WO2018033374A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung eines elektrischen verbrauchers - Google Patents

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WO2018033374A1
WO2018033374A1 PCT/EP2017/069260 EP2017069260W WO2018033374A1 WO 2018033374 A1 WO2018033374 A1 WO 2018033374A1 EP 2017069260 W EP2017069260 W EP 2017069260W WO 2018033374 A1 WO2018033374 A1 WO 2018033374A1
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WO
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circuit arrangement
electrical load
current
threshold value
clock divider
Prior art date
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PCT/EP2017/069260
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English (en)
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Johannes ZONDLER
Yannick Chauvet
Michael Wilhelm Haas
Federico Ignacio Sanchez Pinzon
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/00006—Changing the frequency

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of claim 1, and a method according to the independent claim.
  • the electrical load can be controlled such that a thermal overload of the electrical load is avoided.
  • the invention relates to a circuit arrangement for controlling a
  • the circuit arrangement comprises a forward-backward counter, and wherein the circuit arrangement is designed, depending on a count of the forward-backward Counter to generate a control signal for controlling the electrical load, in particular for switching off the electrical load.
  • the circuit arrangement comprises a controllable clock divider circuit, by means of which the circuit arrangement is designed to specify a counting direction and a counting speed of the forward-backward counter in dependence on at least one an actual current and / or a nominal current of the electrical load characterizing size.
  • An up-down counter is through a digital counter circuit
  • the up-down counter is configured to be driven with a first and a second clock signal. If the first clock signal is active, the counter counts forward, if the second clock signal is active, the counter counts backwards. If none of the
  • Said control signal for controlling the electrical load is preferably generated when the count of the forward-backward counter has reached or exceeded a predefinable overflow threshold.
  • a count rate ("count frequency") of the up-down counter is defined by a time change of the count, which is generally characterized by a binary number. In a preferred embodiment, the count is changed by a value "one" with each clock step.
  • the counting speed can be predetermined by the choice of a clock frequency and / or by the choice of a division factor characterizing the clock divider circuit.
  • circuit arrangement to a control logic, which is adapted to the forward-backward counter in response to the at least one of the actual current and / or the rated current of the
  • the electrical consumer can be any electrically operable
  • Be device such as a solenoid, an electric motor, or the like.
  • the electrical load can be switched by means of a semiconductor switch, in particular by means of a MOSFET (English: “metal oxide-semiconductor field-effect transistor”).
  • MOSFET metal oxide-semiconductor field-effect transistor
  • Circuit arrangement can be designed to take into account or simulate the thermal behavior of the electrical load and / or the semiconductor switch.
  • the circuit arrangement is designed to take into account or emulate in particular the thermal behavior of the "weaker” or “more critical” element, for example of the MOSFET.
  • the actual current of the electrical load can be determined for example by means of a comparatively low ohmic resistance, which is connected in an electrical supply line of the electrical load.
  • a potential or a voltage can be detected at the resistor in proportion to the actual current.
  • the potential or the voltage is the variable characterizing the actual current.
  • the rated current is for example from a data sheet of the electrical
  • the circuit arrangement is adapted to the counting direction and the counting speed of the up-down counter in response to at least one of the actual current and the rated current of the electric
  • a difference can advantageously be formed as a function of the actual current and the nominal current, with a positive difference of the forward-backward counter counts forward and counts in negative difference of the forward-backward counter backwards. If the difference falls below a predefinable amount, the forward-backward counter (preferably) can be stopped, the count preserved.
  • the said difference can for example be formed virtually by means of configuration of the clock divider circuit and therefore does not necessarily require an explicit subtraction of two currents or voltages.
  • the circuit arrangement is designed to the
  • the circuit arrangement performs at least approximately a (thermal) monitoring of the electrical load and / or a semiconductor switch controlling the electrical load according to the so-called "I 2 t principle".
  • a square of the actual current (“I 2 ") characterizes a power consumed by the electrical load.
  • the product of the square of the actual current over time (“l 2 t”) characterizes an energy absorbed by the electrical load, in particular a loss energy.
  • the forward-backward counter allows, in particular, an integral formation over the said product "l 2 t" of the actual current or an integral formation over a difference of the products "l 2 t" of the actual current and of the
  • circuit arrangement simulates, as it were, a thermal behavior of the electrical load or of the semiconductor switch.
