EP4183037A1 - Spannungswandler mit überspannungsschutz - Google Patents

Spannungswandler mit überspannungsschutz

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EP4183037A1
EP4183037A1 EP21745971.8A EP21745971A EP4183037A1 EP 4183037 A1 EP4183037 A1 EP 4183037A1 EP 21745971 A EP21745971 A EP 21745971A EP 4183037 A1 EP4183037 A1 EP 4183037A1
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EP
European Patent Office
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voltage
output
threshold
mean value
converter
Prior art date
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Pending
Application number
EP21745971.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Blume
Thomas SCHIEMER
Tim HUBER
Djordje Vukovic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
B&R Industrial Automation GmbH
Original Assignee
B&R Industrial Automation GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by B&R Industrial Automation GmbH filed Critical B&R Industrial Automation GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1203—Circuits independent of the type of conversion

Definitions

  • the present invention relates to a voltage converter for converting an input voltage into an output direct voltage, comprising a first switch-off unit which is designed to switch off at least part of the voltage converter when the equalizing direct voltage reaches or exceeds a first voltage threshold in order to to reduce the output DC voltage. Furthermore, the present invention relates to a method for monitoring an output DC voltage of a voltage converter, wherein a first voltage threshold is provided and wherein when the first voltage threshold is exceeded or reached by the output DC voltage, at least part of the voltage converter is switched off in order to reduce the output DC voltage to reduce.
  • actuators are supplied with an output DC voltage by a voltage converter.
  • the output DC voltage is converted from a (usually higher) input voltage using a corresponding voltage converter. If an input DC voltage is converted into an output DC voltage, then a DC voltage converter is provided as the voltage converter. If an AC input voltage is converted into a DC output voltage, a rectifier is provided as a voltage converter. It can also be provided that a rectifier first converts an AC line voltage into a low DC voltage and then the low DC voltage is converted into a small DC voltage via a converter stage of the rectifier or a separately designed DC voltage converter.
  • the output DC voltage is in a specific voltage range, for example an extra-low voltage range and/or a low-voltage range.
  • the respective voltage range has an upper voltage limit which must not be exceeded by the output DC voltage. Joule heat losses can be minimized in order to increase the efficiency of voltage converters that provide an output direct current. This can be done by the output DC voltage being as close as possible to an upper voltage limit of the associated voltage range. However, to ensure that the output DC voltage does not exceed the voltage limit, it is necessary to monitor the output DC voltage with high precision.
  • a protective circuit for monitoring a voltage threshold can be provided, with the voltage threshold being in the range of the voltage limit of the voltage range.
  • the voltage threshold is exceeded, it is ensured that at least part of the voltage converter is switched off in order to reduce the output DC voltage and thus keep the voltage threshold being exceeded as short as possible.
  • This object is achieved by providing a second switch-off unit, which is designed to check whether a mean value of the output DC voltage has reached or exceeded a mean value threshold and, if the mean value threshold is reached or exceeded, to switch off at least part of the voltage converter in order to to reduce the output DC voltage.
  • the object is achieved by a method in which it is checked whether a mean value of the output DC voltage reaches or exceeds a mean value threshold, and when the mean value threshold is reached or exceeded, at least part of the voltage converter is switched off in order to reduce the output DC voltage to reduce.
  • a square mean value (also called the RMS mean value) is preferably considered as the mean value.
  • An arithmetic mean value for example, can also be considered as the mean value.
  • the first voltage threshold can be provided as close as possible below the upper voltage limit, which minimizes current heat losses of the voltage converter and increases the efficiency of the voltage converter.
  • the mean value of the DC output voltage is only slightly increased and the mean value threshold is not exceeded. In the event of brief peaks in the output DC voltage, there is therefore no shutdown provided the first voltage threshold is not exceeded. This means that dynamic loads can also be supplied by the output DC voltage.
  • the mean value threshold is preferably lower than the first voltage threshold.
  • power switches of the voltage converter are deactivated when the first voltage threshold is reached or exceeded and/or when the mean value threshold is reached or exceeded, for example by directly intervening in a gate control of the power switches. It can also be someone else part or all of the voltage converter is switched off; it is important that the output DC voltage drops as a result of this shutdown.
  • the second switch-off unit can be an integral part of the voltage converter, preferably an integral part of the first switch-off unit.
  • the first voltage threshold is preferably below a first voltage limit. Provision is made for the output DC voltage to be reduced within a microsecond or more quickly after the at least part of the voltage converter has been switched off. After the first voltage threshold has been reached or exceeded, a switch-off signal is triggered, whereby at least part of the voltage converter is switched off. However, there may be a switch-off delay between the signal being triggered and the actual switch-off. Due to the switch-off delay, the situation can arise in which the output DC voltage rises above the voltage threshold to a certain extent, even after the switch-off signal has been triggered, before it finally drops. Therefore, by setting the first voltage threshold below the voltage limit, it can be ensured that the first voltage limit itself is not exceeded even if a switch-off delay occurs. With a first voltage limit of 70.2 V, for example, a first voltage threshold in the range from 60 to 70 V, preferably 60 to 65 V, can be provided.
  • the averaging threshold is preferably below an averaging limit (where the averaging limit is below the first voltage limit). It must be ensured that the mean value of the output DC voltage does not reach or exceed the mean value limit. With an average limit of 60 V, for example, an average threshold of 59.25 V can be provided.
  • the mean value of the output DC voltage reaches or exceeds the mean value threshold, at least part of the voltage converter is switched off.
  • a second voltage threshold lower than the first voltage threshold, can be provided. If at a first point in time it is detected that the output DC voltage has reached or exceeded the second voltage threshold, then when the output DC voltage reaches or exceeds the second voltage threshold at a second point in time after an interval has elapsed from the first point in time, a reaching or a Exceeding the mean value threshold by the mean value of the output DC voltage closed.
  • the second switch-off unit can be configured to detect at a first point in time when the output DC voltage reaches or exceeds a second voltage threshold that is lower than the first voltage threshold, and at a second point in time after a specified interval has elapsed from the first point in time when the to check the second voltage threshold by the output DC voltage and, if the second voltage threshold is reached or exceeded both at the first point in time and at the second point in time, to conclude that the mean value of the output DC voltage has reached or exceeded the mean value threshold.
  • Discrete sampling times can be used here as the first and second times, at which the output DC voltage is sampled in a time-discrete manner by a voltage measuring unit provided, for example, in or on the voltage converter and measured in a time-discrete manner.
  • a voltage measuring unit provided, for example, in or on the voltage converter and measured in a time-discrete manner.
  • the use of discrete sampling times of the output DC voltage as the first and second time is also particularly advantageous if the output DC voltage is already sampled with a basic sampling rate in a time-discrete manner, for example due to a measurement by a voltage measuring unit mentioned above.
  • This basic sampling rate for the basic measurement of the output DC voltage can be in the range of 100 kHz or in the MHz range, for example, with the first and second sampling times preferably not representing adjacent basic sampling times defined by the basic sampling rate, but being 0.01 to 100 ms apart, for example , or preferably 0.1 to 100 ms apart, or more preferably 1 to 100 ms apart.
  • the distance between the first sampling time and the second sampling time is fixed.
  • the first and second points in time can also be 0.01 to 100 ms apart, or preferably 0.1 to 100 ms apart, or particularly preferably 1 to 100 ms apart, independently of any sampling.
  • the distance between the first point in time and the second point in time is preferably fixed.
  • the second switch-off unit can be designed to conclude whether a, preferably quadratic, mean value of the output DC voltage has reached or exceeded a mean value threshold, with the mean value threshold being less than is the first voltage threshold, and if it is concluded that the mean value threshold has been reached or if it is concluded that it has been exceeded, to switch off at least part of the voltage converter in order to reduce the output DC voltage.
  • the comparison of the output DC voltage with a second voltage threshold at a first point in time and at a second point in time also represent a more conservative switch-off criterion than the presented comparison of a mean value with a mean value threshold. This is the case in particular when the first point in time and the second point in time are no further apart than 100 ms, for example.
  • a further aspect that can contribute to realizing a reliable and conservative criterion for a shutdown by comparing the output DC voltage with a second voltage threshold at a first point in time and at a second point in time is the level of the second voltage threshold. If the second voltage threshold is placed sufficiently far below the mean value threshold, it can be assumed in practice, given a suitable choice of the interval between the first point in time and the second point in time, that the conclusion is that the second voltage threshold has been reached or exceeded both at the first point in time and at the second point in time when the mean value reaches or exceeds the mean value threshold, this does not lead to any erroneous non-disconnections. On the contrary, it is sometimes switched off in cases in which the mean value does not actually reach or exceed the mean value threshold.
  • An example of a sufficiently low selection of the second voltage threshold is the selection of 59.25 V for the second voltage threshold with an average threshold of 60 V, but preferably 58 V can also be selected for the second voltage threshold in this case, most preferably also 57 V Basically, the person skilled in the field of safety technology knows how best to choose the voltage thresholds and the times for their comparison with the output DC voltage in a specific situation.
