DE102022200958A1

DE102022200958A1 - Vorrichtung zum Schutz einer elektronischen Schaltung

Info

Publication number: DE102022200958A1
Application number: DE102022200958.4A
Authority: DE
Inventors: Volkmar Buckow
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (8,8') zum Schutz einer elektronischen Schaltung (2,2'). Die weist einen ersten Eingang (10) sowie einen zweiten Eingang (12) zum Verbinden mit Polen einer Strom- oder der Spannungsquelle, einen ersten Ausgang (14) sowie einen zweiten Ausgang (16) zum Verbinden mit einer Last (18), eine erste Wicklung (22), die zwischen den ersten Eingang (10) und den ersten Ausgang (14) geschaltet ist, eine zweite Wicklung (24) die zwischen den zweiten Eingang (12) und den zweiten Ausgang (16) geschaltet ist, sowie eine dritte Wicklung (26) zum Ändern der Vorrichtungsinduktivität (Lv), wobei zumindest eines der Wicklungsenden (26a) der dritten Wicklung (26) mit einem Element (28a,28b) zum Ändern der Stroms (I3) durch die dritte Wicklung (26) verbunden ist. Die Erfindung betrifft Weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung (8,8') sowie eine Schaltung (2,2') mit einer solchen Vorrichtung (8,8').

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schutz einer elektrischen oder einer elektronischen Schaltung.
In einer elektrischen oder elektronischen Schaltung, beispielsweise in einem Bordnetz eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, kann betriebsbedingt, insbesondere aufgrund eines Schaltverhaltens einer Komponente dieser Schaltung, eine Wechselspannung erzeugt werden, welche einer bereitgestellten (Versorgungs-, Arbeits-) Spannung überlagert ist. Weist diese Wechselspannung eine Frequenz auf, welche der Resonanzfrequenz der Schaltung entspricht, besteht die Gefahr, dass ein Strom mit vergleichsweise hoher Stromstärke entsteht, welcher die Schaltung bzw. deren Komponenten beschädigt.
Weiterhin sind als stromkompensierte Drosseln bezeichnete Gleichtaktdrosseln bekannt. Solche Drosseln umfassen jeweils zumindest zwei Wicklungen, die im Betrieb gegensinnig vom Arbeitsstrom durchflossen werden, so dass sich deren magnetische Felder in einem gemeinsamen Kern der Gleichtaktdrossel aufheben. Für Gleichtaktstörungen hingegen bildet die Gleichtaktdrossel eine vergleichsweise hohe Induktivität, so dass diese Störungen gedämpft (unterdrückt) werden.
Aus der DE 10 2015 110 064 A1 ist eine Gleichtaktdrossel bekannt, welche zwei Wicklungen zwischen einem Eingang und einem Ausgang aufweist. Diese Wicklungen sind mit einer weiteren Wicklung induktiv gekoppelt, wobei an die weitere Wicklung ein elektrischer Widerstand angeschlossen ist, aufgrund dessen störende Wechselspannungsanteile gedämpft werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Vorrichtung zum Schutz einer elektronischen Schaltung anzugeben. Insbesondere soll anhand dieser Vorrichtung ein Strom mit vergleichsweise hoher Stromstärke aufgrund einer Störung vermeidbar oder die Gefahr dessen zumindest reduziert sein. Des Weiteren soll eine Schaltung mit einer solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung angegeben werden.
Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und bezüglich der Schaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Vorrichtung sinngemäß auch für das Verfahren sowie für die Schaltung und umgekehrt.
Die Vorrichtung ist zum Schutz einer elektrischen oder elektronischen Schaltung, insbesondere eines Bordnetztes eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, vorgesehen und eingerichtet. Hierzu umfasst die Vorrichtung einen ersten Eingang sowie einen zweiten Eingang. Die beiden Eingänge dienen dabei jeweils zum elektrischen Verbinden mit einem Pol einer Spannungs- oder Stromquelle, insbesondere einer Gleichspannungs- oder Gleichstromquelle. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang, welche zum elektrischen Verbinden mit einer elektrischen Last, also mit einem Verbraucher, dienen.
Die Vorrichtung weist zudem eine erste Wicklung, die zwischen den ersten Eingang und den ersten Ausgang geschaltet ist, sowie eine zweite Wicklung auf, die zwischen den zweiten Eingang und den zweiten Ausgang geschaltet ist.