  • circuit arrangement is integrated
  • the semiconductor integrated circuit executed or included in a semiconductor integrated circuit with.
  • the semiconductor integrated circuit is, for example, an ASIC
  • the invention has the advantage that an electrical consumer can be operated for a short time with a higher electrical power than the rated power. This concerns, for example, a start-up of the electrical load or a short-term peak load possible during operation. A possible thermal overload of the electrical consumer or the electrical
  • the circuit arrangement can thanks to the controllable
  • Clock divider circuit advantageously be realized using particularly simple digital switching elements.
  • it is not necessary to explicitly square the variable characterizing the actual current, as will be explained in more detail below.
  • the circuit arrangement is designed to at least one division factor of the controllable clock divider circuit in
  • the counting speed (counting frequency) of the forward-backward counter can be preset in a particularly simple and cost-effective manner as a function of the actual current and / or the rated current.
  • the division factor can be changed in steps by a factor of 2 in each case. This advantageously allows a particularly simple embodiment of the controllable clock divider circuit. Additionally or alternatively, it can be provided that the division factor is optionally variable by a factor of 2 or 4 or 8 or 16 or 32 or 64. The latter alternative may be advantageous, for example, if in one embodiment the clock divider circuit comprises only one clock divider by means of which the forward-backward counter can be clocked for both count directions.
  • controllable clock divider circuit comprises a first and a second controllable clock divider, wherein the first controllable clock divider is adapted to the forward-backward counter for a
  • Counting up counting and wherein the second controllable clock divider is adapted to clock the up-down counter for a count down.
  • a control of the clock divider circuit can be particularly easily done, and a count speed of the forward-backward counter can be changed very flexible.
  • the clock divider circuit comprises (only) a first clock divider, wherein the first clock divider is configured to clock the up-down counter at a clock input, and wherein the forward divider Reverse counter has at least one control input for a counting direction of the forward-backward counter, and wherein the forward-backward counter is adapted to count up or count down in response to the at least one control input or to hold a count.
  • the count can be held by locking the one clock input of the up-down counter by means of a digital gate.
  • the circuit arrangement is designed to compare the variable characterizing the actual current of the electrical load with a threshold value and to change the threshold value as a function of the comparison, and in particular also as a function of the threshold value itself.
  • variable characterizing the actual current of the electrical load is a first potential, wherein the first potential is connected to a first input of a comparator, and wherein a second input of the comparator is connected to a second potential, and wherein the circuit arrangement is configured to change the second potential in dependence on the second potential itself and in dependence on an output signal of the comparator.
  • the threshold value described above corresponds to the second potential or a voltage comparable thereto.
  • the circuit arrangement is designed to predetermine the threshold value by selecting from a plurality of differently sized reference threshold values, wherein the circuit arrangement is further configured to then select a larger reference threshold relative to a current reference threshold value, if the actual current of the electrical load characterizing size greater than the threshold and then selecting a smaller reference threshold with respect to a current reference threshold if the magnitude characterizing the actual current of the electrical load is less than the threshold.
  • a current value range for the variable characterizing the actual current of the electrical load can be determined.
  • At least some, but preferably all, differently sized reference threshold values are continuous to one another at least approximately by a factor of approximately 42.
  • this factor has a value between about 1, 3 and about 1, 6.
  • this factor has a value between about 1, 2 and about 1, 7.
  • this factor has a value between about 1, 1 and about 1, 9.
  • the analog-to-digital conversion described above is thus preferably non-linear.
  • Circuit arrangement can be advantageously realized using particularly simple digital switching elements.
  • the circuit arrangement is designed to have at least one division factor of the controllable clock divider circuit as a function of a digital variable characterizing the threshold value
  • the counting speed of the forward-backward counter can advantageously be predetermined by means of the division factor.
  • circuitry is adapted to the
  • the circuit arrangement is designed to switch off the electrical load (immediately) when the threshold value has reached a predefinable maximum reference threshold value.
  • the electrical load and / or a semiconductor switch controlling the electrical load can advantageously be advantageously monitored and protected with respect to any overcurrent.
