltung 135 den Zustand der digitalen Filterschaltung 130 kapazitiv speichern. Zum Beispiel kann die nichtflüchtige Speicherschaltung 135 einen oder mehrere Pufferkondensatoren beinhalten und kann eine Ladung, die in dem (den) Pufferkondensator(en) gespeichert ist, verwendet werden, um einen Zustand von einer oder mehreren Latch-Schaltungen beizubehalten. Auf diese Weise kann der Zustand der digitalen Filterschaltung 130 effizient für Zeitintervalle von typischen Versorgungsspannungsabfällen, wie z. B. durch einen Kurzschluss verursacht, gespeichert werden. Solche Zeitintervalle können in dem Bereich von 1 s und kürzer liegen. Jedoch wird angemerkt, dass andere Typen von nichtflüchtigen Speicherschaltungen zusätzlich oder als eine Alternative genutzt werden könnten, z. B. Flash-Speicherzellen, MRAM (Magnetic Random Access Memory - magnetischer Direktzugriffsspeicher) oder NRAM (Nanotube based Random Access Memory - auf Nanoröhren basierender Direktzugriffsspeicher).
Der Parameterspeicher 160 kann zum Speichern von einem oder mehreren Filterparametern der digitalen Filterschaltung 130 und/oder von einem oder mehreren Steuerparametern der Schaltersteuerschaltung 140 verwendet werden. Zum Beispiel könnte das digitale Filtern, das durch die digitale Filterschaltung 130 durchgeführt wird, eine Berechnung einer Polynomfunktion einbeziehen und könnten die Filterparameter wenigstens einen Polynomkoeffizienten der Polynomfunktion definieren. Ferner könnte das digitale Filtern, das durch die digitale Filterschaltung 130 durchgeführt wird, eine Tiefpassfilterung einbeziehen und könnten die Filterparameter eine Grenzfrequenz der Tiefpassfilterung definieren. Ferner könnte das digitale Filtern, das durch die digitale Filterschaltung 130 durchgeführt wird, eine Hochpassfilterung einbeziehen und könnten die Filterparameter eine Grenzfrequenz der Hochpassfilterung definieren. Die Steuerparameter der Schaltersteuerschaltung 140 könnten zum Beispiel einer oder mehrere der oben erwähnten Schwellenwerte definieren.
Wenigstens ein Teil des (der) Filterparameter(s) und/oder Steuerparameter(s) können in dem Parameterspeicher 160, z. B. als Teil von Herstellereinstellungen, vorkonfiguriert sein. Jedoch ist es auch möglich, die Schnittstelle 170 zu nutzen, um den (die) Filterparameter und/oder Steuerparameter zu konfigurieren. Zum Beispiel könnte die Schnittstelle 170 verwendet werden, um zwischen unterschiedlichen Parametersätzen zu wählen, die in dem Speicher gespeichert sind.
Bei dem veranschaulichten Beispiel ist die Schnittstelle 170 mit Anschlüssen zum Verbinden eines externen Konfigurationswiderstands R_c versehen und wird der Wert des externen Konfigurationswiderstands R_c verwendet, um anzugeben, welcher der Parametersätze auszuwählen ist.
Als eine Alternative oder zusätzlich zum Verwenden des externen Konfigurationswiderstands R_c wäre es auch möglich, die Schnittstelle 170 mit einem oder mehreren mechanischen Schaltelementen zu versehen und die Schaltereinstellungen zu verwenden, um anzugeben, welcher der Parametersätze auszuwählen ist. Noch weiter wäre es möglich, die Schnittstelle 170 mit einer oder mehreren Datenleitungen zu versehen und die Datenleitungen zu verwenden, um anzugeben, welcher der Parametersätze auszuwählen ist, und/oder um den (die) Filterparameter und/oder Steuerparameter an den Parameterspeicher 160 zu transferieren. In dieser Hinsicht ist auch anzumerken, dass zum Implementieren einer Datenleitung die Schnittstelle mit einem oder mehreren dedizierten Datenleitungsanschlüssen ausgerüstet sein könnte.
Jedoch ist es auch möglich, einen oder mehrere andere Anschlüsse der Leitungsschutzvorrichtung 100 wiederzuverwenden, um eine Datenleitung zu implementieren, z. B. einen oder mehrere der Anschlüsse 101, 102, 103. In dem letzteren Fall könnte ein Datensignal, das über die Datenleitung transferiert wird, auf andere Signale moduliert werden, die an dem (den) wiederverwendeten Anschluss (Anschlüssen) 101, 102, 103 angelegt werden.
Bei dem Beispiel aus 1A wurde angenommen, dass der Schalter 110 Teil der Leitungsschutzvorrichtung 100 ist. Jedoch ist es auch möglich, dass der Schalter 110 eine externe Komponente ist. 1B veranschaulicht eine entsprechende Ausführungsform einer Leitungsschutzvorrichtung 100'.
Die Leitungsschutzvorrichtung 100' ist allgemein der Leitungsschutzvorrichtung 100 ähnlich und Komponenten der Leitungsschutzvorrichtung 100', die jenen der Leitungsschutzvorrichtung 100 entsprechen, wurden durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Für weitere Einzelheiten in Bezug auf diese Komponenten wird auf die mit Bezug auf 1A erfolgte Beschreibung verwiesen.
In dem Fall der Leitungsschutzvorrichtung 100' liefert die Schaltersteuerschaltung 140 ein Steuersignal an einen externen Schalter 110'. Die Leitungsschutzvorrichtung 100' und der externe Schalter 110' können als Teil desselben elektronischen Gehäuses bereitgestellt sein. Alternativ dazu könnten die Leitungsschutzvorrichtung 100' und der externe Schalter 110' als getrennte elektronische Gehäuse bereitgestellt sein.
Bei dem Beispiel aus 1B sind die Leitungsschutzvorrichtung 100' und der externe Schalter 110' in Reihe mit der zu schützenden elektrischen Leitung 10 unter Verwendung der Anschlüsse 101, 102 der Leitungsschutzvorrichtung 100' verbunden. Auf diese Weise kann der elektrische Strom I durch die elektrische Leitung 10 durch den Stromsensor 120 der Leitungsschutzvorrichtung 100' erfasst werden.
Zum Liefern des Steuersignals an den externen Schalter 110' beinhaltet die Leitungsschutzvorrichtung 100' einen Ausgangsanschluss 105. Die Schaltersteuerschaltung 140 der Leitungsschutzvorrichtung 100 steuert den Schalter 110' auf die gleiche Weise wie oben für den Schalter 110 der Leitungsschutzvorrichtung 100 erklärt. Das heißt, der Schalter 110 wird in Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms I gesteuert.
2A, 2B, 2C und 2D veranschaulichen schematisch verschiedene Anordnungen zum Koppeln der Leitungsschutzvorrichtung 100 mit der elektrischen Leitung 10. Wie gesehen werden kann, ist die Leitungsschutzvorrichtung 100 bei jeder dieser Anordnungen in Reihe mit der elektrischen Leitung 10 verbunden. Bei der Anordnung aus 2A ist die Leitungsschutzvorrichtung 100 mit einem Ende der elektrischen Leitung 10 verbunden und ist die Leitungsschutzvorrichtung 100 bei der Anordnung aus 2B mit dem anderen Ende der elektrischen Leitung 10 verbunden. Bei der Anordnung aus 2C ist die Leitungsschutzvorrichtung 100 zwischen zwei Segmenten der elektrischen Leitung 10 verbunden. Bei der Anordnung aus 2D ist die Leitungsschutzvorrichtung 100 indirekt über ein Zwischenleiterelement 20 mit der elektrischen Leitung 10 verbunden. Bei jeder dieser Anordnungen kann die Leitungsschutzvorrichtung 100 wie oben erklärt mit Leistung versorgt werden, indem Leistung von wenigstens einem der Anschlüsse 101, 102 abgeleitet wird, die verwendet werden, um die Leitungsschutzvorrichtung 100 in Reihe mit der elektrischen Leitung 10 zu verbinden. Bei jeder dieser Anordnungen kann die Leitungsschutzvorrichtung 100 als ein Ersatz einer herkömmlichen Sicherung dienen.
Die Leitungsschutzvorrichtung 100' kann in ähnlichen Anordnungen wie in 2A, 2B, 2C und 2D veranschaulicht verwendet werden. Jedoch ist anzumerken, dass in diesem Fall die Leitungsschutzvorrichtung 100' und der externe Schalter 110' an unterschiedlichen Stellen angeordnet sein könnten. Zum Beispiel könnte die Leitungsschutzvorrichtung 100' an einem Ende der elektrischen Leitung 10 angeordnet sein, wie in 2A oder 2B veranschaulicht ist, während der externe Schalter 110' an dem anderen Ende der elektrischen Leitung 10 angeordnet ist oder zwischen zwei Segmenten der elektrischen Leitung 10 eingefügt ist.
Wie oben erwähnt, kann das digitale Filtern, das durch die digitale Filterschaltung 130 durchgeführt wird, verwendet werden, um die Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I gemäß einer Zeit-Strom-Kennlinie auszulösen, die zu der elektrischen Leitung 10 passt. Dies wird im Folgenden weiter erklärt.
3 veranschaulicht ferner beispielhafte Eigenschaften der elektrischen Leitung 10. Bei dem veranschaulichten Beispiel wird angenommen, dass die elektrische Leitung 10 ein isolierter Draht ist, der eine zylindrische Geometrie mit einem inneren Leiter 12 aufweist, der durch eine Isolatorschicht 14 bedeckt ist. Der innere Leiter 12, der durch eine Litze oder einen soliden Draht gebildet werden kann, weist einen Durchmesser d1 auf. Der Gesamtdurchmesser des Drahtes ist d2. Eine Dicke s der Isolatorschicht 14 wird durch s bezeichnet. Die Robustheit der elektrischen Leitung 10 hängt von diesen geometrischen Eigenschaften und auch von den Bestandteilmaterialien der elektrischen Leitung 10 ab, wie etwa einem Material des Leiters 12 und (einem) Material(ien) der Isolatorschicht 14. Eine Temperaturgrenze T_L kann für die elektrische Leitung 10 definiert sein, z. B. als eine Temperatur, die nicht überschritten werden sollte, um eine Beschädigung der elektrischen Leitung 10 zu verhindern.
Wenn der elektrische Strom I durch die elektrische Leitung 10 fließt, wird Wärme in der elektrischen Leitung 10 erzeugt. Die resultierende Temperatur der elektrischen Leitung 10 hängt von verschiedenen Parametern, wie etwa den oben erwähnten geometrischen Eigenschaften der elektrischen Leitung 10, ab. Ferner hängt die resultierende Temperatur auch von den Bestandteilmaterialien der elektrischen Leitung 10 ab. Ferner hängt die resultierende Temperatur auch von dem Wert des elektrischen Stroms I, der Zeitdauer des Stromflusses durch die elektrische Leitung 10 und von der Umgebungstemperatur ab. Als eine allgemeine Regel verursacht ein höherer Wert des elektrischen Stroms I eine höhere resultierende Temperatur. Gleichermaßen würde eine höhere Dauer des Stromflusses eine höhere resultierende Temperatur verursachen. Dies kann berücksichtigt werden, indem die Robustheit der elektrischen Leitung 10 durch eine Zeit-Strom-Kennlinie repräsentiert wird, die für eine gegebene Umgebungstemperatur die Zeit t zum Erreichen der Temperaturgrenze T_L der elektrischen Leitung 10 als Funktion des Wertes des elektrischen Stroms I, der durch die elektrische Leitung 10 fließt, zeigt. 4 zeigt ein Beispiel für eine solche Zeit-Strom-Kennlinie. Wie gesehen werden kann, gibt es mit zunehmendem Wert des elektrischen Stroms I eine kürzere zugelassene Zeit des Stromflusses durch die elektrische Leitung 10, bis die Temperaturgrenze T_L erreicht wird. Für niedrige Werte des elektrischen Stroms I kann der Strom praktisch für eine unbegrenzte Zeit fließen, ohne dass die Temperaturgrenze T_L erreicht wird.
Um die elektrische Leitung 10 effizient zu schützen, ist es wünschenswert, dass die Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 gemäß einer Kennlinie ausgelöst wird, die zu der Zeit-Strom-Kennlinie der elektrischen Leitung 10 passt. Insbesondere kann ein effizienter Schutz erreicht werden, indem die Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 gemäß einer Zeit-Strom-Kennlinie ausgelöst wird, die der Zeit-Strom-Kennlinie der elektrischen Leitung 10 ähnlich ist, aber um eine Spanne zu geringeren Strömen und kürzeren Zeiten hin verschoben ist. Dies hat den Effekt, dass der Fluss des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 bereits unterbrochen wird, bevor eine Beschädigung der elektrischen Leitung 10 auftritt. Außerdem ist es auch wünschenswert, einen Überstromschutz hinzuzufügen durch Unterbrechen des Flusses des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10, wenn der Wert des elektrischen Stroms I einen gewissen Maximalschwellenwert überschreitet.
Bei der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' ist die Zeit-Strom-Kennlinie zum Auslösen der Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I durch das digitale Filtern implementiert, das durch die digitale Filterschaltung 130 durchgeführt wird. Die Unterbrechung als Reaktion auf das Überschreiten des maximalen Stromschwellenwerts kann durch die Schaltersteuerschaltung 140 implementiert werden. 5 veranschaulicht schematisch die resultierende kombinierte Kennlinie für eine Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10. Zum Vergleich veranschaulicht 5 die Zeit-Strom-Kennlinie der elektrischen Leitung 10 durch eine gepunktete Linie. Wie gesehen werden kann, kann die Zeit-Strom-Kennlinie, die durch die Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' bereitgestellt wird, als drei Zweige aufweisend betrachtet werden: einen ersten im Wesentlichen vertikalen Zweig, der durch eine untere Stromgrenze I₁ definiert ist, einen zweiten im Wesentlichen vertikalen Zweig, der durch eine obere Stromgrenze I₂ definiert ist, und einen im Wesentlichen horizontalen Zweig, der die zwei im Wesentlichen vertikalen Zweige verbindet. Unterhalb der unteren Stromgrenze I₁ , die auch als maximaler Permanentstrom bezeichnet wird, kann der elektrische Strom I für eine unendliche Zeit fließen, ohne eine Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I auszulösen. Oberhalb der oberen Stromgrenze I₂ , die auch als „Auslösestrom“ bezeichnet wird, wird eine Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I sofort ausgelöst, unabhängig von der Dauer des Stromflusses. Eine Zeitposition des im Wesentlichen horizontalen Zweiges repräsentiert eine Auslösegeschwindigkeit oder Verzögerung, die durch τ_P bezeichnet wird.
6 veranschaulicht ein thermisches Modell der elektrischen Leitung 10. Basierend auf diesem thermischen Modell kann gesehen werden, dass das digitale Filtern des Wertes des elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung 10 verwendet werden kann, um die Temperatur der elektrischen Leitung 10 effizient aus dem Wert des elektrischen Stroms I zu schätzen und dadurch eine Zeit-Strom-Kennlinie, wie in Verbindung mit 5 erklärt, zu implementieren.
In einer Querschnittsansicht der elektrischen Leitung 10 zeigt 6, dass eine Erwärmung der elektrischen Leitung 10 modelliert werden kann, indem ein thermischer Widerstand R_th und eine thermische Kapazität C_th definiert werden. Der thermische Widerstand R_th beschreibt eine Fähigkeit des Leitens von Wärme von dem inneren Leiter 12 zu einem Umgebungsmedium, das die elektrische Leitung 10 umgibt, z. B. der Umgebungsluft. Der thermische Widerstand R_th hängt typischerweise von der Dicke der Isolatorschicht 14, von dem (den) in dem Leiter 12 und in der Isolatorschicht 14 verwendeten Material(ien) und auch von dem Durchmesser d₁ des Leiters 12 und dem Durchmesser d₂ der elektrischen Leitung 10 ab. Die thermische Kapazität C_th parametrisiert eine Fähigkeit des Speicherns von Wärme in der elektrischen Leitung 10. Auch hängt die thermische Kapazität C_th von der Dicke der Isolatorschicht 14, von dem (den) in dem Leiter 12 und in der Isolatorschicht 14 verwendeten Material(ien) und auch von dem Durchmesser d₁ des Leiters 12 und dem Durchmesser d₂ der elektrischen Leitung 10 ab.
Ferner zeigt 6 auch einen äquivalenten thermischen Schaltkreis, der verwendet werden kann, um eine Erwärmung der elektrischen Leitung 10 aufgrund des elektrischen Stroms, der durch die elektrische Leitung 10 fließt, zu modellieren. Wie gesehen werden kann, kann das Erwärmen der elektrischen Leitung 10 hinsichtlich eines Schaltkreises modelliert werden, bei dem eine thermische Dissipationsleistung, die in dem Leiter 12 erzeugt wird, an eine Tiefpassfilterschaltung angelegt wird, die durch den thermischen Widerstand R_th und die thermische Kapazität C_th definiert ist. Das statische Verhalten der elektrischen Leitung 10 als Reaktion auf einen elektrischen Strom gleich der ersten Stromgrenze I₁ kann durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden: $P_{D m} = k_{1} I_{1} + k_{2} I_{1}^{2}$
$P_{D m} = k_{3} Δ T = k_{3} (T_{L} - T_{A}),$
wobei T_L die Temperaturgrenze bezeichnet, die für die elektrische Leitung 10 definiert ist, und T_A die Umgebungstemperatur der elektrischen Leitung 10 bezeichnet. Die Koeffizienten k₁ , k₂ , k₃ hängen von den Eigenschaften der elektrischen Leitung 10 ab.
Das dynamische Verhalten der elektrischen Leitung 10 als Reaktion auf einen elektrischen Strom oberhalb der ersten Stromgrenze I₁ kann dagegen durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden: $τ_{L} = R_{t h} C_{t h}$
$t_{S} = - τ_{L} ln (1 - k_{3} Δ T / (k_{1} I + k_{2} I^{2})),$
wobei t_S die Zeit bezeichnet, die zum Erwärmen der elektrischen Leitung 10 von der Umgebungstemperatur T_A auf die Temperaturgrenze T_L benötigt wird.
Entsprechend kann das thermische Verhalten der elektrischen Leitung 10 in Form von zwei Parametern beschrieben werden: dem Strom I₁ , der eine maximale Erwärmung der elektrischen Leitung 10 unter statischen Bedingungen verursacht, und einer Zeitkonstante τ_P , die durch den thermischen Widerstand R_th und die thermische Kapazität C_th definiert ist. Insbesondere kann das thermisch Verhalten der elektrischen Leitung 10 als Reaktion auf den elektrischen Strom I, der durch die elektrische Leitung 10 fließt, durch Berechnen einer Polynomfunktion des elektrischen Stroms I und Unterziehen der Werte der Polynomfunktion einer Tiefpassfilterung mit einer Zeitkonstante τ_L modelliert werden. In der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' kann die Zeit-Strom-Kennlinie zum Auslösen einer Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 dazu konfiguriert werden, dieses thermische Verhalten nachzuahmen, indem eine digitale Filterung in der digitalen Filterschaltung 130 durchgeführt wird, was die Berechnung einer Polynomfunktion des elektrischen Stroms I gemäß: $P = k_{1} I + k_{2} I^{2}$