Zweckmäßigerweise sind die erste und die zweite Wicklung anhand eines gemeinsamen ferromagnetischen Kerns induktiv miteinander gekoppelt. Die erste Wicklung und die zweite Wicklung sind geeigneter Weise nach Art einer Gleichtaktdrossel angeordnet. Insbesondere sind die erste und die zweite Wicklung derart angeordnet, dass sich bei Gegentaktströmen, also bei einem elektrischen Strom vom ersten Eingang durch die erste Wicklung zum ersten Ausgang und bei einem Strom vom zweiten Ausgang durch die zweite Wicklung zum zweiten Eingang, wobei insbesondere der Strom durch die zweite Wicklung die gleiche Stromstärke wie der Strom durch die erste Wicklung aufweist, die entsprechenden Magnetfelder, insbesondere im ferromagnetischen Kern, gegenseitig aufheben.
Beispielsweise umfasst die Vorrichtung zumindest eine oder mehrere weitere Wicklungen, wobei die oder jede der weiteren Wicklungen jeweils zwischen einem weiteren Eingang und einem weiteren Ausgang geschaltet sind. Die erste, die zweite und die oder jede der weiteren Wicklungen sind dann nach Art einer mehrphasigen Gleichtaktdrossel angeordnet.
Zudem umfasst die Vorrichtung eine dritte Wicklung. Insbesondere ist die dritte Wicklung in Wirkverbindung mit der ersten, mit der zweiten Wicklung und/oder mit der oder jeder weiteren Wicklung. Geeigneter Wiese sind die dritte Wicklung und die erste und/oder zweite Wicklung induktiv miteinander gekoppelt. Beispielsweise sind die dritte Wicklung sowie die erste und/oder die zweite Wicklung auf einem gemeinsamen ferromagnetischen Kern angeordnet.
Die dritte Wicklung dient dabei dem Ändern der Vorrichtungsinduktivität, mit anderen Worten der Gesamtinduktivität der Vorrichtung. Hierzu ist zumindest eines der Wicklungsenden der dritten Wicklung, welches im Folgenden auch als erstes Wicklungsende bezeichnet wird, mit einem Element zum Ändern der Stroms durch die dritte Wicklung verbunden. Also kann anhand dieses Elements der Strom durch die dritte Wicklung geändert, insbesondere eingestellt, werden.
Bei einer Änderung des Stromes durch die dritte Wicklung und damit einhergehend bei einer Änderung der Vorrichtungsinduktivität ändert sich die Resonanzfrequenz der Vorrichtung und/oder einer elektrischen oder elektronischen Schaltung, in welche die Vorrichtung geschaltet ist. Mit anderen Worten ist die Resonanzfrequenz der Schaltung zeitlich vor der Änderung des Stromes durch die dritte Wicklung unterschiedlich, also beabstandet, zur Resonanzfrequenz der Schaltung zeitlich nach Änderung des Stromes durch die dritte Wicklung. Bei einer, insbesondere leitungsgebundenen, Störung mit einem Wechselstromanteil, deren Frequenz im Bereich der Resonanzfrequenz der Schaltung ist, kann also anhand der Änderung des Stromes durch die dritte Wicklung die Resonanzfrequenz der Schaltung geändert werden. Aufgrund dieser Änderung der Resonanz ist ein „Aufschaukeln“ des Stromes, also eine Verstärkung des Stromes vermieden. Zusammenfassend ist besonders vorteilhaft ein Schutz der elektrischen oder elektronischen Schaltung vor vergleichsweise hohen Stromstärken aufgrund einer Störung realisiert.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung ist das Element zum Ändern der Stroms durch die dritte Wicklung ein Schaltelement. Beispielsweise ist die dritte Wicklung anhand des Schaltelementes mit einem Bezugspotential, Erde oder Spannung verbindbar. Alternativ hierzu sind beide Wicklungsenden der dritten Wicklung anhand des Schaltelementen elektrisch miteinander verbindbar, also sind die beiden Wicklungsenden der dritten Wicklung anhand des Schaltelementes kurzschließbar und voneinander trennbar. Zum Ändern des Stromes durch die dritte Wicklung wird das Schaltelement zweckmäßig von einem stromsperrenden Zustand (geöffnete Schalterstellung) in einen stromleitenden Zustand (geschlossene Schalterstellung) geschaltet oder umgekehrt.
Alternativ hierzu ist das Element zum Ändern der Stroms durch die dritte Wicklung eine Stromquelle. Dabei ist der von der Stromquelle bereitgestellte Strom änderbar, besonders bevorzugt einstellbar. Das andere Ende der dritten Wicklung, also das zweite Wicklungsende der dritten Wicklung, ist beispielsweise mit Erde, Bezugspotential oder mit einem Wicklungsende der ersten oder zweiten Wicklung elektrisch verbunden.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Element zum Ändern des Stromes in Abhängigkeit eines Stromes durch die erste Wicklung und/oder in Abhängigkeit eines Stromes durch die zweite Wicklung angesteuert.
