DE102020120971A1

DE102020120971A1 - Erkennung eines elektrischen lichtbogens basierend auf frequenzanalyse

Info

Publication number: DE102020120971A1
Application number: DE102020120971.1A
Authority: DE
Inventors: Mihai Alexandru Ionescu; Michael Asam; Redouane Djeghader; Louis Janinet; Michael Ruprecht
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2021-03-04
Also published as: US11171474B2; US20210066904A1; CN112444707A

Abstract

Bei einigen Beispielen enthält eine Einrichtung zumindest einen Eingangsknoten, der dazu ausgebildet ist, ein Signal, das einen Strom durch einen Leiter an eine Last anzeigt, zu empfangen. Die Einrichtung enthält auch eine Schaltung, die dazu ausgebildet ist, eine erste Stärke des empfangenen Signals in einem ersten Frequenzbereich durch Anwenden eines ersten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen. Die Schaltung ist auch dazu ausgebildet, eine zweite Stärke des empfangenen Signals in einem zweiten Frequenzbereich durch Anwenden eines zweiten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen. Die verarbeitende Schaltung ist weiterhin dazu ausgebildet, basierend auf der ersten Stärke und der zweiten Stärke festzustellen, dass ein elektrischer Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist.

Description

Diese Offenbarung betrifft Leistungselektronik.
Wenn bei einem Leistungsverteilungssystem ein elektrischer Lichtbogen auftritt, erzeugt der elektrische Lichtbogen sehr hohe Temperaturen, die Drahtisolationsmaterial schmelzen können. Der elektrische Lichtbogen kann einen Kurzschluss zwischen benachbarten Drähten, der eine Batterie schnell entladen kann, verursachen. Der elektrische Lichtbogen kann auch zu Feuergefahren, die für Lithiumionen-Batterien sehr gefährlich sind, führen.
Elektrische Lichtbögen werden wahrscheinlicher, wenn die Spannungspotentialdifferenz zwischen zwei Punkten ansteigt. Zum Beispiel verwendet ein typisches Automotive-System ein 12-Volt-Leistungssystem, aber einige Fahrzeuge verwenden nun ein 48-Volt-Leistungssubsystem. Aufgrund der hohen Spannungen und implizit der höheren maximalen Aufrechterhaltungsabstände kann ein elektrischer Lichtbogen bei 48-Volt-Systemen, verglichen mit 12-Volt-Systemen, leichter auftreten und aufrechterhalten bleiben. Infolgedessen ist die Vermeidung und Erkennung elektrischer Lichtbögen bei 48-Volt-Systemen wichtiger als bei 12-Volt-Systemen.
48-Volt-Leistungssysteme sind wünschenswerter als 12-Volt-Leistungssysteme, weil ein 48-Volt-Leistungssystem geringere elektrische Ströme verwendet. Ein Leiter, der einen geringeren Strom verwendet, kann mit einem kleineren Querschnitt ausgelegt werden. Um die Bildung elektrischer Lichtbögen zu vermeiden, kann das 48-Volt-Leistungssystem mit einer dickeren Kunststoffisolierung um den Leiter ausgelegt werden. Daher verwendet ein 48-Volt-Leistungssystem weniger Metall und mehr Kunststoff. Da Kunststoff signifikant billiger als Metall ist, ist es kosteneffektiv, ein Leistungssystem so auszulegen, dass es bei 48 Volt arbeitet, weil die Kostenverringerung der Verwendung von weniger Metall die erhöhten Kosten der Isolation mehr als ausgleichen wird. Zusätzlich gibt es mit der Verwendung von Kunststoff anstelle von Metall verbundene Gewichtseinsparungen.
Diese Offenbarung beschreibt Techniken zum Feststellen, dass an einem Leiter ein elektrischer Lichtbogen aufgetreten ist, basierend auf einer Frequenzanalyse. Eine Einrichtung kann ein Signal, das einen Strom durch den Leiter an eine Last anzeigt, empfangen. Die Einrichtung wendet auf das empfangene Signal ein erstes Durchlassbandfilter an, um eine erste Stärke („first magnitude“) innerhalb eines ersten Frequenzbereichs zu bestimmen. Die Einrichtung wendet auf das empfangene Signal auch ein zweites Durchlassbandfilter an, um eine zweite Stärke („second magnitude“) innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs zu bestimmen. Die Einrichtung kann die erste und zweite bestimmte Stärke verwenden, um festzustellen, ob ein elektrischer Lichtbogen aufgetreten ist.
Bei einigen Beispielen enthält eine Einrichtung zumindest einen Eingangsknoten, der dazu ausgebildet ist, ein Signal, das einen Strom durch einen Leiter an eine Last anzeigt, zu empfangen. Die Einrichtung enthält auch einen Schaltkreis, der dazu ausgebildet ist, eine erste Stärke des empfangenen Signals in einem ersten Frequenzbereich durch Anwenden eines ersten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen. Der Schaltkreis ist auch dazu ausgebildet, eine zweite Stärke des empfangenen Signals in einem zweiten Frequenzbereich durch Anwenden eines zweiten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen. Der Schaltkreis ist weiterhin dazu ausgebildet, basierend auf der ersten Stärke und der zweiten Stärke festzustellen, dass ein elektrischer Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist.
Bei einigen Beispielen beinhaltet ein Verfahren das Empfangen eines Signals, das einen Strom durch einen Leiter an eine Last anzeigt, durch zumindest einen Knoten einer Einrichtung. Das Verfahren beinhaltet auch das Bestimmen einer ersten Stärke des empfangenen Signals in einem ersten Frequenzbereich durch eine verarbeitende Schaltung durch Anwenden eines ersten Bandpassfilters auf das empfangene Signal. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Bestimmen einer zweiten Stärke des empfangenen Signals in einem zweiten Frequenzbereich durch die verarbeitende Schaltung durch Anwenden eines zweiten Bandpassfilters auf das empfangene Signal. Das Verfahren beinhaltet das Feststellen, dass ein elektrischer Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist, durch die verarbeitende Schaltung basierend auf der ersten Stärke und der zweiten Stärke.
Bei einigen Beispielen enthält eine Einrichtung ein computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten, ausführbaren Anweisungen, die dazu ausgebildet sind, durch eine verarbeitende Schaltung ausgeführt zu werden, um die verarbeitende Schaltung zu veranlassen, eine erste Stärke eines Signals in einem ersten Frequenzbereich durch Anwenden eines ersten Bandpassfilters auf das Signal zu bestimmen, wobei das Signal einen Strom durch einen Leiter an eine Last anzeigt. Die Anweisungen sind auch dazu ausgebildet, die verarbeitende Schaltung zu veranlassen, eine zweite Stärke eines Signals in einem zweiten Frequenzbereich durch Anwenden eines zweiten Bandpassfilters auf das Signal zu veranlassen, wobei das Signal einen Strom durch einen Leiter an eine Last anzeigt. Die Anweisungen sind weiterhin dazu ausgebildet, die verarbeitende Schaltung zu veranlassen, basierend auf der ersten Stärke und der zweiten Stärke festzustellen, dass an dem Leiter ein elektrischer Lichtbogen aufgetreten ist.
Die Einzelheiten von einem oder mehr Beispielen werden in den begleitenden Zeichnungen und der Beschreibung unten dargelegt. Andere Merkmale, Gegenstände und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen erkennbar.

1 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild einer Einrichtung, die dazu ausgebildet ist, festzustellen, dass ein elektrischer Lichtbogen an einem Leiter aufgetreten ist, gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
2 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild eines Systems mit einer Last und einem Motor gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
3 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild einer Einrichtung, die einen Analog-Digital-Wandler und eine verarbeitende Schaltung enthält, gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
Die 4A-4E sind Graphen, die Beispiel-Bandpassfilter gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung zeigen.
5 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild eines Systems mit einem Gatetreiber und einem Mikrocontroller gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
6 ist ein Flussdiagramm, das Beispiel-Techniken zum Feststellen, dass ein elektrischer Lichtbogen an einem Leiter aufgetreten ist, veranschaulicht, gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.
Die 7 und 8 sind konzeptionelle Block- und Schaltungsdiagramme von Systemen mit Stromerfassung an der Last gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung.

1 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild einer Einrichtung 100, die dazu ausgebildet ist, festzustellen, dass an einem Leiter 170 ein elektrischer Lichtbogen 175 aufgetreten ist, gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Das System 140 enthält die Einrichtung 100, eine Leistungsquelle 150, einen Leistungsschalter 160, einen Leiter 170 und eine Last 190. Das System 140 kann Teil eines Automotive-Systems, eines Luftfahrt-Systems, eines Leistungserzeugungssystems, eines Leistungsverteilungssystems, eines Leistungselektroniksystems und/oder eines anderen Systems sein, wobei der elektrische Lichtbogen 175 an dem Leiter 170 auftreten kann. Das System 140 kann als „Bordnetz“ (z.B. ein Bord-Netzwerk) bezeichnet werden.
Die Leistungsquelle 150 liefert elektrische Leistung an den Leistungsschalter 160 und/oder die Last 190. Die Leistungsquelle 150 kann eine Batterie, einen elektrischen Generator, eine Lichtmaschine („alternator“), ein Solarpanel und/oder eine beliebige andere Quelle elektrischer Leistung enthalten. Die Leistungsquelle 150 und der Referenzknoten 195 können die positive und negative Schiene eines differentiellen Busses bilden. Bei einigen Beispielen enthält die Leistungsquelle 150 eine Automotive-Batterie, die dazu ausgebildet ist, eine 48-Volt-Leistung zu liefern.
Der Leistungsschalter 160 kann dazu ausgebildet sein, Elektrizität zwischen der Leistungsquelle 150 und der Last 190 basierend auf einem an dem Knoten 162 empfangenen Treibersignal zu leiten. Wenn der Leistungsschalter 160 einschaltet, kann die Leistungsquelle 150 elektrische Leistung an den Leiter 170 und die Last 190 liefern. Wenn der Leistungsschalter 160 ausschaltet, ist die Leistungsquelle 150 von dem Leiter 170 und der Last 190 elektrisch getrennt. Allerdings kann ein von null verschiedener Leckstrom durch den Leistungsschalter 160 fließen, wenn der Leistungsschalter 160 ausgeschaltet ist. Der Leistungsschalter 160 kann eine beliebige Art von Feldeffekttransistor (FET), einen Bipolartransistor (BJT), einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), einen Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT) und/oder ein beliebiges anderes Element, das zu seiner Steuerung Spannung verwendet, enthalten, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der Leistungsschalter 160 kann einen Transistor vom Typ n und/oder einen Transistor vom Typ p enthalten. Der Leistungsschalter 160 kann Elemente wie beispielsweise Silizium, Siliziumkarbid und/oder Galliumnitrid enthalten. Bei einigen Beispielen enthält der Leistungsschalter 160 eine Freilaufdiode, die zu einem Transistor parallel geschaltet ist, um einen Durchbruch des Transistors in Rückwärtsrichtung zu verhindern. Das System 140 enthält nicht notwendigerweise bei allen Beispielen den Leistungsschalter 160, weil die Leistungsquelle 150 ohne einen Leistungsschalter an den Leiter 170 und die Last 190 angeschlossen sein kann.