  • the interval begins when the second voltage threshold is reached or exceeded at the first point in time and ends at the second point in time. This is a particularly cost-effective way of monitoring the mean value of the DC output voltage. Since, after the second voltage threshold has been reached or exceeded at the first point in time, at a second point in time it is again checked whether the second voltage threshold has been reached or exceeded and only in one case repeated reaching or exceeding a shutdown, it can be ensured that a / a short-term / s reaching / exceeding the second voltage threshold at the first time, eg due to a dynamic load change, a shutdown does not take place immediately. The shutdown only takes place if the second voltage threshold is reached or exceeded even after the interval has expired (ie at the second point in time). However, if the first voltage threshold is reached or exceeded at any point in time, there is always a shutdown.
  • the second switch-off unit can be configured to indicate a first point in time when the output DC voltage reaches or exceeds a second voltage threshold that is lower than the first voltage threshold detect and at a second point in time, after a predetermined interval has expired from the first point in time, to check whether the output DC voltage has reached or exceeded a third voltage threshold that is less than the second voltage threshold and, if the second voltage threshold has been reached or exceeded, both at the first point in time and at the second point in time, to conclude that the mean value of the DC output voltage has reached or exceeded the mean value threshold.
  • the second voltage threshold can be chosen as 59.25 V and the third voltage threshold as 58.25 V, or the second voltage threshold can be chosen as 58 V and the third voltage threshold as 57 V, or the second voltage threshold can be chosen as 57 V and the third voltage threshold of 55 V can be chosen.
  • the person skilled in the field of safety technology knows how best to choose the voltage thresholds and the points in time for a comparison with the output DC voltage in a specific situation.
  • another interval can be provided with a first and second point in time, with a check for reaching or The second voltage source can be exceeded in order to conclude that the mean value of the output DC voltage has reached or exceeded the mean value threshold.
  • the mean value of the DC output voltage is continuously calculated.
  • the second switch-off unit can be designed to continuously form a mean value for the output direct voltage and to check whether the mean value of the output direct voltage reaches or exceeds a specified mean value threshold.
  • the continuous calculation can be used in addition to or instead of checking whether the second voltage threshold has been reached or exceeded take place at the first and second point in time.
  • the mean value is preferably calculated continuously over a predetermined mean value interval.
  • a voltage measuring unit of the voltage converter outputs an incorrect voltage value for the DC output voltage, e.g. a measured voltage value of 0 V
  • this leads to an increase in the DC output voltage whereby an incorrect measured voltage value, e.g. 0 V, is still displayed
  • the first output threshold and/or the mean value of the output direct voltage reaches or exceeds the mean value threshold.
  • the first and/or second switch-off unit also uses the (incorrect) measured voltage values of the voltage measuring unit associated with the voltage converter to determine the output direct voltage/and/or the mean value of the output direct voltage, this achievement or exceeding of this value is indicated by the first and /or second shutdown unit not recognized.
  • an implausible voltage value can be identified by a plausibility check of the measured voltage values of the output DC voltage that are obtained.
  • measured voltage values are falsified in such a way that incorrect but plausible DC output voltages (i.e. DC output voltages that are fundamentally possible) occur, this faulty measured voltage value can occur cannot of course be recognized by a plausibility check.
  • a first voltage measuring unit associated with the first switch-off unit for determining the DC output voltage is designed independently of a voltage measuring unit associated with the voltage converter for determining the DC output voltage and/or a second voltage measuring unit associated with the second switch-off unit for determining the DC output voltage independently of one of the Voltage converter associated voltage measuring unit for determining the output DC voltage executed.
  • the first and second switch-off units are designed to be independent not only of the voltage converter but also of one another, for example each having an independent voltage measuring unit.
  • the entire first and/or second switch-off unit can also be designed independently of the voltage converter, with “independent” of course referring to checking whether the voltage thresholds and mean thresholds have been reached or exceeded; when at least part of the voltage converter is switched off, it is of course necessary to intervene in the function of the voltage converter in a suitable manner in order to reduce the output DC voltage.
  • the first and/or second disconnection unit is preferably designed to be double-fault-safe.
  • a first circuit part and a further circuit part can be provided in each case, which is designed independently of the first circuit part. In this way, a simultaneous influence on the circuit parts by a single fault can be ruled out.
  • the first and further circuit parts can be redundant.
  • the voltage converter is preferably designed in such a way that a low voltage up to a voltage limit of 60 V is output as the DC output voltage.
  • the voltage converter is preferably a rectifier for converting an input AC voltage into the output DC voltage or a DC converter for converting an input DC voltage into the output DC voltage.
  • a long-stator linear motor or planar motor which includes a number of actuators and a voltage converter according to the invention for supplying power to the number of actuators using the output DC voltage.
  • FIGS. 1 to 4 show advantageous configurations of the invention by way of example, schematically and not restrictively. while showing
  • FIG. 1 shows a voltage converter with a first and second switch-off unit
  • 3a an exceeding of the second voltage threshold at a first point in time
  • 3b an exceeding of the second voltage threshold at a first and second point in time
  • the voltage converter 2 includes a voltage regulator 21, which regulates the output DC voltage Ua according to a predetermined setpoint voltage Usoll.
  • the voltage regulator is supplied with the voltage value of the output direct voltage Ua by the voltage measuring unit VO of the voltage converter 2 .
  • the voltage value of the output direct voltage Ua can be recorded continuously over time or sampled in a time-discrete manner.
  • the voltage regulator 21 generates control signals S, which are specified for a power unit 20 of the voltage regulator 21 in order to regulate the output DC voltage Ua in accordance with the setpoint voltage Usoll.
  • a rectifier can be provided as the voltage converter 2, which converts an input AC voltage ue present at an input into the output DC voltage Ua, or a DC voltage converter can be provided, which converts an input DC voltage Ue present at an input into the output DC voltage Ua walks
  • the input AC voltage ue can also first be converted into an intermediate DC voltage at the voltage converter 2, with the intermediate DC voltage being converted into the output DC voltage Ua by a further stage of the voltage converter 2 or by a separately implemented DC voltage converter.
  • the voltage measuring unit VO can sample the output direct voltage Ua with a basic sampling rate at basic sampling times in a time-discrete manner, with the basic sampling rate preferably being in the range of 100 kHz.
  • the power unit 20 usually includes a number of power switches, which are controlled according to the control signals S. Since the functioning of voltage converters 2 is fundamentally known, it will not be discussed in any more detail at this point.
  • a number of actuators can be connected to the output of the voltage converter 2, the number of actuators being supplied with the output direct voltage Ua.
  • the voltage converter 2 can, for example, supply actuators of a long-stator linear motor or planar motor with the output DC voltage.
  • the voltage converter 2 includes a first switch-off unit 11, which is designed to switch off at least part of the voltage converter 2 when the equalizing DC voltage Ua reaches or exceeds a first voltage threshold Ux1, in order to reduce the output DC voltage Ua. It is thus ensured that the output direct voltage Ua does not reach or exceed the first voltage threshold Ux1 or only does so for a short time.
  • the voltage converter 2 also includes a second switch-off unit 12, which is designed to check whether a mean value Uam of the output direct voltage Ua has reached or exceeded a mean value threshold Uxm and, if the mean value threshold Uxa is reached or exceeded, to switch off at least part of the voltage converter 2 cause to reduce the output DC voltage Ua.
  • the second switch-off unit 12 is shown here as an integral part of the voltage converter 2, but can also be designed separately.
  • the first and/or second switch-off unit 11, 12 can include microprocessor-based hardware, for example a computer or digital signal processor (DSP), on which appropriate software for performing the respective function is executed.
  • the first and/or second switch-off unit 11, 12 can also comprise an integrated circuit, for example an application-specific integrated circuit (ASIC) or a field programmable gate array (FPGA), also with a microprocessor.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • FPGA field programmable gate array
  • the first and/or second switch-off unit 11, 12 can also comprise an analog circuit or analog computer. Mixed forms are also conceivable. It is also possible for different functions to be implemented on the same hardware
  • a possible shutdown of at least part of the voltage converter 2, both by the first shutdown unit 11 and by the second shutdown unit 12, is effected by shutdown signals A1, A2, which act on the power unit 20.
  • Circuit breakers of the power unit 20 can be deactivated, for example, by means of corresponding switch-off signals A1, A2.
  • a first voltage measuring unit V1 associated with the first switch-off unit 11 is preferably provided, which is designed independently of the voltage measuring unit V0 associated with the voltage converter 2 . It is thus possible for the first switch-off unit 11 to determine the value of the output direct voltage Ua even if the voltage measuring unit V0 associated with the voltage converter 2 determines an incorrect value of the output direct voltage Ua.
  • a second voltage measuring unit V2 associated with the second switch-off unit 12 is preferably provided, which is designed independently of the voltage measuring unit V0 associated with the voltage converter 2 . That's it for the second switch-off unit 12 is able to determine the value of the output direct voltage Ua even if the voltage measuring unit VO associated with the voltage converter 2 determines an incorrect value of the output direct voltage Ua.