Vorzugsweise ist das Element zum Ändern des Stromes derart angesteuert, dass der Strom durch die dritte Wicklung bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes durch den Strom durch die erste bzw. durch die zweite Wicklung geändert wird. Insbesondere wird hierbei der von der Stromquelle bereitgestellte Strom geändert bzw. das Schaltelement geschaltet, wenn der Schwellenwert überschritten ist, so dass sich die Resonanzfrequenz der Schaltung ändert und eine weitere Erhöhung der Stromstärke einer Störung vermieden oder eine Gefahr dessen zumindest reduziert ist.
Gemäß einer geeigneten Weiterbildung der Vorrichtung weist diese eine erste Auskoppeleinheit, die zum elektrischen Verbinden mit dem ersten und dem zweiten Eingang vorgesehen ist. Vorzugsweise ist oder umfasst die erste Auskoppeleinheit ein kapazitives Netzwerk. Die erste Auskoppeleinheit stellt ein erstes Signal bereit, das vorzugsweise eine Information über den eingangsseitigen Strom, über dessen zeitlichen Verlauf, über die eingangsseitige Spannung, und/oder über dessen zeitlich Verlauf, aufweist. Beispielsweise umfasst das erste Signal hierzu eine Information über die Wechselspannungsanteile, insbesondere deren Amplitude und/oder Frequenz, oder über die Wechselstromanteile, insbesondere deren Amplitude und/oder Frequenz.
Beispielsweise wird die Spannung zwischen den beiden Eingängen als Eingangsspannung der ersten Auskoppeleinheit herangezogen und anhand dieser das erste Signal bestimmt.
Zusätzlich oder alternativ umfasst die Vorrichtung eine zweite Auskoppeleinheit. Vorzugsweise ist die zweite Auskoppeleinheit ein kapazitives Netzwerk. Allenfalls ist die zweite Auskoppeleinheit zum elektrischen Verbinden mit der Last vorgesehen und eingerichtet.
Die zweite Auskoppeleinheit stellt ein zweites Signal bereit, das vorzugsweise eine Information über den Strom, über dessen zeitlichen Verlauf, über eine Spannung, und/oder über dessen zeitlichen Verlauf, in der Last aufweist. Beispielsweise umfasst das zweite Signal hierzu eine Information über die Wechselspannungsanteile, insbesondere deren Amplitude und/oder Frequenz, oder über die Wechselstromanteile, insbesondere deren Amplitude und/oder Frequenz.
Ist die Last beispielsweise ein Elektromotor, so werden die Spannungen zwischen den Phasenwicklungen als Eingangsspannungen der zweiten Auskoppeleinheit herangezogen und anhand dieser das zweite Signal bestimmt. Bei der Bestimmung des zweiten Signals und/oder bei dessen Auswertung werden zweckmäßigerweise ein Einfluss von Streukapazitäten der Last auf das zweite Signal und/oder ein Soll-Verlauf der Phasenspannungen berücksichtigt.
Das Element zum Ändern des Stromes ist dabei in Abhängigkeit des von der ersten Auskoppeleinheit bereitgestellten ersten Signals und/oder in Abhängigkeit des von der zweiten Auskoppeleinheit bereitgestellten zweiten Signals angesteuert.
Zweckmäßigerweise werden das erste und/oder das zweite Signal, zweckmäßig anhand eines jeweils zugeordneten FPGA oder Mikrokontrollers, digital gewandelt. Beispielsweise wird eine Differenz der beiden gewandelten Signale bestimmt und das Element zum Ändern des Stromes in Abhängigkeit dieser Differenz angesteuert. Auf diese Weise kann ein Unterschied zwischen den Frequenzen und/oder den Spannungen, und/oder Strömen durch die Last und durch den Eingang ausgeglichen, also ausbalanciert, werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung, die nach einer der oben dargestellten Varianten ausgebildet ist. Verfahrensgemäß wird die Vorrichtungsinduktivität in Abhängigkeit eines Signalwertes geändert. Also wird die Vorrichtungsinduktivität bei Erfüllen eines vorgegebenen Kriterium geändert, andernfalls nicht. Hierzu wird der Strom durch die dritte Wicklung in Abhängigkeit eines Signalwertes geändert. Zweckmäßigerweise wird der Strom durch die dritte Wicklung geändert, wenn der Signalwert auf einen Strom mit einer vergleichsweise hohen Stromstärke durch die erste und/oder durch die zweite Windung und/oder durch die Last hindeutet. Aufgrund der Änderung der Vorrichtungsinduktivität und damit einhergehend der Resonanzfrequenz einer die Vorrichtung aufweisenden Schaltung wird ein weiterer Anstieg der Stromstärke vermieden oder die Stromstärke sogar reduziert und die Schaltung somit vor einer Beschädigung geschützt.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Änderung der Vorrichtungsinduktivität (Lv) die Schalterstellung, vorzugsweise von Stromsperrend nach stromleitend oder umgekehrt, des als Schaltelement ausgebildeten Elements zur Änderung des Stroms geändert, oder der von der Stromquelle bereitgestellte Strom geändert, insbesondere eingestellt.