und dann Unterziehen der Ausgabe der Polynomfunktion einer Tiefpassfilterung mit einer Zeitkonstante τ_P einbezieht. Die Ausgabe der Tiefpassfilterung repräsentiert eine Temperaturzunahme mit Bezug auf die Umgebungstemperatur T_A . Die Zeitkonstante τ_P kann geringfügig niedriger als die Zeitkonstante τ_L , die für die elektrische Leitung 10 geschätzt wird, gewählt werden, um sicherzustellen, dass die Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms ausgelöst wird, bevor die elektrische Leitung 10 die Temperaturgrenze T_L erreichen kann.
Unter der Annahme, dass die Umgebungstemperatur T_A nicht als ein gemessener Eingabeparameter verfügbar ist, kann die Umgebungstemperatur T_A hinsichtlich einer Berücksichtigung des schlimmsten Falls berücksichtigt werden, indem eine Umgebungstemperatur T_WC des schlimmsten Falls angenommen wird, die unter typischen Betriebsbedingungen nicht überschritten wird. Der maximale Permanentstrom, d. h. die untere Stromgrenze I₁ , kann dann als eine Grundlage für das Schätzen einer maximalen Temperatur T_LS der elektrischen Leitung 10 unter stabilen Bedingungen verwendet werden. Zum Beispiel könnte die maximale Temperatur T_LS der elektrischen Leitung 10 unter stabilen Bedingungen geschätzt werden als $T_{L S} = T_{W C} + \frac{k_{2}}{k_{3}} I_{1}^{2} .$
In Anbetracht des Obigen könnten das digitale Filtern des Wertes des elektrischen Stroms I durch die digitale Filterschaltung 130 und die logische Auswertung des digital gefilterten Wertes des elektrischen Stroms I durch die Schaltersteuerschaltung 140 wie in 7A veranschaulicht implementiert werden.
7A zeigt ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Beispiels für digitale Filteroperationen, die durch die digitale Filterschaltung 130 durchgeführt werden, auf der Basis eines digitalisierten Wertes D(I) des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10. Ferner zeigt 7A ein Beispiel für Logikoperationen, die durch die Schaltersteuerschaltung 140 durchgeführt werden.
Bei dem Beispiel aus 7A beinhalten die digitalen Filteroperationen Berechnen einer Polynomfunktion in einem Filterblock 710 und Tiefpassfiltern in einem Filterblock 720. Die Logikoperationen beinhalten einen Vergleich in einem Logikblock 730, einen Vergleich in einem Logikblock 740 und eine Logik oder Operation in einem Logikblock 750.
Der Filterblock 710 empfängt den digitalisierten Wert D(I) des elektrischen Stroms I und berechnet digital eine Polynomfunktion gemäß Gleichung (5). Wie durch Gleichung (5) gezeigt, kann die Polynomfunktion eine Polynomfunktion zweiter Ordnung mit Koeffizienten k₁ und k₂ ungleich null für einen linearen Teil und einen quadratischen Teil der Polynomfunktion sein. Jedoch wäre es bei manchen Implementierungen auch möglich, den linearen Teil zu vernachlässigen und einen Koeffizienten k₂ ungleich null lediglich für den quadratischen Teil zu haben. Jedoch kann das Aufweisen eines Koeffizienten k₁ ungleich null auch für den linearen Teil eine genauere Modellierung davon ermöglichen, dass die Leitfähigkeit des Leiters 12 der elektrischen Leitung 10 von der Temperatur abhängt.
Die Ausgabe der Polynomfunktion wird als ein digitaler Wert D(P) an den Filterblock 720 geliefert. Der Filterblock 720 führt eine digitale Tiefpassfilterung der Ausgabe D(P) der Polynomfunktion durch. Zu diesem Zweck kann der Filterblock 720 zum Beispiel ein digitales Tiefpassfilter erster Ordnung beinhalten. Jedoch ist eine Nutzung eines digitalen Tiefpassfilters höherer Ordnung, z. B. zweiter oder dritter Ordnung, ebenfalls möglich. Die Ausgabe des Filterblocks 720 repräsentiert die geschätzte Temperaturzunahme ΔT der elektrischen Leitung 10 multipliziert mit dem Koeffizienten k₃ . Die Ausgabe des Filterblocks 720 wird als ein digitaler Wert D(k₃ΔT) an den Logikblock 730 geliefert.
Der Logikblock 730 empfängt die Ausgabe D(k₃ΔT) des Filterblocks 720, d. h. den digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms I, und vergleicht die Ausgabe D(k₃ΔT) mit einem ersten Schwellenwert, um zu entscheiden, ob die geschätzte Temperatur der elektrischen Leitung 10 die Temperaturgrenze T_L überschreitet. Entsprechend hängt der erste Schwellenwert von der Temperaturgrenze T_L ab. Außerdem kann der erste Schwellenwert von der Umgebungstemperatur T_A , z. B. hinsichtlich eines Versatzes von der Temperaturgrenze T_L , abhängen. Wie in Verbindung mit Gleichung (6) erklärt, kann dieser Versatz auch basierend auf einer Betrachtung des schlimmsten Falls aus dem maximalen Permanentstrom durch die elektrische Leitung 10 geschätzt werden.
Falls der Logikblock 730 entscheidet, dass die geschätzte Temperatur der elektrischen Leitung 10 die Temperaturgrenze T_L überschreitet, setzt der Logikblock 730 ein Übertemperatursignal OT auf einen digitalen Wert „1“. Falls der Logikblock 730 entscheidet, dass die geschätzte Temperatur der elektrischen Leitung 10 die Temperaturgrenze T_L nicht überschreitet, setzt der Logikblock 730 das Übertemperatursignal OT auf einen digitalen Wert „0“.
Der Logikblock 740 empfängt den digitalisierten Wert D(I) des elektrischen Stroms I, d. h. den nicht gefilterten Wert des elektrischen Stroms I, und vergleicht den Wert des elektrischen Stroms I mit einem zweiten Schwellenwert, um zu entscheiden, ob der Wert des elektrischen Stroms I die obere Stromgrenze I₂ , d. h. den Auslösestrom, überschreitet. Die zweite Stromgrenze I₂ kann zum Beispiel hinsichtlich eines Schutzes der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' selbst vor dem Dissipieren von zu viel Energie festgelegt werden. Ferner kann die zweite Stromgrenze I₂ auch hinsichtlich des Schutzes anderer Vorrichtungen, die mit der elektrischen Leitung 10 gekoppelt sind, vor übermäßig hohen Stromspitzen oder hinsichtlich des Vermeidens eines Versorgungsspannungsausfalls, der durch eine solche übermäßige Stromspitze verursacht wird, festgelegt werden.
Falls der Logikblock 740 entscheidet, dass der Wert des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 die obere Stromgrenze I₂ überschreitet, setzt der Logikblock 740 ein Überstromsignal OC auf einen digitalen Wert „1“. Falls der Logikblock 740 entscheidet, dass der Wert des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 die obere Stromgrenze I₂ nicht überschreitet, setzt der Logikblock 740 das Überstromsignal OC auf einen digitalen Wert „0“.
Der Logikblock 750 empfängt das Übertemperatursignal OT und das Überstromsignal OC und kombiniert diese zwei Signale durch eine Logik oder eine Operation. Das heißt, dass, falls das Übertemperatursignal OT und/oder das Überstromsignal OC den digitalen Wert „1“ aufweist, der Logikblock 750 das Ausschaltsignal SO auf einen digitalen Wert „1“ setzt. Falls weder das Übertemperatursignal OT noch das Überstromsignal OC den digitalen Wert „1“ aufweist, setzt der Logikblock 750 das Ausschaltsignal SO auf einen digitalen Wert „0“. Das Ausschaltsignal SO wird dann zum Auslösen einer Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 verwendet. Insbesondere unterbricht die Schaltersteuerschaltung 140, falls das Ausschaltsignal SO auf den digitalen Wert „1“ gesetzt ist, den Fluss des Stroms I durch Öffnen des Schalters 110. Falls das Ausschaltsignal SO auf den digitalen Wert „0“ gesetzt ist, kann die Schaltersteuerschaltung 140 den Schalter 110 geschlossen halten. Jedoch kann die Schaltersteuerschaltung 140 in Abhängigkeit von anderen Kriterien den Schalter auch öffnen, wenn das Ausschaltsignal SO auf den digitalen Wert „0“ gesetzt ist, z. B. falls das oben erwähnte externe Eingangssignal IN angibt, dass der Schalter 110 zu öffnen ist.
Bei dem Beispiel aus 7A beinhalten die digitalen Filteroperationen, die durch die digitale Filterschaltung 130 durchgeführt werden, eine Berechnung einer Polynomfunktion und eine Tiefpassfilterung. Jedoch ist anzumerken, dass die digitale Filterschaltung 130 auch andere Typen digitaler Filteroperationen implementieren kann. 7B zeigt ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines entsprechenden Beispiels, bei dem die digitalen Filteroperationen, die durch die digitale Filterschaltung 130 durchgeführt werden, auch eine Hochpassfilterung beinhalten. Ferner zeigt 7B ein Beispiel für weitere Logikoperationen, die durch die Schaltersteuerschaltung 140 durchgeführt werden.
Auch bei dem Beispiel aus 7B beinhalten die digitalen Filteroperationen Berechnen einer Polynomfunktion in einem Filterblock 710 und Tiefpassfiltern in einem Filterblock 720. Die Logikoperationen beinhalten einen Vergleich in einem Logikblock 730, einen Vergleich in einem Logikblock 740 und eine Logik oder Operation in einem Logikblock 750. Einzelheiten hinsichtlich des Betriebs der Filterblöcke 710 und 720 und der Logikblöcke 730, 740 und 750 können aus der obigen Beschreibung in Verbindung mit 7A entnommen werden. Bei dem Beispiel aus 7B beinhalten die digitalen Filteroperationen zusätzlich Hochpassfiltern in Filterblock 760 und beinhalten die Logikoperationen zusätzlich Vergleichen in Logikblock 770.
Der Filterblock 760 empfängt den digitalisierten Wert D(I) des elektrischen Stroms I und führt eine digitale Hochpassfilterung des Wertes D(I) durch. Zu diesem Zweck kann der Filterblock 760 zum Beispiel ein digitales Hochpassfilter erster Ordnung beinhalten. Jedoch ist eine Nutzung eines digitalen Hochpassfilters höherer Ordnung, z. B. zweiter oder dritter Ordnung, ebenfalls möglich. Eine Ausgabe des Filterblocks 760 repräsentiert eine Schätzung der Zeitableitung dI/dt des Wertes des elektrischen Stroms I durch die Leitung 10 multipliziert mit einem Koeffizienten k₄. Die Ausgabe des Filterblocks 760 wird als ein digitaler Wert D(k₄dI/dt) an den Logikblock 770 geliefert.
Der Logikblock 770 empfängt die Ausgabe D(k₄dI/dt) des Filterblocks 760, d. h. die Schätzung der Zeitableitung des Wertes des elektrischen Stroms I, und vergleicht die Ausgabe D(k₄dI/dt) mit einem dritten Schwellenwert (k₄dI/dt)_max, um zu entscheiden, ob es eine übermäßige Zunahme des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 gibt. Die übermäßige Zunahme des elektrischen Stroms I kann indikativ für einen Kurzschluss auf der elektrischen Leitung 10 sein.
Falls der Logikblock 770 entscheidet, dass es eine übermäßige Zunahme des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 gibt, setzt der Logikblock 770 ein Kurzschlusssignal SC auf einen digitalen Wert „1“. Ansonsten setzt der Logikblock 770 das Kurzschlusssignal SC auf einen digitalen Wert „0“.
Bei dem Beispiel aus 7B empfängt der Logikblock 750 das Übertemperatursignal OT, das Überstromsignal OC und das Kurzschlusssignal SC und kombiniert diese drei Signale durch eine Logik oder Operation. Das heißt, dass, falls das Übertemperatursignal OT und/oder das Überstromsignal OC und/oder das Kurzschlusssignal SC den digitalen Wert „1“ aufweist, der Logikblock 750 das Ausschaltsignal SO auf einen digitalen Wert „1“ setzt. Falls weder das Übertemperatursignal OT noch das Überstromsignal OC noch das Kurzschlusssignal SC den digitalen Wert „1“ aufweist, setzt der Logikblock 750 das Ausschaltsignal SO auf einen digitalen Wert „0“. Ähnlich dem Beispiel aus 7A wird das Ausschaltsignal SO dann zum Auslösen einer Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 verwendet. Insbesondere unterbricht die Schaltersteuerschaltung 140, falls das Ausschaltsignal SO auf den digitalen Wert „1“ gesetzt ist, den Fluss des Stroms I durch Öffnen des Schalters 110. Falls das Ausschaltsignal SO auf den digitalen Wert „0“ gesetzt ist, kann die Schaltersteuerschaltung 140 den Schalter 110 geschlossen halten. Jedoch kann die Schaltersteuerschaltung 140 in Abhängigkeit von anderen Kriterien den Schalter auch öffnen, wenn das Ausschaltsignal SO auf den digitalen Wert „0“ gesetzt ist, z. B. falls das oben erwähnte externe Eingangssignal IN angibt, dass der Schalter 110 zu öffnen ist.
Bei dem Beispiel aus 7B ermöglicht das Verarbeiten des digitalen Wertes D(I) durch Hochpassfiltern in dem Filterblock 760 und Vergleichen mit dem Schwellenwert in dem Logikblock 770 auch eine Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10, wenn ein Kurzschluss auf der elektrischen Leitung 10 eine abrupte Zunahme des Wertes des elektrischen Stroms I verursacht. In diesem Fall kann die Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I früher ausgelöst werden, bereits bevor es eine signifikante Erwärmung der elektrischen Leitung 10 gibt und bevor die obere Stromgrenze I₂ erreicht wird. Auf diese Weise kann ein Schutz der elektrischen Leitung 10 in Kurzschlussszenarien weiter verbessert werden.
Es wird angemerkt, dass bei einer Variante des Beispiels aus 7B die Ausgabe D(P) des Filterblocks 710 statt des digitalen Wertes D(I) als die Eingabe der Hochpassfilterung in dem Filterblock 760 verwendet werden könnte. Bei noch einer anderen Variante könnten die Tiefpassfilterung des Filterblocks 720 und die Hochpassfilterung des Filterblocks 760 durch den gleichen Filterblock implementiert werden, z. B. durch Versehen des Filterblocks 720 mit einer Bandstoppfiltereigenschaft. In dem letzteren Fall könnte die Ausgabe des Filterblocks 720 sowohl an den Logikblock 730 als auch an den Logikblock 770 geliefert werden.
8 zeigt ein Gesamtblockdiagramm zum Veranschaulichen, wie die oben erwähnten Funktionalitäten der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' durch elektronische Schaltungselemente implementiert werden können. Ähnlich zu 1 verwendet 8 gepunktete Linien, um eine Versorgung mit Leistung von Komponenten der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' schematisch zu veranschaulichen.
Bei dem Beispiel aus 8 werden die Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' und die zu schützende Leitung 10 von einer Spannungsquelle 800, z. B. einer Batterie, versorgt. Die Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' beinhaltet einen Transistor 810. Der Transistor kann den internen Schalter 110 aus 1A oder den externen Schalter 110 aus 1B implementieren. Der Transistor 810 kann zum Beispiel ein MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect)-Transistor, z. B. ein Leistung-MOSFET basierend auf einer DMOS(Double Diffused Metal Oxide)-Technologie oder einer VMOS(V-groved Metal Oxide Semiconductor)-Technologie, sein. Jedoch könnten ebenso andere Transistortypen verwendet werden. Die Spannungsquelle 820, der Transistor 810, die zu schützende elektrische Leitung 10 und die Last R_L sind in Reihe verbunden. Falls sich der Transistor 810 in einem leitenden Zustand befindet, wird entsprechend der elektrische Strom I durch die elektrische Leitung 10 auch durch den Transistor 810 fließen. Dadurch, dass der Transistor 810 in einem nichtleitenden Zustand gebracht wird, kann der Fluss des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 unterbrochen werden.
Ferner beinhaltet die Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' einen Gate-Treiber 820, der ein Gate-Signal V_G zum Steuern des Transistors 810 erzeugt, um zwischen dem leitenden Zustand und dem nichtleitenden Zustand zu wechseln. Der Gate-Treiber 820 wird durch eine Eingangsspannung, die durch die Spannungsquelle 800 bereitgestellt wird, mit Leistung versorgt. Entsprechend können die gleichen Anschlüsse, die zum Verbinden des Transistors in Reihe mit der Spannungsquelle 800 verwendet werden, auch verwendet werden, um den Gate-Treiber 820 mit Leistung zu versorgen.
Wie durch die gepunkteten Linien veranschaulicht, liefert der Gate-Treiber 820 auch Leistung an andere Komponenten der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100 Zum Beispiel könnte der Gate-Treiber 820 eine oder mehrere Versorgungsspannungen V_S von der Eingangsspannung ableiten, die durch die Spannungsquelle 820 bereitgestellt wird, und die Versorgungsspannung(en) V_S an die anderen Komponenten verteilen, wie durch die gepunkteten Linien veranschaulicht ist.
Bei dem veranschaulichten Beispiel wird angenommen, dass der Transistor 810 von einem „selbstsperrenden“ Typ ist. Das heißt, das Gate-Signal V_G muss aktiv mit einem gewissen Spannungspegel, oberhalb einer Schwellenwertspannung des Transistors 810, erzeugt werden, um den Transistor 810 in den leitenden Zustand zu bringen. Auf diese Weise kann die Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' auf eine störungssichere Weise betrieben werden, indem sichergestellt wird, dass sich, falls die Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' aufgrund von fehlender Leistung nicht aktiv ist, der Transistor 810 in dem nichtleitenden Zustand befindet und kein elektrischer Strom I durch die zu schützende elektrische Leitung 10 fließen kann.
Bei dem Beispiel aus 8 beinhaltet die Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' ferner einen Shunt-Widerstand R_S und einen Spannungssensor 830. Der Shunt-Widerstand R_S ist in Reihe zwischen dem Transistor 810 und der elektrischen Leitung 10 verbunden. Der Spannungssensor 830 erfasst einen Spannungspegel an jedem Anschluss des Shunt-Widerstands R_S und diese Spannungspegel werden durch einen Pegelumsetzer 840 an einen Messverstärker 850 geliefert. Der Messverstärker 850 stellt eine unsymmetrische Ausgangsspannung bereit, welche die Spannung über den Shunt-Widerstand R_S und dementsprechend den Wert des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 repräsentiert.
Die Ausgangsspannung des Messverstärkers 850 wird einem Anti-Aliasing-Filter 860 zugeführt. Das Anti-Aliasing-Filter 860 kann zum Beispiel eine Tiefpasseigenschaft aufweisen. Die Ausgabe des Anti-Aliasing-Filters 860 wird an einen Addierer 870 geliefert, der einen Halbsignalbereichsversatz zu seinem Eingangssignal addiert. Das Ausgangssignal des Addierers 870 wird dann an einen Analog-Digital-Umsetzer 880 zur Analog-Digital-Umsetzung geliefert. Eine digitale Ausgabe des Analog-Digital-Umsetzers 880 wird dann an einen weiteren Addierer 890 geliefert, der den Halbsignalbereichsversatz digital von der digitalen Ausgabe des Analog-Digital-Umsetzers 880 subtrahiert. Durch Addieren des Halbsignalbereichsversatzes vor der Analog-Digital-Umsetzung und Subtrahieren des Halbsignalbereichsversatzes nach der Analog-Digital-Umsetzung kann eine Umsetzung des Wertes des elektrischen Stroms I in einen digitalen Wert für beide Polaritäten des elektrischen Stroms I unterstützt werden.