Der Leiter 170 ermöglicht die Übertragung von elektrischer Leistung zwischen der Leistungsquelle 150 und der Last 190. Der Leiter 170 kann einen Metalldraht, eine Metallschicht, eine Bahn in einer Leiterplatte, Lot und/oder ein beliebiges anderes leitendes Element enthalten. Der Leiter 170 kann ein Material wie beispielsweise Kupfer, Gold, Silber, Aluminium, Blei, Zinn und/oder ein beliebiges anderes leitendes Material enthalten. Bei einigen Beispielen verbindet der Leiter 170 die Leistungsquelle 150 und die Last 190 direkt ohne Leistungsschalter 160. Der Leiter 170 kann einen Kabelbaum zum Aufnehmen mehrerer Drähte wie beispielsweise einem ersten Draht zum Verbinden der Leistungsquelle 150 und der Last 190 und einem zweiten Draht, um als Rückpfad für den Referenzknoten 195 zu dienen, enthalten.
Die Last 190 kann eine resistive Last, eine kapazitive Last und/oder eine induktive Last enthalten. Beispiele für induktive Lasten können Aktoren, Motoren und Pumpen, die in einem oder mehr von einer Heizung, Klimaanlage, Wasserversorgung, einem Lüfter oder anderen Systemen, die induktive Lasten enthalten, verwendet werden, enthalten. Beispiele für kapazitive Lasten können Beleuchtungselemente wie beispielsweise eine Xenon-Bogenlampe enthalten. Bei noch anderen Beispielen können Lasten eine Kombination von resistiven, induktiven und kapazitiven Lasten sein.
Der elektrische Lichtbogen 175 kann an dem Leiter 170 auftreten, wodurch sehr hohe Temperaturen, die in der Nähe befindliche Komponenten wie beispielsweise eine Drahtisolation beschädigen können, erzeugt werden. Der elektrische Lichtbogen 175 kann auch einen elektrischen Kurzschluss zwischen benachbarten Drähten verursachen. Der elektrische Lichtbogen 175 kann die in einer Leistungsquelle 150 gespeicherte Energie verringern und kann eine Brandgefahr verursachen. Der elektrische Lichtbogen 175 kann für Abstände bis zu dreizehn Millimeter, was viel länger als der Unterbrechungsabstand von Standard-Relais ist, aufrechterhalten bleiben. Der elektrische Lichtbogen 175 kann unerkannt bleiben, sofern nicht das System 140 ein Mittel zum Detektieren des elektrischen Lichtbogens 175 enthält. Allerdings fügen einige Techniken zum Detektieren des Lichtbogens 175 dem System 140 Gewicht, Kosten und Schwachstellen hinzu.
Gemäß den Techniken dieser Offenbarung analysiert die Nachverarbeitung 130 das Frequenzspektrum des empfangenen Signals unter Verwendung von Bandpassfiltern 110. Die Bandpassfilter 110 können als einzelnes Filter mit einem Durchlassband, das sich entlang des Frequenzspektrums verschieben kann, oder mit mehreren Filtern, deren Durchlassbänder sich nicht ändern, angewandt werden. Die Bandpassfilter 110 führen eine selektive Filterung des zu der Last 190 fließenden Stroms durch. Spitzenwertdetektoren 120, die auch adaptiv sein können, empfangen das/die gefilterte(n) Signal(e) und können dazu ausgebildet sein, Spitzenwerte und Schwellenwertdurchgänge zu detektieren. Die Nachverarbeitung 130 kann dazu ausgebildet sein, basierend auf dem Kreuzen der Schwellenwerte für eine bestimmte Zeit und den Verhältnissen zwischen den detektierten Spitzenwerten festzustellen, ob der elektrische Lichtbogen 175 aufgetreten ist. Bei einigen Beispielen ist die Nachverarbeitung 130 dazu ausgebildet, den zu einer einzelnen Last 170 fließenden Strom anstelle von mehreren zu verschiedenen Lasten fließenden Strömen zu isolieren, um Frequenz-Überlappungen, die von anderen Lasten herrühren, zu vermeiden. Die Nachverarbeitung 130 sucht nach einer Frequenzsignatur des elektrischen Lichtbogens 175 in dem an dem Knoten 102 empfangenen Signal.
Die Einrichtung 100 kann den Knoten 102 zum Empfangen eines Signals, das einen Strom durch den Leiter 170 an die Last 190 anzeigt, enthalten. Der Knoten 102 empfängt das Signal von dem Erfassungselement 180, das einen Shunt-Widerstand, einen Stromerfassungstransistor, ein magnetoresistives Element und/oder einen beliebigen anderen Stromsensor enthält. Bei einigen Beispielen enthält der Knoten 102 zwei oder mehr Knoten, die ein differentielles Signal wie beispielsweise die Spannung über einem Shunt-Widerstand empfangen.
Die Einrichtung 100 kann auch Bandpass-Filter 110 zum Filtern des an dem Knoten 102 empfangenen Signals enthalten. Jedes der Bandpass-Filter 110 kann einen bestimmten („distinct“) Frequenzbereich enthalten. Wenn es auf das empfangene Signal angewandt wird, erzeugt eines der Bandpassfilter 110 ein Ausgangssignal, das die Stärke des empfangenen Signals in dem betreffenden Frequenzbereich repräsentiert. Spitzenwertdetektoren 120 können den Spitzenwert oder einen Schwellendurchgang des durch jedes der Bandpassfilter 110 erzeugten Ausgangssignals detektieren. Der Spitzenwertdetektor 120 kann dazu ausgebildet sein, einen Hinweis auf die Stärke eines jeden der in den Frequenzbereichen der Bandpassfilter 110 empfangenen Signale auszugeben.
Die Nachverarbeitung 130 kann basierend auf einer ersten Stärke des empfangenen Signals in einem ersten Frequenzbereich und basierend auf einer zweiten Stärke des empfangenen Signals in einem zweiten Frequenzbereich feststellen, dass der elektrische Lichtbogen 175 an dem Leiter 170 aufgetreten ist. Die Nachverarbeitung 130 kann feststellen, dass der elektrische Lichtbogen 175 aufgetreten ist, indem sie feststellt, dass die erste und zweite Stärke einen vorgegebenen mathematischen Zusammenhang zeigen oder erfüllen. Bei einigen Beispielen kann der vorgegebene mathematische Zusammenhang einer Signatur, die mit dem durch den elektrischen Lichtbogen 175 erzeugten elektromagnetischen Rauschen verbunden ist, entsprechen. Bei einigen Beispielen kann der elektrische Lichtbogen zufälliger Natur mit einem breiten Spektrum und veränderlichen Spitzenwerten und nicht-korrelierten Frequenzen, die sich mit der Zeit ändern, sein. Die Nachverarbeitung 130 kann dazu ausgebildet sein, eine Frequenzanalyse durchzuführen, um das Frequenzspektrum zu bestimmen und dann zu entscheiden, ob ein elektrischer Lichtbogen 175 zu der Last 190 hin auftritt.
Obwohl diese Offenbarung die Einrichtung 100 so beschreibt, dass sie feststellt, ob der elektrische Lichtbogen 175 „aufgetreten ist“, kann die Einrichtung 100 dazu ausgebildet sein, festzustellen, ob der elektrische Lichtbogen 175 gegenwärtig auftritt und/oder vorangehend aufgetreten ist. Der elektrische Lichtbogen 175 kann für eine sehr kurze Zeitdauer in der Größenordnung von Mikrosekunden oder Millisekunden auftreten. Die Feststellung, ob der elektrische Lichtbogen 175 auftritt, durch die Einrichtung 100 kann in der Größenordnung von Millisekunden dauern. Deshalb kann zu der Zeit, in der die Einrichtung 100 die Feststellung vollendet, der elektrische Lichtbogen 175 nach wie vor auftreten, oder der elektrische Lichtbogen 175 kann vorüber sein und nicht länger auftreten. Obwohl der elektrische Lichtbogen 175 so gezeigt ist, dass er an dem Leiter 170 zwischen dem Leistungsschalter 160 und dem Erfassungselement 180 auftritt, kann der elektrische Lichtbogen 175 an anderen Stellen wie beispielsweise an dem Leiter 170 zwischen dem Erfassungselement 180 und der Last 190, an dem Leiter 170 nahe der Last 190 und/oder an dem Leiter 170 nahe dem Leistungsschalter 160 auftreten.
Das Verwenden der Bandpassfilter 110, um das Signal an dem Erfassungselement 180 zu filtern, um festzustellen, dass der elektrische Lichtbogen 175 aufgetreten ist, ermöglicht die Verwendung einer weniger teuren, „dummen“ Last 190. Eine dumme Last verfügt möglicherweise über keine intelligente Strom- und Spannungserfassung oder einen Sender zum Übermitteln der Strom- und Spannungswerte zurück zu der Einrichtung 100 oder zu einem Mikrocontroller. Das System 140 kann weniger Kabelbaum benötigen als ein System, das eine andere Technik zum Detektieren eines elektrischen Lichtbogens verwendet, was das System 140 billiger, leichter (z.B. weniger Metall aber mehr Kunststoff) macht und weniger Schwachstellen aufweist. Zum Beispiel kann das System 140 weniger Kupfer verwenden als ein System mit einer Last, die Spannungs- und Strominformationen zurück zu der Einrichtung 100 oder zu einem Mikrocontroller übermittelt.
Zusätzlich kann das System 140 einen Mikrocontroller (in 1 nicht gezeigt), der geringere Leistungsspezifikationen (z.B. weniger leistungsfähig), aufweist, kleiner ist, billiger ist und weniger Pins besitzt, enthalten. Der Mikrocontroller kann dazu ausgebildet sein, die Parameter der Last 190 nicht ständig zu überwachen, weil die Einrichtung 100 Lichtbogenerkennung durchführt. Die Techniken dieser Offenbarung können eine dezentralisierte Auswertung und Vereinfachung von Draht-Kabelbäumen in dem System 140 ermöglichen. Daher kann die Einrichtung 100 dem System 140 einen wesentlichen Wert bieten.
2 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild eines Systems 240 mit einer Last 290 und einem Motor 220 gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Das System 240 stellt ein Beispiel für das in 1 gezeigte System 100 dar. Die Einrichtung 200 ist dazu ausgebildet, ein Signal, das den Strom durch den Leiter 270 an die Last 290 anzeigt, über das Erfassungselement 280 zu empfangen. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist die Einrichtung 200 auch dazu ausgebildet, den Betrieb des Leistungsschalters 260 zu steuern, indem sie den Leistungsschalter 260 ein- und ausschaltet, um die Leistungsquelle 250 mit der Last 290 zu verbinden und von dieser zu trennen. Zum Beispiel kann die Einrichtung 290 einen Mikrocontroller zum Erzeugen eines Steuersignals (z.B. eines Pulsweitenmodulationssignals) für den Leistungsschalter 260 enthalten. Zusätzlich oder alternativ kann die Einrichtung 200 einen Gatetreiber zum Erzeugen und Liefern eines Ansteuersignals an den Steueranschluss des Leistungsschalters 260 enthalten. Die Einrichtung 200 kann einen High-Side-Gatetreiber für den Leistungsschalter 260 wie beispielsweise Batterieschalter, Last-Verbinder-Unterbrecher und elektronische Sicherungen enthalten.