Der Signalwert wird dabei beispielsweise anhand des Stromes durch die erste oder durch die zweite Wicklung ermittelt. Zweckmäßiger Weise wird als Signalwert die Stromstärke, insbesondere deren Betrag, dieses Stromes verwendet. Zweckmäßigerweise wird der Strom durch die dritte Wicklung bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes durch den Signalwert geändert. Das Überschreiten gilt also als Erfüllung des vorgegebenen Kriteriums.
Alternativ hierzu wird in geeigneter Weise der Signalwert anhand der Eingangsspannung an der ersten Auskoppeleinheit und/oder anhand der oder jeder Eingangsspannung an der zweiten Auskoppeleinheit bestimmt. Zusammenfassend wird der Signalwert anhand der ersten und/oder der zweiten Auskoppeleinheit bestimmt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische oder elektronische Schaltung. Die Schaltung ist beispielsweise ein Bordnetz eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs oder alternativ hierzu eine Komponente hiervon.
Allenfalls umfasst die Schaltung eine Vorrichtung, die in einer der oben genannten (Vorrichtungs-)Varianten ausgebildet und/oder gemäß dem Verfahren in einer der oben dargestellten (Verfahrens-)Varianten betrieben ist. Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung zwischen einer (elektrischen) Last, also einem Verbraucher, und einer Spannungs- oder Stromquelle geschaltet. Insbesondere sind dabei die Pole der Spannungs- oder Stromquelle mit den Eingängen der Vorrichtung und die Last mit den Ausgängen der Vorrichtung verbunden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 eine elektronische Schaltung mit einer Vorrichtung gemäß einer ersten Variante, wobei die Vorrichtung eine erste Wicklung in einem Strompfad zwischen einem ersten Eingang und einem ersten Ausgang, eine zweite Wicklung in einem Strompfad zwischen einem zweiten Eingang und einem zweiten Ausgang und eine dritte Wicklung aufweist, deren Wicklungsenden anhand einer Schalteinrichtung elektrisch voneinander trennbar oder elektrisch miteinander verbindbar sind, und wobei die Schalteinrichtung in Abhängigkeit eines Stromes durch die zweite Windung angesteuert ist,
2 eine weitere elektrische Schaltung mit der Vorrichtung gemäß einer zweiten Variante, wobei die Vorrichtung eine eingangsseitig deren ersten und deren zweiten Windung angeordnete erste Auskoppeleinheit und eine mit einer Last verbundene zweite Auskoppeleinheit aufweist, wobei ein Wicklungsende der dritten Wicklung mit einer Stromquelle verbunden ist, und wobei der von der Stromquelle bereitgestellte Strom in Abhängigkeit eines von der ersten Auskoppeleinheit und/oder eines von der zweiten Auskoppeleinheit ausgegebenen Signals eingestellt ist, und
3 anhand eines Flussdiagramms einen Verfahrensablauf zum Betrieb der Vorrichtung, wobei die Vorrichtungsinduktivität in Abhängigkeit eines Signalwertes geändert wird.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In der 1 ist schematisch eine elektronische Schaltung 2 gezeigt. Diese umfasst eine hier beispielhaft als Gleichspannungsquelle 4 ausgebildete Spannungs- oder Stromquelle. Ein Eingangskondensator 6 ist mit dem Plus-Pol 4a und dem Minus-Pol 4b der Gleichspannungsquelle 4 elektrisch verbunden, mit anderen Worten ist zwischen den Polen 4a, 4b der Gleichspannungsquelle der Eingangskondensator 6 geschaltet.
Die Schaltung 2 gemäß der 1 umfasst weiterhin eine Vorrichtung 8 in einer ersten Variante. Diese umfasst einen ersten Eingang 10 und einen zweiten Eingang 12 für die Pole 4a,4b der Gleichspannungsquelle 4. Im Speziellen ist der erste Eingang 10 der Vorrichtung 8 elektrisch mit dem Plus-Pol 4a und der zweite Eingang 12 der Vorrichtung 8 elektrisch mit dem Minus-Pol 4b verbunden.
Die Vorrichtung 8 umfasst weiterhin einen ersten Ausgang 14 und einen zweiten Ausgang 16, an welche eine elektrische Last 18, also ein Verbraucher, angeschlossen ist. Zudem ist zwischen den ersten Ausgang 14 und den zweiten Ausgang 16 ein Zwischenkreiskondensator 20 geschaltet.