Zusätzlich kann eine Subtraktion des Versatzes nach der Analog-Digital-Umsetzung auch zum Korrigieren anderer Versätze verwendet werden. Zum Beispiel können der Spannungssensor 830, der Pegelumsetzer 840, der Messverstärker 850, das Anti-Aliasing-Filter 860 oder der Addierer 870 aufgrund von Herstellungstoleranzen einen Versatz der Ausgabe des Analog-Digital-Umsetzers 880 einführen. Dieser Versatz kann durch Kurzschließen der Eingänge des Spannungssensors 830 und Messen des Versatzes hinsichtlich der resultierenden digitalen Ausgabe des Analog-Digital-Umsetzers 880 geschätzt werden. Während eines normalen Betriebs der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' kann der gemessene Versatz dann zusätzlich durch den Addierer 890 subtrahiert werden.
In Kombination können der Shunt-Widerstand R_S, der Spannungssensor 830, der Pegelumsetzer 840, der Messverstärker 850, das Anti-Aliasing-Filter 860, der Addierer 870, der Analog-Digital-Umsetzer 880 und der Addierer 890 den Stromsensor 120 implementieren. Bei dem veranschaulichten Beispiel wäre der Stromsensor 120 dementsprechend dazu konfiguriert, den Wert des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 zu erfassen und einen digitalen Wert, der den Wert des elektrischen Stroms I repräsentiert, wie etwa den oben erwähnten digitalen Wert D(I), auszugeben. Jedoch wird angemerkt, dass andere Implementierungen des Stromsensors 120 ebenfalls verwendet werden könnten. Zum Beispiel könnte der Stromsensor 120 auch vollständig auf der Basis einer analogen Schaltungsanordnung implementiert werden und könnte eine Analog-Digital-Umsetzung durch eine Eingangsstufe der digitalen Filterschaltung 140 durchgeführt werden.
Bei dem Beispiel aus 8 wird angenommen, dass der digitale Wert D(I), der den Wert des elektrischen Stroms I repräsentiert, dann wie in Verbindung mit 7B erklärt verarbeitet wird, um das Ausschaltsignal SO zu erzeugen. Das heißt, der digitale Wert D(I) wird durch die Filterblöcke 710, 720 und 760 und die Logikblöcke 730, 740, 750 und 770 verarbeitet. Jedoch ist anzumerken, dass der Filterblock 760 und der Logikblock 770 auch weggelassen werden könnten und das Ausschaltsignal SO wie in Verbindung mit 7A erklärt erzeugt werden könnte.
Das Ausschaltsignal SO wird an den Gate-Treiber 820 geliefert und wird verwendet, um eine Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I auszulösen, wenn das Ausschaltsignal SO auf den digitalen Wert „1“ gesetzt ist. Bei dem Beispiel aus 8 bedeutet dies, dass als Reaktion darauf, dass das Ausschaltsignal SO den digitalen Wert „1“ aufweist, der Gate-Treiber 820 aufhört, das Gate-Signal V_G mit dem erforderlichen Spannungspegel, um den Transistor 810 in den leitenden Zustand zu bringen, zu erzeugen.
Bei dem Beispiel aus 8 empfängt der Gate-Treiber 820 auch das externe Eingangssignal IN. Während das Ausschaltsignal SO den digitalen Wert „0“ aufweist, kann der Gate-Treiber 820 das Gate-Signal V_G zum Schalten des Transistors 810 zwischen dem leitenden Zustand und dem nichtleitenden Zustand erzeugen, sodass die Leitungsschutzvorrichtung 100 auch zum Implementieren eines extern steuerbaren Schalters verwendet werden kann. Hier wird angemerkt, dass, wenn das Ausschaltsignal SO den digitalen Wert „1“ aufweist, der Gate-Treiber 820 den Transistor 810 immer in den nichtleitenden Zustand bringen und den Fluss des elektrischen Stroms I unterbrechen wird. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass der Transistor 810 zurück in den leitenden Zustand gebracht wird, bevor die elektrische Leitung 10 ausreichend abgekühlt ist. Nach dem Auslösen einer Unterbrechung des Flusses des elektrischen Stroms I durch das Ausschaltsignal SO kann das Ausschaltsignal SO durch den Gate-Treiber 820 arretiert werden, sodass der Transistor 810 in dem nichtleitenden Zustand verbleibt, bis die Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' zurückgesetzt wird. Zurücksetzen der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' kann zum Beispiel Anlegen einer speziellen Signalsequenz an das externe Eingangssignal IN oder Trennen der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' von der Spannungsquelle 800 erfordern. In manchen Fällen könnte die Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' auch automatisch durch Arretieren des Ausschaltsignals SO lediglich für eine begrenzte Zeit zurückgesetzt werden.
Der oben erwähnte Parameterspeicher 160 kann verschiedene Parameter zum Konfigurieren des Betriebs der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' beinhalten, wie in Verbindung mit 7 und 8 erklärt ist. Diese Parameter können als Teil von Herstellereinstellungen, z. B. während Schlusstests der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100', gespeichert werden. Jedoch ist es auch möglich, dass wenigstens manche dieser Parameter durch einen Benutzer der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100', z. B. unter Verwendung der oben erwähnten Schnittstelle 170, konfigurierbar sind.
Der Parameterspeicher 160 kann Werte für die Koeffizienten k₁ , k₂ , k₃ , k₄ , die Zeitkonstante τ_P der Tiefpassfilterung in dem Filterblock 720 und/oder die Zeitkonstante τ_H der Hochpassfilterung in dem Filterblock 760 beinhalten. Des Weiteren kann der Parameterspeicher 160 die Schwellenwerte definieren, die durch die Logikblöcke 730 und 740 zu verwenden sind. In dem Fall des Logikblocks 730 könnte der erste Schwellenwert zum Beispiel hinsichtlich einer maximalen zulässigen Temperaturzunahme ΔT_m, hinsichtlich k₃ΔT_m oder hinsichtlich k₃(T_L-T_A) definiert werden. Jedoch könnte der erste Schwellenwert auch hinsichtlich der Temperaturgrenze T_L und einer Schätzung des schlimmsten Falls der Umgebungstemperatur T_A basierend auf dem maximalen Permanentstrom I₁ definiert werden. Noch ferner könnte der Parameterspeicher 160 auch verschiedene Optionen für den ersten Schwellenwert beinhalten, die gemäß einer Messung der Umgebungstemperatur T_A oder gemäß einem geschätzten Bereich der Umgebungstemperatur T_A ausgewählt werden könnten.
In manchen Szenarien kann der lineare Term der Polynomfunktion, die durch den Filterblock 710 implementiert wird, vernachlässigt werden. In diesem Fall kann die digitale Verarbeitung, die durch den Filterblock 710 und 720 durchgeführt wird, vereinfacht werden. Insbesondere könnte der Filterblock 710 dann dazu konfiguriert werden, lediglich eine Quadratur des digitalen Wertes D(I) durchzuführen, und könnten die verbleibenden Koeffizienten k₂ und k₃ zu einem einzigen Koeffizienten k=k₃/k₂ kombiniert werden. Der erste Schwellenwert könnte dann hinsichtlich kΔT_m oder hinsichtlich k(T_L-T_A) definiert werden.
Wie oben erwähnt, kann die digitale Filterschaltung 130 ein oder mehrere Verzögerungselemente beinhalten. Dies ist in 9 veranschaulicht, die ein Beispiel für ein digitales Tiefpassfilter 900 veranschaulicht. Das digitale Tiefpassfilter 900 könnte zum Beispiel in dem oben erwähnten Filterblock 720 verwendet werden.
Wie veranschaulicht, empfängt das digitale Tiefpassfilter 900 ein Eingangssignal in Form einer Sequenz von zeitdiskreten Werten x_n und stellt ein Ausgangssignal in der Form einer Sequenz von zeitdiskreten Werten y_n bereit. Hier bezeichnet n einen Index der Werte x_n , y_n in der Sequenz, der mit jedem Zeitschritt, z. B. mit jedem Taktzyklus, erhöht wird. Bei Verwendung in dem Filterblock 720 würde das Eingangssignal die digitalen Werte D(P) beinhalten, die durch die Polynomfunktion ausgegeben werden, und würde das Ausgangssignal die digitalen Werte D(k₃ΔT) beinhalten, die die geschätzte Temperaturzunahme ΔT repräsentieren.
Das digitale Tiefpassfilter 900 beinhaltet ein erstes Addiererelement 910, ein Multipliziererelement 920, ein zweites Addiererelement 930 und ein Verzögerungselement 940. Wie gesehen werden kann, wird der Wert y_n des Ausgangssignals durch das Verzögerungselement 940 verzögert und dann zu dem ersten Addiererelement 910 und zu dem zweiten Addiererelement 930 zurückgeführt. Das erste Addiererelement 910 subtrahiert den verzögerten Ausgabewert y_n-1 von dem Eingabewert x_n . Ein Ausgabewert des ersten Addierers wird an das Multipliziererelement 920 geliefert, das eine Skalierung mit einem Faktor von 1/α erreicht. Ein Ausgabewert des Multipliziererelements 920 wird an das zweite Addiererelement 930 geliefert, das den Ausgabewert y_n durch Addieren des verzögerten Ausgabewertes y_n-1 zu dem Ausgabewert des Multipliziererelements 920 erzeugt.
Bei dem Beispiel aus 9 implementiert das digitale Tiefpassfilter 900 ein Tiefpassfilter erster Ordnung. Jedoch ist anzumerken, dass komplexere digitale Filterimplementierungen ebenso verwendet werden könnten, zum Beispiel ein Tiefpassfilter höherer Ordnung, und dass solche anderen digitalen Filterimplementierungen mehrere Verzögerungselemente verwenden könnten.
Wie oben erwähnt, wird die digitale Filterschaltung 130 durch aktive Schaltungselemente implementiert, die während des Betriebs mit Leistung versorgt werden müssen. Dies trifft auch auf das (die) Verzögerungselement(e) zu, das (die) in der digitalen Filterschaltung 130 verwendet wird (werden), wie etwa das Verzögerungselement 940. In der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' wird die nichtflüchtige Speicherschaltung 135 verwendet, um den Zustand der digitalen Filterschaltung 130, insbesondere den Zustand von einem oder mehreren Verzögerungselementen der digitalen Filterschaltung 130, wie etwa des Verzögerungselements 940, zu speichern. Auf diese Weise kann die digitale Filterschaltung 130 beginnend von ihrem Zustand vor dem Versorgungsspannungsabfall mit dem Betrieb fortfahren, wodurch ermöglicht wird, dass die digitale Filterschaltung 130 die Werte des elektrischen Stroms I berücksichtigt, die vor dem Versorgungsspannungsabfall erfasst wurden, wenn die Temperaturzunahme ΔT geschätzt wird. Entsprechend kann die gewünschte Zeit-Strom-Kennlinie zum Unterbrechen des Flusses des elektrischen Stroms I durch die elektrische Leitung 10 auch beobachtet werden, wenn ein Versorgungsspannungsabfall auftritt.
10 bis 14 veranschaulichen Beispiele für nichtflüchtige Speicherelemente, die verwendet werden können, um die nichtflüchtige Speicherschaltung 135 zu implementieren. Hier wird auch angemerkt, dass nichtflüchtige Speicherelemente gemäß den verschiedenen Beispielen in der nichtflüchtigen Speicherschaltung 135 kombiniert werden können. Bei jedem Beispiel basiert das nichtflüchtige Speicherelement auf einer Latch-Schaltung. Die Latch-Schaltung kann zum Beispiel den Zweck des Speicherns eines Bits von einem Eingangswert eines Verzögerungselements, wie etwa des Verzögerungselements 940, aufweisen. Das heißt, dass die Latch-Schaltung Teil eines Verzögerungselements der digitalen Filterschaltung 130 sein kann.
Bei dem Beispiel aus 10 beinhaltet ein nichtflüchtiges Speicherelement 1000 einen ersten Eingangsanschluss 1011 und einen zweiten Eingangsanschluss 1012. Ferner beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1000 einen ersten Ausgangsanschluss 1021 und einen zweiten Ausgangsanschluss 1022. Ferner beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1000 ein erstes Logikgatterelement 1030 und ein zweites Logikgatterelement 1040. Ein Eingangssignal, das an den ersten Eingangsanschluss 1011 angelegt wird, wird an einen ersten Eingang des ersten Logikgatterelements 1030 geliefert. Ein Eingangssignal, das an den zweiten Eingangsanschluss 1012 angelegt wird, wird an einen ersten Eingang des zweiten Logikgatterelements 1040 geliefert. Ein Ausgangssignal des ersten Logikgatterelements 1030 wird an einen zweiten Eingang des zweiten Logikgatterelements 1040 geliefert und ein Ausgangssignal des zweiten Logikgatterelements 1040 wird an einen zweiten Eingang des ersten Logikgatterelements 1030 geliefert. Das Ausgangssignal des ersten Logikgatterelements 1030 wird auch an den ersten Ausgangsanschluss 1021 geliefert und das Ausgangssignal des zweiten Logikgatterelements 1040 wird auch an den zweiten Ausgangsanschluss 1022 geliefert.
Bei dem Beispiel aus 10 sind das erste Logikgatterelement 1030 und das zweite Logikgatterelement 1040 NAND-Gatter und bilden eine RS-Latch-Schaltung (RS: „Reset Set“ - Rücksetzen-Setzen), wobei der erste Eingangsanschluss 1011 einem SN(Setzen-invers)-Eingang der RS-Latch-Schaltung entspricht, wobei der zweite Eingangsanschluss 1012 einem RN(Rücksetzen-invers)-Eingang der RS-Latch-Schaltung entspricht, wobei der erste Ausgangsanschluss 1021 einem Q(Daten)-Ausgang der RS-Latch-Schaltung entspricht und wobei der zweite Ausgangsanschluss 1022 einem QN(Daten-invers)-Ausgang der RS-Latch-Schaltung entspricht.
Wie veranschaulicht, beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1000 ferner einen Pufferkondensator 1050. Der Pufferkondensator 1050 ist zwischen dem zweiten Eingang des ersten Logikgatterelements 1030 und dem zweiten Eingang des zweiten Logikgatterelements 1040 gekoppelt. Während des Betriebs der digitalen Filterschaltung 130 kann die RS-Latch-Schaltung verwendet werden, um Werte zu speichern, die durch die digitale Filterschaltung 130 verarbeitet werden, was Ändern des Zustands der RS-Latch-Schaltung unter Verwendung von Signalen involviert, die an den Eingangsanschlüssen 1011, 1021 angelegt werden. Der Pufferkondensator 1050 wird gemäß dem Zustand der Ausgabe der RS-Latch-Schaltung geladen. In dem Fall eines Versorgungsspannungsabfalls wird der Pufferkondensator 1050 lediglich langsam entladen und hält die Ladung, die in dem Pufferkondensator 1050 gespeichert ist, den Zustand der RS-Latch-Schaltung aufrecht.
Bei dem Beispiel aus 11 beinhaltet ein nichtflüchtiges Speicherelement 1100 einen ersten Eingangsanschluss 1111 und einen zweiten Eingangsanschluss 1112. Ferner beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1100 einen ersten Ausgangsanschluss 1121 und einen zweiten Ausgangsanschluss 1122. Ferner beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1100 ein erstes Logikgatterelement 1130 und ein zweites Logikgatterelement 1140. Ein Eingangssignal, das an den ersten Eingangsanschluss 1111 angelegt wird, wird an einen ersten Eingang des ersten Logikgatterelements 1130 geliefert. Ein Eingangssignal, das an den zweiten Eingangsanschluss 1112 angelegt wird, wird an einen ersten Eingang des zweiten Logikgatterelements 1140 geliefert. Ein Ausgangssignal des ersten Logikgatterelements 1130 wird an einen zweiten Eingang des zweiten Logikgatterelements 1140 geliefert und ein Ausgangssignal des zweiten Logikgatterelements 1140 wird an einen zweiten Eingang des ersten Logikgatterelements 1130 geliefert. Das Ausgangssignal des ersten Logikgatterelements 1130 wird auch an den ersten Ausgangsanschluss 1121 geliefert und das Ausgangssignal des zweiten Logikgatterelements 1140 wird auch an den zweiten Ausgangsanschluss 1122 geliefert.
Bei dem Beispiel aus 11 sind das erste Logikgatterelement 1130 und das zweite Logikgatterelement 1140 NOR-Gatter und bilden eine RS-Latch-Schaltung, wobei der erste Eingangsanschluss 1111 einem S(Setzen)-Eingang der RS-Latch-Schaltung entspricht, wobei der zweite Eingangsanschluss 1112 einem R(Rücksetzen)-Eingang der RS-Latch-Schaltung entspricht, wobei der erste Ausgangsanschluss 1121 einem QN(Daten-invers)-Ausgang der RS-Latch-Schaltung entspricht und wobei der zweite Ausgangsanschluss 1122 einem Q(Daten)-Ausgang der RS-Latch-Schaltung entspricht.
Ähnlich dem nichtflüchtigen Speicherelement 1000 beinhaltet auch das nichtflüchtige Speicherelement 1100 einen Pufferkondensator 1150. Der Pufferkondensator 1150 ist zwischen dem zweiten Eingang des ersten Logikgatterelements 1130 und dem zweiten Eingang des zweiten Logikgatterelements 1140 gekoppelt. Während des Betriebs der digitalen Filterschaltung 130 kann die RS-Latch-Schaltung verwendet werden, um Werte zu speichern, die durch die digitale Filterschaltung 130 verarbeitet werden, was Ändern des Zustands der RS-Latch-Schaltung unter Verwendung von Signalen involviert, die an den Eingangsanschlüssen 1111, 1121 angelegt werden. Der Pufferkondensator 1150 wird gemäß dem Zustand der Ausgabe der RS-Latch-Schaltung geladen. In dem Fall eines Versorgungsspannungsabfalls wird der Pufferkondensator 1150 lediglich langsam entladen und hält die Ladung, die in dem Pufferkondensator 1150 gespeichert ist, den Zustand der RS-Latch-Schaltung aufrecht.
12 veranschaulicht eine Transistorebene-Repräsentation eines weiteren Beispiels für ein nichtflüchtiges Speicherelement 1200. Das nichtflüchtige Speicherelement 1200 beinhaltet einen ersten Eingangsanschluss 1211 und einen zweiten Eingangsanschluss 1212. Ferner beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1200 einen ersten Ausgangsanschluss 1221 und einen zweiten Ausgangsanschluss 1222. Wie veranschaulicht, beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1200 MOS(Metal Oxide Semiconductor)-Typ-Transistoren 1201, 1231, 1232, 1233, 1241, 1242, 1243, die zwischen einer High-Versorgungsspannungsleitung Vdd und einer Low-Versorgungsspannungsleitung Vss gekoppelt sind. Der Transistor 1201 wird als eine Primärstufe eines Stromspiegels zum Spiegeln eines Stroms I₁ betrieben, der durch eine Stromquelle 1202 bereitgestellt wird. Der Transistor 1231 spiegelt den Strom I₁ in einen ersten Strompfad, der eine Parallelschaltung beinhaltet, die aus den Transistoren 1232 und 1233 gebildet ist. Der Transistor 1241 spiegelt den Strom I₁ in einen zweiten Strompfad, der eine Parallelschaltung beinhaltet, die aus den Transistoren 1242 und 1243 gebildet ist. Ein Gate des Transistors 1232 wird durch ein Eingangssignal gesteuert, das an dem ersten Eingangsanschluss 1211 angelegt wird. Ein Gate des Transistors 1242 wird durch ein Eingangssignal gesteuert, das an dem zweiten Eingangsanschluss 1212 angelegt wird. Ein Gate des Transistors 1233 wird durch ein Signal gesteuert, das von einem Knoten 1244 zwischen dem Transistor 1241 und der Parallelschaltung, die aus den Transistoren 1242 und 1243 gebildet ist, abgeleitet wird. Dieses Signal wird auch an den ersten Ausgangsanschluss 1221 geliefert. Ein Gate des Transistors 1243 wird durch ein Signal gesteuert, das von einem Knoten 1234 zwischen dem Transistor 1231 und der Parallelschaltung, die aus den Transistoren 1232 und 1233 gebildet ist, abgeleitet wird. Das Signal wird auch an den zweiten Ausgangsanschluss 1222 geliefert.