Bei einigen Beispielen kann die Einrichtung 200 Teil eines Sicherungsersatzprodukts sein. Bei einigen Beispielen kann die Einrichtung 200 eine eigenständige Einheit, die mit anderen elektrischen Einrichtungen, die an eine Last angeschlossen sind, verwendet werden kann, darstellen, und bei anderen Beispielen kann die Einrichtung 200 eine Komponente einer größeren elektrischen Einrichtung aufweisen. Bei verschiedenen Beispielen können ein separater Leistungsschalter und/oder Leiter für jede Last in einem System vorhanden sein. Daher kann für jede Last und jeden Leistungsschalter in dem System eine Einrichtung 200 vorhanden sein. Auch wenn die Einrichtung 200 speziell für 48-Volt-Automotive-Systeme nützlich sein kann, kann die Einrichtung 200 auch bei 12-Volt- oder 24-Volt-Automotive-Systemen sowie elektrischen Nicht-Automotive-Leistungssystemen verwendet werden.
Das System 240 enthält den Motor 220 und die Last 290, die jeweils elektromagnetisches Rauschen emittieren können. Das durch den Motor 220 emittierte elektromagnetische Rauschen kann ein(e) eindeutige(s) Signatur oder Frequenzspektrum aufweisen, und das durch die Last 290 emittierte elektromagnetische Rauschen kann ein(e) eindeutige(s) Signatur oder Frequenzspektrum, die/das sich von der/dem durch den Motor 220 erzeugten, eindeutigen Signatur oder Frequenzspektrum unterscheidet, aufweisen. Während des normalen Betriebs können der Motor 220 und/oder die Last 290 ein wohldefiniertes Spektrum in dem Stromverbrauch mit einer hohen Spitze bei der Fundamentalfrequenz und nachfolgenden Harmonischen aufweisen. Die Einrichtung 200 kann Einschaltvorgänge und Ausschaltvorgänge durch Detektieren einer einmaligen großen Änderung des Stromverbrauchs detektieren. Die Einrichtung 200 kann auch „Überschwingen“ („ringing“) nach dem Ausschalten detektieren, weil die auf vorgegebene, induktiven, kapazitiven und resistiven Störeffekten basierende Schwingungsfrequenz eine gedämpfte Oszillation mit (nahezu) einer einzigen Frequenz erzeugt.
Die Einrichtung 200 kann dazu ausgebildet sein, einen Pegel von elektromagnetischem Rauschen, das durch die Last 290 und/oder den Motor 220 in den durch den Leiter fließenden Strom eingespeist wird, zu bestimmen. Die Einrichtung 200 kann ein Bandpassfilter in einem Frequenzbereich, der das durch die Last 290 und/oder den Motor 220 eingespeiste Rauschen enthält, verwenden. Die Einrichtung 200 kann das Bandpassfilter auf das durch die Einrichtung 200 von dem Erfassungselement 280 empfangene Signal anwenden, um den Pegel des durch die Last 290 und/oder den Motor 220 eingespeisten Rauschens zu bestimmen. Durch Bestimmen der Stärke des durch die Last 290 und/oder den Motor 220 eingespeisten Rauschens kann die Einrichtung besser feststellen, ob ein elektrischer Lichtbogen 275 aufgetreten ist.
3 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild einer Einrichtung 300, die einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 304 und eine verarbeitende Schaltung 312 gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung enthält. Die Einrichtung 300 stellt eine digitale Implementierung der Einrichtung 100 dar, wobei die verarbeitende Schaltung 312 eine digitale Logik zum Bestimmen der Stärken eines empfangenen Signals enthält. Bei einigen Beispielen kann eine Einrichtung analoge Schaltungstechnik (Bandpassfilter und Spitzenwertdetektoren) zum Bestimmen der Stärken eines empfangenen Signals enthalten.
Bei dem in 3 gezeigten Beispiel empfängt die Einrichtung 300 ein differentielles Signal an zwei Knoten. Das differentielle Signal (z.B. die Differenz zwischen zwei Signalen) kann die Spannung über dem Shunt-Widerstand 380, die den Strom durch den Leiter 370 anzeigt, anzeigen. Das differentielle Signal stellt ein Beispiel für das durch die Einrichtung 100 an dem Knoten 102 von dem Erfassungselement 180 empfangene Signal dar. Der Shunt-Widerstand 380 stellt ein Beispiel für ein Erfassungselement, von dem die Einrichtung 300 ein Signal, das den Strom durch den Leiter 370 anzeigt, empfängt, dar. Ähnlich zu dem System 100 enthält das System 300 die Leistungsquelle 350 zum Liefern von elektrischer Leistung an die Last 390 durch den Leistungsschalter 360, der basierend auf einem an dem Knoten 362 empfangenen Signal arbeitet.
Das Vorfilter 302 kann dazu ausgebildet sein, das empfangene Signal tiefpasszufiltern. Das Vorfilter 302 kann ein Tiefpass-Eingangsfilter für den ADC 304 definieren, das z.B. Hochfrequenzrauschen von dem empfangenen Signal entfernt. Das Vorfilter 302 kann eine Abschneidefrequenz, die höher als die Frequenzbereiche von zumindest zwei der Bandpassfilter 310 ist, aufweisen. Das Vorfilter 302 kann auch eine Abschneidefrequenz, die höher als die Abtastrate des ADCs 304 ist, aufweisen. Bei einigen Beispielen ist die Einrichtung 300 dazu ausgebildet, das Vorfilter 302 als Teil eines integrierten Hoch- und Tiefpassfilters anzuwenden. Der ADC 304 empfängt das vorgefilterte Signal oder, bei einigen Beispielen, ein ungefiltertes Signal und wandelt das Signal in eine digitale Zahl. Der ADC 304 erzeugt Lauf der Zeit eine Reihe digitaler Zahlen, die die Amplitude des Signals im Lauf der Zeit repräsentiert.
Die verarbeitende Schaltung 312 kann ein Teil des Digitalkerns der Einrichtung 300 sein. Die verarbeitende Schaltung 312 kann Bandpassfilter 310 auf die Reihe von durch den ADC 304 ausgegebenen, digitalen Zahlen anwenden. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel ist jedes der Bandpassfilter 310 ein digitales Filter, das durch die verarbeitende Schaltung 312 implementiert wird. Zum Beispiel kann die Einrichtung 300 einen Satz von Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, die verarbeitende Schaltung 312 veranlassen, jedes der Bandpassfilter 310 auf die Reihe von digitalen Zahlen anzuwenden, um eine Stärke in einem entsprechenden Frequenzbereich zu bestimmen, enthalten. Bei einigen Beispielen kann die verarbeitende Schaltung 312 ein oder mehr Bandpassfilter 310 anwenden, indem sie unabhängig ein Tiefpassfilter (z.B. das Vorfilter 302) und ein Hochpassfilter auf das empfangene Signal oder auf die Reihe von digitalen Zahlen anwendet. Die Einrichtung 300 kann das Vorfilter 302 als einzelnes Tiefpassfilter (z.B. ein Analog-Filter) anwenden und jedes der Bandpassfilter 310 als Hochpassfilter anwenden, entweder als separate Hochpassfilter oder als einzelnes, sich bewegendes Hochpassfilter. Infolgedessen können sich alle Hochpassfilter ein einziges Tiefpassfilter teilen. Als Alternative kann die Einrichtung 300 auch das Vorfilter 302 als mehrere separate Tiefpassfilter anwenden. Daher kann die verarbeitende Schaltung 312 bei einigen Beispielen dazu ausgebildet sein, Bandpassfilter 310 als Hochpassfilter anzuwenden.
Die verarbeitende Schaltung 312 kann Spitzenwertdetektoren 320 verwenden, um die Stärke des Ausgangssignals eines jeden der Bandpassfilter 310 zu bestimmen. Die Spitzenwertdetektoren 320 können die Spitzenamplitude eines Signals oder einer Reihe digitaler Zahlen bestimmen. Zusätzlich oder alternativ können die Spitzenwertdetektoren 320 feststellen, ob eine Stärke einen Schwellenwert durchläuft, übersteigt oder größer als dieser ist. Bei einigen Beispielen können die Spitzenwertdetektoren 320 einen Detektor für einen quadratischen Mittelwert („root-mean-square“; RMS), einen Quasi-RMS-Detektor und/oder einen Mittelwertdetektor enthalten.
Die Nachverarbeitung 330 ist dazu ausgebildet, basierend auf den Ausgangssignalen der Bandpassfilter 310 und der Spitzenwertdetektoren 320 festzustellen, ob der elektrische Lichtbogen 375 aufgetreten ist. Zum Beispiel kann die Nachverarbeitung 330 feststellen, dass der elektrische Lichtbogen 375 aufgetreten ist, indem sie feststellt, dass die durch die Bandpassfilter 310 und die Spitzenwertdetektoren 320 ausgegebenen Stärken einen vorgegebenen mathematischen Zusammenhang zeigen. Die Nachverarbeitung 330 kann das/die Verhältnis(se) oder den/die Zusammenhang/Zusammenhänge der Stärken oder Spitzenwerte bei verschiedenen Frequenzen berechnen und dann prüfen, ob das/die Verhältnis(se) mit dem vorgegebenen mathematischen Zusammenhang übereinstimmen. Der vorgegebene mathematische Zusammenhang kann einen Zusammenhang mit inverser Frequenz („inverse-frequency relationship“) oder einen beliebigen anderen Zusammenhang, bei dem die Stärke abfällt, wenn die Frequenz ansteigt, beinhalten. Der elektrische Lichtbogen 375 kann elektromagnetisches Rauschen mit einer Signatur proportional zu 1/f, 1/(f^N) oder einem beliebigen anderen Zusammenhang erzeugen, wobei f die Frequenz und N irgendeine Konstante ist. Daher kann die Einrichtung 300 dazu ausgebildet sein, den Strom durch den Leiter 370 zu messen, das Signal unter Verwendung des ADCs 304 zu digitalisieren, das digitalisierte Ausgangssignal bandpasszufiltern, das Auftreten des elektrischen Lichtbogens 375 zu bestätigen, wenn die detektieren Stärken in den verschiedenen Filterungsfenstern (z.B. Frequenzbereichen) die Blaupause eines 1/f-Rauschsignals (z.B. eines Zusammenhangs mit inverser Frequenz) zeigen.