  • the invention relates to a method for operating a
  • Circuit arrangement for controlling an electrical load, wherein the circuit arrangement comprises a forward-backward counter, and wherein the
  • Circuit arrangement in response to a count of the forward-backward counter, a control signal for controlling the electrical
  • the circuit arrangement comprises a controllable
  • Timing divider circuit by means of which the circuit arrangement specifies a counting direction and a counting speed of the forward-backward counter as a function of at least one variable that characterizes an actual current and / or a nominal current of the electrical load.
  • Embodiment is the size characterizing the actual current a potential or a voltage.
  • controllable comprises
  • Clock divider circuit comprising a first and a second controllable clock divider, the method comprising at least one of the following steps:
  • the first controllable clock divider clocks the up-down counter for
  • the second controllable clock divider clocks the up-down counter for counting down
  • the circuit arrangement outputs a division factor of the first and / or the second controllable clock divider in dependence on the at least one
  • Characterizing size before, in particular, the division factor in stages by a factor of 2 is variable.
  • the variable characterizing the actual current of the electrical load is given a threshold value compared, wherein depending on the comparison, and in particular also as a function of the threshold itself, the threshold value is changed.
  • the threshold value is a potential or a
  • the threshold value is predetermined by selection from a plurality of differently sized reference threshold values, wherein a reference threshold value greater than a current reference threshold value is selected if the variable characterizing the actual current of the electrical consumer is greater than the threshold value, and then selecting a smaller reference threshold with respect to a current reference threshold when the magnitude characterizing the actual current of the electrical load is less than the threshold.
  • variable characterizing the actual current of the electrical load is a first potential, wherein the first potential is connected to a first input of a comparator, and wherein a second input of the comparator is connected to a second potential, and wherein the second potential is given in dependence on the second potential itself and an output signal of the comparator.
  • the second potential is predetermined by selecting from a plurality of different sized reference potentials, wherein then a reference potential larger in relation to a current reference potential is selected, if the first potential is greater than the second potential, and then an in With respect to a current reference potential, smaller reference potential is selected when the first potential is less than the second potential.
  • a digital variable is determined as a function of the threshold value or the second potential, and at least one division factor of the controllable clock divider circuit (or a first and a second clock divider of the clock divider circuit) is predetermined as a function of the digital variable.
  • the digital size is determined by means of an analog-to-digital converter.
  • Reference threshold greater reference threshold, if the
  • Reference threshold smaller reference threshold, if the
  • Delay times is performed to prevent uncontrolled oscillation of the threshold or the second potential.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a circuit arrangement for controlling an electrical load
  • FIG. 2 shows a flowchart for a first method for operating the
  • FIG. 3 shows a flow chart for a second method for operating the
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement 10 for controlling an electrical load 12, wherein the circuit arrangement 10 includes a forward-backward counter 14, and wherein the circuit arrangement 10 is adapted to a control signal depending on a count of the forward-backward counter 14 16 for controlling the electrical load 12, in particular for switching off the electrical load 12 to produce.
  • the block represented in FIG. 1 by the reference numeral 12 has a semiconductor switch controlling the electrical load 12 and a low-resistance measuring resistor connected in series with it for the actual current.
  • circuit arrangement 10 comprises a controllable
  • Clock divider circuit 18 by means of which the circuit arrangement 10 is formed, a counting direction and a count speed of the forward-backward counter 14 in response to at least one of an actual current and / or a rated current of the electrical load 12th
  • the circuit arrangement 10 is designed to predefine at least one division factor 24 of the controllable clock divider circuit 18 as a function of the at least one variable 20 or 22 characterizing the actual current and / or the rated current of the electrical load 12.
  • the division factor 24 can be changed in steps by a factor of 2, in the present case from a factor of 1/1 to a factor of 1/64.
  • the circuit arrangement 10 of Figure 1 includes the controllable
  • Clock divider circuit 18 includes first and second controllable clock dividers 18a and 18b, wherein the first controllable clock divider 18a is adapted to clock the up-down counter 14 for up-counting, and wherein the second controllable clock divider 18b is adapted to forward-feed Reverse counter 14 to count down.