Eine erste Wicklung 22 der Vorrichtung 8 ist in einen Strompfad zwischen dem ersten Eingang 10 und dem ersten Ausgang 14 geschaltet. Eine zweite Wicklung 24 ist zwischen dem zweiten Eingang 12 und dem zweiten Ausgang 16 geschaltet.
Die erste Wicklung 22 und die zweite Wicklung 24 sind in nicht näher dargestellter Weise induktiv anhand eines, insbesondere gemeinsamen, ferromagnetischen Kerns gekoppelt. Dabei sind die erste Wicklung und die zweite Wicklung 22, 24 nach Art einer Gleichtaktdrossel (stromkompensierte Drossel, engl. „common mode choke“) angeordnet, so dass Gleichtaktstörungen anhand der ersten und der zweiten Wicklung 22, 24 gedämpft werden.
Die Vorrichtung 8 umfasst weiterhin eine dritte Wicklung 26. Diese steht in Wirkverbindung mit der ersten und/oder der zweiten Wicklung 22, 24. Hierzu ist die dritte Wicklung 26 anhand des oder eines ferromagnetischen Kerns (nicht dargestellt) induktiv mit der der ersten bzw. mit der zweiten Wicklung 22, 24 gekoppelt.
Die beiden Wicklungsenden 26a und 26b der dritten Wicklung 26 sind dabei anhand eines als Schaltelement 28a ausgebildeten Elements zum Ändern des Stromes durch die dritte Wicklung 26 elektrisch miteinander verbindbar und voneinander trennbar.
Bei einer Änderung des Stromes I₃ durch die dritte Wicklung 26 ändert sich die Gesamtinduktivität der Vorrichtung 8, mit anderen Worten die Vorrichtung Induktivitäten Lv. Damit einhergehend ändert sich die Resonanzfrequenz der Schaltung 2. Tritt eine (Gleichtakt-)Störung mit Wechselspannungs- bzw. Wechselstromanteilen auf, so besteht die Gefahr, dass ein Fehlerstrom mit vergleichsweise hoher Stromstärke bewirkt wird, sofern die Frequenz des Wechselspannung- oder Wechselstromanteils gleich oder im Bereich der Resonanzfrequenz der Schaltung 2 ist. Eine solche Störung kann beispielsweise durch das Schaltverhalten einer Komponente der Schaltung 2, insbesondere eines Schalters der Last 18 bewirkt werden. Anhand einer Änderung der Resonanzfrequenz, also einer Verschiebung der Resonanzfrequenz, der Schaltung 2 mittels einer Änderung des Stromes I₃ ist eine solche Resonanz damit einhergehend die Gefahr derart hoher Stromstärken vermieden.
Das Schaltelement 28a ist in der 1 lediglich schematisch dargestellt. Beispielsweise ist das Schaltelement 28a als ein Bipolar Transistor, ein Analogschalter, ein MOSFET oder ein IGBT ausgebildet oder weist einen solchen auf. Ein solcher Schalter weist bei stromsperrender Schaltung einen wesentlich größeren elektrischen Widerstand auf als bei stromleitender Schaltung. Folglich ist der Strom I₃, insbesondere dessen Stromstärke, durch die dritte Wicklung 26 bei stromsperrender Schaltung und bei stromleitender Schaltung ausreichend unterschiedlich, um die Vorrichtungsinduktivität Lv und damit einhergehend die Resonanzfrequenz der Schaltung entsprechend stark zu ändern. Insbesondere fließt bei stromsperrender Schaltung des Schaltelements 28a kein Strom durch die dritte Wicklung 26. Wird das Schaltelement 28a stromleitend geschaltet, so fließt ein (Kurzschluss-) Strom durch die dritte Wicklung 26, weshalb sich die Vorrichtungsinduktivität Lv der Vorrichtung 8 ändert.
Das Schaltelement 26 ist in Abhängigkeit eines Stromes I₂ durch die zweite Wicklung 24 angesteuert. Die folgenden Ausführungen gelten in analoger Weise für die Ansteuerung des Schaltelements 26 in Abhängigkeit des Stromes I₁ durch die erste Wicklung 22.
In den Strompfad zwischen dem zweiten Eingang 12 und dem zweiten Ausgang 16 ist ein hier beispielsweise als Shunt-Widerstand 30 ausgebildete Stromerfassung sein geschaltet. Die über dem Shunt-Widerstand 30 abfallende Spannung wird einem (Mess-)Verstärker 32 eingangsseitig zugeführt. Die vom Verstärker 32 ausgegebene Spannung sowie eine Referenzspannung, welche anhand eines Referenzgebers 34 mit zwei elektrischen Widerständen 36 bestimmt ist, ist einem Komparator 38 eingangsseitig zugeführt. Der Komparator 38 ist ausgangsseitig mit einem Steuereingang des Schaltelements 28a verbunden. Die vom Komparator 38 ausgegebene Spannung wird also als Steuersignal für das Schaltelement 28a ausgegeben.