Die Nachverarbeitung 330 kann dazu ausgebildet sein, Parameter und Eigenschaften des elektrischen Lichtbogens 375 basierend auf dem empfangenen Signal und dem Analysieren der durch die Bandpassfilter 310 ausgegebenen Stärke zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Nachverarbeitung 330 in der Lage sein, die Dauer und/oder Größe des elektrischen Lichtbogens 375 zu bestimmen. Die Größe bezieht sich auf eine durch den elektrischen Lichtbogen 375 abfallende Spannung, den durch den elektrischen Lichtbogen 375 fließenden elektrischen Strom oder den durch den elektrischen Lichtbogen 375 überspannten Abstand. Die Nachverarbeitung 330 kann auch in der Lage sein, die Art des elektrischen Lichtbogens 375 (z.B. parallel oder seriell) und/oder die Ursache für den elektrischen Lichtbogen 375 festzustellen. Bei einigen Beispielen ist die Nachverarbeitung 330 dazu ausgebildet, die Ursache für den elektrischen Lichtbogen 375 von anderen Ursachen zu unterscheiden.
Die 4A-4E sind Graphen, die Beispiel-Bandpassfilter gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung zeigen. Die vertikalen Achsen der in den 4A-4E gezeigten Graphen stellen die Rauschdichte, die in Einheiten vom Quadratvolt geteilt durch Hertz ausgedrückt werden kann, dar. Die horizontale Achsen der in den 4A-4E gezeigten Graphen stellen Frequenz dar, die Einheiten von Hertz ausgedrückt werden kann. Die Achsen der Graphen verwenden eine logarithmische Skala, um Frequenzen zwischen weniger als einem Hertz bis zu mehr als einhunderttausend Hertz zu zeigen.
4A zeigt ein Beispiel mit zwei Bandpassfiltern. Eine Einrichtung kann zwei Bandpassfilter 410A und 420A, bei denen die Parameter (z.B. die Steigung) eines mathematischen Zusammenhangs bekannt sind und bei denen es keine anderen Störungen oder Komponenten, die Rauschen erzeugen, gibt, verwenden. Die Steigung 400A repräsentiert den vorgegebenen mathematischen Zusammenhang, der eine spektrale Blaupause eines elektrischen Lichtbogens darstellt. Bei dem in 4A gezeigten Beispiel deckt das Bandpassfilter 410A einen Frequenzbereich von einem bis zehn Hertz ab und das Bandpassfilter 420A deckt einen Frequenzbereich von einhundert Hertz und einem Kilohertz ab. Die Einrichtung kann das Verhältnis der Stärken des Signals in jedem Frequenzbereich feststellen.
Die Frequenzbereiche der Bandpassfilter 410A und 420A können so gewählt oder definiert sein, dass sie sich nicht mit den Fundamentalfrequenzen, die durch Lasten oder in der Nähe befindliche Komponenten wie beispielsweise einen Motor eingespeist werden, überlappen. Die Frequenzbereiche der Bandpassfilter 410A und 420A können so gewählt sein, dass sie sich mit der Schaltfrequenz eines Leistungsschalters nicht überlappen. Die Frequenzbereiche der Bandpassfilter 410A und 420A können unterhalb eines Pegels, bei dem das stationäre Rauschen das durch einen elektrischen Lichtbogen erzeugte elektromagnetische Rauschen überwiegt, gewählt sein. Bei dem stationären Rauschen kann es sich um weißes Rauschen mit näherungsweise gleichen Stärken bei allen Frequenzen handeln. Daher kann das stationäre Rauschen bei hohen Frequenzen, bei denen das durch den elektrischen Lichtbogen erzeugte Rauschen geringer ist, das durch den elektrischen Lichtbogen erzeugte Rauschen überdecken. Über zehn, zwanzig oder dreißig Kilohertz kann es sein, dass das durch einen elektrischen Lichtbogen erzeugte Signal von Rauschen, das durch andere Quellen erzeugt wird, nicht unterscheidbar ist.
Die 4B und 4C zeigen Beispiele mit drei Bandpassfiltern. Eine Einrichtung kann ein drittes Bandpassfilter verwenden, wobei zumindest ein Parameter eines vorgegebenen mathematischen Zusammenhangs nicht bekannt ist, um zu bestätigen, dass ein elektrischer Lichtbogen aufgetreten ist, wenn es keine Störungen gibt. Die Einrichtung kann durch zwei (oder mehr) Filter detektierte Stärken verwenden, um den/die unbekannten Parameter zu bestimmen. Bei einigen Beispielen verwendet die Einrichtung zwei Filter, um den/die unbekannten Parameter und den mathematischen Zusammenhang zu bestimmen. Die Einrichtung kann dann den mathematischen Zusammenhang bestätigen, indem sie feststellt, ob ein drittes Bandpassfilter innerhalb einer zulässigen Toleranz mit dem zuvor berechneten mathematischen Zusammenhang in Einklang steht. Alternativ kann eine Einrichtung ein drittes Bandpassfilter, bei dem die Parameter des vorgegebenen mathematischen Zusammenhangs bekannt sind, verwenden, um einen Pegel des stationären Rauschens zu bestimmen. Die Einrichtung kann einen Frequenzbereich größer als fünf, zehn, zwanzig, einhundert oder zweihundert Kilohertz wählen, um den Pegel des stationären Rauschens zu detektieren, weil das Rauschen bei hohen Frequenzen, anders als das durch einen elektrischen Lichtbogen oder eine Last erzeugte, überwiegend stationär sein kann. Zum Beispiel kann die Mittenfrequenz eines Bandpassfilters auf zweihundert Kilohertz eingestellt werden, um den Pegel des stationären Rauschens zu messen.
Bei einigen Beispielen können Bandpassfilter 410B, 420B, 430B als separate Filter implementiert werden. Im Gegensatz dazu können Bandpassfilter 410C, 412C, 414C als einzelnes, sich bewegendes Filter, das seinen Frequenzbereich und seine Mittenfrequenz ändern kann, implementiert werden. Zum Beispiel kann eine Einrichtung das einzelne sich bewegende Bandpassfilter als Bandpassfilter 410C zu einer ersten Zeit, als Bandpassfilter 412C zu einer zweiten Zeit und als Bandpassfilter 414C zu dritten Zeit anwenden. Die Einrichtung kann das einzelne Bandpassfilter entlang der spektralen Verteilung das durch den elektrischen Lichtbogen erzeugte Rauschen bewegen. Bei einigen Beispielen kann eine Einrichtung mehrere Bandpassfilter unter Verwendung von zumindest einem sich bewegenden Bandpassfilter und zumindest einem festen Bandpassfilter anwenden, wobei das feste Filter von dem sich bewegenden Filter getrennt ist. Daher kann eine Einrichtung zumindest ein festes Bandpassfilter mit einem festen Frequenzbereich und zumindest ein sich bewegenden Bandpassfilter, das über mehrere Frequenzbereiche angewandt werden kann, verwenden. Ein sich bewegendes Filter kann beim Bestimmen eines Pegels von Hintergrundrauschen oder stationärem Rauschen nützlich sein. Ein festes Bandpassfilter enthält einen festen Frequenzbereich, der sich nicht bewegt, so dass die Einrichtung das feste Bandpassfilter nicht in mehreren Frequenzbereichen anwenden kann.
Verglichen mit einem einzelnen, sich bewegenden Bandpassfilter, das als Bandpassfilter 410C, 412C, 414C angewandt werden kann, können die Bandpassfilter 410B, 420B, 430B leichter auszulegen, herzustellen und zu betreiben sein. Allerdings kann es sein, dass die Bandpassfilter 410B, 420B, 430B mehr Chip-Raum als ein einzelnes, sich bewegendes Bandpassfilter beanspruchen. Das einzelne, sich bewegende Bandpassfilter kann schwieriger herzustellen und zu betreiben sein, aber das einzelne, sich bewegende Bandpassfilter kann weniger Chip-Raum als die Bandpassfilter 410B, 420B, 430B beanspruchen. Entweder die separaten Bandpassfilter oder das einzelne, sich bewegende Bandpassfilter können als analoge Filter, digitale Filter, Software-Filter und/oder Hardware-Filter implementiert werden.
4D zeigt ein Beispiel mit vier Bandpassfiltern. Eine Einrichtung kann ein viertes Bandpassfilter verwenden, wobei zumindest ein Parameter eines vorgegebenen mathematischen Zusammenhangs nicht bekannt ist, um einen Pegel von stationärem Rauschen in einem hohen Frequenzbereich zu bestimmen. Alternativ kann eine Einrichtung ein viertes Bandpassfilter verwenden, wobei die Parameter des vorgegebenen mathematischen Zusammenhangs bekannt sind, um einen Pegel von n Rauschen, das durch eine Last oder eine andere Komponente eingespeist wird, zu bestimmen. Die Mittenfrequenz des vierten Bandpassfilters kann bei einem erzeugten hohen Spitzenwert von einer Komponente, die an oder in der Nähe der Einrichtung angebracht ist, gewählt werden.
4E zeigt ein Beispiel mit fünf Bandpassfiltern. Eine Einrichtung kann ein fünftes Bandpassfilter verwenden, wobei zumindest ein Parameter eines vorgegebenen mathematischen Zusammenhangs nicht bekannt ist, um eine Plausibilitätsprüfung durchzuführen, indem sie einen Pegel von Rauschen, das durch eine Last oder eine andere Komponente eingespeist wird, bestimmt. Die Anzahl, Reihenfolge und der Zweck der hierin beschriebenen Filter kann geändert werden. Zum Beispiel kann eine Einrichtung ein drittes Bandpassfilter verwenden, um das durch eine Last eingespeiste Rauschen zu bestimmen, oder eine Einrichtung kann ein fünftes Bandpassfilter verwenden, um zu bestätigen, dass der elektrische Lichtbogen aufgetreten ist. Zusätzlich kann eine Einrichtung bei einigen Beispielen mehr als fünf Bandpassfilter verwenden. Eine Einrichtung kann für jeden der hierin beschriebenen Zwecke auch mehr als ein Bandpassfilter wie beispielsweise drei oder mehr Bandpassfilter verwenden, um das Auftreten eines elektrischen Lichtbogens zu bestätigen, zwei oder mehr Bandpassfilter, um stationäres Rauschen zu detektieren, oder zwei oder mehr Bandpassfilter, um durch eine Last eingespeistes Rauschen zu detektieren. Zusätzliche Bandpassfilter können verwendet werden, um eine bestimmte Art von Lichtbogenerkennung abzustimmen.
5 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild eines Systems 540 mit einem Gatetreiber 564 und einem Mikrocontroller 544 gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Das System 540 enthält auch eine integrierte Schaltung 500, einen Gleichstrom-(DC/DC)-Wandler 542, eine Leistungsquelle 550, einen Leistungsschalter 560, einen Leiter 570, einen Shunt-Widerstand 580 und eine Last 590. Die integrierte Schaltung 500 enthält eine Leistungsverwaltungseinheit („power management unit“; PMU) 504, einen Detektionsschaltkreis 510, eine digitale Logik 530 und einen Gatetreiber 564. Die integrierte Schaltung 500 ist ein Beispiel für die in den 1-3 gezeigten Einrichtungen 100, 200 und 300. Die integrierte Schaltung 500 kann eine Hochspannungsfähigkeit und eine hohe Schaltungsdichte zur digitalen Integration bieten.