  • a symbolic arrow 26 indicates a clock input of the up-down counter 14 for counting up
  • a symbolic arrow 28 indicates a clock input of the up-down counter 14 for counting down.
  • the circuit arrangement 10 comprises an (optional) prescaler 29, which is shown in FIG. 1 in an upper area.
  • the prescaler 29 has eight divider stages, which enable a configurable pre-division of a clock input signal 31 in steps of 1/1, 1/2, 1/4 to 1/128.
  • the thus pre-assigned clock input signal 31 is used as a clock signal 31 a for the first clock divider 18 a and as a clock signal 31 b for the second clock divider 18 b.
  • a clock frequency of the clock signals 31 a and 31 b can be specified or configured.
  • a configuration of the circuit arrangement 10 by means of a so-called "MSC bus" (Micro Second Bus).
  • Horizontal dashed lines 33 below the prescaler 29 indicate that the clock division enabled by the prescaler 29 is configurable. In the present case, different clock frequencies can be predetermined for the clock signal 31 a and for the clock signal 31 b. By means of this configuration, the
  • circuit 10 Operation of the circuit 10 is particularly well adapted to the operation of the clock divider 18a and 18b or particularly well to properties of the electrical load 12.
  • the circuit arrangement 10 is designed to match the actual current of the electrical load 12
  • Characterizing size 20 to be compared with a threshold value 30 and depending on the comparison, and in particular also as a function of the threshold value 30 itself, to change the threshold value 30.
  • the circuit arrangement 10 is designed in this case, the
  • Threshold 30 by selecting from a plurality of differently sized reference thresholds 30 ', wherein the circuit arrangement 10 is further adapted to then select a relation to a current reference threshold 30' larger reference threshold 30 ', when the actual current of the electrical load 12 characterizing size 20 is greater than the threshold value 30, and then select a reference threshold 30 'smaller in relation to a current reference threshold value 30', if the current 20 of the electrical load 12 characterizing size 20 is smaller than the threshold value 30.
  • the circuit arrangement 10 of Figure 1 comprises a comparator 32 and a logic 34, which an output signal 32a of the comparator 32 is supplied.
  • the current 20 characterizing the actual current is supplied to a non-inverting input of the comparator 32, and the threshold value 30 is supplied to an inverting input of the comparator 32.
  • the size 20 and the threshold value 30 each correspond to an electrical potential or a voltage.
  • Reference thresholds 30 ' are contiguous to one another at least approximately by a factor of approximately each time.
  • the magnitude 20 characterizing the actual current and the reference threshold values 30 ' are each characterized by a voltage.
  • the reference threshold values 30 ' are each characterized by a voltage.
  • Reference Thresholds 30 continuously have values of 10mV (millivolts) / 15mV / 20mV / 30mV / 40mV / 60mV / 80mV / 1 10mV. For example, this is
  • the circuit arrangement 10 of FIG. 1 is designed to predefine at least one division factor 24 of the controllable clock divider circuit 18 as a function of a digital variable 36 characterizing the threshold value 30. This is done by means of a control circuit 37.
  • an arrow 38 indicates the respective one
  • Dividing factors 1/64 to 1/1 in the drawing ascending from right to left associated reference thresholds 30 '. These have in the present example seven values 15mV / 20mV / 30mV / 40mV / 60mV / 80mV / 1 10mV.
  • An eighth reference threshold value 30 'with the value 10 mV is characterized in the drawing to the right of the first clock divider 18a by an arrow and a mass symbol (in each case without reference numerals).
  • an arrow 40 indicates the respective one
  • Division factors 1/1 to 1/64 in the drawing from left to right increasing associated reference thresholds 30 ' have in the present example seven values 10mV / 15mV / 20mV / 30mV / 40mV / 60mV / 80mV.
  • An eighth reference threshold value 30 'with the value 1 10mV is characterized in the drawing to the right of the second clock divider 18b by an arrow and a mass symbol (in each case without reference symbols).
  • the drawn vertical arrow points to the nominal current of the electrical load 12 characterizing size 22 out.
  • the size 22 is in the present example 30mV and is preferably the same for both clock dividers 18a and 18b. Compare to the above-described reference thresholds 30 ', which are assigned in ascending order along the arrows 38 and 40.