Zusammenfassend wird anhand des Shunt-Widerstandes 30 der Strom I₂ durch die zweite Wicklung 24 und dessen Stromstärke als Signalwert S_I erfasst. Das Schaltelement 28a ist in Abhängigkeit dieses Signalwerts S_I angesteuert. Insbesondere wird bei Überschreiten eines durch die Referenzspannung vorgegebenen Schwellenwerts der Strom I₃ durch stromsperrend oder stromleitend Schalten des Schaltelements 28a geändert. Weiter zusammenfassend wird der Stromwert S_I anhand des Stroms I₂ durch die zweite Wicklung 24 und/oder in analoger Weise durch anhand des Stroms I₁ durch die erste Wicklung 22 bestimmt
Vorzugsweise weiß der Komparator 38 ein Zeitglied auf, anhand dessen ein Prellen von Schaltvorgängen des Schaltelements 28a vermieden ist.
Optional ist das zweite Wicklungsende 26b der dritten Wicklung 26 elektrisch mit der zweiten Wicklung 24 verbunden. Diese Verbindung ist in der 1 strichliniert dargestellt. Insbesondere sofern das Schaltelement 28a als ein elektronischer Schalter, beispielsweise als ein MOSFET, ausgebildet ist, ist anhand dieser optionalen Verbindung eine Potentialanbindung an ein gemeinsames Bezugssystem (insbesondere GND) ermöglicht.
In der 2 ist schematisch eine Schaltung 2' dargestellt. Diese umfasst eine Gleichspannungsquelle 4 sowie ein Verbraucher 18. im Ausführungsbeispiel der 2 ist der Verbraucher 18 als Wechselrichter 18a mit daran angeschlossenen Elektromotor 18b ausgebildet. Zwischen die Gleichspannungsquelle 4 und den Verbraucher 18 ist die Vorrichtung 8' in einer zweiten Variante geschaltet.
Die Vorrichtung 8' umfasst in Analogie zur 1 die zwischen den ersten Eingang 10 und den ersten Ausgang 14 geschaltete erste Wicklung 22, sowie die zwischen den zweiten Eingang 12 und den zweiten Ausgang 16 geschaltete zweite Wicklung 24. dabei sind die erste Wicklung 22 und die zweite Wicklung 24 nach Art einer Gleichtaktdrossel angeordnet.
Die Vorrichtung 8' umfasst die dritte Wicklung 26, wobei deren erstes Wicklungsende 26a mit einer Stromquelle 28b elektrisch verbunden ist, und wobei deren zweites Wicklungsende 26b mit der zweiten Wicklung 24 elektrisch verbunden ist.
Die Vorrichtung 8' umfasst zudem eine erste Auskoppeleinheit 40, die mit den Eingängen 10,12 verbunden ist, an der also eingangsseitig die Spannung zwischen dem ersten Eingang 10 und dem zweiten Eingang 12 anliegt. Ausgangsseitig ist die erste Auskoppeleinheit 40 mit einer Steuereinheit 42 verbunden, so dass die erste Auskoppeleinheit 40 ein erstes Signal S₁, beispielsweise ausgebildet als eine Spannung oder als ein Spannungsverlauf, an die Steuereinheit 42 ausgeben kann.
Die erste Auskoppeleinheit 40 ist dabei beispielsweise als ein kapazitives Netzwerk ausgebildet.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 8' eine zweite Auskoppeleinheit 44, die mit der Last 18 verbunden ist. Insbesondere ist diese mit den Phasenzweigen zum Elektromotor 18b verbunden. Der zweiten Auskoppeleinheit 44 sind also die Potentiale der Phasenzweige, bzw. die elektrischen Spannungen zwischen diesen eingangsseitig zugeführt. Ausgangsseitig ist die zweite Auskoppeleinheit 44 mit der Steuereinheit 42 verbunden, so dass die zweite Auskoppeleinheit 44 ein zweites Signal S₂ beispielsweise ausgebildet als eine Spannung oder als Spannungsverlauf, an die Steuereinheit 42 ausgeben kann.
Die erste Auskoppeleinheit 40 ist dabei beispielsweise als ein kapazitives Netzwerk ausgebildet.