Die PMU 504 empfängt Leistung von der Leistungsquelle 550 und liefert Leistung an den Detektionsschaltkreis 510, die digitale Logik 530 und den Gatetreiber 564. Die PMU 504 kann einen Leistungswandler enthalten, um Leistung für jede der Komponenten der integrierten Schaltung 500 zu erzeugen. Die integrierte Schaltung 500 kann eine Ladungspumpe und/oder einen Hochsetzsteller („boost converter“) als Teil der PMU 504 oder des Gatetreibers 564 zum Erzeugen einer Spannung, die höher als die der Leistungsquelle 550 ist, enthalten. Der Gatetreiber 564 kann einen höheren Spannungspegel verwenden, um den Leistungsschalter 560 anzusteuern, um den Leistungsschalter 560 ein- und auszuschalten, um die Leistungsquelle 550 und die Last 590 zu verbinden und zu trennen.
Der Detektionsschaltkreis 510 kann einen ADC, der den Spannungsabfall über dem Shunt-Widerstand 580, der mit dem Stromversorgungspfad der Last 590 zwischen der Leistungsquelle 550 und dem Leistungsschalter 560 in Reihe geschaltet sein kann, misst und digitalisiert, enthalten. Der Shunt-Widerstand 580 sollte so positioniert sein, dass der Shunt-Widerstand 580 keinen Einfluss von anderen Lasten als der Last 590 erfährt. Zum Beispiel wenn der Shunt-Widerstand 580 zwischen dem Leistungsverteilungspunkt der Leistungsquelle 550 (z.B. nach dem Batterieschalter) und dem Drain des Leistungsschalters 560 positioniert ist. Die digitale Logik 530 kann Teil des digitalen Kerns der integrierten Schaltung 500 sein und kann die Informationen, die durch den Detektionsschaltkreis 510 (z.B. den ADC und/oder die Filter) bereitgestellt werden, durch Durchführen einer Spektralanalyse analysieren.
Die digitale Logik 530 besitzt auch eine Kommunikationsschnittstelle mit dem Mikrocontroller 544, der eine Leistungsversorgung von dem DC/DC-Wandler 542 empfängt. Die digitale Logik 530 kann den Mikrocontroller 544 die Detektion eines elektrischen Lichtbogens übermitteln oder berichten. Die digitale Logik 530 kann dazu ausgebildet sein, dem Mikrocontroller 544 die Art des elektrischen Lichtbogens sowie andere bestimmte Parameter oder Eigenschaften des elektrischen Lichtbogens wie beispielsweise die Länge der Dauer oder die Größe des elektrischen Lichtbogens zu übermitteln.
Obwohl 5 als digitale Implementierung beschrieben ist, sind analoge Implementierungen ebenso möglich. Analoge Filter benötigen eine größere Chipfläche als digitale Filterung, insbesondere für Niederfrequenz-Filter. Darüber hinaus sind analoge Filter schwieriger zu konfigurieren als digitale Filter, insbesondere für Implementierungen mit einem einzelnen, sich bewegenden Filter. Verglichen mit dem Ändem der Induktivität oder Kapazität eines analogen Filters kann das Konfigurieren eines digitalen Filters das Ändern der Koeffizienten des Filters mit sich bringen. Darüber hinaus ermöglicht eine digitale Implementierung, dass die durch die digitale Logik 530 erzeugte, digitalisierte Strominformation in der integrierten Schaltung 500 für andere Zwecke wie beispielsweise Überstromschutz verwendet wird.
Während des Betriebs des Systems 540 und der integrierten Schaltung 500 schaltet der Gatetreiber 564 den Leistungsschalter 560 ein. Der ADC in dem Detektionsschaltkreis 510 misst den durch den Shunt-Widerstand 580 fließenden Strom und digitalisiert die Information. Die digitale Logik 530 führt die Filterung und Spitzenwerterkennung durch. Basierend auf den Entscheidungen des Spitzenwertdetektors und durch Betrachten der Verhältnisse zwischen den gefilterten Amplituden entscheidet die digitale Logik 530, ob ein elektrischer Lichtbogen an dem Leiter 570 (z.B. in dem den Leiter 570 haltenden Kabelbaum) entsteht. Die digitale Logik 530 stellt basierend auf der Fundamentalfrequenz, den Harmonischen, den Amplituden der Fundamentalfrequenz und den Harmonischen und dem Verlauf der vorangehenden Analyse fest, dass ein elektrischer Lichtbogen aufgetreten ist. Wenn die digitale Logik 530 einen elektrischen Lichtbogen detektiert, kann die integrierte Schaltung 500 entscheiden, ob der Leistungsschalter 560 sofort heruntergefahren und der Mikrocontroller 544 benachrichtigt werden soll. Zusätzlich oder alternativ kann die digitale Logik 530 den Strom auf dem Leiter 570 begrenzen und den Mikrocontroller 544 benachrichtigen, oder die digitale Logik 530 kann lediglich den Mikrocontroller 544 benachrichtigen und darauf warten, dass der Mikrocontroller 544 entscheidet, ob der Leistungsschalter 560 abgeschaltet und die Last 590 getrennt werden soll.
Andere Implementierungen des Detektionsmechanismus', die keine vollständige Frequenzanalyse mit sich bringen, sind möglich. Wenn zum Beispiel das Frequenzspektrum der Last 590 bekannt ist und auch die erwarteten Welligkeitsfrequenzen („ripple frequencies“) nach dem Ausschalten bekannt sind, können die digitale Logik 530 und/oder die Detektionsschaltung 510 Filter anwenden, um diese Frequenzen von dem analysierten Signal zu entfernen. Dann können die digitale Logik 530 und/oder die Detektionsschaltung 510 das verbleibende Signal unter Verwendung von Spitzenwertdetektoren analysieren. Die integrierte Schaltung 500 kann die Filter entweder in der analogen oder der digitalen Domäne implementieren. Bedauerlicherweise kann diese Technik bei der Art von Lasten, die durch den Leistungsschalter 560 angesteuert werden können, zu Beschränkungen führen. Diese Technik nimmt auch an, dass zusätzliches Wissen über die auftretenden Frequenzen vorhanden ist. Allerdings könnte diese Technik auch zu einer kleineren und einfacheren integrierten Schaltung 500 führen.
6 ist ein Flussdiagramm, das Beispiel-Techniken zum Feststellen, dass an einem Leiter ein elektrischer Lichtbogen aufgetreten ist, veranschaulicht, gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Die Techniken von 6 werden unter Bezugnahme auf das in 1 gezeigte System 140 beschrieben, obwohl andere Komponenten als Beispiel für ähnliche Techniken dienen können.
Bei dem Beispiel von 6 empfängt der Knoten 102 ein Signal, das einen Strom durch den Leiter 170 an die Last 190 anzeigt (600). Die Einrichtung 100 empfängt das Signal an dem Knoten 102 von dem Erfassungselement 180, das ein Shunt- oder reihen-resistives und/oder kapazitives Element, einen Stromspiegel, einen Stromerfassungstransistor, einen magnetoresistiven Sensor und/oder einen beliebigen anderen Stromsensor enthalten kann. Bei einigen Beispielen ist das empfangene Signal ein differentielles Signal, das die Spannung über dem Erfassungselement 180 repräsentiert.
Bei dem Beispiel von 6 bestimmt die Einrichtung 100 eine erste Stärke des empfangenen Signals in einem ersten Frequenzbereich durch Anwenden eines ersten von Bandpassfiltern 110 (602). Die Einrichtung 100 bestimmt auch eine zweite Stärke des empfangenen Signals in einem zweiten Frequenzbereich durch Anwenden eines zweiten der Bandpassfilter 110 (604). Die Einrichtung 100 kann die Bandpassfilter 110 als separate Filter oder als einziges, sich bewegendes Filter, das unabhängig als erstes Bandpassfilter und als zweites Bandpassfilter angewandt werden kann, anwenden. Die Einrichtung 100 kann auch mehr als zwei Bandpassfilter 110 anwenden, um zu bestätigen, ob der elektrische Lichtbogen 175 aufgetreten ist, um den/die Parameter des mathematischen Zusammenhangs zwischen den Stärken zu bestimmen, den Pegel von stationärem Rauschen in dem System 100 zu detektieren und/oder einen Pegel von durch die Last 190 erzeugtem Rauschen zu detektieren.
Bei dem Beispiel von 6 stellt die Nachverarbeitung 130 basierend auf den ersten und zweiten Stärken fest, dass an dem Leiter 170 der elektrische Lichtbogen 175 aufgetreten ist. Die Nachverarbeitung 130 kann dazu ausgebildet sein, ein Verhältnis der ersten und zweiten Stärke zu bestimmen. Die Nachverarbeitung 130 kann als Reaktion auf das Feststellen, dass das Verhältnis/die Verhältnisse der Stärken einen vorgegebenen mathematischen Zusammenhang (z.B. eine Signatur des elektrischen Lichtbogens 175) zeigt/zeigen, erkennen, dass ein elektrischer Lichtbogen 175 aufgetreten ist.
Die 7 und 8 sind konzeptionelle Block- und Schaltungsdiagramme von Systemen 740 und 840 mit Stromerfassung an der Last gemäß einigen Beispielen dieser Offenbarung. Obwohl die Systeme 740 und 840 als 48-Volt-Systeme gezeigt sind, können die Systeme 740 und 840 auch dazu ausgebildet sein, einen anderen Spannungspegel wie beispielsweise zwölf Volt oder vierundzwanzig Volt verwenden. Das System 740 enthält einen Gatetreiber 700, einen Mikrocontroller 744, eine Batterie 750, einen Leistungsschalter 760, einen Leiter 770, einen Kabelbaum 772, einen Shunt-Widerstand 780 und eine Last 790. Das System 840 enthält einen Gatetreiber 800, einen Mikrocontroller 844, eine Batterie 850, einen Leistungsschalter 860, einen Leiter 870, Draht-Kabelbäume 872 und 874, einen Shunt-Widerstand 880 und eine Last 890.
Bei einem 48 V-System wie beispielsweise den Systemen 740 und 840 kann die Lichtbogendetektion durch gleichzeitiges Messen und Vergleichen des Stroms und der Spannung an dem Ausgang der Batterien 750 und 850 und an dem Eingang der Lasten 790 und 890 erfolgen. Bei dem System 740 handelt es sich um ein Beispiel für das sofortige Auslesen der Spannung und des Stroms an sowohl dem Ausgang der Batterie 750 als auch dem Eingang der Last 790. Diese Konfiguration stellt sicher, dass das Auslesen simultan erfolgt, was wichtig ist, weil die Amplitude eines Stroms durch einen Lichtbogen eine große Veränderung mit der Zeit besitzt. Die Konfiguration des Systems 740 verwendet zusätzliche Drähte in dem Kabelbaum 772 und eine intelligente Last 790, die die Strom- und Spannungsinformation zurück zu dem Analyse-Mikrocontroller 744 senden kann. Diese Konfiguration fügt dem System 740 Gewicht, Kosten und Schwachstellen hinzu.