  • the function of the control circuit 37 is illustrated by means of dashed lines and arrows.
  • Dotted lines 37a and 37b which are drawn horizontally below the first and second clock divider 18a and 18b, respectively characterize a "multiplexer function" and a “tracking controller".
  • seven downwardly directed arrows are shown at outputs of the first and second clock divider 18a and 18b, which can each be "contacted” by a circular symbol displaceable horizontally along the lines 37a and 37b.
  • Counter 14 are connected for counting down.
  • Respective binary values "1" and “0" shown above the horizontal arrows 38 and 40 represent an activation of the respective outputs of the first and second clock divider 18a and 18b which can be predetermined by means of a configuration.
  • the binary value "1” means an activation, in which case the respective output, if it is contacted by the respective multiplexer function, transmits a clock signal divided according to the division factor 24 to the forward-backward counter 14.
  • the binary value "0" means that no clock signal is transmitted to the forward-backward counter 14. This allows a comparatively flexible configuration of the clock dividers 18a and 18b.
  • an up-counting, a down-counting or a holding state of the up-down counter 14 can be configured.
  • a not desired for a particular output counting direction is per
  • Counting direction is enabled by means of the specifiable binary value "1"
  • the threshold value 30 is greater than the rated current
  • Threshold 30 a division factor 24 correspondingly faster
  • Said activation or deactivation of the outputs of the first and second clock divider 18a and 18b in conjunction with the associated reference threshold values 30 'and the multiplexer function ("tracking controller") is carried out, for example, according to the following rules: (1) The contacting (circle symbol) of the outputs is carried out for the first and second clock divider 18a and 18b in the example of FIG. 1 to exactly the same reference threshold values 30 '.
  • the second output of the first clock divider 18a is contacted from the right, corresponding to a reference threshold value 30 'of 20 mV.
  • the left third output of the second clock divider 18b is contacted, corresponding to a reference threshold value 30 'of likewise 20mV.
  • the associated outputs of the first and second clock divider 18a and 18b are both deactivated, ie "0".
  • the forward-backward counter 14 does not count but maintains its count.
  • gate multiplexer circuits, programmable dividers, high-ohm control of outputs and the like
  • the circuitry 10 includes only the first clock divider 18a, wherein the first clock divider 18a is configured to clock the up-down counter 14, and the forward-backward counter 14 has at least one control input for one Counting direction of the forward-backward counter 14, and wherein the forward-backward counter 14 is adapted to count up or count down in response to the at least one control input or a
  • This embodiment is functionally equivalent to the embodiment of Figure 1, and allows the circuit structure if necessary to simplify. Activation of the multiplexer function described above may possibly be somewhat more complicated.
  • the actual current of the electrical load 12 corresponds to the rated current, which is, for example, 2.5 amperes.
  • the current 20 characterizing the actual current is thereby
  • Threshold 30 is incremented using reference thresholds 30 'along the
  • the threshold value 30 is now larger than the
  • the threshold value 30 using the same speakerssschwelltone 30 'lowered by one level, in this case to a value of 20mV.
  • the threshold value 30 is increased by one level using the same reference threshold values 30 ', ie (again) to a value of 30 mV. And so on.
  • the threshold value 30 oscillates continuously between the two
  • Reference thresholds 30 'of 20mV and 30mV In one embodiment of the
  • Logic 34 is achieved by a predeterminable delay in logic 34, that a frequency of said oscillation, for example in the same
  • Magnitude is how an expected rate of change of the actual current.
  • the frequency of the oscillation is at least as great as the expected rate of change of the actual current.
  • the digital quantity 36 corresponding to the oscillation is characterized alternately by the threshold values 30 of 20 mV and 30 mV. In an alternative embodiment, the digital quantity 36 is constantly characterized by the lower threshold 30 of 20mV. In an alternative Embodiment, digital size 36 is constant through the top
  • Threshold 30 characterized by 30mV.