Bei dem Beispiel aus 12 bilden die Transistoren 1231, 1232 und 1233 ein erstes NOR-Gatter und bilden die Transistoren 1241, 1242 und 1243 ein zweites NOR-Gatter. Diese NOR-Gatter sind verbunden, um eine RS-Latch-Schaltung zu bilden. Bei dieser RS-Latch-Schaltung entspricht der erste Eingangsanschluss 1211 einem S(Setzen)-Eingang, entspricht der zweite Eingangsanschluss 1212 einem R(Rücksetzen)-Eingang, entspricht der erste Ausgangsanschluss 1221 einem Q(Daten)-Ausgang und entspricht der zweite Ausgangsanschluss 1222 einem QN(Daten-invers)-Ausgang.
Wie ferner veranschaulicht, beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1200 einen Pufferkondensator 1250. Der Pufferkondensator 1250 ist zwischen dem Gate des Transistors 1233 und dem Gate des Transistors 1243 gekoppelt. Während des Betriebs der digitalen Filterschaltung 130 kann die RS-Latch-Schaltung verwendet werden, um Werte zu speichern, die durch die digitale Filterschaltung 130 verarbeitet werden, was Ändern des Zustands der RS-Latch-Schaltung unter Verwendung von Signalen involviert, die an den Eingangsanschlüssen 1211, 1221 angelegt werden. Der Pufferkondensator 1250 wird gemäß dem Zustand der Ausgabe der RS-Latch-Schaltung geladen. In dem Fall eines Versorgungsspannungsabfalls wird der Pufferkondensator 1250 lediglich langsam entladen und hält die Ladung, die in dem Pufferkondensator 1250 gespeichert ist, den Zustand der RS-Latch-Schaltung aufrecht.
Wie ferner veranschaulicht, beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1200 eine Diode 1261, die zwischen dem Knoten 1234 zwischen dem Transistor 1231 und der Parallelschaltung, die aus den Transistoren 1232 und 1233 gebildet ist, gekoppelt ist, und eine Diode 1262, die zwischen dem Knoten 1244 zwischen dem Transistor 1241 und dem Parallelschaltung, die aus den Transistoren 1242 und 1243 gebildet ist, gekoppelt ist. Während eines Versorgungsspannungsabfalls verhindern die Dioden 1261 und 1262 eine Entladung des Pufferkondensators zu der High-Versorgungsspannungsleitung Vdd. Auf diese Weise kann die Dauer einer nichtflüchtigen Speicherung erweitert werden.
13 veranschaulicht eine Transistorebene-Repräsentation eines weiteren Beispiels für ein nichtflüchtiges Speicherelement 1300. Das nichtflüchtige Speicherelement 1300 beinhaltet einen ersten Eingangsanschluss 1311 und einen zweiten Eingangsanschluss 1312. Ferner beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1300 einen ersten Ausgangsanschluss 1321 und einen zweiten Ausgangsanschluss 1322. Wie veranschaulicht, beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1300 MOS-Typ-Transistoren 1331, 1332, 1333, 1341, 1342, 1343, die zwischen einer High-Versorgungsspannungsleitung Vdd und einer Low-Versorgungsspannungsleitung Vss gekoppelt sind. Ein Gate des Transistors 1332 wird durch ein Eingangssignal gesteuert, das an dem ersten Eingangsanschluss 1311 angelegt wird. Ein Gate des Transistors 1342 wird durch ein Eingangssignal gesteuert, das an dem zweiten Eingangsanschluss 1312 angelegt wird. Ein Gate des Transistors 1331 und ein Gate des Transistors 1333 werden durch ein Signal gesteuert, das von einem Knoten 1344 zwischen dem Transistor 1341 und der Parallelschaltung, die aus den Transistoren 1342 und 1343 gebildet ist, abgeleitet wird. Das Signal wird auch an den ersten Ausgangsanschluss 1321 geliefert. Ein Gate des Transistors 1341 und ein Gate des Transistors 1343 werden durch ein Signal gesteuert, das von einem Knoten 1334 zwischen dem Transistor 1331 und der Parallelschaltung, die aus den Transistoren 1332 und 1333 gebildet ist, abgeleitet wird. Dieses Signal wird auch an den zweiten Ausgangsanschluss 1322 geliefert.
Bei dem Beispiel aus 13 bilden die Transistoren 1331, 1332 und 1333 ein erstes NOR-Gatter und bilden die Transistoren 1341, 1342 und 1343 ein zweites NOR-Gatter. Die NOR-Gatter, die durch die Transistoren 1331, 1332, 1333, 1341, 1342 und 1343 gebildet sind, sind verbunden, um eine RS-Latch-Schaltung zu bilden. Bei dieser RS-Latch-Schaltung entspricht der erste Eingangsanschluss 1211 einem S(Setzen)-Eingang, entspricht der zweite Eingangsanschluss 1212 einem R(Rücksetzen)-Eingang, entspricht der erste Ausgangsanschluss 1221 einem Q(Daten)-Ausgang und entspricht der zweite Ausgangsanschluss 1222 einem QN(Daten-invers)-Ausgang. Ferner bilden der Transistor 1331 und der Transistor 1333 eine erste Inverterstruktur. Gleichermaßen bilden der Transistor 1341 und der Transistor 1343 eine Inverterstruktur. Aufgrund dieser Inverterstrukturen kann ein Stromverbrauch durch das nichtflüchtige Element 1300 minimiert werden, um lediglich unter nichtstatischen Bedingungen aufzutreten, wenn der Zustand der RS-Latch-Schaltung gewechselt wird.
Wie ferner veranschaulicht, beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1300 einen Pufferkondensator 1350. Der Pufferkondensator 1350 ist zwischen dem Gate des Transistors 1333 und dem Gate des Transistors 1343 und dementsprechend auch zwischen den Gates der Transistoren 1331 und 1341 gekoppelt. Während des Betriebs der digitalen Filterschaltung 130 kann die RS-Latch-Schaltung verwendet werden, um Werte zu speichern, die durch die digitale Filterschaltung 130 verarbeitet werden, was Ändern des Zustands der RS-Latch-Schaltung unter Verwendung von Signalen involviert, die an den Eingangsanschlüssen 1311, 1321 angelegt werden. Der Pufferkondensator 1350 wird gemäß dem Zustand der Ausgabe der RS-Latch-Schaltung geladen. In dem Fall eines Versorgungsspannungsabfalls wird der Pufferkondensator 1350 lediglich langsam entladen und hält die Ladung, die in dem Pufferkondensator 1350 gespeichert ist, den Zustand der RS-Latch-Schaltung aufrecht.
Wie ferner veranschaulicht, beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1300 einen Bipolartransistor 1361, der zwischen dem Knoten 1334 zwischen dem Transistor 1331 und die Parallelschaltung, die aus den Transistoren 1332 und 1333 gebildet ist, gekoppelt ist, und einen Bipolartransistor 1362, der zwischen dem Knoten 1344 zwischen dem Transistor 1341 und der Parallelschaltung, die aus den Transistoren 1342 und 1343 gebildet ist, gekoppelt ist. Die Bipolartransistoren 1361 und 1362 werden als Dioden betrieben. Während eines Versorgungsspannungsabfalls verhindern die Transistoren 1361 und 1362 eine Entladung des Pufferkondensators zu der High-Versorgungsspannungsleitung Vdd. Auf diese Weise kann die Dauer einer nichtflüchtigen Speicherung erweitert werden.
Es wird angemerkt, dass die Beispiele aus 12 und 13 mit Bezug auf die genutzten Typen von Schaltungselementen und Schaltungstechnologie modifiziert werden können. Zum Beispiel könnte das Speicherelement 1300 statt der Bipolartransistoren 1361 und 1362 zum Implementieren von Dioden auch MOS-Typ-Transistoren, z. B. p-Typ-MOS-Transistoren mit verbundenem/verbundener Gate und Source von aktiv geschalteten MOS-Transistoren, beinhalten. Ferner könnten die Dioden 1261 und 1262 des nichtflüchtigen Speicherelements 1200 durch Bipolartransistoren oder MOS-Typ-Transistoren ersetzt werden, wie oben erklärt ist. Die genutzten Schaltungselemente können gemäß einer Verfügbarkeit in einer gegebenen Schaltungstechnologie oder gemäß parasitären Effekten von solchen Schaltungselementen, die unter Bedingungen einer niedrigen Versorgungsspannung oder sogar einer invertierten Versorgungsspannung auftreten könnten, gewählt werden. Beispielsweise könnte es bevorzugt sein, Schaltungselemente zu wählen, die einen minimalen Leckstrom unter Bedingungen mit niedriger Versorgungsspannung bieten, um dadurch eine Entladung des Pufferkondensators 1250, 1350 zu minimieren.
Wie aus den Beispielen aus 10, 11, 12 und 13 gesehen werden kann, kann durch Aufnehmen des Pufferkondensators 1050, 1150, 1250 und 1350 die RS-Latch-Schaltung des nichtflüchtigen Speicherelements 1000, 1100, 1200, 1300 mit einer nichtflüchtigen Speicherfähigkeit erweitert werden. Eine Kapazität C des Kondensators 1050, 1150, 1250, 1350 kann in Abhängigkeit von einer gewünschten Dauer einer nichtflüchtigen Speicherung gewählt werden. Als eine allgemeine Regel kann eine höhere Kapazität C das Erreichen einer höheren Dauer einer nichtflüchtigen Speicherung ermöglichen. Ferner kann auch eine benötigte Reaktionsfähigkeit der RS-Latch-Schaltung berücksichtigt werden, wenn die Kapazität C gewählt wird, weil mit zunehmender Kapazität C auch die Eingangssignale der RS-Latch-Schaltung für eine längere Zeit angelegt werden müssen, um den Zustand der RS-Latch-Schaltung zu ändern. Eine Betriebsfrequenz der digitalen Filterschaltung 130 kann eine obere Grenze für die Kapazität C definieren.
14 veranschaulicht ein nichtflüchtiges Speicherelement 1400, das einen ersten Eingangsanschluss 1411 und einen zweiten Eingangsanschluss 1412 beinhaltet. Ferner beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1400 einen Ausgangsanschluss 1421 und einen zweiten Ausgangsanschluss 1422. Ferner beinhaltet das nichtflüchtige Speicherelement 1400 einen RS-Latch 1430 und einen zusätzlichen Schaltkreis, der eine Diode 1440, einen Pufferkondensator 1450, einen Widerstand 1460, einen Schmitt-Trigger 1470 und ein ODER-Gatter 1480 beinhaltet.
Ein Eingangssignal, das an den ersten Eingangsanschluss 1411 angelegt wird, wird an einen R(Rücksetzen)-Eingang des RS-Latch 1430 geliefert. Ein Eingangssignal, das an den zweiten Eingangsanschluss 1412 angelegt wird, wird an einen ersten Eingang des ODER-Gatters geliefert. Ein Ausgangssignal von einem Q(Daten)-Ausgang des RS-Latch 1430 wird an den ersten Ausgangsanschluss 1421 geliefert. Ferner wird ein Ausgangssignal von einem QN(Daten-invers)-Ausgang des RS-Latch 1430 an den zweiten Ausgangsanschluss 1421 geliefert. Wie veranschaulicht, wird der Q-Ausgang des RS-Latch 1430 auch über die Diode 1440 und eine Parallelschaltung, die aus dem Pufferkondensator 1450 und dem Widerstand 1460 gebildet ist, mit Masse verbunden. Ferner wird ein Eingangssignal des Schmitt-Triggers 1470 von einem Knoten 1445 zwischen der Diode 1440 und der Parallelschaltung, die aus dem Pufferkondensator 1450 und dem Widerstand 1460 gebildet ist, abgeleitet. Ein Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 1470 wird an einen zweiten Eingang des Logik-ODER-Gatters 1480 geliefert. Ein Ausgangssignal des ODER-Gatters 1480 wird an einen S(Setzen)-Eingang des RS-Latch 1430 geliefert.
In dem Speicherelement 1400 hält der zusätzliche Schaltkreis, der aus der Diode 1440, dem Pufferkondensator 1450, dem Widerstand 1460, dem Schmitt-Trigger 1470 und dem Logik-ODER-Gatter 1480 gebildet ist, den Zustand des RS-Latch 1430 während eines Versorgungsspannungsabfalls aufrecht. Falls sich der Q-Ausgang der Latch-Schaltung in einem High-Zustand befindet, wird der Pufferkondensator 1450 an dem Q-Ausgang auf den Signalpegel geladen. Falls ein Versorgungsspannungsabfall stattfindet, beginnt der Pufferkondensator 1450, sich langsam durch den Widerstand 1460 zu entladen. Wenn die Versorgungsspannung zurückkehrt, verursacht die gespeicherte Ladung in dem Pufferkondensator 1450 einen Spannungspegel an dem Knoten 1445, der ausreicht, um das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers in einen High-Zustand zu setzen. Entsprechend empfängt auch der RS-Latch 1430 ein High-Eingangssignal an seinem S-Eingang und wird der RS-Latch 1430 in seinen Zustand vor dem Versorgungsspannungsabfall zurückgeführt, indem der Q-Ausgang in den High-Zustand gesetzt wird. Falls sich der Q-Ausgang der Latch-Schaltung in einem Low-Zustand befindet, wird der Pufferkondensator 1450 nicht geladen und behält der RS-Latch 1430 den Low-Zustand des Q-Ausgangs bei, wenn die Versorgungsspannung zurückkehrt.
Es wird angemerkt, dass in dem Speicherelement 1400 der Pufferkondensator 1450 auch einen Präferenzzustand des RS-Latch 1430 definieren kann, weil der Pufferkondensator 1450 zuerst geladen werden muss, um den Q-Ausgang des RS-Latch 1430 in den High-Zustand zu bringen. Entsprechend wird sich, wenn die Versorgungsspannung zurückkehrt, der Q-Ausgang des RS-Latch 1430 normalerweise in dem Low-Zustand befinden, außer der Pufferkondensator 1450 ist immer noch geladen, weil sich der Q-Ausgang in dem High-Zustand befunden hat, als die Versorgungsspannung abgefallen ist. Zusätzlich oder als eine Alternative dazu kann dieser Präferenzzustand des RS-Latch 1430 auch erreicht werden, indem ein kurzzeitiges Anschalt-Rücksetz-Signal an den R-Eingang des RS-Latch 1430 geliefert wird, wenn die Versorgungsspannung zurückkehrt.
Es wird angemerkt, dass bei manchen Implementierungen des nichtflüchtigen Speicherelements 1400 der Schmitt-Trigger 1470 auch durch einen anderen Typ eines Komparators ersetzt oder sogar weggelassen werden könnte, zum Beispiel wenn der Spannungspegel an dem Knoten 1445, wenn die Versorgungsspannung zurückkehrt, hoch genug ist, um direkt als die Eingabe des ODER-Gatters 1480 verwendet zu werden. Dies kann von der Kapazität C des Pufferkondensators 1450, dem Widerstandswert R des Widerstands R, der Eingangsempfindlichkeit des Logikgatters 1480 und der gewünschten Dauer einer nichtflüchtigen Speicherung des Zustands des RS-Latch abhängen.
Bei dem Beispiel aus 10 bis 14 wurden die nichtflüchtigen Speicherelemente 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 als auf RF-Latch-Schaltungen basierend beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Typen von Latch-Schaltungen zum Implementieren eines ähnlichen nichtflüchtigen Speicherelements verwendet werden könnten, z. B. ein D(„Daten“)-Latch, ein T(„Toggle“)-Latch oder ein JK(„Jump-Kill“)-Latch. Da diese Latch-Typen als auf einem RS-Latch basierend betrachtet werden können, können die obigen Erklärungen auch direkt zum Erweitern dieser anderen Latch-Typen mit einer nichtflüchtigen Speicherfähigkeit angewandt werden.
Ferner ist anzumerken, dass, wenn der RS-Latch zurückgesetzt wird, d. h., wenn das Ausgangssignal des Q-Ausgangs von dem High-Zustand in den Low-Zustand geändert wird, der Pufferkondensator 1450 entladen werden muss, indem der High-Zustand des Eingangssignals in dem ersten Eingangsanschluss für eine ausreichend lange Zeitperiode beibehalten wird. Ähnlich den Speicherelementen 1000, 1100, 1200, 1300 bedeutet dies, dass eine Betriebsfrequenz der digitalen Filterschaltung 130 eine obere Grenze für die Kapazität C definieren kann.
In manchen Fällen kann ein Versorgungsspannungsabfall auch zu undefinierten Eingangssignalen eines nichtflüchtigen Speicherelements der nichtflüchtigen Speicherschaltung 135 führen. Zum Beispiel kann die Versorgungsspannung der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100' nach dem Versorgungsspannungsabfall zuerst zu einem Wert zurückkehren, der zu niedrig für einen korrekten Betrieb der Logikschaltungsanordnung der digitalen Filterschaltung 130 ist. Dies kann vorübergehend fehlerhafte Eingangssignale des nichtflüchtigen Speicherelements verursachen. Die fehlerhaften Eingangssignale können wiederum zu einem Überschreiben des durch das nichtflüchtige Speicherelement gespeicherten Zustands führen. Um dieses Problem zu behandeln, können die Eingangssignale des nichtflüchtigen Speicherelements durch eine Logikschaltung geleitet werden, die die Eingangssignale selektiv blockiert, während die Versorgungspannung unterhalb eines Schwellenwerts liegt. 15 veranschaulicht ein Beispiel für eine solche Logikschaltung 1500. Die Logikschaltung 1500 kann zum Beispiel zum selektiven Blockieren von Eingangssignalen eines nichtflüchtigen Speicherelements, wie in 10, 11, 12, 13 oder 14 veranschaulicht, verwendet werden.
Bei dem veranschaulichten Beispiel beinhaltet die Logikschaltung 1500 einen ersten Eingangsanschluss 1511, einen zweiten Eingangsanschluss 1512 und einen dritten Eingangsanschluss 1513. Ferner beinhaltet die Logikschaltung 1500 einen ersten Ausgangsanschluss 1521 und einen zweiten Ausgangsanschluss 1522. Ferner beinhaltet die Logikschaltung 1500 ein erstes Logikgatter 1520 und ein zweites Logikgatter 1530. Bei dem veranschaulichten Beispiel sind das erste Logikgatter 1520 und das zweite Logikgatter 1530 NOR-Gatter.
Ein erstes Eingangssignal wird an dem ersten Eingangsanschluss 1511 der Logikschaltung 1500 angelegt und ein zweites Eingangssignal wird an dem zweiten Eingangsanschluss 1512 der Logikschaltung 1500 angelegt. Bei dem veranschaulichten Beispiel wird angenommen, dass das erste Eingangssignal ein SN(Setzen-invers)-Signal für eine RS-Latch-Schaltung des nichtflüchtigen Speicherelements ist und das zweite Eingangssignal ein RN(Rücksetzen-invers)-Signal für die RS-Latch-Schaltung ist. Ferner wird ein Unterspannungssignal UV an dem dritten Eingangsanschluss 1513 der Logikschaltung 1500 angelegt. Das Unterspannungssignal UV wird durch ein Versorgungsspannungsüberwachungsgerät 1510 bereitgestellt. Das Versorgungsspannungsüberwachungsgerät 1510 kann zum Beispiel Teil der oben erwähnten Versorgungsschaltung 150 sein. Das Versorgungsspannungsüberwachungsgerät 1510 setzt das Unterspannungssignal UV in einen High-Zustand, falls die Versorgungsspannung der Leitungsschutzschaltung 100, 100' unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Ansonsten setzt das Versorgungspannungsüberwachungsgerät 1510 das Unterspannungssignal UV in einen Low-Zustand. Der Schwellenwert kann einem minimalen Spannungspegel entsprechen, der für einen fehlerfreien Betrieb der digitalen Filterschaltung 130 notwendig ist.