  • first and second voltage measuring unit V1, V2 are provided, which are designed independently of a voltage measuring unit VO associated with voltage converter 2, it is particularly advantageous if the first and second voltage measuring units V1, V2 are also designed independently of one another, as shown in Fig. 2 is shown.
  • a first voltage measuring unit V1 can be provided, which makes the value of the output DC voltage Ua available to both the first switch-off unit 11 and the second switch-off unit 12 .
  • a second voltage threshold Ux2 smaller than the first voltage threshold Ux1
  • the output direct voltage Ua also reaches or exceeds the second voltage threshold Ux2 at a second point in time t1 after a predetermined interval T1 has elapsed from the first point in time t0, as indicated schematically in FIG. 1b, then it is concluded that the mean value Uam of the output voltage Ua has been exceeded .
  • the second voltage threshold Ux2 preferably corresponds to the mean value threshold Uxm.
  • the second voltage threshold Ux2 is briefly exceeded (e.g. due to dynamic load changes and corresponding short-term increased output DC voltage Ua) at the first point in time tO (at the beginning of the interval T1), there is no shutdown - provided the first voltage threshold Ux1 is not exceeded.
  • FIG 3a shows an exemplary output direct voltage Ua, with the output direct voltage Ua reaching and exceeding the second voltage threshold Ux2 at the first point in time tO, but not the second voltage threshold Ux2 at the second point in time t1 after the interval T1 has elapsed (more) achieved or exceeded.
  • the at least part of the voltage converter 2 is therefore not switched off.
  • the output direct voltage Ua also never reaches or exceeds the first voltage threshold Ux1 here, which means that there is also no switch-off in this regard.
  • sampling times can be used in an advantageous manner, at which the output DC voltage is sampled in a time-discrete manner and measured in a time-discrete manner, for example by the voltage measurement unit VO.
  • the basic sampling times which are defined by the basic sampling rate of the voltage measuring unit VO, can in turn be used to select the sampling times.
  • the first point in time t0 and the second point in time t1 are to be separated by a time interval, this time interval being for example a length of 0.01 to 100 ms, or preferably a length of 0.1 to 100 ms, or particularly preferably a length from 1 to 100 ms.
  • the distance between the first point in time t0 and the second point in time t1 is preferably fixed.
  • FIGS. 3a and 3b show the use of the same second threshold Ux2 at the first point in time t0 and at the second point in time t1
  • the second threshold Ux2 can alternatively be used at the first point in time t0 and a third one at point in time t1 instead of the second threshold Ux2 Threshold Ux3 are used (not shown).
  • the third threshold Ux3 is below the second threshold Ux2.
  • the mean value Uam of the output direct voltage Ua can be continuously calculated in a calculation unit, which is preferably an integral part of the second switch-off unit, and whether a mean value threshold Uxm has been reached or exceeded can be checked. Such a course of the mean value Uam is shown in FIG. 4, with the output direct voltage Ua also being drawn in as a dotted line.
  • the mean value Uam reaches the mean value threshold Uxm at the point marked x, whereby at least part of the voltage converter 2 is switched off, which causes a reduction in the output direct voltage Ua, as can be seen from the associated flattening curve. If the determined mean value Uam were lower than the mean value threshold Uxm, the at least part of the voltage converter 2 would not be switched off (unless the output direct voltage Ua reaches or exceeds the first voltage threshold Ux1).
  • the voltage converter 2 is designed so that the output direct voltage Ua is in the extra low voltage range and also has overvoltage protection, then the voltage converter 2 is called a PELV system (protective extra low voltage).
  • a PELV system must meet the standards DIN EN 61800-5-1 VDE 0160-105-1:2018-09 and DIN EN 60204-1 VDE 0113-1:2019-06.
  • the standard EN61800-5-1 requires an electrical circuit with the following properties under point 3.21: The voltage does not consistently reach or exceed the ELV under both a single fault condition and normal conditions;
  • the associated table 3 is set out in the following chapter 4.3.1.2 "Limit values of the DVC" and shows an output direct voltage with a mean value of maximum 60V for the voltage class DVC A.
  • the periodic peak value which represents a transient maximum value, is thus selected as the first voltage limit, ie at 70.2 V.
  • a first voltage threshold Ux1 is defined, the value of which is advantageously set below the first voltage limit, for example 63 V If the output direct voltage Ua exceeds this first voltage threshold Ux1, at least part of the voltage converter 2 is switched off immediately in order to reduce the output direct voltage Ua.
  • the second voltage limit is selected for the DC output voltage Ua in accordance with the maximum mean value, ie at 60 V.
  • the value of the mean value threshold Uam and/or the second voltage threshold Ux2 is preferably set below the second voltage limit, for example at 59.25 V. However, the second voltage threshold Ux2 can also correspond to the second voltage limit.
  • a mean value Uam of the output DC voltage Ua is formed over a predetermined mean value interval tm and a check is made to determine whether the mean value Uam is above a mean value threshold Uxm lies. If this is the case, then the additional condition Z is met and the system is switched off.
  • the voltage converter 2 falls into the DVCA class.
  • the mean value Uam can be continuously calculated and compared with the mean value threshold Uxm and/or it can be concluded that the mean value Uam of the output direct voltage Ua has been reached or exceeded if the output direct voltage Ua at a first point in time tO and after reaches or exceeds a second voltage threshold Ua2 (which preferably corresponds to the mean value threshold Uxm) at a second time t1 in an interval T1.
  • a second voltage threshold Ua2 which preferably corresponds to the mean value threshold Uxm

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Abstract

Um einen verbesserten Überspannungsschutz für einen Spannungswandler (2) zur Wandlung einer Eingangs-Spannung (ue, Ue) in eine Ausgangs-Gleichspannung (Ua) anzugeben, ist eine erste Abschalteinheit (11) vorgesehen, welche ausgestaltet ist, bei Erreichen oder Überschreiten einer ersten Spannungsschwelle (Ux1) durch die Ausgleichs- Gleichspannung (Ua) eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandler (2) zu erwirken, um die Ausgangs-Gleichspannung (Ua) zu reduzieren. Weiters ist eine zweite Abschalteinheit (12) vorgesehen, welche ausgestaltet ist, zu überprüfen ob ein Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung eine Mittelwertschwelle (Uxm) erreicht oder überschreitet und bei einem Erreichen oder einer Überschreitung der Mittelwertschwelle (Uxm) eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers (2) zu erwirken, um die Ausgangs- Gleichspannung (Ua) zu reduzieren.

Description

Spannungswandler mit Überspannungsschutz
Die gegenständliche Erfindung betrifft einen Spannungswandler zur Wandlung einer Eingangs-Spannung in eine Ausgangs-Gleichspannung, umfassend eine erste Abschalteinheit, welche ausgestaltet ist, bei Erreichen oder Überschreiten einer ersten Spannungsschwelle durch die Ausgleichs-Gleichspannung eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandler zu erwirken, um die Ausgangs-Gleichspannung zu reduzieren. Weiters betrifft die gegenständliche Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Ausgangs-Gleichspannung eines Spannungswandlers, wobei eine erste Spannungsschwelle vorgesehen ist und wobei bei Überschreiten oder Erreichen der ersten Spannungsschwelle durch die Ausgangs-Gleichspannung eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers erfolgt, um die Ausgangs-Gleichspannung zu reduzieren.
In elektrischen Systemen wie beispielsweise Langstatorlinearmotoren oder Planarmotoren werden Aktoren durch einen Spannungswandler mit einer Ausgangs-Gleichspannung versorgt. Die Ausgangs-Gleichspannung wird hierzu unter Verwendung eines entsprechenden Spannungswandlers aus einer (üblicherweise höheren) Eingangsspannung gewandelt. Wird eine Eingangs-Gleichspannung in eine Ausgangs-Gleichspannung gewandelt, so ist ein Gleichspannungswandler als Spannungswandler vorgesehen. Wird eine Eingangs-Wechselspannung in eine Ausgangs-Gleichspannung gewandelt, so ist ein Gleichrichter als Spannungswandler vorgesehen. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Gleichrichter erst eine Netz-Wechselspannung in eine Nieder-Gleichspannung umwandelt und weiters eine Umwandlung der Nieder-Gleichspannung in eine Klein-Gleichspannung über eine Wandlerstufe des Gleichrichters oder einen separat ausgeführten Gleichspannungswandler erfolgt.