  • Outputs with mutually equal threshold values 30 take place, in the example thus at 20 mV or 30 mV or alternately 20 mV and 30 mV. Accordingly, in the example for the first clock divider 18a, a division factor 24 of 1/32 or 1/16 or alternately 1/32 and 1/16 results. Accordingly, in the example for the second clock divider 18b, a division factor 24 of 1/4 or 1/8 or
  • the up-down counter 14 counts down comparatively slowly (20mV) and the up-down counter 14, respectively keeps its current count (30mV), or the forward-backward counter 14 alternately counts backwards slowly and maintains its meter reading (20mV and 30mV).
  • the contacting (circular symbol) of the first or second clock divider 18a and 18b by means of the multiplexer function only takes place when the associated output of the clock divider 18a or 18b is activated with a binary value "1". In this way, unnecessary selection operations on the respectively unnecessary clock divider 18a and 18b can be avoided, whereby the
  • Arrow 22 characterizes. It is assumed in the present case that this current count is less than an overflow threshold of the forward-backward counter 14. Accordingly, the control signal 16 is inactive, and has, for example, a value "zero".
  • the electrical load 12 can be controlled and operated by means of a drive signal 42 in a normal manner.
  • control signal 16 and the drive signal 42 can be combined outside the electrical load 12 by means of a logic circuit or the like, so that the electrical load 12 or the electrical load 12
  • triggering semiconductor switch is driven with the combined signal.
  • the actual current of the electrical load 12 is smaller or is, for example, 1, 8 amps.
  • the actual current characterizing size 20 is then
  • the threshold 30 used in logic 34 oscillates between the two reference thresholds 30 'of 15mV and 20mV.
  • the digital quantity 36 is accordingly characterized by a threshold value 30 of 15 mV or 20 mV or alternately by the threshold values 30 of 15 mV and 20 mV.
  • the division factor 24 of the second clock divider 18b is 1/2 or 1/4 or alternately 1/2 and 1/4.
  • the first clock divider 18a is inactive because of the binary values "0" configured for the threshold values 30 of 15mV and 20mV, respectively.
  • the forward-backward counter 14 counts down continuously, either slowly (division factor 24 equal to 1/4) or medium-fast
  • the control signal 16 is still inactive.
  • the threshold value 30 and correspondingly the digital variable 36 at least approximately follow a time course of the Actual current characterizing size 20.
  • the threshold value 30 runs the actual current of the electrical load 12 and the size 20, so to speak, "behind". In this case, the threshold value 30 generally oscillates in each case between two adjacent reference threshold values 30 '.
  • the forward-backward counter 14 can now advance count, wherein a counting speed increases with increasing threshold value 30 disproportionately, in particular at least approximately quadratically.
  • the control signal 16 becomes active, for example "one". Thereby, the electrical load 12 can be controlled and in particular switched off, whereby a possible thermal overload of the electrical load 12 and the semiconductor switch driving the electrical load 12 can be prevented.
  • a thermal capacity and optionally other variables characterizing the electrical load 12 or the semiconductor switch, in particular thermal variables are characterized by corresponding parameters of the circuit arrangement 10. These parameters may include, for example, the characteristics of the prescaler 29 and the clock dividers 18a and 18b, as well as a maximum count range of the up-down counter 14 and a preset overflow threshold.
  • the circuit arrangement 10 of Figure 1 allows at least approximately a (thermal) monitoring of the electrical load 12 according to the so-called "I 2 t principle".
  • I 2 a square of the actual current
  • the product of the square of the actual current characterizes with time (“l 2 t") an energy absorbed by the electrical load 12, in particular a loss energy.
  • the forward-backward counter 14 in particular allows an integral formation over the said product "l 2 t".
  • the reference threshold values 30 '- as described in FIG. 1 - are continuous with one another at least approximately by one factor at a time
  • the circuit arrangement 10 can be advantageously realized using particularly simple digital switching elements.
  • circuit arrangement 10 In a further embodiment, the circuit arrangement 10,
  • logic 34 designed to monitor the electrical load 12 and / or a semiconductor switch controlling the electrical load 12 in addition to an excessively high actual current
  • FIG. 2 shows, in addition to FIG. 1, a first flowchart for a
  • Forward-reverse counter 14 includes, and wherein the circuit 10 in response to a count of the forward-backward counter 14, a control signal 16 for controlling the electrical load 12, in particular for switching off the electrical load 12, generates.