Bei dem Beispiel des Systems 740 werden die Spannung und der Strom physisch an den Mikrocontroller 744 zurückgesandt. Der Mikrocontroller 744 kann den Vergleich schnell und einfach auslösen, weil der Gatetreiber 700 und die Last 790 sämtliche der Parameter direkt an den ADC des Mikrocontrollers 740 senden. Wenn das System 740 viele zahlreiche Lasten besitzt, kann der Kabelbaum kompliziert und für Kurzschlüsse, Unterbrechungen und Synchronisationsprobleme anfälliger sein.
Das System 840 stellt ein Beispiel für ein gemultiplextes Auslesen durch einen Kommunikationsbus in dem Kabelbaum 874 dar. Diese Konfiguration besitzt den Vorteil von weniger Drähten in dem Kabelbaum 872, aber das System 840 verwendet die intelligente Last 890 mit Buskommunikationsfähigkeit. Das System 840 kann aufgrund des Zeitmultiplexens auch eine Informationsübertragungsverzögerung erfahren, was zu falschen Auswertungen führen kann. Deshalb ist das System 840 potentiell weniger genau und bringt nach wie vor die zusätzlichen Kosten der intelligenten Last 890 mit sich.
Bei dem Beispiel des Systems 840 werden die Spannung und der Strom durch einen Bus wie beispielsweise einen Controller-Area-Network-(CAN)-Bus an den Mikrocontroller 844 zurückgesandt. Das Verwenden getrennter Draht-Kabelbäume 872 und 874 bedeutet, dass die Verdrahtung relativ einfach ist. Allerdings kann der Mikrocontroller 844 die Schwierigkeit haben, zwischen der Batterie 859 und der Last 890 zu synchronisieren, weil es eine Verzögerung zwischen der Last 890 und dem Mikrocontroller 844 geben kann. Während die Last 890 die Erfassung durch den CAN-Bus auslösen kann, beschäftigt sich der Mikrocontroller 844 mit der Synchronisation mit direkter Umwandlung der Versorgungsparameter. Das Übermitteln der Parameter zurück durch den CAN-Bus kann zu einer Verzögerung bei der Übertragung der Lastparameter führen.
Ein anderes Verfahren besteht darin, den Stromverbrauch in einem Leiter zu messen und eine Fourier Transformation anzuwenden, um die spektralen Bestandteile des Signals zu bestimmen. Der spektrale Fußabdruck eines elektrischen Lichtbogens kann das Verhalten von 1/f-Rauschen zeigen. Allerdings beansprucht das Anwenden einer Fourier-Transformation eine hohe Rechenleistung, die nur bei teuren High-End-Mikrocontrollern verfügbar ist. Fourier-Analyse kann eine hohe Eingangsbandbreite und eine hohe Rechenleistung in dem Mikrocontroller mit sich bringen. Für Systeme mit einer großen Anzahl von 48-Volt-Lasten ist dieser Ansatz möglicherweise nicht kosteneffizient.
Die intelligenten Lasten 790 und 890 sind in der Lage, den Strom und die Spannung an der Last zu messen und an die Gatetreiber 700 und 800 und/oder die Mikrocontroller 744 und 844 zurück zu übermitteln. Die Gatetreiber 700 und 800 sind in der Lage, die Spannung und den Strom, die an die Lasten 790 und 890 gesandt werden, zu messen. Die Mikrocontroller 744 und 844 können sämtliche von den Gatetreibern 700 und 800 und den Lasten 790 und 890 gesendeten Informationen verarbeiten und vergleichen. Im Fall keines elektrischen Lichtbogens ist der Spannungspegel der Batterien 750 und 850 gleich dem durch die Lasten 790 und 890 empfangenen Spannungspegel, und der durch die Batterien 750 und 850 erzeugte Strom ist gleich dem durch die Lasten 790 und 890 empfangenen Strom.
Ein erstes Beispiel für einen elektrischen Lichtbogen, der in dem Kabelbaum 772 und 872 auftreten kann, ist ein paralleler elektrischer Lichtbogen zwischen einem stromführenden Draht und Bezugsmasse. Die Abschirmung des Drahtes kann geerdet sein, so dass ein elektrischer Lichtbogen zwischen dem Draht und der Draht-Abschirmung auftreten kann. Eine fehlerhafte Drahtisolierung kann diese Art von elektrischem Lichtbogen verursachen. Für diese Art von elektrischem Lichtbogen kann der Spannungspegel der Batterien 750 und 850 gleich dem durch die Lasten 790 und 890 empfangenen Spannungspegel sein, aber der durch die Batterien 750 und 850 erzeugte Strom kann wegen des an den parallelen elektrischen Lichtbogen verlorenen Stroms größer als der durch die Lasten 790 und 890 empfangene Strom sein. Vorausgesetzt, dass das Verhalten des elektrischen Lichtbogens nicht vorhersehbar ist, sollte der Mikrocontroller 744 die Parameter im selben Moment vergleichen.
Ein zweites Beispiel für einen elektrischen Lichtbogen, der in einem Kabelbaum 772 und 872 auftreten kann, ist ein serieller elektrischer Lichtbogen zwischen zwei stromführenden Drähten. Ein gebrochenes Kabel oder ein loser Kontakt können diese Art von elektrischem Lichtbogen verursachen. Für diese Art von elektrischem Lichtbogen kann der durch die Batterien 750 und 850 erzeugte Strom gleich dem durch die Lasten 790 und 890 empfangenen Strom sein, aber der Spannungspegel der Batterien 750 und 850 kann wegen des Spannungsabfalls über dem seriellen elektrischen Lichtbogen größer als der durch die Lasten 790 und 890 empfangene Spannungspegel sein. Allerdings kann sich der Stromvergleich zwischen der Batterie und der Last möglicherweise nicht ausgleichen, zum Beispiel wenn sich die Impedanz des elektrischen Lichtbogens mit der Zeit ändert.
Die folgenden nummerierten Beispiele zeigen einen oder mehr Aspekte der Offenbarung.
Beispiel 1. Eine Einrichtung enthält zumindest einen Eingangsknoten, der dazu ausgebildet ist, ein Signal, das einen Strom durch einen Leiter an eine Last anzeigt, zu empfangen. Die Einrichtung enthält auch eine Schaltung, die dazu ausgebildet ist, eine erste Stärke des empfangenen Signals in einem ersten Frequenzbereich durch Anwenden eines ersten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen. Die Schaltung ist auch dazu ausgebildet, eine zweite Stärke des empfangenen Signals in einem zweiten Frequenzbereich durch Anwenden eines zweiten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen. Die Schaltung ist weiterhin dazu ausgebildet, basierend auf der ersten Stärke und der zweiten Stärke festzustellen, dass ein elektrischer Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist.
Beispiel 2. Einrichtung gemäß Beispiel 1, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, durch Feststellen, dass die erste Stärke und die zweite Stärke einen vorgegebenen mathematischen Zusammenhang zeigen, festzustellen, dass der elektrische Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist.
Beispiel 3. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-2 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, durch Feststellen, dass ein Verhältnis der ersten Stärke und der zweiten Stärke einen Zusammenhang mit inverser Frequenz zeigt, festzustellen, dass der elektrische Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist.
Beispiel 4. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-3 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, das erste Bandpassfilter und das zweite Bandpassfilter durch Anwenden eines einzelnen, sich bewegenden Bandpassfilters anzuwenden.
Beispiel 5. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-4 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das einzelne, sich bewegende Bandpassfilter zu einer ersten Zeit als das erste Bandpassfilter ausgebildet ist und zu einer zweiten Zeit als das zweite Bandpassfilter ausgebildet ist.
Beispiel 6. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-5 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, durch Anwenden eines dritten Bandpassfilters auf das empfangene Signal eine dritte Stärke des empfangenen Signals in einem dritten Frequenzbereich zu bestimmen.
Beispiel 7. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-6 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, basierend auf der dritten Stärke zu bestätigen, dass der elektrische Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist, wenn zumindest ein Parameter eines mathematischen Zusammenhangs für den elektrischen Lichtbogen nicht bekannt ist.
Beispiel 8. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-7 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Parameter des mathematischen Zusammenhangs zu bestimmen.
Beispiel 9. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-8 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Parameter des mathematischen Zusammenhangs basierend auf zumindest einer der Stärken zu bestimmen.
Beispiel 10. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-9 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, durch Anwenden eines vierten Bandpassfilters auf das empfangene Signal eine vierte Stärke des empfangenen Signals in einem vierten Frequenzbereich zu bestimmen.
Beispiel 11. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-10 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, einen Pegel von stationärem Rauschen basierend auf der vierten Stärke zu bestimmen.
Beispiel 12. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-11 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei der vierte Frequenzbereich höher als der erste, zweite und dritte Frequenzbereich ist.
Beispiel 13. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-12 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, durch Anwenden eines fünften Bandpassfilters auf das empfangene Signal eine fünfte Stärke des empfangenen Signals in einem fünften Frequenzbereich zu bestimmen.
Beispiel 14. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-13 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, basierend auf der fünften Stärke eines Pegels von durch die Last eingespeiste Rauschen zu bestimmen.
Beispiel 15. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-14 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, durch Anwenden eines dritten Bandpassfilters auf das empfangene Signal eine dritte Stärke des empfangenen Signals in einem dritten Frequenzbereich zu bestimmen.
Beispiel 16. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-15 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, einen Pegel des stationären Rauschens basierend auf der dritten Stärke zu bestimmen, wenn Parameter eines mathematischen Zusammenhangs für den elektrischen Lichtbogen bekannt sind.
Beispiel 17. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-16 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, durch Anwenden eines vierten Bandpassfilters auf das empfangene Signal eine vierte Stärke des empfangenen Signals in einem vierten Frequenzbereich zu bestimmen.
Beispiel 18. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-17 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, basierend auf der vierten Stärke einen Pegel von durch die Last eingespeistem Rauschen zu bestimmen.
Beispiel 19. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-18 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, basierend auf zumindest einer der Stärken einen Pegel von stationärem Rauschen zu bestimmen.
Beispiel 20. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-19 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, basierend auf der fünften Stärke einen Pegel von durch die Last eingespeistem Rauschen zu bestimmen.
Beispiel 21. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-20 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, das erste Bandpassfilter durch unabhängiges Anwenden eines ersten Tiefpassfilters und eines ersten Hochpassfilters auf das empfangene Signal anzuwenden.
Beispiel 22. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-21 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, das zweite Bandpassfilter durch unabhängiges Anwenden eines zweiten Tiefpassfilters und eines zweiten Hochpassfilters auf das empfangene Signal anzuwenden.
Beispiel 23. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-22 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, die erste Stärke durch Anwenden des ersten Bandpassfilters, um ein erstes gefiltertes Signal zu erzeugen, und Anwenden eines ersten RMS-Detektors, eines ersten Quasi-RMS-Detektors oder eines ersten Mittelwertdetektors auf das erste gefilterte Signal zu bestimmen.
Beispiel 24. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-23 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, die zweite Stärke durch Anwenden des zweiten Bandpassfilters, um ein zweites gefiltertes Signal zu erzeugen, und Anwenden eines zweiten RMS-Detektors, eines zweiten Quasi-RMS-Detektors oder eines zweiten Mittelwertdetektors auf das zweite gefilterte Signal zu bestimmen.