Die Ausgangs-Gleichspannung liegt in einem bestimmten Spannungsbereich, z.B. einem Kleinspannungsbereich und/oder einem Niederspannungsbereich. Der jeweilige Spannungsbereich weist ein oberes Spannungslimit auf, welches von der Ausgangs- Gleichspannung nicht überschritten werden darf. Um die Effizienz von Spannungswandlern, welche eine Ausgangs-Gleichspannung zur Verfügung stellen, zu erhöhen, können Stromwärmeverluste minimiert werden. Dies kann erfolgen, indem die Ausgangs- Gleichspannung möglichst nahe an einem oberen Spannungslimit des zugehörigen Spannungsbereichs liegt. Um dennoch sicherzustellen, dass die Ausgangs-Gleichspannung das Spannungslimit nicht überschreitet, ist es erforderlich die Ausgangs-Gleichspannung mit hoher Präzision zu überwachen. Hierzu kann eine Schutzschaltung zur Überwachung einer Spannungsschwelle vorgesehen sein, wobei die Spannungsschwelle im Bereich des Spannungslimits des Spannungsbereichs liegt. Bei einer Überschreitung der Spannungsschwelle wird sichergestellt, dass zumindest ein Teil des Spannungswandlers abgeschaltet wird, um die Ausgangs-Gleichspannung zu reduzieren und damit die Überschreitung der Spannungsschwelle möglichst kurz zu halten. Damit erfolgt jedoch auch bei kurzzeitigen Überschreitungen, wie sie bei dynamischen Laständerungen auftreten, eine Abschaltung - obwohl eine derartige kurzzeitige Überschreitung nicht als kritisch einzustufen ist.
Es ist eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung einen verbesserten Überspannungsschutz eines Spannungswandlers anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem eine zweite Abschalteinheit vorgesehen ist, welche ausgestaltet ist, zu überprüfen ob ein Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung eine Mittelwertschwelle erreicht oder überschreitet und bei einem Erreichen oder einer Überschreitung der Mittelwertschwelle eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers zu erwirken, um die Ausgangs-Gleichspannung zu reduzieren.
Weiters wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, wobei geprüft wird, ob ein Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung eine Mittelwertschwelle erreicht oder überschreitet, und wobei bei einem Erreichen oder einem Überschreiten der Mittelwertschwelle eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers erfolgt, um die Ausgangs- Gleichspannung zu reduzieren.
Als Mittelwert wird vorzugsweise ein quadratischer Mittelwert (auch RMS-Mittelwert genannt) betrachtet. Es kann als Mittelwert auch beispielsweise ein arithmetischer Mittelwert betrachtet werden kann.
Durch die zusätzliche Überwachung des Mittelwerts der Ausgangs-Gleichspannung kann die erste Spannungsschwelle möglichst knapp unter dem oberen Spannungslimit vorgesehen sein, womit Stromwärmeverluste des Spannungswandlers minimiert und die Effizienz des Spannungswandlers gesteigert werden. Bei kurz auftretenden Spitzen der Ausgangs- Gleichspannung wird der Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung nur geringfügig erhöht und die Mittelwertschwelle nicht überschritten. Damit erfolgt bei kurz auftretenden Spitzen der Ausgangs-Gleichspannung keine Abschaltung, sofern die erste Spannungsschwelle nicht überschritten wird. Somit können auch dynamische Lasten durch die Ausgangs- Gleichspannung versorgt werden. Die Mittelwertschwelle ist vorzugsweise kleiner der ersten Spannungsschwelle.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn bei Erreichen oder Überschreitung der ersten Spannungsschwelle und/oder bei Erreichen oder Überschreitung der Mittelwertschwelle Leistungsschalter des Spannungswandlers deaktiviert werden, beispielsweise, indem direkt in eine Gate-Ansteuerung der Leistungsschalter eingegriffen wird. Es kann auch ein anderer Teil des Spannungswandlers oder der gesamte Spannungswandler abgeschaltet werden; wichtig ist, dass durch diese Abschaltung die Ausgangs-Gleichspannung absinkt.
Die zweite Abschalteinheit kann integraler Bestandteil des Spannungswandlers, vorzugsweise integraler Bestandteil der ersten Abschalteinheit, sein.
Die erste Spannungsschwelle liegt vorzugsweise unter einem ersten Spannungslimit. Es ist vorgesehen, dass nach einer Abschaltung des zumindest Teils des Spannungswandlers die Ausgangs-Gleichspannung binnen einer Mikrosekunde oder schneller reduziert wird. Nach einem Erreichen oder einer Überschreitung der ersten Spannungsschwelle wird ein Abschaltsignal ausgelöst, womit zumindest ein Teil des Spannungswandlers abgeschaltet wird. Zwischen dem Auslösen des Signals und dem tatsächlichen Abschalten kann jedoch eine Abschaltverzögerung auftreten. Durch die Abschaltverzögerung kann die Situation eintreten, dass die Ausgangs-Gleichspannung selbst nach einem Auslösen des Abschaltsignals in einem gewissen Ausmaß über die Spannungsschwelle ansteigt, bevor sie schlussendlich absinkt. Daher kann durch die Festlegung der ersten Spannungsschwelle unter dem Spannungslimit sichergestellt werden, dass selbst bei Auftreten einer Abschaltverzögerung das erste Spannungslimit selbst nicht überschritten wird. Bei einem ersten Spannungslimit von 70,2 V kann beispielsweise eine erste Spannungsschwelle im Bereich von 60 bis 70 V, vorzugsweise 60 bis 65 V, vorgesehen sein.
Die Mittelwertschwelle liegt vorzugsweise unter einem Mittelwertlimit (wobei das Mittelwertlimit unter dem ersten Spannungslimit liegt). Es muss sichergestellt werden, dass der Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung das Mittelwertlimit nicht erreicht oder überschreitet. Bei einem Mittelwertlimit von 60 V kann beispielsweise eine Mittelwertschwelle von 59,25 V vorgesehen sein.
Bei der Festlegung des ersten Spannungslimits und/oder der Mittelwertschwelle können auch Bauteiltoleranzen, Messfehler etc. berücksichtigt werden.
Erreicht oder überschreitet der Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung die Mittelwertschwelle, so erfolgt eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers.
Es kann eine zweite Spannungsschwelle, kleiner der ersten Spannungsschwelle vorgesehen sein. Wird zu einem ersten Zeitpunkt ein Erreichen oder Überschreiten der zweiten Spannungsschwelle durch die Ausgangs-Gleichspannung detektiert, so wird bei Erreichen oder Überschreiten der zweiten Spannungsschwelle durch die Ausgangs-Gleichspannung zu einem zweiten Zeitpunkt nach Ablauf eines Intervalls ab dem ersten Zeitpunkt auf ein Erreichen oder eine Überschreitung der Mittelwertschwelle durch den Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung geschlossen. Die zweite Abschalteinheit kann ausgestaltet sein, um einen ersten Zeitpunkt eines Erreichens oder Überschreitens einer zweiten Spannungsschwelle, kleiner der ersten Spannungsschwelle, durch die Ausgangs-Gleichspannung zu detektieren und zu einem zweiten Zeitpunkt nach Ablauf eines vorgegebenen Intervalls ab dem ersten Zeitpunkt ein Erreichen oder Überschreiten der zweiten Spannungsschwelle durch die Ausgangs- Gleichspannung zu überprüfen und bei einem Erreichen oder einer Überschreitung der zweiten Spannungsschwelle sowohl zum ersten Zeitpunkt, als auch zum zweiten Zeitpunkt, darauf zu schließen, dass der Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung die Mittelwertschwelle erreicht oder überschreitet.
Als erster und zweiter Zeitpunkt können hierbei jeweils diskrete Abtastzeitpunkte verwendet werden, an denen die Ausgangs-Gleichspannung durch eine, beispielsweise im oder am Spannungswandler vorgesehene, Spannungsmesseinheit zeitdiskret abgetastet und zeitdiskret gemessen wird. Es ist zu diesem Zweck aber auch eine Verwendung von eigenen, abseits von bereits gegebenen Abtastzeitpunkten liegenden Zeitpunkten möglich, an denen die Ausgangs-Gleichspannung eigens für den Vergleich mit der zweiten Spannungsschwelle gemessen wird.
Eine Verwendung von diskreten Abtastzeitpunkten der Ausgangs-Gleichspannung als erster und zweiter Zeitpunkt ist überdies besonders vorteilhaft, wenn die Ausgangs- Gleichspannung bereits mit einer Grundabtastrate zeitdiskret abgetastet vorliegt, beispielsweise auf Grund einer Messung durch eine oben erwähnte Spannungsmesseinheit. Diese Grundabtastrate zur grundlegenden Messung der Ausgangs-Gleichspannung kann beispielsweise im Bereich von 100kHz oder im MHz-Bereich liegen, wobei der erste und zweite Abtastzeitpunkt vorzugsweise keine durch die Grundabtastrate festgelegten, benachbarten Grundabtastzeitpunkte darstellen, sondern beispielsweise 0,01 bis 100 ms voneinander entfernt sind, oder vorzugsweise 0,1 bis 100 ms voneinander entfernt sind, oder besonders vorzugsweise 1 bis 100ms voneinander entfernt sind. Vorzugsweise ist die Distanz zwischen dem ersten Abtastzeitpunkt und dem zweiten Abtastzeitpunkt dabei fest vorgegeben.
Auch unabhängig von einer etwaigen Abtastung können der erste und der zweite Zeitpunkt 0,01 bis 100 ms voneinander entfernt sein, oder vorzugsweise 0,1 bis 100 ms voneinander entfernt sein, oder besonders vorzugsweise 1 bis 100ms voneinander entfernt sein. Vorzugsweise ist die Distanz zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt fest vorgegeben.