  • the circuit arrangement 10 comprises a controllable clock divider circuit 18, by means of which the circuit arrangement 10 specifies a counting direction and a counting speed of the forward-backward counter 14 as a function of at least one an actual current and / or a nominal current of the electrical load 12 characterizing size 20, 22.
  • the clock divider circuit 18 is configured according to the rated current of the electrical load 12.
  • the (optional) prescaler 29 and the overflow threshold of the up-down counter 14 can be configured.
  • the current 20 characterizing the actual current is determined.
  • the method performed in block 1 10 is characterized by at least one of the following steps:
  • the variable 20 characterizing the actual current of the electrical load 12 is compared with the threshold value 30, the threshold value 30 being changed as a function of the comparison, and in particular also as a function of the threshold value 30 itself.
  • the threshold value 30 is predetermined by means of a selection from a plurality of differently sized reference threshold values 30 ', wherein a reference threshold value 30' greater than a current reference threshold value 30 'is selected if the variable 20 characterizing the actual current of the electrical load 12 is greater than the threshold value Threshold 30, and then a smaller reference threshold relative to a current reference threshold 30 '
  • the method performed in block 120 is characterized by at least one of the following steps: the first controllable clock divider 18a clocks the up-down counter 14 for up-counting,
  • the second controllable clock divider 18b clocks the up-down counter 14 for counting down
  • the circuit arrangement 10 predetermines a division factor 24 of the first and / or the second controllable clock divider 18a or 18b as a function of the at least one variable 20, 22 characterizing the actual current and / or the rated current of the electrical load 12, in which case the division factor 24 gradually by a factor of 2 is variable.
  • the binary values described above ensure that the forward
  • Reverse counter 14 receives at most one clock signal from the clock dividers 18a and 18b.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a method for operating the circuit arrangement 10 of FIG. 1. The following steps are carried out cyclically:
  • step (f) Returning to step (a) or block 200 of the method.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers (12), wobei die Schaltungsanordnung (10) einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts- Rückwärts-Zählers (14) ein Steuersignal (16) zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers (12), insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers (12), zu erzeugen. Dabei umfasstdie Schaltungsanordnung (10) eine steuerbare Taktteilerschaltung (18), mittels welcher die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts- Rückwärts-Zählers (14) in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden Größe (20, 22) vorzugeben.

Description

Beschreibung Titel
Schaltungsanordnung zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie ein Verfahren nach dem nebengeordneten Patentanspruch.
Vom Markt her bekannt sind elektronische Schaltungen, welche einen elektrischen Verbraucher ansteuern können und dabei eine Leistungsaufnahme bzw. eine Stromaufnahme des elektrischen Verbrauchers ermitteln können. In Abhängigkeit von vorgebbaren Kriterien kann der elektrische Verbraucher derart angesteuert werden, dass eine thermische Überlastung des elektrischen Verbrauchers vermieden wird.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , sowie durch ein Verfahren nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines
elektrischen Verbrauchers, wobei die Schaltungsanordnung einen Vorwärts- Rückwärts-Zähler umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts- Zählers ein Steuersignal zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers, insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers, zu erzeugen. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung eine steuerbare Taktteilerschaltung, mittels welcher die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet ist, eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vorzugeben.
Ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler ist durch eine digitale Zählerschaltung
charakterisiert, welche in Abhängigkeit von mindestens einem Taktsignal wahlweise vorwärts ("aufwärts") bzw. rückwärts ("abwärts") zählen kann, wobei ein Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers entsprechend erhöht bzw. erniedrigt wird. Dies charakterisiert zugleich eine "Zählrichtung" des Vorwärts- Rückwärts-Zählers. In einer Ausgestaltung ist der Vorwärts-Rückwärts-Zähler dazu ausgebildet, mit einem ersten und einem zweiten Taktsignal angesteuert zu werden. Falls das erste Taktsignal aktiv ist, zählt der Zähler vorwärts, falls das zweite Taktsignal aktiv ist, zählt der Zähler rückwärts. Falls keines der
Taktsignale aktiv ist, zählt der Zähler nicht, wobei er seinen Zählerstand hält. Das besagte Steuersignal zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers wird vorzugsweise dann erzeugt, wenn der Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts- Zählers eine vorgebbare Überlaufschwelle erreicht bzw. überschritten hat.
