DE4239522A1 - Verfahren und Anordnung zur Erfassung der Temperatur mindestens eines Bauteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung der Temperatur mindestens eines Bauteils in der thermischen Umgebung eines integrierten Schaltkreises mit einem Mikroprozessor.

In elektronischen Geräten ist häufig die Überwachung der Temperatur eines Bauteils erforderlich. Dieses kann zum Schutz von Überlastung geschehen oder um eine optimale Funktion des Bauteils zu gewährleisten. So ist zum Beispiel das Verhalten von Flüssigkristallanzeigen oder Spuleninstrumentanzeigen (mit Kupferwicklung) temperaturabhängig, was bei vielen Anwendungsfällen durch eine entsprechend gesteuerte Amplitude oder Pulsbreite der Ansteuersignale kompensiert wird.

Die zur Messung der Temperatur verwendeten Einrichtungen bedeuten jedoch einen Mehraufwand, der sich bei den Kosten des Gerätes bemerkbar macht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erfassung der Temperatur mindestens eines Bauteils anzugeben, bei dem praktisch kein zusätzlicher Aufwand zu betreiben ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Temperatur abhängige elektrische Größe an einem Element des integrierten Schaltkreises gemessen wird und daß aus der gemessenen Temperatur unter Berücksichtigung einer angenommenen Temperaturdifferenz zwischen dem Bauteil und dem Element eine geschätzte Temperatur des Bauteils berechnet wird.

Das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Element innerhalb des integrierten Schaltkreises bedeutet praktisch keinen Mehraufwand. Zum einen eignet sich in vielen Fällen ein ohnehin auf dem Chip des integrierten Schaltkreises vorhandenes Element. Sollte es erforderlich sein, ein zusätzliches Element auf dem Chip dafür vorzusehen, so sind zum anderen die Kosten bei der Herstellung des Chips dafür äußerst gering.

Ist einmal auf dem Chip eine Möglichkeit zur Messung der Temperatur vorhanden, so kann diese Möglichkeit durch ein geeignetes Programm im Rahmen der Erfindung vielfältig genutzt und auch an wechselnde Bedingungen angepaßt werden. Stellt sich beispielsweise bei einem an sich fertigen Gerät nachträglich heraus, daß die Temperatur eines weiteren Bauteils ermittelt werden soll, so ist dies mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nur durch eine Programmänderung möglich. Es kann sogar sinnvoll sein, die Möglichkeit zur Messung der Temperatur des integrierten Schaltkreises vorsorglich vorzusehen und erst dann mit Hilfe eines geeigneten Programms zu nutzen, wenn die Ermittlung der Temperatur eines oder mehrerer Bauteile später erforderlich sein sollte.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die angenommene Temperaturdifferenz durch Versuche ermittelt wird. Ferner können im Falle einer Abhängigkeit der Temperatur des Bauteils von Ausgangssignalen des Mikroprozessors auch die Ausgangssignale bei der Berechnung der geschätzten Temperatur berücksichtigt werben. Bei der Annahme der Temperaturdifferenz werden vorzugsweise nicht nur stationäre Verhältnisse, sondern auch zeitliche Änderungen berücksichtigt, beispielsweise während einer Erwärmungszeit nach dem Einschalten.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß das Element über einen Analog/Digital-Wandler mit dem Mikroprozessor verbunden ist und daß die angenommene Temperaturdifferenz in Form von Kennlinien und/oder Korrekturwerten in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt ist. Vorzugsweise wird dabei die elektrische Größe an dem Element mit einer elektrischen Größe an einem temperaturunabhängigen Element verglichen.

Je nach Voraussetzungen im einzelnen kann es vorteilhaft sein, daß die elektrische Größe eine Spannung ist und daß das temperaturabhängige Element mit einem temperaturunabhängigen Strom beaufschlagt ist oder daß die elektrische Größe ein Strom ist und daß das temperaturabhängige Element mit einer temperaturunabhängigen Spannung beaufschlagt ist.