In diesem Sinn kann die zweite Abschalteinheit ausgestaltet sein, darauf zu schließen, ob ein, vorzugsweise quadratischer, Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung eine Mittelwertschwelle erreicht oder überschreitet, wobei die Mittelwertschwelle kleiner der ersten Spannungsschwelle ist, und bei einem Schluss auf ein Erreichen oder bei einem Schluss auf eine Überschreitung der Mittelwertschwelle eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers zu erwirken, um die Ausgangs-Gleichspannung zu reduzieren.
Der Schluss vom Erreichen oder Überschreiten der zweiten Spannungsschwelle sowohl zum ersten Zeitpunkt, als auch zum zweiten Zeitpunkt auf ein Erreichen oder ein Überschreiten der Mittelwertschwelle durch den Mittelwert stellt in der Praxis eine ausreichende Näherung dar. In vielen praktischen Fällen kann der Vergleich der Ausgangs-Gleichspannung mit einer zweiten Spannungsschwelle zu einem ersten Zeitpunkt und zu einem zweiten Zeitpunkt überdies ein konservativeres Abschaltkriterium darstellen als der vorgestellte Vergleich eines Mittelwertes mit einer Mittelwertschwelle. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt beispielsweise nicht weiter voneinander entfernt sind als 100ms.
Ein weiterer Aspekt, der dazu beitragen kann, dass durch den Vergleich der Ausgangs- Gleichspannung mit einer zweiten Spannungsschwelle zu einem ersten Zeitpunkt und zu einem zweiten Zeitpunkt ein sicheres und konservatives Kriterium für eine Abschaltung realisiert wird, ist die Höhe der zweiten Spannungsschwelle. Wird die zweite Spannungsschwelle ausreichend tief unter die Mittelwertschwelle gelegt, kann bei einer geeigneten Wahl des Abstandes zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt in der Praxis davon ausgegangen werden, dass der Schluss vom Erreichen oder Überschreiten der zweiten Spannungsschwelle sowohl zum ersten Zeitpunkt, als auch zum zweiten Zeitpunkt auf ein Erreichen oder ein Überschreiten der Mittelwertschwelle durch den Mittelwert zu keinen fehlerhaften Nichtabschaltungen führt. Im Gegenteil wird so teilweise auch in Fällen abgeschaltet, in denen der Mittelwert die Mittelwertschwelle tatsächlich nicht erreicht oder überschreitet.
Ein Beispiel für eine ausreichend tiefe Wahl der zweiten Spannungsschwelle ist die Wahl von 59,25 V für die zweite Spannungsschwelle bei einer Mittelwertschwelle von 60 V, bevorzugt kann für die zweite Spannungsschwelle in diesem Fall aber auch 58 V gewählt werden, höchst bevorzugt auch 57 V. Grundsätzlich weiß der Fachmann auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik wie die Spannungsschwellen und die Zeitpunkte zu deren Vergleich mit der Ausgangs-Gleichspannung in einer bestimmten Situation am besten zu wählen sind.
Das Intervall beginnt bei einem Erreichen oder einer Überschreitung der zweiten Spannungsschwelle mit dem ersten Zeitpunkt und endet zum zweiten Zeitpunkt. Dies ist eine besonders kostengünstige Möglichkeit zur Überwachung des Mittelwerts der Ausgangs- Gleichspannung. Da, nachdem zum ersten Zeitpunkt die zweite Spannungsschwelle erreicht oder überschritten wurde, zu einem zweiten Zeitpunkt abermals ein Erreichen oder Überschreiten der zweiten Spannungsschwelle geprüft wird und nur in bei einem abermaligen Erreichen oder Überschreiten eine Abschaltung erfolgt, kann gewährleistet werden, dass ein/eine kurzfristige/s Erreichen/Überschreitung der zweiten Spannungsschwelle zum ersten Zeitpunkt, z.B. aufgrund einer dynamischen Laständerung, nicht sofort eine Abschaltung erfolgt. Die Abschaltung erfolgt erst, wenn auch nach Ablauf des Intervalls (d.h. zum zweiten Zeitpunkt) ein Erreichen oder eine Überschreitung der zweiten Spannungsschwelle erfolgt. Erfolgt zu einem beliebigen Zeitpunkt ein Erreichen oder eine Überschreitung der ersten Spannungsschwelle, so erfolgt jedoch immer eine Abschaltung.
Es kann auch erst zum ersten Zeitpunkt ein Erreichen oder eine Überschreitung der zweiten Spannungsschwelle und zum zweiten Zeitpunkt nach Ablauf des vorgegebenen Intervalls ein Erreichen oder eine Überschreitung einer anderen, der zweiten Spannungsschwelle verschiedenen, Spannungsschwelle geprüft werden. Vorzugsweise wird jedoch sowohl zu Beginn des Intervalls (d.h. zum ersten Zeitpunkt), als auch am Ende des Intervalls (d.h. zum zweiten Zweitpunkt) ein Erreichen oder eine Überschreitung der zweiten Spannungsschwelle geprüft.
Wird nach Ablauf des vorgegebenen Intervalls ein Erreichen oder eine Überschreitung einer anderen, der zweiten Spannungsschwelle verschiedenen Spannungsschwelle geprüft, kann die zweite Abschalteinheit ausgestaltet sein, einen ersten Zeitpunkt eines Erreichens oder Überschreitens einer zweiten Spannungsschwelle, kleiner der ersten Spannungsschwelle, durch die Ausgangs-Gleichspannung zu detektieren und zu einem zweiten Zeitpunkt nach Ablauf eines vorgegebenen Intervalls ab dem ersten Zeitpunkt ein Erreichen oder Überschreiten einer dritten Spannungsschwelle kleiner der zweiten Spannungsschwelle durch die Ausgangs-Gleichspannung zu überprüfen und bei einem Erreichen oder einer Überschreitung der zweiten Spannungsschwelle sowohl zum ersten Zeitpunkt, als auch zum zweiten Zeitpunkt, darauf zu schließen, dass der Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung die Mittelwertschwelle erreicht oder überschreitet.
Bei einer Mittelwertschwelle von 60 V kann die zweite Spannungsschwelle zu 59,25 V und die dritte Spannungsschwelle zu 58.25 V gewählt werden, oder die zweite Spannungsschwelle kann zu 58 V und die dritte Spannungsschwelle zu 57 V gewählt werden, oder die zweite Spannungsschwelle kann zu 57 V und die dritte Spannungsschwelle zu 55 V gewählt werden. Grundsätzlich weiß der Fachmann auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik jedoch, wie die Spannungsschwellen und die Zeitpunkte für einen Vergleich mit der Ausgangs-Gleichspannung in einer bestimmten Situation am besten zu wählen sind.
Natürlich kann nach dem Ende eines Intervalls ein weiteres Intervall mit einem ersten und zweiten Zeitpunkt vorgesehen sein, wobei analog eine Prüfung auf Erreichen oder Überschreiten der zweiten Spannungsquelle erfolgen kann, um auf ein Erreichen oder eine Überschreitung der Mittelwertschwelle durch den Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung zu schließen.
Vorzugsweise wird der Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung kontinuierlich berechnet. Entsprechend kann die zweite Abschalteinheit ausgestaltet sein, kontinuierlich einen Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung zu bilden und zu überprüfen, ob der Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung eine vorgegebene Mittelwertschwelle erreicht oder überschreitet Die kontinuierliche Berechnung kann zusätzlich oder statt der Prüfung eines Erreichen oder Überschreiten der zweiten Spannungsschwelle zum ersten und zweiten Zeitpunkt erfolgen. Vorzugsweise wird der Mittelwert kontinuierlich über ein vorgegebenes Mittelwertintervall berechnet.
Gibt eine Spannungsmesseinheit des Spannungswandlers für die Ausgangs- Gleichspannung einen falschen Spannungswert aus, z.B. einen Spannungsmesswert von 0 V, so führt dies zu einer Erhöhung der Ausgangs-Gleichspannung (wobei weiterhin ein falscher Spannungsmesswert, z.B. 0 V angezeigt wird) womit die Ausgangs-Gleichspannung in Folge die erste Ausgangsschwelle und/oder der Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung die Mittelwerteschwelle erreicht oder überschreitet. Nutzen allerdings die erste und/oder zweite Abschalteinheit zur Bestimmung der Ausgangs-Gleichspannung/und oder des Mittelwerts der Ausgangs-Gleichspannung ebenso die (falschen) Spannungsmesswerte der Spannungsmesseinheit, die dem Spannungswandler zugehörig ist, so wird dieses Erreichen oder diese Überschreitung von der ersten und/oder zweiten Abschalteinheit nicht erkannt.
Ein unplausibler Spannungswert kann jedoch durch eine Plausibilitätsprüfung der erhaltenen Spannungsmesswerte der Ausgangs-Gleichspannung erkannt werden. Werden jedoch, z.B. aufgrund eines Defekts in der Spannungsmesseinheit des Spannungswandlers, wie einem Teilbruch eines Widerstands, Spannungsmesswerte derart verfälscht, dass zwar falsche, jedoch plausible Ausgangs-Gleichspannungen (d.h. Ausgangs-Gleichspannungen, die grundsätzlich möglich sind) auftreten, so kann dieser fehlerhafte Spannungsmesswert durch eine Plausibilitätsprüfung natürlich nicht erkannt werden.