Beispiel 25. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-24 oder einer beliebigen Kombination hiervon, die weiterhin einen ADC, der dazu ausgebildet ist, das empfangene Signal in eine Reihe von digitalen Zahlen zu wandeln, enthält.
Beispiel 26. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-25 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, durch Anwenden des ersten Bandpassfilters auf die Reihe digitaler Zahlen die erste Stärke in dem ersten Frequenzbereich zu bestimmen.
Beispiel 27. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-26 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, durch Anwenden des zweiten Bandpassfilters auf die Reihe digitaler Zahlen die zweite Stärke in dem zweiten Frequenzbereich zu bestimmen.
Beispiel 28. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-27 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das Signal den Strom durch einen Leistungsschalter und durch den Leiter an die Last anzeigt.
Beispiel 29A. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-28 oder einer beliebigen Kombination hiervon, die weiterhin einen Gatetreiber, der dazu ausgebildet ist, ein Ansteuersignal an den Leistungsschalter zu liefern, um den Leistungsschalter ein- oder auszuschalten, enthält.
Beispiel 29B. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-29A oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, zumindest eines der Bandpassfilter als festes Bandpassfilter mit einem festen Frequenzbereich anzuwenden.
Beispiel 29C. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-29B oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, zumindest eines der Bandpassfilter als sich bewegendes Bandpassfilter, das zu verschiedenen Zeiten mit verschiedenen Frequenzbereichen konfiguriert werden kann, anzuwenden.
Beispiel 29D. Einrichtung gemäß den Beispielen 1-29C oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, sowohl ein festes Bandpassfilter als auch ein sich bewegendes Bandpassfilter auf das empfangene Signal anzuwenden.
Beispiel 30. Ein Verfahren beinhaltet das Empfangen eines Signals, das einen Strom durch einen Leiter an eine Last anzeigt, durch zumindest einen Knoten einer Einrichtung. Das Verfahren beinhaltet auch das Bestimmen einer ersten Stärke des empfangenen Signals in einem ersten Frequenzbereich durch Anwenden eines ersten Bandpassfilters auf das empfangene Signal durch eine verarbeitende Schaltung der Einrichtung. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen einer zweiten Stärke des empfangenen Signals in einem zweiten Frequenzbereich durch Anwenden eines zweiten Bandpassfilters auf das empfangene Signal durch die verarbeitende Schaltung. Das Verfahren beinhaltet das Feststellen durch die verarbeitende Schaltung, dass ein elektrischer Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist, basierend auf der ersten Stärke und der zweiten Stärke.
Beispiel 31. Verfahren gemäß Beispiel 30, wobei das Feststellen, dass der elektrische Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist, das Feststellen, dass die erste Stärke und die zweite Stärke einen vorgegebenen mathematischen Zusammenhang zeigen, aufweist.
Beispiel 32. Verfahren gemäß den Beispielen 30-31 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das Feststellen, dass der elektrische Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist, das Feststellen, dass ein Verhältnis der ersten Stärke und der zweiten Stärke einen Zusammenhang mit inverser Frequenz zeigt, aufweist.
Beispiel 33. Verfahren gemäß den Beispielen 30-32 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das Anwenden des ersten Bandpassfilters und des zweiten Bandpassfilters das Anwenden eines einzelnen, sich bewegenden Bandpassfilters aufweist.
Beispiel 34. Verfahren gemäß den Beispielen 30-33 oder eine beliebigen Kombination hiervon, wobei das einzelne, sich bewegende Bandpassfilter zu einer ersten Zeit als das erste Bandpassfilter ausgebildet ist und zu einer zweiten Zeit als das zweite Bandpassfilter ausgebildet ist.
Beispiel 35. Verfahren gemäß den Beispielen 30-34 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das Bestimmen der dritten Stärke des empfangenen Signals in einem dritten Frequenzbereich das Anwenden eines dritten Bandpassfilters auf das empfangene Signal ausweist.
Beispiel 36. Verfahren gemäß den Beispielen 30-35 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das, wenn zumindest ein Parameter eines mathematischen Zusammenhangs für den elektrischen Lichtbogen nicht bekannt ist, weiterhin das Bestätigen, dass der elektrische Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist, basierend auf der dritten Stärke, beinhaltet.
Beispiel 37. Verfahren gemäß den Beispielen 30-36 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Bestimmen des zumindest einen Parameters des mathematischen Zusammenhangs beinhaltet.
Beispiel 38. Verfahren gemäß den Beispielen 30-37 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Bestimmen des zumindest einen Parameters des mathematischen Zusammenhangs basierend auf zumindest einer der Stärken beinhaltet.
Beispiel 39. Verfahren gemäß den Beispielen 30-38 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Bestimmen einer vierten Stärke des empfangenen Signals in einem vierten Frequenzbereich durch Anlegen eines vierten Bandpassfilters an das empfangene Signal beinhaltet.
Beispiel 40. Verfahren gemäß den Beispielen 30-39 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Bestimmen eines Pegels von stationärem Rauschen basierend auf der vierten Stärke beinhaltet.
Beispiel 41. Verfahren gemäß den Beispielen 30-40 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei der vierte Frequenzbereich höher als der erste, zweite und dritte Frequenzbereich ist.
Beispiel 42. Verfahren gemäß den Beispielen 30-41 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Bestimmen einer fünften Stärke des empfangenen Signals in einem fünften Frequenzbereich durch Anwenden eines fünften Bandpassfilters auf das empfangene Signal beinhaltet.
Beispiel 43. Verfahren gemäß den Beispielen 30-42 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Bestimmen eines Pegels von durch die Last eingespeistem Rauschen basierend auf der fünften Stärke beinhaltet.
Beispiel 44. Verfahren gemäß den Beispielen 30-43 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Bestimmen einer dritten Stärke des empfangenen Signals in einem dritten Frequenzbereich durch Anwenden eines dritten Bandpassfilters auf das empfangene Signal beinhaltet.
Beispiel 45. Verfahren gemäß den Beispielen 30-44 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das, wenn Parameter eines mathematischen Zusammenhangs für den elektrischen Lichtbogen bekannt sind, weiterhin das Bestimmen eines Pegels von stationärem Rauschen basierend auf der dritten Stärke beinhaltet.
Beispiel 46. Verfahren gemäß den Beispielen 30-45 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Bestimmen einer vierten Stärke des empfangenen Signals in einem vierten Frequenzbereich durch Anwenden eines vierten Bandpassfilters auf das empfangene Signal beinhaltet.
Beispiel 47. Verfahren gemäß den Beispielen 30-46 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Bestimmen eines Pegels von durch die Last eingespeiste Rauschen basierend auf der vierten Stärke beinhaltet.
Beispiel 48. Verfahren gemäß den Beispielen 30-47 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Bestimmen eines Pegels von stationärem Rauschen basierend auf zumindest einer der Stärken beinhaltet.
Beispiel 49. Verfahren gemäß den Beispielen 30-48 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Bestimmen eines Pegels von durch die Last eingespeistem Rauschen basierend auf der fünften Stärke beinhaltet.
Beispiel 50. Verfahren gemäß den Beispielen 30-49 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das Anwenden des ersten Bandpassfilters das unabhängige Anwenden eines ersten Tiefpassfilters und eines ersten Hochpassfilters auf das empfangene Signal beinhaltet.
Beispiel 51. Verfahren gemäß den Beispielen 30-50 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das Anwenden des zweiten Bandpassfilters das unabhängige Anwenden eines zweiten Tiefpassfilters und eines zweiten Hochpassfilters auf das empfangene Signal beinhaltet.
Beispiel 52. Verfahren gemäß den Beispielen 30-51 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das Bestimmen der ersten Stärke das Anwenden des ersten Bandpassfilters, um ein erstes gefiltertes Signal zu erzeugen, und das Anwenden eines ersten RMS-Detektors, eines ersten Quasi-RMS-Detektors oder eines ersten Mittelwertdetektors auf das erste gefilterte Signal aufweist.
Beispiel 53. Verfahren gemäß den Beispielen 30-52 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das Bestimmen der zweiten Stärke das Anwenden des zweiten Bandpassfilters, um ein zweites gefiltertes Signal zu erzeugen, und das Anwenden eines zweiten RMS-Detektors, eines zweiten Quasi-RMS-Detektors oder eines zweiten Mittelwertdetektors auf das zweite gefilterte Signal aufweist.
Beispiel 54. Verfahren gemäß den Beispielen 30-53 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Umwandeln des empfangenen Signals in eine Reihe digitaler Zahlen beinhaltet.
Beispiel 55. Verfahren gemäß den Beispielen 30-54 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das Bestimmen der ersten Stärke in dem ersten Frequenzbereich das Anwenden des ersten Bandpassfilters auf die Reihe digitaler Zahlen aufweist.
Beispiel 56. Verfahren gemäß den Beispielen 30-55 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das Bestimmen der zweiten Stärke in dem zweiten Frequenzbereich das Anwenden des zweiten Bandpassfilters auf die Reihe digitaler Zahlen aufweist.
Beispiel 57. Verfahren gemäß den Beispielen 30-56 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei das Signal den Strom durch einen Leistungsschalter und durch den Leiter an die Last anzeigt.
Beispiel 58. Verfahren gemäß den Beispielen 30-57 oder einer beliebigen Kombination hiervon, das weiterhin das Liefern eines Ansteuersignals an den Leistungsschalter, um den Leistungsschalter ein- oder auszuschalten, beinhaltet.
Beispiel 59. Verfahren gemäß den Beispielen 1-58 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, zumindest eines der Bandpassfilter als festes Bandpassfilter mit einem festen Frequenzbereich anzuwenden.
Beispiel 60. Verfahren gemäß den Beispielen 1-59 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, zumindest eines der Bandpassfilter als sich bewegendes Bandpassfilter, das zu verschiedenen Zeiten mit verschiedenen Frequenzbereichen konfiguriert werden kann, anzuwenden.
Beispiel 61. Verfahren gemäß den Beispielen 1-60 oder einer beliebigen Kombination hiervon, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist, sowohl ein festes Bandpassfilter als auch ein sich bewegendes Bandpassfilter auf das empfangene Signal anzuwenden.
Beispiel 62. Eine Einrichtung enthält ein computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten, ausführbaren Anweisungen, die dazu ausgebildet sind, durch eine verarbeitende Schaltung ausführbar zu sein, um die verarbeitende Schaltung zu veranlassen, eine erste Stärke eines Signals in einem ersten Frequenzbereich durch Anwenden eines ersten Bandpassfilters auf das Signal zu bestimmen, wobei das Signal einen Strom durch einen Leiter an eine Last anzeigt. Die Anweisungen sind außerdem dazu ausgebildet, die verarbeitende Schaltung zu veranlassen, eine zweite Stärke eines Signals in einem zweiten Frequenzbereich durch Anwenden eines zweiten Bandpassfilters auf das Signal zu bestimmen, wobei das Signal einen Strom durch einen Leiter an eine Last anzeigt. Die Anweisungen sind weiterhin dazu ausgebildet, die verarbeitende Schaltung zu veranlassen, basierend auf der ersten Stärke und der zweiten Stärke festzustellen, dass ein elektrischer Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist.