Ferner kann vorgesehen sein, daß die elektrische Größe das Zeitverhalten eines elektrischen Signals ist, das an einem elektrischen Schaltkreis mit temperaturabhängigem Zeitverhalten anliegt. So kann beispielsweise ein RC-Glied mit einer temperaturabhängigen Zeitkonstante mit einem pulsförmigen Strom beaufschlagt werden und der zeitliche Verlauf der Spannung ausgewertet werden.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Bauteil eine Anzeigevorrichtung ist und daß die Amplitude oder die Pulsbreite von Ansteuersignalen, die der Anzeigevorrichtung zugeführt werden, in Abhängigkeit von der geschätzten Temperatur gesteuert wird.

Bei einem weiteren Verfahren zur Erfassung der Temperatur mindestens eines Bauteils in der thermischen Umgebung eines integrierten Schaltkreises mit einem Mikroprozessor ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß jeweils eine von der Temperatur abhängige elektrische Größe an einem Element des integrierten Schaltkreises und an einem weiteren Bauteil des Gerätes gemessen wird, daß aus den somit gemessenen Temperaturen unter Berücksichtigung einer angenommenen Funktion zwischen den Temperaturen des Elementes des integrierten Schaltkreises und des weiteren Bauteils einerseits und der Temperatur des Bauteils andererseits eine geschätzte Temperatur des Bauteils berechnet wird.

Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine thermische Interaktion von drei Bauteilen, nämlich dem integrierten Schaltkreis einschließlich Mikroprozessor µP und integriertem Temperatursensor, dem Bauteil A, dessen Temperatur ermittelt werden soll und dem weiteren Bauteil B, das mit einem zusätzlichen Temperatursensor ausgestattet ist. Die Temperatur des Bauteils A kann dann als das Ergebnis einer Art Interpolation nach der Gleichung Temp(A) = f(Temp(µP), Temp(B)) berechnet werden.

Vorteile dieses Verfahrens sind eine genauere Temperaturermittlung und die Möglichkeit, ein adaptives Steuer- und Regelsystem zu implementieren, da dem Mikroprozessor die Möglichkeit der Rückkopplung geboten wird. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf beliebig zusätzliche Temperatursensoren und weitere Bauteile erweitern.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gerätes mit einem Bauteil, dessen Temperatur überwacht werden soll, und mit einem integrierten Schaltkreis mit Mikroprozessor,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des integrierten Schaltkreises und

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Programms zur Ermittlung der Temperatur des Bauteils.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in Fig. 1 dargestellte Gerät kann ein beliebiges elektronisches Gerät sein, bei welchem mehrere Baugruppen oder Bauelemente in einem Gehäuse angeordnet sind, so daß eine Beeinflussung der Temperaturen der einzelnen Bauelemente und Baugruppen untereinander erfolgt. Sie bilden die thermische Umgebung des integrierten Schaltkreises 7. Die in Fig. 1 dargestellten Teile 1 bis 6 können einzelne Bauelemente oder Baugruppen sein. Beides wird im folgenden mit Bauteil bezeichnet. Im integrierten Schaltkreis 7 befindet sich ein Mikroprozessor, der in an sich bekannter Weise zu Steuer- bzw. Regelzwecken verwendet wird.

Es sei angenommen, daß das Bauteil 1 bezüglich der Temperatur kritisch ist. Dieses kann dadurch gegeben sein, daß sich das Bauteil 1 beim Betrieb durch entsprechende elektrische Energiezufuhr aufheizt und vor einer Überhitzung geschützt werden muß oder daß seine Funktion temperaturabhängig ist, was eine geeignete Kompensation erforderlich macht. So ist beispielsweise das Verhalten von Flüssigkristallanzeigen oder Spuleninstrumenten temperaturabhängig, so daß häufig Ansteuersignale mit temperaturabhängiger Amplitude erzeugt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird ausgenutzt, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Bauteil 1 und dem integrierten Schaltkreis 7 im wesentlichen bekannt ist. Die Temperaturdifferenz ist von bekannten konstanten Größen, beispielsweise den Temperaturleitwerten innerhalb des Gerätes und zwischen dem Gerät und der Umgebung, allerdings auch von zeitveränderlichen Größen abhängig, wie beispielsweise von der Umgebungstemperatur oder der jeweiligen Leistungsaufnahme der einzelnen Bauteile 1 bis 7.