Das erste Eingangssignal der Logikschaltung 1500 wird an einen ersten Eingang des ersten Logikgatters 1520 geliefert und das zweite Eingangssignal der Logikschaltung 1500 wird an einen ersten Eingang des zweiten Logikgatters 1530 geliefert. Das Unterspannungssignal UV wird an einen zweiten Eingang des ersten Logikgatters 1520 und an einen zweiten Eingang des zweiten Logikgatters 1530 geliefert. Ein Ausgangssignal des ersten Logikgatters 1520 wird an den ersten Ausgangsanschluss 1521 geliefert und ein Ausgangssignal des zweiten Logikgatters 1520 wird an den zweiten Ausgangsanschluss 1522 geliefert.
Falls das Unterspannungssignal UV in den High-Zustand gesetzt wird, werden die Ausgangssignale der Logikgatter 1520, 1530 in einen Low-Zustand gezwungen, unabhängig von dem Zustand der Signale, die an dem ersten Eingangsanschluss 1511 und dem zweiten Eingangsanschluss 1512 angelegt werden. Falls das Unterspannungssignal UV in den Low-Zustand gesetzt wird, entspricht das Ausgangssignal des ersten Logikgatters 1520 dem Inversen des ersten Eingangssignals und entspricht das Ausgangssignal des zweiten Logikgatters 1530 dem Inversen des zweiten Eingangssignals. Bei dem veranschaulichten Beispiel würden die Ausgangssignale, die an den ersten Ausgangsanschluss 1521 und den zweiten Ausgangsanschluss 1522 geliefert werden, wenn sich das Unterspannungssignal UV in dem Low-Zustand befindet, dementsprechend einem S(Setzen)-Signal und einem R(Rücksetzen)-Signal der RS-Latch-Schaltung entsprechen. Hier ist anzumerken, dass, falls eine Inversion der Eingangssignale, die durch die Logikschaltung 1500 an die Ausgangsanschlüsse weitergegeben werden, nicht gewünscht ist, die Logikschaltung 1500 auch mit einer zusätzlichen Inverterstufe für die Eingangssignale oder für die Ausgangssignale versehen werden könnte. Ferner wäre es auch möglich, das Unterspannungssignal UV zu invertieren und UND-Gatter als das erste Logikgatter 1520 und das zweite Logikgatter 1530 zu verwenden.
Während eines Versorgungsspannungsabfalls kann auch ein Risiko vorhanden sein, dass die nichtflüchtige Speicherschaltung 135 den Zustand der digitalen Filterschaltung 130 inkorrekt speichert. Falls zum Beispiel der Versorgungsspannungsabfall auftritt, während ein digitaler Wert in ein Verzögerungselement der digitalen Filterschaltung 130 transferiert wird, kann der gespeicherte digitale Wert fehlerhaft sein. Um dieses Problem zu behandeln, kann die digitale Filterschaltung 130 mit einem oder mehreren Verzögerungselementen einschließlich eines ersten Registers und eines zweiten Registers versehen werden, die auf eine alternierende Weise verwendet werden, um einen zu verzögernden digitalen Wert zu speichern. 16 veranschaulicht ein entsprechendes Beispiel für ein Verzögerungselement 1600 der digitalen Filterschaltung 130.
Wie veranschaulicht, beinhaltet das Verzögerungselement 1600 ein erstes Register 1610 und ein zweites Register 1620. Bei dem veranschaulichten Beispiel sind das erste Register 1610 und das zweite Register 1620 Mehrfachbit-Register. Insbesondere weisen das erste Register 1610 und das zweite Register 1620 zwölf Bits auf, die durch B0 bis B11 bezeichnet sind. Jedoch wird angemerkt, dass die veranschaulichte Anzahl an Bits lediglich beispielhaft ist und dass größere oder kleinere Anzahlen an Bits ebenso genutzt werden könnten. Das erste Register 1610 und das zweite Register 1620 können jeweils auf nichtflüchtigen Speicherelementen, wie oben beschrieben, basieren. Das heißt, dass jedes der Bits des ersten Registers 1610 und des zweiten Registers 1620 durch ein Latch-basiertes nichtflüchtiges Speicherelement, wie in Verbindung mit 10 bis 14 beschrieben, implementiert werden kann und jedes von solchen nichtflüchtigen Speicherelementen eine Logikschaltung, wie in Verbindung mit 15 beschrieben, enthalten kann.
Wie weiter veranschaulicht, werden das erste Register 1610 und das zweite Register 1620 durch ein Taktsignal CLK gesteuert. Das Taktsignal CLK steuert das erste Register 1610 und das zweite Register 1620 auf eine solche Weise, dass ein zu verzögernder digitaler Eingangswert DI zuerst in dem ersten Register 1610 und dann in dem zweiten Register 1620 gespeichert wird. Das heißt, die Register 1610, 1620 werden verwendet, um die digitalen Eingangswerte DI auf sequenzielle Weise zu speichern. Zum Beispiel könnte der momentan angewandte digitale Eingangswert DI mit einer steigenden Flanke des Taktsignals CLK im ersten Register 1610 gespeichert werden und dann der momentanen angewandte digitale Eingangswert mit einer fallenden Flanke des Taktsignals in dem zweiten Register 1620 gespeichert werden. Weil die Speicherung des digitalen Eingangswertes DI in den zwei Registern nicht gleichzeitig stattfindet, ist es unwahrscheinlich, dass ein Versorgungsspannungsabfall beide Speicheroperationen beeinträchtigt. Entsprechend speichert typischerweise wenigstens eines der zwei Register 1610, 1620 den letzten empfangenen digitalen Eingangswert DI korrekt.
Nach einem Versorgungsspannungsabfall überprüft das Verzögerungselement 1600 zuerst das erste Register 1610. Falls sich zeigt, dass der digitale Wert in dem ersten Register 1610 korrekt, d. h. fehlerfrei, gespeichert ist, wählt das Verzögerungselement 1600 das erste Register 1610 zum Bereitstellen des gespeicherten Wertes als den verzögerten digitalen Ausgangswert DO des Verzögerungselements 1600 aus. Ansonsten, falls sich zeigt, dass der digitale Wert in dem ersten Register 1610 fehlerhaft gespeichert ist, wählt das Verzögerungselement 1600 das zweite Register 1620 zum Bereitstellen des gespeicherten Wertes als den verzögerten digitalen Ausgangswert DO des Verzögerungselements 1600 aus. Diese Auswahl wird durch eine Registerauswahlvorrichtung 1630 des Verzögerungselements 1600 durchgeführt.
Bei dem veranschaulichten Beispiel basiert die Überprüfung, ob der digitale Wert in dem ersten Register 1610 korrekt gespeichert ist, auf einer Fehlerdetektionscodierung des gespeicherten digitalen Eingangswertes DI. Ein Fehlerdetektionscodierer 1640 des Verzögerungselements 1600 empfängt den digitalen Eingangswert DI und berechnet einen Fehlerdetektionscode des digitalen Eingangswertes DI. Der Fehlerdetektionscode kann zum Beispiel eine Prüfsumme des digitalen Eingangswertes oder ein Zyklische-Redundanzprüfung-Code sein. Der Fehlerdetektionscode wird dann zusammen mit dem digitalen Eingangswert DI in dem ersten Register 1610 gespeichert. Bei dem veranschaulichten Beispiel wird der Fehlerdetektionscode dann auch zusammen mit dem digitalen Eingangswert DI in dem zweiten Register 1620 gespeichert. Bei dem veranschaulichten Beispiel werden die Bits B8, B9, B10 und B11 der Register 1610, 1620 zum Speichern des Fehlerdetektionscodes verwendet. Hier ist anzumerken, dass, während bei dem veranschaulichten Beispiel die Anzahl an Bits, die zum Speichern des Fehlerdetektionscodes verwendet werden, vier ist, die Anzahl an Bits, die zum Speichern des Fehlerdetektionscodes verwendet werden, gemäß dem genutzten Typ von Fehlerdetektionscode variieren kann. Zum Beispiel könnte der Fehlerdetektionscode auch einem Paritätsprüfungsbit des digitalen Eingangswertes DI entsprechen, was bedeutet, dass lediglich ein Bit zum Speichern des Fehlerdetektionscodes ausreichen würde. Ferner ist anzumerken, dass der Fehlerdetektionscode auch eine Korrektur von Fehlern des gespeicherten Wertes ermöglichen, d. h., ein Fehlerkorrekturcode sein, könnte. In diesem Fall würde der Wert, der in dem ersten Register 1610 gespeichert ist, als fehlerhaft betrachtet, falls er einen Fehler enthält, der nicht durch den Fehlerkorrekturcode korrigiert werden kann. In dem Fall des zweiten Registers 1620 stellt eine Speicherung des Fehlerkorrekturcodes eine zusätzliche Integrität des gespeicherten Wertes bereit.
Unter Verwendung des Fehlerdetektionscodes, der in dem Register 1610 gespeichert ist, bestimmt die Registerauswahlvorrichtung 1630, ob der digitale Wert in dem ersten Register 1610 korrekt gespeichert wurde. Dies kann einschließen, dass die Registerauswahlvorrichtung 1630 den gespeicherten digitalen Wert und den gespeicherten Fehlerdetektionscode aus dem ersten Register 1610 liest, einen komparativen Fehlerdetektionscode aus dem gespeicherten digitalen Wert berechnet und den gespeicherten Fehlerdetektionscode mit dem komparativen Fehlerdetektionscode vergleicht. Falls der gespeicherte Fehlerdetektionscode gleich dem komparativen Fehlerdetektionscode ist, betrachtet die Registerauswahlvorrichtung 1630 den digitalen Wert als korrekt gespeichert und verwendet den gespeicherten digitalen Wert als den verzögerten digitalen Ausgangswert DO des Verzögerungselements 1600. Ansonsten wählt die Registerauswahlvorrichtung 1630 das zweite Register 1620 aus und verwendet den digitalen Wert, der in dem zweiten Register 1620 gespeichert ist, als den verzögerten digitalen Ausgangswert DO des Verzögerungselements 1600. Wenn ein Fehlerkorrekturcode verwendet wird, kann die Registerauswahlvorrichtung 1630 auch Fehler der Werte korrigieren, die in dem ersten Register 1610 oder dem zweiten Register 1620 gespeichert sind, indem der gespeicherte Wert und Fehlerkorrekturcode decodiert werden.
17 zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens, das zum Implementieren der Konzepte, wie in dem Vorausgehenden beschrieben, verwendet werden kann. Das Verfahren kann zum Beispiel mit der oben erwähnten Leitungsschutzvorrichtung 100 oder 100' durchgeführt werden.
Bei 1710 wird ein Wert eines elektrischen Stroms durch eine elektrische Leitung erfasst. Die elektrische Leitung kann zum Beispiel der oben erwähnten elektrischen Leitung 10 entsprechen. Der elektrische Strom kann durch einen Stromsensor, wie etwa den oben erwähnten Stromsensor der Leitungsschutzvorrichtung 100, 100', erfasst werden. Die Leitungsschutzvorrichtung kann in Reihe mit der elektrischen Leitung verbunden sein.
Bei 1720 führt eine digitale Filterschaltung eine digitale Filterung des Wertes des elektrischen Stroms durch. Die digitale Filterung, die durch die digitale Filterschaltung durchgeführt wird, kann eine Tiefpassfilterung, wie in Verbindung mit dem Filterblock 720 erklärt, involvieren. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die digitale Filterung, die durch die digitale Filterschaltung durchgeführt wird, eine Hochpassfilterung, wie in Verbindung mit dem Filterblock 760 erklärt, involvieren. Ferner kann die digitale Filterung, die durch die digitale Filterschaltung durchgeführt wird, Berechnen einer Polynomfunktion des Wertes des elektrischen Stroms, wie in Verbindung mit dem Filterblock 710 erklärt, involvieren. Die digitale Filterung, die durch die digitale Filterschaltung durchgeführt wird, kann dann eine Tiefpassfilterung der berechneten Polynomfunktion involvieren. Die Polynomfunktion kann eine Polynomfunktion zweiter Ordnung sein. Die Polynomfunktion zweiter Ordnung kann einen linearen Teil ungleich null und einen quadratischen Teil ungleich null aufweisen. Jedoch könnte die Polynomfunktion zweiter Ordnung bei manchen Szenarien lediglich einen quadratischen Teil ungleich null aufweisen.
Die digitale Filterschaltung kann das digitale Filtern basierend auf einem oder mehreren konfigurierbaren Filterparametern durchführen. Solche Filterparameter können zum Beispiel einen oder mehrere Koeffizienten der Polynomfunktion, wie etwa die oben erwähnten Koeffizienten k₁ oder k₂ , eine Zeitkonstante einer Tiefpassfilterung, wie etwa die oben erwähnte Zeitkonstante τ_P, oder eine Zeitkonstante einer Hochpassfilterung, wie etwa die oben erwähnte Zeitkonstante τ_H, beinhalten. Die Filterparameter können durch eine Schnittstelle der Leitungsschutzvorrichtung, wie etwa die oben erwähnte Schnittstelle 170, konfigurierbar sein.
Bei 1730 wird ein Schalter dazu gesteuert, einen Fluss des elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung in Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms zu unterbrechen. Der Schalter kann ein interner Schalter der Leitungsschutzvorrichtung, wie etwa der oben erwähnte Schalter 110, sein. Alternativ dazu kann der Schalter ein externer Schalter, wie etwa der oben erwähnte Schalter 110', sein. In dem letzteren Fall kann der externe Schalter durch ein Steuersignal, das von der Leitungsschutzvorrichtung ausgegeben wird, gesteuert werden. In Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms wird der Schalter dazu gesteuert, einen Fluss des elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung zu unterbrechen.
Der Schalter kann in Abhängigkeit von einem Vergleich des digital gefilterten Wertes des elektrischen Stroms mit einem ersten Schwellenwert, wie etwa zum Beispiel in Verbindung mit dem Logikblock 730 oder dem Logikblock 770 erklärt, gesteuert werden. Ferner kann der Schalter in Abhängigkeit von einem Vergleich des Wertes des elektrischen Stroms mit einem zweiten Schwellenwert, wie etwa zum Beispiel in Verbindung mit dem Logikblock 740 erklärt, gesteuert werden. Ferner kann der Schalter in Abhängigkeit von einem Eingangssignal dazu gesteuert werden, den Stromfluss unabhängig von dem Wert des elektrischen Stroms, wie etwa zum Beispiel in Verbindung mit dem oben erwähnten externen Eingangssignal IN erklärt, zu unterbrechen.
Der Schalter kann basierend auf einem oder mehreren konfigurierbaren Steuerparametern gesteuert werden. Solche Steuerparameter können zum Beispiel der oben erwähnte erste Schwellenwert und/oder der oben erwähnte zweite Schwellenwert definieren. Die Steuerparameter können durch eine Schnittstelle der Leitungsschutzvorrichtung, wie etwa die oben erwähnte Schnittstelle 170, konfigurierbar sein.
Bei dem Verfahren aus 17 kann wenigstens die digitale Filterschaltung von wenigstens einem Anschluss mit Leistung versorgt werden, der verwendet wird, um die Leitungsschutzvorrichtung in Reihe mit der elektrischen Leitung zu verbinden. Jedoch könnten auch andere Komponenten der Leitungsschutzvorrichtung von dem wenigstens einen Anschluss mit Leistung versorgt werden, wie etwa der Stromsensor oder eine Schaltersteuerschaltung, die dazu konfiguriert ist, die Steueroperationen zu implementieren, die bei 1740 durchgeführt werden.
Bei 1740 wird ein Zustand der digitalen Filterschaltung durch eine nichtflüchtige Speicherschaltung gespeichert. Speziell kann die digitale Filterschaltung wenigstens ein Verzögerungselement beinhalten und kann die nichtflüchtige Speicherschaltung einen Zustand des wenigstens einen Verzögerungselements speichern.
Die nichtflüchtige Speicherschaltung kann den Zustand der digitalen Filterschaltung kapazitiv speichern. Zum Beispiel könnte die nichtflüchtige Speicherschaltung den Zustand durch Laden eines oder mehrerer Pufferkondensatoren der nichtflüchtigen Speicherschaltung, wie etwa der in Verbindung mit 10 bis 14 erklärten Pufferkondensatoren, speichern.
Bei manchen Szenarien kann eine Speicherung von Eingangswerten eines Verzögerungselements der digitalen Filterschaltung sequenziell in einem ersten Register des Verzögerungselements und dann in einem zweiten Register des Verzögerungselements durchgeführt werden. Die nichtflüchtige Speicherschaltung kann dann einen Zustand des ersten Registers und des zweiten Registers speichern. Ein Beispiel für ein entsprechendes Szenario ist in Verbindung mit 16 erklärt.
Das Verwenden der zwei Register zum alternierenden Speichern der Eingangswerte kann ferner Berechnen eines entsprechenden Fehlerdetektionscodes für jeden der Eingangswerte involvieren. Die Eingangswerte können dann jeweils zusammen mit dem entsprechenden Fehlerdetektionscode in dem ersten Register gespeichert werden. In Abhängigkeit von dem gespeicherten Fehlerdetektionscode kann der Eingangswert, der in einem der zwei Register gespeichert ist, als ein Ausgangswert des Verzögerungselements ausgewählt werden. Der Eingangswert, der in dem ersten Register gespeichert ist, kann als ein Ausgangswert des Verzögerungselements ausgewählt werden, falls der Fehlerdetektionscode angibt, dass der Eingangswert, der in dem ersten Register gespeichert ist, fehlerfrei ist. Der Eingangswert, der in dem zweiten Register gespeichert ist, kann als ein Ausgangswert des Verzögerungselements ausgewählt werden, falls der Fehlerdetektionscode angibt, dass der Eingangswert, der in dem ersten Register gespeichert ist, fehlerhaft ist.
Bei manchen Szenarien kann ein Eingangssignal der nichtflüchtigen Speicherschaltung als Reaktion auf ein Signal blockiert werden, das angibt, dass eine Versorgungsspannung der Leitungsschutzvorrichtung unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Dies kann zum Beispiel durch eine Logikschaltung, wie in Verbindung mit 15 erklärt, erreicht werden.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Konzepte und Ausführungsformen für verschiedene Modifikationen empfänglich sind. Zum Beispiel können die veranschaulichten Leitungsschutzvorrichtungen basierend auf verschiedenen Typen einer Schaltungstechnologie implementiert werden. Ferner könnten die veranschaulichten Leitungsschutzvorrichtungen und Leitungsschutzverfahren in verschiedenen Anwendungsumgebungen angewandt werden, z. B. in dem Automobilbereich, in industriellen Produktionssystemen, in Haushaltsgeräten oder in Heimelektronikvorrichtungen.
Einige nichtbeschränkende Ausführungsformen sind gemäß den folgenden Beispielen bereitgestellt.
Beispiel 1. Eine Leitungsschutzvorrichtung, umfassend:

- einen Stromsensor, der dazu eingerichtet ist, einen Wert eines elektrischen Stroms durch eine elektrische Leitung zu erfassen;
- eine digitale Filterschaltung, die dazu eingerichtet ist, eine digitale Filterung des Wertes des elektrischen Stroms durchzuführen;
- eine Schaltersteuerschaltung, die dazu eingerichtet ist, einen Schalter anzusteuern, um einen Fluss des elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung in Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms zu unterbrechen; und
- eine nichtflüchtige Speicherschaltung, die dazu eingerichtet ist, einen Zustand der digitalen Filterschaltung zu speichern.

Beispiel 2. Die Leitungsschutzvorrichtung gemäß Beispiel 1, wobei die nichtflüchtige Speicherschaltung wenigstens einen Kondensator umfasst, der dazu eingerichtet ist, den Zustand der digitalen Filterschaltung kapazitiv zu speichern.
Beispiel 3. Die Leitungsschutzvorrichtung gemäß Beispiel 1 oder 2,
wobei die digitale Filterschaltung wenigstens ein Verzögerungselement umfasst, und
wobei die nichtflüchtige Speicherschaltung dazu eingerichtet ist, einen Zustand des wenigstens einen Verzögerungselements zu speichern.
Beispiel 4. Die Leitungsschutzvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele,
wobei die digitale Filterschaltung ein Verzögerungselement mit einem ersten Register und einem zweiten Register umfasst, wobei das Verzögerungselement dazu eingerichtet ist, Eingangswerte des Verzögerungselements sequenziell in dem ersten Register und dann in dem zweiten Register zu speichern, und
wobei die nichtflüchtige Speicherschaltung dazu eingerichtet ist, einen Zustand des ersten Registers und einen Zustand des zweiten Registers zu speichern.
Beispiel 5. Die Leitungsschutzvorrichtung gemäß Beispiel 4, wobei das Verzögerungselement ferner einen Codierer umfasst, der dazu eingerichtet ist, einen entsprechenden Fehlerdetektionscode für jeden der Eingangswerte zu berechnen,
wobei das Verzögerungselement dazu eingerichtet ist, die Eingangswerte jeweils mit dem entsprechenden Fehlerdetektionscode in dem ersten Register zu speichern, und wobei das Verzögerungselement eine Auswahlvorrichtung umfasst, der dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem gespeicherten Fehlerdetektionscode den Eingangswert, der in einem von dem ersten Register und dem zweiten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements auszuwählen.
Beispiel 6. Die Leitungsschutzvorrichtung gemäß Beispiel 5, wobei die Auswahlvorrichtung zu Folgendem eingerichtet ist:

- Auswählen des Eingangswerts, der in dem ersten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements, falls der Fehlerdetektionscode anzeigt, dass der Eingangswert fehlerfrei ist; und
- Auswählen des Eingangswerts, der in dem zweiten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements, falls der Fehlerdetektionscode anzeigt, dass der Eingangswert, der in dem ersten Register gespeichert ist, fehlerhaft ist.

Beispiel 7. Die Leitungsschutzvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele,
wobei die nichtflüchtige Speicherschaltung eine Logikschaltung umfasst, die dazu eingerichtet ist, ein Eingangssignal der nichtflüchtigen Speicherschaltung als Reaktion auf ein Signal zu blockieren, das anzeigt, dass eine Versorgungsspannung der Leitungsschutzvorrichtung unterhalb eines Schwellenwerts liegt.
Beispiel 8. Die Leitungsschutzvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele,
wobei das digitale Filtern ein Berechnen einer Polynomfunktion des Wertes des elektrischen Stroms und ein Tiefpassfiltern der berechneten Polynomfunktion umfasst.
Beispiel 9. Die Leitungsschutzvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele,
wobei die Schaltersteuerschaltung dazu eingerichtet ist, den Schalter in Abhängigkeit von einem Vergleich des digital gefilterten Wertes des elektrischen Stroms mit einem ersten Schwellenwert zu steuern.
Beispiel 10. Die Leitungsschutzvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele,
wobei die Schaltersteuerschaltung dazu eingerichtet ist, den Schalter in Abhängigkeit von einem Vergleich des Wertes des elektrischen Stroms mit einem zweiten Schwellenwert zu steuern.
Beispiel 11. Die Leitungsschutzvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele,
wobei die Leitungsschutzvorrichtung den Schalter umfasst.
Beispiel 12. Ein Verfahren zum Leitungsschutz, umfassend:

- Erfassen eines Wertes eines elektrischen Stroms durch eine elektrische Leitung;
- digitales Filtern des Wertes des elektrischen Stroms durch eine digitale Filterschaltung;
- Ansteuern eines Schalters, um einen Fluss des elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung in Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms zu unterbrechen; und
- Speichern eines Zustands der digitalen Filterschaltung durch eine nichtflüchtige Speicherschaltung.

Beispiel 13. Das Verfahren gemäß Beispiel 12, umfassend:

- kapazitives Speichern des Zustands der digitalen Filterschaltung durch die nichtflüchtige Speicherschaltung.

Beispiel 14. Das Verfahren gemäß Beispiel 12 oder 13, umfassend:

- Speichern eines Zustands wenigstens eines Verzögerungselements der digitalen Filterschaltung durch die nichtflüchtige Speicherschaltung.

Beispiel 15. Das Verfahren gemäß einem der Beispiele 12-14, umfassend:

- Sequenzielles Speichern von Eingangswerten eines Verzögerungselements der digitalen Filterschaltung in einem ersten Register des Verzögerungselements und dann in einem zweiten Register des Verzögerungselements; und
- Speichern eines Zustands des ersten Registers und eines Zustands des zweiten Registers durch die nichtflüchtige Speicherschaltung.

Beispiel 16. Das Verfahren nach Beispiel 15, umfassend:

- Berechnen eines entsprechenden Fehlerdetektionscodes für jeden der Eingangswerte,
- Speichern der Eingangswerte jeweils mit dem entsprechenden Fehlerdetektionscode in dem ersten Register, und
- Auswählen des Eingangswerts, der in einem von dem ersten Register und dem zweiten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements in Abhängigkeit von dem gespeicherten Fehlerdetektionscode.

Beispiel 17. Das Verfahren nach Beispiel 16, umfassend:

- Auswählen des Eingangswerts, der in dem ersten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements, falls der Fehlerdetektionscode anzeigt, dass der Eingangswert, der in dem ersten Register gespeichert ist, fehlerfrei ist; und
- Auswählen des Eingangswerts, der in dem zweiten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements, falls der Fehlerdetektionscode anzeigt, dass der Eingangswert, der in dem ersten Register gespeichert ist, fehlerhaft ist.

Beispiel 18. Das Verfahren gemäß einem der Beispiele 12-17, umfassend:

- Blockieren eines Eingangssignals der nichtflüchtigen Speicherschaltung in Reaktion auf ein Signal, das anzeigt, dass eine Versorgungsspannung der Leitungsschutzvorrichtung unterhalb eines Schwellenwerts liegt.

Beispiel 19. Das Verfahren gemäß einem der Beispiele 12-18, wobei das digitale Filtern ein Berechnen einer Polynomfunktion des Wertes des elektrischen Stroms und Tiefpassfiltern der berechneten Polynomfunktion umfasst.
Beispiel 20. Das Verfahren gemäß einem der Beispiele 12-19, umfassend:

- Steuern des Schalters in Abhängigkeit von einem Vergleich des digital gefilterten Wertes des elektrischen Stroms mit eines ersten Schwellenwerts.

Beispiel 21. Das Verfahren gemäß einem der Beispiele 12-20, umfassend:

- Steuern des Schalters in Abhängigkeit von einem Vergleich des Wertes des elektrischen Stroms mit einem zweiten Schwellenwert.

Angesichts der vielen oben besprochenen Variationen und Modifikationen ist es offensichtlich, dass die Ausführungsformen als den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung auf keinerlei Art beschränkend auszulegen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2016/0109212 A1 [0004]

Claims

Leitungsschutzvorrichtung, umfassend: - einen Stromsensor, der dazu eingerichtet ist, einen Wert eines elektrischen Stroms durch eine elektrische Leitung zu erfassen; - eine digitale Filterschaltung, die dazu eingerichtet ist, eine digitale Filterung des Wertes des elektrischen Stroms durchzuführen; - eine Schaltersteuerschaltung, die dazu eingerichtet ist, einen Schalter anzusteuern, um einen Fluss des elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung in Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms zu unterbrechen; und - eine nichtflüchtige Speicherschaltung, die dazu eingerichtet ist, einen Zustand der digitalen Filterschaltung zu speichern.
Leitungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die nichtflüchtige Speicherschaltung wenigstens einen Kondensator umfasst, der dazu eingerichtet ist, den Zustand der digitalen Filterschaltung kapazitiv zu speichern.
Leitungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die digitale Filterschaltung wenigstens ein Verzögerungselement umfasst, und wobei die nichtflüchtige Speicherschaltung dazu eingerichtet ist, einen Zustand des wenigstens einen Verzögerungselements zu speichern.
Leitungsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die digitale Filterschaltung ein Verzögerungselement mit einem ersten Register und einem zweiten Register umfasst, wobei das Verzögerungselement dazu eingerichtet ist, Eingangswerte des Verzögerungselements sequenziell in dem ersten Register und dann in dem zweiten Register zu speichern, und wobei die nichtflüchtige Speicherschaltung dazu eingerichtet ist, einen Zustand des ersten Registers und einen Zustand des zweiten Registers zu speichern.
Leitungsschutzvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Verzögerungselement ferner einen Codierer umfasst, der dazu eingerichtet ist, einen entsprechenden Fehlerdetektionscode für jeden der Eingangswerte zu berechnen, wobei das Verzögerungselement dazu eingerichtet ist, die Eingangswerte jeweils mit dem entsprechenden Fehlerdetektionscode in dem ersten Register zu speichern, und wobei das Verzögerungselement eine Auswahlvorrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem gespeicherten Fehlerdetektionscode den Eingangswert, der in einem von dem ersten Register und dem zweiten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements auszuwählen.
Leitungsschutzvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Auswahlvorrichtung zu Folgendem eingerichtet ist: - Auswählen des Eingangswerts, der in dem ersten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements, falls der Fehlerdetektionscode anzeigt, dass der Eingangswert fehlerfrei ist; und - Auswählen des Eingangswerts, der in dem zweiten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements, falls der Fehlerdetektionscode anzeigt, dass der Eingangswert, der in dem ersten Register gespeichert ist, fehlerhaft ist.
Leitungsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die nichtflüchtige Speicherschaltung eine Logikschaltung umfasst, die dazu eingerichtet ist, ein Eingangssignal der nichtflüchtigen Speicherschaltung als Reaktion auf ein Signal zu blockieren, das anzeigt, dass eine Versorgungsspannung der Leitungsschutzvorrichtung unterhalb eines Schwellenwerts liegt.
Leitungsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die digitale Filterung ein Berechnen einer Polynomfunktion des Wertes des elektrischen Stroms und ein Tiefpassfiltern der berechneten Polynomfunktion umfasst.
Leitungsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltersteuerschaltung dazu eingerichtet ist, den Schalter in Abhängigkeit von einem Vergleich des digital gefilterten Wertes des elektrischen Stroms mit einem ersten Schwellenwert zu steuern.
Leitungsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltersteuerschaltung dazu eingerichtet ist, den Schalter in Abhängigkeit von einem Vergleich des Wertes des elektrischen Stroms mit einem zweiten Schwellenwert zu steuern.
Leitungsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitungsschutzvorrichtung den Schalter umfasst.
Verfahren zum Leitungsschutz, umfassend: - Erfassen eines Wertes eines elektrischen Stroms durch eine elektrische Leitung; - digitales Filtern des Wertes des elektrischen Stroms durch eine digitale Filterschaltung; - Ansteuern eines Schalters, um einen Fluss des elektrischen Stroms durch die elektrische Leitung in Abhängigkeit von dem digital gefilterten Wert des elektrischen Stroms zu unterbrechen; und - Speichern eines Zustands der digitalen Filterschaltung durch eine nichtflüchtige Speicherschaltung.
Verfahren nach Anspruch 12, umfassend: - kapazitives Speichern des Zustands der digitalen Filterschaltung durch die nichtflüchtige Speicherschaltung.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, umfassend: - Speichern eines Zustands wenigstens eines Verzögerungselements der digitalen Filterschaltung durch die nichtflüchtige Speicherschaltung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12-14, umfassend: - sequenzielles Speichern von Eingangswerten eines Verzögerungselements der digitalen Filterschaltung in einem ersten Register des Verzögerungselements und dann in einem zweiten Register des Verzögerungselements; und - Speichern eines Zustands des ersten Registers und eines Zustands des zweiten Registers durch die nichtflüchtige Speicherschaltung.
Verfahren nach Anspruch 15, umfassend: - Berechnen eines entsprechenden Fehlerdetektionscodes für jeden der Eingangswerte, - Speichern der Eingangswerte jeweils mit dem entsprechenden Fehlerdetektionscode in dem ersten Register, und - Auswählen des Eingangswerts, der in einem von dem ersten Register und dem zweiten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements in Abhängigkeit von dem gespeicherten Fehlerdetektionscode.
Verfahren nach Anspruch 16, umfassend: - Auswählen des Eingangswerts, der in dem ersten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements, falls der Fehlerdetektionscode anzeigt, dass der Eingangswert, der in dem ersten Register gespeichert ist, fehlerfrei ist; und - Auswählen des Eingangswerts, der in dem zweiten Register gespeichert ist, als Ausgangswert des Verzögerungselements, falls der Fehlerdetektionscode anzeigt, dass der Eingangswert, der in dem ersten Register gespeichert ist, fehlerhaft ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12-17, umfassend: - Blockieren eines Eingangssignals der nichtflüchtigen Speicherschaltung in Reaktion auf ein Signal, das anzeigt, dass eine Versorgungsspannung der Leitungsschutzvorrichtung unterhalb eines Schwellenwerts liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12-18, wobei das digitale Filtern ein Berechnen einer Polynomfunktion des Wertes des elektrischen Stroms und Tiefpassfiltern der berechneten Polynomfunktion umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12-19, umfassend: -Steuern des Schalters in Abhängigkeit von einem Vergleich des digital gefilterten Wertes des elektrischen Stroms mit einem ersten Schwellenwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12-20, umfassend: - Steuern des Schalters in Abhängigkeit von einem Vergleich des Wertes des elektrischen Stroms mit einem zweiten Schwellenwert.