Beispiel 63. Einrichtung gemäß Beispiel 62, wobei die Anweisungen dazu ausgebildet sind, die verarbeitende Schaltung zu veranlassen, das Verfahren der Beispiele 30-61 oder einer beliebigen Kombination hiervon auszuführen.
Beispiel 64. Ein System enthält Mittel zum Empfangen eines Signals, das einen Strom durch einen Leiter an eine Last anzeigt. Das System enthält auch Mittel zum Bestimmen einer ersten Stärke des empfangenen Signals in einem ersten Frequenzbereich durch Anwenden eines ersten Bandpassfilters auf das empfangene Signal. Das System beinhaltet weiterhin Mittel zum Bestimmen einer zweiten Stärke des empfangenen Signals in einem zweiten Frequenzbereich durch Anwenden eines zweiten Bandpassfilters auf das empfangene Signal. Das System enthält Mittel zum Feststellen, dass ein elektrischer Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist, basierend auf der ersten Stärke und der zweiten Stärke.
Beispiel 65. System gemäß Beispiel 64, das weiterhin Mittel zum Durchführen des Verfahrens gemäß den Beispielen 30-61 oder einer beliebigen Kombination hiervon beinhaltet.
Diese Offenbarung hat den Einrichtungen 100, 200 und 300 und der integrierten Schaltung 500 eine Funktionalität zugeordnet. Die Einrichtungen 100, 200 und 300 und die integrierte Schaltung 500 können einen oder mehr Prozessoren enthalten. Die Einrichtungen 100, 200 und 300 und die integrierte Schaltung 500 können eine beliebige Kombination von integrierter Schaltungstechnik, diskreter Logikschaltungstechnik, analoger Schaltungstechnik wie beispielsweise einen oder mehr Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) und/oder feldprogrammierbare Gatter-Arrays (FPGAs) enthalten. Bei einigen Beispielen können die Einrichtungen 100, 200 und 300 und die integrierte Schaltung 500 mehrere Komponenten wie beispielsweise eine beliebige Kombination von einem oder mehr Mikroprozessoren, einem oder mehr DSPs, einen oder mehr ASICs oder einen oder mehr FPGAs sowie andere diskrete oder integrierte Logikschaltungstechnik und/oder analoge Schaltungstechnik enthalten.
Die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken können auch in einem Herstellungsartikel, der ein nicht-flüchtiges, computerlesbares Speichermedium wie beispielsweise die Einrichtungen 100, 200 und 300 und die integrierte Schaltung 500 enthält, verkörpert oder kodiert sein. Beispiele für nicht-flüchtige, computerlesbare Speichermedien können RAM, ROM, programmierbares ROM (PROM), löschbares programmierbares ROM (EPROM), elektronisch löschbares programmierbares ROM (EEPROM), Flash-Speicher, eine Festplatte, magnetische Medien, optische Medien oder beliebige andere computerlesbare Speichereinrichtungen oder computerlesbare Medien enthalten. Der Ausdruck „nicht-flüchtig“ kann anzeigen, dass das Speichermedium nicht in einer Trägerwelle oder einem propagiertem Signal verkörpert ist. Bei bestimmten Beispielen kann ein nicht-flüchtiges Speichermedium Daten, die sich mit der Zeit ändern können (z.B. in RAM oder Cache), speichern.

Claims

Einrichtung, die aufweist: zumindest einen Eingangsknoten (102), der dazu ausgebildet ist, ein Signal, das auf einem Strom durch einen Leiter (170; 270; 370; 470; 570) an eine Last (190; 290; 390; 490; 590) schließen lässt, zu empfangen; und eine Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) die dazu ausgebildet ist: eine erste Stärke des empfangenen Signals in einem ersten Frequenzbereich durch Anwenden eines ersten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen; eine zweite Stärke des empfangenen Signals in einem zweiten Frequenzbereich durch Anwenden eines zweiten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen; und Feststellen, dass ein elektrischer Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist, basierend auf der ersten Stärke und der zweiten Stärke.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist, durch Feststellen, dass die erste Stärke und die zweite Stärke einen vorgegebenen mathematischen Zusammenhang zeigen, festzustellen, dass der elektrische Lichtbogen an dem Leiter (170; 270; 370; 470; 570) aufgetreten ist.
Einrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist, durch Feststellen, dass ein Verhältnis der ersten Stärke und der zweiten Stärke einen Zusammenhang mit inverser Frequenz zeigt, festzustellen, dass der elektrische Lichtbogen an dem Leiter (170; 270; 370; 470; 570) aufgetreten ist.
Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist, das erste Bandpassfilter und das zweite Bandpassfilter durch Anwenden eines einzelnen, sich bewegenden Bandpassfilters anzuwenden, und wobei das einzelne, sich bewegende Bandpassfilter zu einer ersten Zeit als das erste Bandpassfilter ausgebildet ist und zu einer zweiten Zeit als das zweite Bandpass-filter ausgebildet ist.
Einrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist, eine dritte Stärke des empfangenen Signals in einem dritten Frequenzbereich durch Anwenden eines festen Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen, und wobei der dritte Frequenzbereich einen festen Frequenzbereich aufweist.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltung dazu ausgebildet ist: eine dritte Stärke des empfangenen Signals in einem dritten Frequenzbereich durch Anwenden eines dritten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen; und basierend auf der dritten Stärke zu bestätigen, dass der elektrische Lichtbogen an dem Leiter (170; 270; 370; 470; 570) aufgetreten ist, wenn zumindest ein Parameter eines mathematischen Zusammenhangs für den elektrischen Lichtbogen nicht bekannt ist.
Einrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Parameter des mathematischen Zusammenhangs zu bestimmen.
Einrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist: eine vierte Stärke des empfangenen Signals in einem vierten Frequenzbereich durch Anwenden eines vierten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen; und einen Pegel von stationärem Rauschen basierend auf der vierten Stärke zu bestimmen.
Einrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der vierte Frequenzbereich höher als der erste, zweite und dritte Frequenzbereich ist.
Einrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist: eine fünfte Stärke des empfangenen Signals in einem fünften Frequenzbereich durch Anwenden eines fünften Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen; und einen Pegel von durch die Last eingespeistem Rauschen basierend auf der fünften Stärke zu bestimmen.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist: eine dritte Stärke des empfangenen Signals in einem dritten Frequenzbereich durch Anwenden eines dritten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen; und einen Pegel von stationärem Rauschen basierend auf der dritten Stärke zu bestimmen, wenn Parameter eines mathematischen Zusammenhangs für den elektrischen Lichtbogen bekannt sind.
Einrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist: eine vierte Stärke des empfangenen Signals in einem vierten Frequenzbereich durch Anwenden eines vierten Bandpassfilters auf das empfangene Signal zu bestimmen; und einen Pegel von durch die Last eingespeistem Rauschen basierend auf der vierten Stärke zu bestimmen.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist, das erste Bandpassfilter durch unabhängiges Anwenden eines ersten Tiefpassfilters und eines ersten Hochpassfilters auf das empfangene Signal anzuwenden, und wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist, das zweite Bandpassfilter durch unabhängiges Anwenden eines zweiten Tiefpassfilters und eines zweiten Hochpassfilters auf das empfangene Signal anzuwenden.
Einrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist, das erste Tiefpassfilter und das zweite Tiefpassfilter durch Anwenden eines einzelnen Tiefpassfilters auf das empfangene Signal anzuwenden.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist, die erste Stärke durch Anwenden des ersten Bandpassfilters, um ein erstes gefiltertes Signal zu erzeugen, und Anwenden eines ersten Quadratischer-Mittelwert-(RMS)-Detektors, eines ersten Quasi-RMS-Detektors oder eines ersten Mittelwertdetektors auf das erste gefilterte Signal zu bestimmen, und wobei die Schaltung (100; 200; 300; 400; 500) dazu ausgebildet ist, die zweite Stärke durch Anwenden des zweiten Bandpassfilters, um ein zweites gefiltertes Signal zu erzeugen, und Anwenden eines zweiten RMS-Detektors, eines zweiten Quasi-RMS-Detektors oder eines zweiten Mittelwertdetektors auf das zweite gefilterte Signal zu bestimmen.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, die weiterhin einen Analog-Digital-Wandler (304), der dazu ausgebildet ist, das empfangene Signal in eine Reihe digitaler Zahlen zu wandeln, aufweist, wobei die Schaltung (300) eine verarbeitende Schaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist: die erste Stärke in dem ersten Frequenzbereich durch Anwenden des ersten Bandpassfilters auf die Reihe digitaler Zahlen zu bestimmen; und die zweite Stärke in dem zweiten Frequenzbereich durch Anwenden des zweiten Bandpassfilters auf die Reihe digitaler Zahlen zu bestimmen.
Verfahren, das aufweist: Empfangen eines Signals, das einen Strom durch einen Leiter (170; 270; 370; 470; 570) an eine Last (190; 290; 390; 490; 590) anzeigt, durch zumindest einen Knoten (102) einer Einrichtung (100; 200; 300; 400; 500); Bestimmen einer ersten Stärke des empfangenen Signals in einem ersten Frequenzbereich durch die verarbeitende Schaltung der Einrichtung (100; 200; 300; 400; 500) durch Anwenden eines ersten Bandpassfilters auf das empfangene Signal; Bestimmen einer zweiten Stärke des empfangenen Signals in einem zweiten Frequenzbereich durch die verarbeitende Schaltung durch Anwenden eines zweiten Bandpassfilters auf das empfangene Signal; und Feststellen durch die verarbeitende Schaltung, dass ein elektrischer Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist, basierend auf der ersten Stärke und der zweiten Stärke.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Feststellen, dass der elektrische Lichtbogen aufgetreten ist, das Bestimmen, dass ein Verhältnis der ersten Stärke und der zweiten Stärke einen mathematischen Zusammenhang mit inverser Frequenz zeigt, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 17, das weiterhin aufweist: Bestimmen einer dritten Stärke des empfangenen Signals in einem dritten Frequenzbereich durch Anwenden eines dritten Bandpassfilters auf das empfangene Signal; und Bestätigen, dass der elektrische Lichtbogen an dem Leiter aufgetreten ist, basierend auf der dritten Stärke, wenn zumindest ein Parameter des mathematischen Zusammenhangs für den elektrischen Lichtbogen nicht bekannt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 17, das weiterhin aufweist: Bestimmen einer dritten Stärke des empfangenen Signals in einem dritten Frequenzbereich durch Anwenden eines dritten Bandpassfilters auf das empfangene Signal; Bestimmen eines Pegels von stationärem Rauschen basierend auf der dritten Stärke, wenn Parameter eines mathematischen Zusammenhangs für den elektrischen Lichtbogen bekannt sind; Bestimmen einer vierten Stärke des empfangenen Signals in einem vierten Frequenzbereich durch Anwenden eines vierten Bandpassfilters auf das empfangene Signal; und Bestimmen eines Pegels von durch die Last eingespeistem Rauschen basierend auf der vierten Stärke.