Das erste Signal S₁ und/oder das zweite Signal S₂ beinhaltet dabei eine Information über einen Strom, über dessen zeitlichen Verlauf, über eine Spannung, und/oder über dessen zeitlichen Verlauf, am Eingang bzw. in der Last 18. Beispielsweise umfasst das erste Signal S₁ bzw. das zweite Signal S₂ hierzu eine Information über die jeweiligen Wechselspannungsanteile, insbesondere deren Amplitude und/oder Frequenz, oder über die jeweiligen Wechselstromanteile, insbesondere deren Amplitude und/oder Frequenz. Bei der Auswertung des zweiten Signals S₂ werden zweckmäßigerweise ein Einfluss von Streukapazitäten der Last 18 auf das zweite Signal S₂ und/oder ein Soll-Verlauf der Phasenspannungen berücksichtig. Mit anderen Worten wird das zweite Signal S₂ entsprechend korrigiert.
Die Steuereinheit 42 wertet das erste Signal S₁ und/oder das zweite Signal S₂ hinsichtlich einer Signalform, insbesondere dessen Spannung und Frequenz, aus. Als Ergebnis dieser Auswertung stellt die Steuereinheit 42 ausgangsseitig eine Spannung bereit. Diese wird anhand eines ausgangsseitig mit der Steuereinheit 42 verbundenen Operationsverstärkers 46 verstärkt, wobei der von der Stromquelle 28b bereitgestellte Strom in Abhängigkeit des vom Operationsverstärker 46 ausgegebenen (Spannungs-)Signals als Signalwert S_I eingestellt ist bzw. wird. Beispielsweise ist mittels der Stromquelle 28b die Stromrichtung, die Stromstärke, eine Spannung, und/oder eine Frequenz des Stromes I₃ in Abhängigkeit des vom Operationsverstärker 46 ausgegebenen Signals eingestellt, wobei zum Ändern der Vorrichtungsinduktivität Lv zumindest eine dieser Größen geändert wird.
Beispielsweise wird hierbei anhand der Steuereinheit 42 eine Differenz der beiden, insbesondere anhand der Steuereinheit 42 digitalisierten, Signale S₁, S₂, insbesondere eine Differenz der Amplituden der Spannungen für die jeweiligen Frequenzen, bestimmt und die Stromquelle 28b in Abhängigkeit dieser Differenz angesteuert. Die von der Steuereinheit 42 ausgangsseitig bereitgestellte Spannung wird also anhand dieser Differenz bestimmt. Dabei wird die Spannungsquelle 28b vorzugsweise derart angesteuert oder geregelt, dass diese Differenz Null wird.
Zusammenfassend ist das als Stromquelle 28b ausgebildete Element zur Änderung des Stromes I₃ in Abhängigkeit des ersten Signals S₁ und/oder in Abhängigkeit des zweiten Signals S₂ angesteuert. Weiter zusammenfassend wird der Signalwert S_I anhand der Eingangsspannung an der ersten Auskoppeleinheit 38 und/oder anhand einer Eingangsspannung an der zweiten Auskoppeleinheit 44 bestimmt.
Das in der 3 dargestellte Flussdiagramm repräsentiert zusammenfassend ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung 8,8`, die eine erste und eine zweite Wicklung 22 und 24 aufweisen, wobei diese zweckmäßig nach Art einer Gleichtaktdrossel angeordnet sind, und die eine dritte Wicklung 26 aufweist, die zweckmäßig induktiv mit der ersten und/oder zweiten Wicklung 22,24 gekoppelt ist, wobei ein Strom durch die dritte Wicklung anhand eines Elements 28a,28b änderbar ist. Insbesondere wird die Vorrichtung 8 gemäß der 1 und/oder die Vorrichtung 8' gemäß der 2 gemäß diesem Verfahren betrieben.
Verfahrensgemäß wird zunächst in einem ersten Schritt I. ein Signalwert S_I ermittelt. Dieser wird - wie im Zusammenhang mit den Ausführungen zur 1 dargestellt wurde - anhand des Stroms I₁, I₂ durch die erste Wicklung 22 und/oder durch die zweite Wicklung 24 bestimmt. Insbesondere wird die Stromstärke dieses Stroms I₁ bzw. I₂ als der Signalwert S_I verwendet. Alternativ wird der Signalwert - wie im Zusammenhang mit den Ausführungen zur 2 dargestellt wurde - anhand der Eingangsspannung an der ersten Auskoppeleinheit 40 und/oder anhand einer Eingangsspannung an der zweiten Auskoppeleinheit 44 bestimmt.
Anschließend wird in einem zweiten Schritt II. der Strom I₃ und damit einhergehend die Vorrichtungsinduktivität Lv in Abhängigkeit eines Signalwertes S_I durch die dritte Wicklung 26 geändert. Hierbei wird die Schalterstellung des Schaltelements 28a geändert, wenn der Signalwert S_I die Referenzspannung überschreitet (vgl. 1) bzw. ein Strom der Stromquelle 28b anders eingestellt, also geändert, wenn das erste und/oder das zweite Signal S₁, S₂ auf eine vergleichsweise hohe Stromstärke in der Vorrichtung 8` oder in der Last 18 hindeutet. (vgl. 2).