Die Leistungsaufnahme der einzelnen Bauteile ist jedoch meistens im wesentlichen konstant. Bei Bauteilen, deren Leistungsaufnahme von der Steuerung durch den Mikroprozessor abhängig ist, kann deren jeweilige Leistungsaufnahme in einfacher Weise bei der Berechnung berücksichtigt werden. Die Umgebungstemperatur außerhalb des Gerätes braucht als solche nicht gemessen zu werden, da ein Zusammenhang zwischen der Temperatur des integrierten Schaltkreises 7 und des zu messenden Bauteils 1 mit hinreichender Genauigkeit durch Meßreihen bestimmt werden kann.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 2 zeigt den integrierten Schaltkreis 7, in dem ein Mikroprozessor mit einer zentralen Verarbeitungseinheit 8, einem Schreib/Lese-Speicher 9 und einem Nur-Lese-Speicher 10 vorgesehen ist, der über Bussysteme 11, 12 mit einer Mehrzahl von Ein/Ausgängen 13 und mit einem Digital/Analog-Wandler 14 verbunden ist.

Zur Messung der Temperatur des integrierten Schaltkreises ist ein temperaturabhängiges Element 15 vorgesehen, vorzugsweise eine Diodenstrecke oder ein Widerstand. Die Spannung am temperaturabhängigen Element 15 ist einem Analog/Digital-Wandler 16 zuführbar. Der Ausgangswert des Analog/Digital-Wandlers wird in ein Register 17 eingeschrieben, das jeweils von der zentralen Verarbeitungseinheit 8 über das Bussystem 11 auslesbar ist.

An die Ein/Ausgänge 13 ist ein nichtflüchtiger Speicher, beispielsweise ein EPROM oder ein EEPROM 18 angeschlossen, in dem Kennlinien abgelegt sind. Außerdem sind Ausgänge vorgesehen, von denen in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber nur zwei Ausgänge 19, 20 dargestellt sind. Einem Ausgang 21 des Digital/Analog-Wandlers ist eine Analogspannung entnehmbar. An die Ausgänge 19, 20 und gegebenenfalls 21 können je nach Voraussetzungen im einzelnen Verbraucher angeschlossen sein, welche die Temperatur und die Temperaturunterschiede innerhalb des Gerätes (Fig. 1) beeinflussen. Dieses können beispielsweise das Bauteil 1 oder andere Bauteile sein oder ein nicht dargestelltes Gebläse zur Kühlung. Der integrierte Schaltkreis 7 kann durch einen externen Daten- und/oder Programmspeicher 22, der direkt an das Bussystem 11 angeschlossen ist, ergänzt werden.

Das in Fig. 3 dargestellte Programm dient zur Ermittlung der Temperatur des Bauteils und wird neben anderen Programmen, welche die eigentliche Funktion des Mikroprozessors darstellen, abgearbeitet. Nach einem Programmstart bei 31 erfolgt bei 32 eine Abfrage von Start- und Zustandsbedingungen und/oder von Zeitgebern. Bei 33 wird entschieden, ob überhaupt eine Messung erforderlich ist. So kann es beispielsweise sein, daß unmittelbar nach dem Einschalten aus Gründen des Trägheitsverhaltens der beteiligten Bauteile keine Messung erforderlich ist. In diesem Fall wird das Programm bei einer weiteren Verzweigung 34 in Abhängigkeit davon fortgesetzt, ob weitere Aufgaben für den Mikroprozessor vorliegen. Ist dieses nicht der Fall, wird die Abfrage bei 32 wiederholt. Falls weitere Aufgaben vorliegen, geht der Mikroprozessor bei 35 in das Hauptprogramm.