Vorzugsweise ist daher eine der ersten Abschalteinheit zugehörige erste Spannungsmesseinheit zur Ermittlung der Ausgangs-Gleichspannung unabhängig von einer dem Spannungswandler zugehörigen Spannungsmesseinheit zur Ermittlung der Ausgangs- Gleichspannung ausgeführt und/oder eine der zweiten Abschalteinheit zugehörige zweite Spannungsmesseinheit zur Ermittlung der Ausgangs-Gleichspannung unabhängig von einer dem Spannungswandler zugehörigen Spannungsmesseinheit zur Ermittlung der Ausgangs- Gleichspannung ausgeführt. Damit wird verhindert, dass bei einem Auftreten eines Einzelfehlers in der Spannungsmesseinheit des Spannungswandlers auch für die erste und/oder zweite Spannungsmesseinheit ein unzulässiger Spannungsmesswert der Ausgangs-Gleichspannung generiert wird. Besonders vorteilhaft ist es natürlich, wenn die erste und zweite Abschalteinheit nicht nur vom Spannungswandler, sondern auch voneinander unabhängig ausgeführt sind, beispielsweise jeweils eine unabhängige Spannungsmesseinheit aufweisen. Es kann auch die gesamte erste und/oder zweite Abschalteinheit unabhängig vom Spannungswandler ausgeführt sein, wobei „unabhängig“ natürlich die Prüfung des Erreichens oder der Überschreitungen der Spannungsschwellen und Mittelwertschwellen betrifft; bei der Abschaltung des zumindest Teils des Spannungswandlers muss natürlich in geeigneter Weise in die Funktion des Spannungswandlers eingegriffen werden, um die Ausgangs-Gleichspannung zu reduzieren.
Vorzugsweise ist die erste und/oder zweite Abschalteinheit jeweils zweifehlersicher ausgestaltet. So kann jeweils ein erster Schaltungsteil und ein weiterer Schaltungsteil vorgesehen ist, welcher unabhängig vom ersten Schaltungsteil ausgeführt ist. Damit kann eine gleichzeitige Beeinflussung der Schaltungsteile durch einen Einzelfehler ausgeschlossen werden. Beispielsweise können erster und weiterer Schaltungsteil redundant ausgeführt sein.
Vorzugsweise ist der Spannungswandler derart ausgelegt, dass als Ausgangs- Gleichspannung eine Kleinspannung bis zu einem Spannungslimit von 60 V ausgegeben wird.
Vorzugsweise stellt der Spannungswandler einen Gleichrichter zum Wandeln einer Eingangs-Wechselspannung in die Ausgangs-Gleichspannung oder einen Gleichspannungswandler zum Wandeln einer Eingangs-Gleichspannung in die Ausgangs- Gleichspannung dar.
Weiters kann ein Langstatorlinearmotor oder Planarmotor vorgesehen sein, welcher eine Anzahl an Aktoren und einen erfindungsgemäßen Spannungswandler zur Spannungsversorgung der Anzahl Aktoren durch die Ausgangs-Gleichspannung umfasst.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt
Fig.1 einen Spannungswandler mit einer ersten und zweiten Abschalteinheit,
Fig.2 unabhängige Spannungsmesseinheiten einer ersten und zweiten Abschalteinheit,
Fig.3a eine Überschreitung der zweiten Spannungsschwelle zu einem ersten Zeitpunkt, Fig.3b eine Überschreitung der zweiten Spannungsschwelle zu einem ersten und zweiten Zeitpunkt,
Fig.4 eine Überschreitung einer Mittelwertschwelle durch einen Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung,
Fig. 1a stellt einen Spannungswandler 2 dar, welcher an einem Ausgang eine Ausgangs- Gleichspannung Ua ausgibt. Weiters ist eine Spannungsmesseinheit VO vorgesehen, welches die Ausgangs-Gleichspannung Ua am Ausgang des Spannungswandlers 2 ermittelt. Der Spannungswandler 2 umfasst einen Spannungsregler 21 , welcher die Ausgangs- Gleichspannung Ua entsprechend einer vorgegebenen Sollspannung Usoll regelt. Hierzu wird der Spannungsregler von der Spannungsmesseinheit VO des Spannungswandlers 2 mit dem Spannungswert der Ausgangs-Gleichspannung Ua versorgt. Der Spannungswert der Ausgangs-Gleichspannung Ua kann zeitkontinuierlich aufgenommen werden oder auch zeitdiskret abgetastet werden. Der Spannungsregler 21 generiert Steuersignale S, welche eine Leistungseinheit 20 des Spannungsreglers 21 vorgegeben werden, um die Ausgangs- Gleichspannung Ua entsprechend der Sollspannung Usoll zu regeln. Als Spannungswandler 2 kann ein Gleichrichter vorgesehen sein, welcher an eine an einem Eingang anliegende Eingangs-Wechselspannung ue in die Ausgangs-Gleichspannung Ua wandelt, oder ein Gleichspannungswandler vorgesehen sein, weicher eine an einem Eingang anliegende Eingangs-Gleichspannung Ue in die Ausgangs-Gleichspannung Ua wandelt. Es kann am Spannungswandler 2 auch erst eine Wandlung der Eingangs-Wechselspannung ue in eine Zwischen-Gleichspannung erfolgen, wobei die Zwischen-Gleichspannung von einerweiteren Stufe des Spannungswandlers 2 oder auch von einem separat ausgeführten Gleichspannungswandler in die Ausgangs-Gleichspannung Ua gewandelt wird.
Die Spannungsmesseinheit VO kann zur Bestimmung der Ausgangs-Gleichspannung Ua die Ausgangs-Gleichspannung Ua mit einer Grundabtastrate zu Grundabtastzeitpunkten zeitdiskret abtasten, wobei die Grundabtastrate bevorzugt im Bereich von 100kHz liegen kann.
Die Leistungseinheit 20 umfasst üblicherweise eine Anzahl Leistungsschalter, welche entsprechend der Steuersignale S angesteuert werden. Da die Funktionsweise von Spannungswandlern 2 grundlegend bekannt ist, wird an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen.
Es kann eine Anzahl Aktoren mit dem Ausgang des Spannungswandlers 2 verbunden sein, wobei, die Anzahl Aktoren mit der Ausgangs-Gleichspannung Ua versorgt werden. Der Spannungswandler 2 kann beispielsweise Aktoren eines Langstatorlinearmotors oder Planarmotors mit der Ausgangs-Gleichspannung versorgen. Der Spannungswandler 2 umfasst eine erste Abschalteinheit 11 , welche ausgestaltet ist, bei Erreichen oder Überschreiten einer ersten Spannungsschwelle Ux1 durch die Ausgleichs- Gleichspannung Ua eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandler 2 zu erwirken, um die Ausgangs-Gleichspannung Ua zu reduzieren. Es wird somit sichergestellt, dass die Ausgangs-Gleichspannung Ua die erste Spannungsschwelle Ux1 nicht oder nur kurzfristig erreicht oder überschreitet.
Weiters umfasst der Spannungswandler 2 eine zweite Abschalteinheit 12, welche ausgestaltet ist, zu überprüfen ob ein Mittelwert Uam der Ausgangs-Gleichspannung Ua eine Mittelwertschwelle Uxm erreicht oder überschreitet und bei einem Erreichen oder einer Überschreitung der Mittelwertschwelle Uxa eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers 2 zu erwirken, um die Ausgangs-Gleichspannung Ua zu reduzieren. Die zweite Abschalteinheit 12 ist hier als integraler Bestandteil des Spannungswandlers 2 dargestellt, kann aber auch separat ausgeführt sein.
Die erste und/oder zweite Abschalteinheit 11, 12 können mikroprozessorbasierte Hardware umfassen, beispielsweise einen Computer oder Digitalen Signalprozessor (DSP), auf welchem entsprechende Software zur Durchführen der jeweiligen Funktion ausgeführt wird. Die erste und/oder zweite Abschalteinheit 11, 12 können auch eine integrierte Schaltung umfassen, beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein Field Programmable Gate Array (FPGA), auch mit einem Mikroprozessor. Die erste und/oder zweite Abschalteinheit 11, 12 können aber auch einen analogen Schaltkreis oder analogen Computer umfassen. Auch Mischformen sind denkbar. Ebenso ist es möglich, dass verschiedene Funktionen auf derselben Hardware implementiert sind
Eine mögliche Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers 2, sowohl durch die erste Abschalteinheit 11, als auch durch die zweite Abschalteinheit 12 erfolgt durch Abschaltsignale A1, A2, die auf die Leistungseinheit 20 einwirken. Es können beispielsweise durch entsprechende Abschaltsignale A1, A2 Leistungsschalter der Leistungseinheit 20 deaktiviert werden.