Die Vorrichtungsinduktivität Lv geändert. Der Signalwert S_I ist dabei beispielsweise anhand des Stromes die Spannungen zwischen den Phasenwicklungen
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2,2': Schaltung
4: Strom- oder Spannungsquelle
4a: Plus-Pol
4b: Minus-Pol
6: Eingangskondensator
8,8': Vorrichtung
10: erster Eingang
12: zweiter Eingang
14: erster Ausgang
16: zweiter Ausgang
18: Last
20: Zwischenkreiskondensator
22: erste Wicklung
24: zweite Wicklung
26: dritte Wicklung
26a: Wicklungsende
26b: Wicklungsende
28a: Element zum Ändern der Strom durch die dritte Wicklung / Schaltelement
28b: Element zum Ändern der Strom durch die dritte Wicklung / Stromquelle
30: Shunt-Widerstand
32: Verstärker
34: Referenzgeber
36: elektrischer Widerstand
38: Komparator
40: erste Auskoppeleinheit
42: Steuereinheit
44: zweite Auskoppeleinheit
46: Operationsverstärker
I1: Strom durch die erste Wicklung
I2: Strom durch die zweite Wicklung

I3: Strom durch die dritte Wicklung
Lv: Vorrichtungsinduktivität
SI: Signalwert
S1: erstes Signal
S2: zweites Signal
I.: Bestimmen eines Signalwertes
II.: Ändern des Stromes durch die dritte Wicklung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015110064 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (8,8') zum Schutz einer elektronischen Schaltung (2,2'), insbesondere eines Bordnetzes eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, aufweisend - einen ersten Eingang (10) sowie einen zweiten Eingang (12) zum Verbinden mit Polen (4a,4b) einer Strom- oder der Spannungsquelle (4), - einen ersten Ausgang (14) sowie einen zweiten Ausgang (16) zum Verbinden mit einer Last (18), - eine erste Wicklung (22), die zwischen den ersten Eingang (10) und den ersten Ausgang (14) geschaltet ist, - eine zweite Wicklung (24) die zwischen den zweiten Eingang (12) und den zweiten Ausgang (16) geschaltet ist, und - eine dritte Wicklung (26) zum Ändern der Vorrichtungsinduktivität (Lv), wobei zumindest eines der Wicklungsenden (26a) der dritten Wicklung (26) mit einem Element (28a,28b) zum Ändern der Stroms (I₃) durch die dritte Wicklung (26) verbunden ist.
Vorrichtung (8,8') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wicklung (26) mit der ersten Wicklung (22) und/oder mit der zweiten Wicklung (24) induktiv gekoppelt ist.
Vorrichtung (8,8') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das einem Element (28a,28b) zum Ändern des Stroms (I₃) ein Schaltelement (28a) oder eine Stromquelle (28b) ist.
Vorrichtung (8,8') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (28a,28b) zum Ändern des Stromes (I₃) in Abhängigkeit eines Stromes (I₁) durch die erste Wicklung (22) und/oder in Abhängigkeit eines Stromes (I₂) durch die zweite Wicklung (24) angesteuert ist.
Vorrichtung (8,8') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch - eine erste Auskoppeleinheit (40) zum Verbinden mit den Eingängen (10, 12), und/oder - durch eine zweite Auskoppeleinheit (66) zum Verbinden mit einer Last (18), - wobei das Element (28a,28b) zum Ändern des Stromes (I₃) in Abhängigkeit eines von der ersten Auskoppeleinheit (40) bereitgestellten ersten Signals (S₁) und/oder in Abhängigkeit eines von der zweiten Auskoppeleinheit (66) bereitgestellten zweiten Signals (S₂) angesteuert ist.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (8,8') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtungsinduktivität (Lv) in Abhängigkeit eines Signalwertes (S_I) geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Änderung der Vorrichtungsinduktivität (Lv) die Schalterstellung des Schaltelements (28a) geändert oder ein Strom der Stromquelle (28b) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalwert (S_I) anhand des Stroms (I₁, I₂) durch die erste Wicklung (22) und/oder durch die zweite Wicklung (24) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalwert (S_I) anhand einer Eingangsspannung der ersten Auskoppeleinheit (40) und/oder anhand einer Eingangsspannung der zweiten Auskoppeleinheit (44) bestimmt wird.
Schaltung (2,2'), insbesondere Bordnetz eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mit einer Vorrichtung (8,8'), die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist und/oder gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9 betrieben wird.