Ist jedoch bei 33 eine Messung erforderlich, wird bei 36 die Temperatur des Elements 15 (Fig. 1), also letztlich die Temperatur des Chips gemessen. Bei 37 erfolgt dann die Berechnung der geschätzten Temperatur des Bauteils 1 (Fig. 1), wobei interne Zeitwerte, Aus- und Einschaltzeiten, Schaltungszustände, die Signale interner Zeitgeber, externe oder interne Zeitsignale, Kennlinien und Korrekturwerte berücksichtigt werden.

Nachdem bei 37 die Temperatur des Bauteils 1 geschätzt ist, wird bei 38 entschieden, ob eine Aktion erforderlich ist. Ist dieses nicht der Fall, kann das Programm bei 32 - wie in Fig. 3 dargestellt - oder gegebenenfalls bei 33 wiederholt werden. Ist eine Aktion erforderlich, wird bei 39 entsprechend den Voraussetzungen im einzelnen ein Schaltvorgang ausgelöst - beispielsweise ein Gebläse eingeschaltet - oder eine Analogspannung variiert. Danach wird, beginnend bei 32 - wie in Fig. 3 dargestellt - oder gegebenenfalls bei 33, das Programm wiederholt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erfassung der Temperatur mindestens eines Bauteils in der thermischen Umgebung eines integrierten Schaltkreises mit einem Mikroprozessor, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Temperatur abhängige elektrische Größe an einem Element des integrierten Schaltkreises gemessen wird und daß aus der gemessenen Temperatur unter Berücksichtigung einer angenommenen Temperaturdifferenz zwischen dem Bauteil und dem Element eine geschätzte Temperatur des Bauteils berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angenommene Temperaturdifferenz durch Versuche ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Abhängigkeit der Temperatur des Bauteils von Ausgangssignalen des Mikroprozessors auch die Ausgangssignale bei der Berechnung der geschätzten Temperatur berücksichtigt werden.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (15) über einen Analog/Digital-Wandler (16) mit dem Mikroprozessor (8) verbunden ist und daß die angenommene Temperaturdifferenz in Form von Kennlinien und/oder Korrekturwerten in einem nichtflüchtigen Speicher (18) abgelegt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Größe an dem Element mit einer elektrischen Größe an einem temperaturunabhängigen Element verglichen wird.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Größe eine Spannung ist und daß das temperaturabhängige Element mit einem temperaturunabhängigen Strom beaufschlagt ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Größe ein Strom ist und daß das temperaturabhängige Element mit einer temperaturunabhängigen Spannung beaufschlagt ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Größe das Zeitverhalten eines elektrischen Signals ist, das an einem elektrischen Schaltkreis mit temperaturabhängigem Zeitverhalten anliegt.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil eine Anzeigevorrichtung ist und daß die Amplitude oder die Pulsbreite von Ansteuersignalen, die der Anzeigevorrichtung zugeführt werden, in Abhängigkeit von der geschätzten Temperatur gesteuert wird.

10. Verfahren zur Erfassung der Temperatur mindestens eines Bauteils in der thermischen Umgebung eines integrierten Schaltkreises mit einem Mikroprozessor, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine von der Temperatur abhängige elektrische Größe an einem Element des integrierten Schaltkreises und an einem weiteren Bauteil des Gerätes gemessen wird, daß aus den somit gemessenen Temperaturen unter Berücksichtigung einer angenommenen Funktion zwischen den Temperaturen des Elementes des integrierten Schaltkreises und des weiteren Bauteils einerseits und der Temperatur des Bauteils andererseits eine geschätzte Temperatur des Bauteils berechnet wird.