Vorzugsweise ist eine der ersten Abschalteinheit 11 zugehörige erste Spannungsmesseinheit V1 vorgesehen, welche unabhängig von der dem Spannungswandler 2 zugehörigen Spannungsmesseinheit V0 ausgeführt ist. Damit ist es für die erste Abschalteinheit 11 möglich den Wert der Ausgangs-Gleichspannung Ua zu ermitteln, auch wenn die dem Spannungswandler 2 zugehörige Spannungsmesseinheit V0 einen falschen Wert der Ausgangs-Gleichspannung Ua ermittelt.
Vorzugsweise ist eine der zweiten Abschalteinheit 12 zugehörige zweite Spannungsmesseinheit V2 vorgesehen, welche unabhängig von der dem Spannungswandler 2 zugehörigen Spannungsmesseinheit V0 ausgeführt ist. Damit ist es für die zweite Abschalteinheit 12 möglich den Wert der Ausgangs-Gleichspannung Ua zu ermitteln, auch wenn die dem Spannungswandler 2 zugehörige Spannungsmesseinheit VO einen falschen Wert der Ausgangs-Gleichspannung Ua ermittelt.
Sind eine erste und zweite Spannungsmesseinheit V1, V2 vorgesehen, die unabhängig von einer dem Spannungswandler 2 zugehörigen Spannungsmesseinheit VO ausgeführt sind, so ist es besonders vorteilhaft, wenn die erste und zweite Spannungsmesseinheit V1, V2 auch unabhängig voneinander ausgeführt sind, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Es kann alternativ auch nur eine erste Spannungsmesseinheit V1 vorgesehen sein, welche sowohl der ersten Abschalteinheit 11 , als auch der zweiten Abschalteinheit 12 den Wert der Ausgangs- Gleichspannung Ua zur Verfügung stellt.
Vorzugsweise wird geprüft, ob zu einem ersten Zeitpunkt tO ein Erreichen oder Überschreiten einer zweiten Spannungsschwelle Ux2, kleiner der ersten Spannungsschwelle Ux1 , durch die Ausgangs-Gleichspannung Ua detektiert wird. Erreicht oder überschreitet die Ausgangs-Gleichspannung Ua die zweite Spannungsschwelle Ux2 auch zu einem zweiten Zeitpunkt t1 nach Ablauf eines vorgegebenen Intervalls T1 ab dem ersten Zeitpunkt tO, wie in Fig. 1b schematisch angedeutet, so wird auf eine Überschreitung des Mittelwerts Uam der Ausgangsspannung Ua geschlossen. Vorzugsweise entspricht die zweite Spannungsschwelle Ux2 der Mittelwertschwelle Uxm.
Damit erfolgt bei einer kurzzeitigen Überschreitung der zweiten Spannungsschwelle Ux2 (z.B. aufgrund dynamischer Laständerungen und entsprechender kurzfristig erhöhter Ausgangs-Gleichspannung Ua) zum ersten Zeitpunkt tO (am Beginn des Intervalls T1) keine Abschaltung - sofern die erste Spannungsschwelle Ux1 nicht überschritten wird.
In Fig. 3a ist eine beispielhafte Ausgangs-Gleichspannung Ua dargestellt, wobei die Ausgangs-Gleichspannung Ua zwar die zweite Spannungsschwelle Ux2 zum ersten Zeitpunkt tO erreicht und überschreitet, jedoch die zweite Spannungsschwelle Ux2 zum zweiten Zeitpunkt t1 , nach Ablauf des Intervalls T 1 , nicht (mehr) erreicht oder überschreitet. Somit erfolgt keine Abschaltung des zumindest Teils des Spannungswandlers 2. Die Ausgangs-Gleichspannung Ua erreicht oder überschreitet hier auch niemals die erste Spannungsschwelle Ux1 , womit auch aus diesbezüglich keine Abschaltung erfolgt.
Ist die Ausgangs-Gleichspannung Ua zum zweiten Zeitpunkt t1 , nach Ablauf des Intervalls T1 größer/gleich der zweiten Spannungsschwelle, Ux2, so erfolgt aus diesem Grund eine Abschaltung des zumindest Teils des Spannungswandlers 2. Ein derartiger beispielhafter Verlauf der Ausgangs-Gleichspannung Ua ist in Fig. 3b dargestellt.
Zur Wahl des ersten Zeitpunktes tO und des zweiten Zeitpunktes t1 können in einer vorteilhaften Weise Abtastzeitpunkte verwendet werden, an denen die Ausgangs- Gleichspannung zeitdiskret abgetastet und zeitdiskret gemessen wird, beispielsweise durch die Spannungsmesseinheit VO. Zur Wahl der Abtastzeitpunkte wiederum können die Grundabtastzeitpunkte herangezogen werden, welche durch die Grundabtastrate der Spannungsmesseinheit VO festgelegt werden. Der erste Zeitpunkt tO und der zweite Zeitpunkt t1 sind dabei durch ein zeitliches Intervall zu trennen, wobei dieses zeitliche Intervall beispielsweise eine Länge von 0,01 bis 100 ms, oder vorzugsweise eine Länge von 0,1 bis 100 ms, oder besonders vorzugsweise eine Länge von 1 bis 100 ms aufweist. Bevorzugt ist dabei die Distanz zwischen dem ersten Zeitpunkt tO und dem zweiten Zeitpunkt t1 fest vorgegeben.
Obwohl in Fig. 3a und Fig. 3b zum ersten Zeitpunkt tO und zum zweiten Zeitpunkt t1 jeweils die Verwendung der gleichen zweiten Schwelle Ux2 dargestellt ist, kann alternativerweise zum ersten Zeitpunkt tO die zweite Schwelle Ux2 und zum Zeitpunkt t1 anstatt der zweiten Schwelle Ux2 eine dritte Schwelle Ux3 herangezogen werden (nicht dargestellt). In einer bevorzugten Weise liegt die dritte Schwelle Ux3 dabei unter der zweiten Schwelle Ux2. Es ist jedoch ebenso denkbar, eine über der zweiten Schwelle Ux2 liegende, dritte Schwelle Ux3 zu wählen.
Es kann der Mittelwert Uam der Ausgangs-Gleichspannung Ua in einer Berechnungseinheit, welche vorzugsweise integraler Bestandteil der zweiten Abschalteinheit ist, kontinuierlich berechnet und ein Erreichen oder eine Überschreitung einer Mittelwertschwelle Uxm überprüft werden. Ein derartiger Verlauf des Mittelwerts Uam ist in Fig. 4 dargestellt, wobei ebenso die Ausgangs-Gleichspannung Ua punktiert eingezeichnet ist. Der Mittelwert Uam erreicht an der mit x markierten Stelle die Mittelwertschwelle Uxm, womit eine Abschaltung des zumindest T eils des Spannungswandlers 2 erfolgt was eine Reduzierung der der Ausgangs-Gleichspannung Ua bewirkt, wie an der abflachenden zugehörigen Kurve ersichtlich ist. Wäre der ermittelte Mittelwert Uam geringer als die Mittelwertschwelle Uxm, so würde der zumindest Teil des Spannungswandlers 2 nicht abgeschaltet werden (außer die Ausgangs-Gleichspannung Ua erreicht oder überschreitet die erste Spannungsschwelle Ux1).
Es soll in Folge eine mögliche Bestimmung eines ersten Spannungslimits und eines Mittelwertlimits, beispielhaft beschrieben werden.
Ist am Spannungswandler 2 vorgesehen, dass die Ausgangs-Gleichspannung Ua im Bereich der Kleinspannung (extra low voltage) liegt und weiters einen Überspannungsschutz aufweist, so ist der Spannungswandler 2 ein PELV-System (protective extra low voltage) genannt. Ein PELV-System muss die Normen DIN EN 61800-5-1 VDE 0160-105-1:2018-09 und DIN EN 60204-1 VDE 0113-1:2019-06 erfüllen. Die No rm EN61800-5-1 fordert unter dem Punkt 3.21 einen elektrischen Stromkreis mit folgenden Eigenschaften: Die Spannung erreicht oder überschreitet sowohl bei einer einzelnen Fehlerbedingung als auch bei Normalbedingungen die ELV nicht dauerhaft;
- Schutztrennung von anderen Stromkreisen als PELV oder SELV;
Erdungseinrichtungen für den PELV-Stromkreis, seine berührbaren leitfähigen Teile oder beides
In Kapitel 4.3.1.1 „Verwendung der maßgeblichen Spannungsklassen (DVC)“ ist folgendes ausgeführt: Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag sind von der Klassifizierung der Stromkreise nach maßgeblichen Spannungen nach Tabelle 3 abhängig, die die Grenzwerte der Arbeitsspannung innerhalb des Stromkreises mit der DVC in Beziehung setzt. Die DVC gibt damit den erforderlichen Mindestschutzgrad für den Stromkreis an.
Die zugehörige Tabelle 3 ist im darauffolgenden Kapitel 4.3.1.2 „Grenzwerte der DVC“ dargelegt und zeigt für die Spannungsklasse DVC A eine Ausgangs-Gleichspannung mit einem Mittelwert von maximal 60V.
Entsprechend Kapitel 4.3.1.4.3 sind mit Verweis auf Tabelle 3 folgende Bedingungen definiert: Der arithmetische Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung darf maximal die Mittelwertobergrenze von 60 V betragen und der periodische Scheitelwert maximal die 1,17- fache Mittelwertobergrenze betragen, d.h. 60 V * 1,17 = 70,2 V.
Um maximale Effizienz des Spannungswandlers 2 zu erzielen, ist es gewünscht, die Ausgangs-Gleichspannung Ua so hoch wie möglich zu halten. Somit wird als erstes Spannungslimit der periodische Scheitelwert, welcher einen transienten Maximalwert darstellt, gewählt, d.h. bei 70,2 V. Es wird eine erste Spannungsschwelle Ux1 festgelegt, deren Wert vorteilhafterweise unter dem ersten Spannungslimit festgelegt ist, beispielsweise 63 V. Erreicht oder überschreitet die Ausgangs-Gleichspannung Ua diese erste Spannungsschwelle Ux1, so erfolgt eine sofortige Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers 2, um die Ausgangs-Gleichspannung Ua zu reduzieren.
Da für eine Einordnung als Kleinspannungs-System (DVCA) für die Ausgangs- Gleichspannung Ua ebenso ein maximaler Mittelwert (RMS) von 60V angegeben ist, wird das zweite Spannungslimit die Ausgangs-Gleichspannung Ua entsprechend des maximalen Mittelwerts gewählt, d.h. bei 60 V. Der Wert der Mittelwertschwelle Uam und/oder der zweiten Spannungsschwelle Ux2 ist vorzugsweise unter dem zweiten Spannungslimit festgelegt, z.B. bei 59,25 V. Die zweite Spannungsschwelle Ux2 kann aber auch dem zweiten Spannungslimit entsprechen.
Es wird über ein vorgegebenes Mittelwertintervall tm ein Mittelwert Uam der Ausgangs- Gleichspannung Ua gebildet und geprüft ob der Mittelwert Uam über einer Mittelwertschwelle Uxm liegt. Ist dem der Fall, so ist die Zusatzbedingung Z erfüllt und es erfolgt eine Abschaltung.
Erreicht oder überschreitet die Ausgangs-Gleichspannung Ua die erste Spannungsschwelle Ux1 nicht und erreicht oder überschreitet der Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung Ua die Mittelwertschwelle Ux2 nicht so fällt der Spannungswandler 2 in die DVCA-Klasse.
Der Mittelwert Uam kann wie oben ausgeführt, kontinuierlich berechnet und mit der Mittelwertschwelle Uxm verglichen werden und/oder auf ein Erreichen oder eine Überschreitung des Mittelwertes Uam der Ausgangs-Gleichspannung Ua geschlossen werden, wenn die Ausgangs-Gleichspannung Ua zu einem ersten Zeitpunkt tO und nach einem Intervall T1 zu einem zweiten Zeitpunkt t1 eine zweite Spannungsschwelle Ua2 (die vorzugsweise der Mittelwertschwelle Uxm entspricht) erreicht oder überschreitet.

Claims

Patentansprüche
1. Spannungswandler (2) zur Wandlung einer Eingangs-Spannung (ue, Ue) in eine Ausgangs-Gleichspannung (Ua), umfassend eine erste Abschalteinheit (11), welche ausgestaltet ist, bei Erreichen oder Überschreiten einer ersten Spannungsschwelle (Ux1) durch die Ausgleichs-Gleichspannung (Ua) eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandler (2) zu erwirken, um die Ausgangs-Gleichspannung (Ua) zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Abschalteinheit (12) vorgesehen ist, welche ausgestaltet ist, zu überprüfen ob ein, vorzugsweise quadratischer, Mittelwert der Ausgangs- Gleichspannung eine Mittelwertschwelle (Uxm) erreicht oder überschreitet und bei einem Erreichen oder einer Überschreitung der Mittelwertschwelle (Uxm) eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers (2) zu erwirken, um die Ausgangs- Gleichspannung (Ua) zu reduzieren.
2. Spannungswandler (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abschalteinheit (12) integraler Bestandteil des Spannungswandlers (2), vorzugsweise der ersten Abschalteinheit (11), ist
3. Spannungswandler (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abschalteinheit (12) ausgestaltet ist, einen ersten Zeitpunkt (tO) eines Erreichens oder Überschreiten einer zweiten Spannungsschwelle (Ux2), kleiner der ersten Spannungsschwelle (Ux1), durch die Ausgangs-Gleichspannung (Ua) zu detektieren und zu einem zweiten Zeitpunkt (t1) nach Ablauf eines vorgegebenen Intervalls (T1) ab dem ersten Zeitpunkt (tO) ein Erreichen oder Überschreiten der zweiten Spannungsschwelle (Ux2) durch die Ausgangs-Gleichspannung (Ua) zu überprüfen und bei einem Erreichen oder einer Überschreitung der zweiten Spannungsschwelle (Ux2) sowohl zum ersten Zeitpunkt (tO), als auch zum zweiten Zeitpunkt (t1), darauf zu schließen, dass der Mittelwert der Ausgangs- Gleichspannung (Ua) die Mittelwertschwelle (Uxm) erreicht oder überschreitet.
4. Spannungswandler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abschalteinheit (12) ausgestaltet ist, den Mittelwert (Uam) der Ausgangs- Gleichspannung (Ua) kontinuierlich zu berechnen und mit der Mittelwertschwelle (Uxm) zu vergleichen.
5. Spannungswandler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Abschalteinheit (11) zugehörige Spannungsmesseinheit (V1) zur Ermittlung der Ausgangs-Gleichspannung (Ua) unabhängig von einer dem Spannungswandler (2) zugehörigen Spannungsmesseinheit (V0) zur Ermittlung der Ausgangs-Gleichspannung (Ua) ausgeführt ist.
6. Spannungswandler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zweiten Abschalteinheit (12) zugehörige Spannungsmesseinheit (V2) zur Ermittlung der Ausgangs-Gleichspannung (Ua) unabhängig von einer dem Spannungswandler (2) zugehörigen Spannungsmesseinheit (VO) zur Ermittlung der Ausgangs-Gleichspannung (Ua) ausgeführt ist.
7. Spannungswandler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (2) einen Gleichrichter zum Wandeln einer Eingangs- Wechselspannung (ue) in die Ausgangs-Gleichspannung (Ua) darstellt.
8. Spannungswandler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (2) einen Gleichspannungswandler zum Wandeln einer Eingangs-Gleichspannung (Ue) in die Ausgangs-Gleichspannung (Ua) darstellt.
9. Langstatorlinearmotor umfassend eine Anzahl an Aktoren und einen Spannungswandler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Spannungsversorgung der Anzahl Aktoren durch die Ausgangs-Gleichspannung (Ua).
10. Planarmotor, umfassend eine Anzahl an Aktoren und einen Spannungswandler (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Spannungsversorgung der Anzahl Aktoren durch die Ausgangs-Gleichspannung (Ua).
11. Verfahren zur Überwachung einer Ausgangs-Gleichspannung (Ua) eines Spannungswandlers (2), wobei eine erste Spannungsschwelle (Ux1) vorgesehen ist und wobei bei Erreichen oder Überschreitung der ersten Spannungsschwelle (Ux1) durch die Ausgleichs-Gleichspannung (Ua) eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers erfolgt, um die Ausgangs-Gleichspannung (Ua) zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird ob ein, vorzugsweise quadratischer, Mittelwert (Uam) der Ausgangs-Gleichspannung (Ua) eine Mittelwertschwelle (Uxm) erreicht oder überschreitet, und dass bei einem Erreichen oder einem Überschreiten der Mittelwertschwelle (Uxm) eine Abschaltung zumindest eines Teils des Spannungswandlers (2) erfolgt, um die Ausgangs-Gleichspannung (Ua) zu reduzieren.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen oder Überschreitung der ersten Spannungsschwelle (Ux1) durch die Ausgleichs-Gleichspannung (Ua) und/oder einem Erreichen oder Überschreiten der Mittelwertschwelle (Uxm) durch den Mittelwert (Uam) Leistungsschalter des Spannungswandlers (2) deaktiviert werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Spannungsschwelle (Ux2), kleiner der ersten Spannungsschwelle (Ux1) vorgesehen ist, dass ein erster Zeitpunkt (tO) eines Erreichens oder Überschreiten der zweiten Spannungsschwelle (Ux2), durch die Ausgangs-Gleichspannung (Ua) detektiert wird und dass bei Erreichen oder Überschreiten der zweiten Spannungsschwelle (Ux2) durch die Ausgangs-Gleichspannung (Ua) zu einem zweiten Zeitpunkt (t1) nach Ablauf eines Intervalls (T1) ab dem ersten Zeitpunkt (tO) auf ein Erreichen oder eine Überschreitung der Mittelwertschwelle (Uxm) durch den Mittelwert (Uam) der Ausgangs-Gleichspannung (Ua) geschlossen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannungsschwelle (Ux2) der Mittelwertschwelle (Uxm) entspricht.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert (Uam) der Ausgangs-Gleichspannung (Ua) kontinuierlich berechnet wird
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