Eine Zählgeschwindigkeit ("Zählfrequenz") des Vorwärts-Rückwärts-Zählers ist durch eine zeitliche Änderung des Zählerstands, welcher im Allgemeinen durch eine Binärzahl charakterisiert ist, definiert. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Zählerstand mit jedem Taktschritt um einen Wert "eins" verändert.
Entsprechend kann die Zählgeschwindigkeit durch die Wahl einer Taktfrequenz und/oder durch die Wahl eines die Taktteilerschaltung charakterisierenden Teilungsfaktors vorgegeben werden.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Schaltungsanordnung eine Steuerlogik auf, welche dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler in Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des
elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe derart zu betreiben, dass ein Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers mit einem jeweiligen Taktschritt um eine positive oder negative Zahl größer gleich Null veränderbar ist, wodurch die Zählrichtung und die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers vorgebbar sind. Dadurch können ein Inkrement bzw. Dekrement des Vorwärts- Rückwärts-Zählers dynamisch verändert werden. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass ein umschaltbarer Taktteiler gegebenenfalls entbehrlich ist.
Der elektrische Verbraucher kann eine beliebige elektrisch betreibbare
Vorrichtung sein, beispielsweise eine Magnetspule, ein Elektromotor, oder dergleichen. Beispielsweise kann der elektrische Verbraucher mittels eines Halbleiterschalters, insbesondere mittels eines MOSFETs (englisch: "metal- oxide-semiconductor field-effect transistor"), geschaltet werden. Die
Schaltungsanordnung kann dazu ausgebildet sein, das thermische Verhalten des elektrischen Verbrauchers und/oder des Halbleiterschalters zu berücksichtigen bzw. nachzubilden. In einer Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, insbesondere das thermische Verhalten des "schwächeren" bzw. "kritischeren" Elements, beispielsweise des MOSFETs, zu berücksichtigen bzw. nachzubilden.
Der Iststrom des elektrischen Verbrauchers kann beispielsweise mittels eines vergleichsweise niederohmigen ohmschen Widerstands ermittelt werden, welcher in eine elektrische Zuleitung des elektrischen Verbrauchers geschaltet ist. An dem Widerstand kann proportional zum Iststrom ein Potenzial bzw. eine Spannung erfasst werden. Das Potenzial bzw. die Spannung ist dabei die den Iststrom charakterisierende Größe.
Der Nennstrom ist beispielsweise aus einem Datenblatt des elektrischen
Verbrauchers bzw. des Halbleiterschalters bekannt.
Vorzugsweise ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, die Zählrichtung und die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von mindestens einer den Iststrom und den Nennstrom des elektrischen
Verbrauchers charakterisierenden Größe vorzugeben. Dabei kann vorteilhaft eine Differenz in Abhängigkeit von dem Iststrom und dem Nennstrom gebildet werden, wobei bei positiver Differenz der Vorwärts-Rückwärts-Zähler vorwärts zählt und bei negativer Differenz der Vorwärts-Rückwärts-Zähler rückwärts zählt. Falls die Differenz einen vorgebbaren Betrag unterschreitet, kann der Vorwärts- Rückwärts-Zähler (vorzugsweise) angehalten werden, wobei der Zählerstand erhalten bleibt. Die besagte Differenz kann beispielsweise virtuell mittels Konfiguration der Taktteilerschaltung gebildet werden und erfordert daher nicht zwingend eine explizite Subtraktion zweier Ströme oder Spannungen. In einer Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, die
Zählrichtung und die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von mindestens einer den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vorzugeben. Diese Ausgestaltung erfolgt also ohne Verwendung bzw. Kenntnis des Nennstroms.
Insgesamt führt die Schaltungsanordnung zumindest näherungsweise eine (thermische) Überwachung des elektrischen Verbrauchers und/oder eines den elektrischen Verbraucher steuernden Halbleiterschalters nach dem so genannten "I2t-Prinzip" durch. Dabei charakterisiert ein Quadrat des Iststroms ("I2") eine durch den elektrischen Verbraucher aufgenommene Leistung. Entsprechend charakterisiert das Produkt des Quadrats des Iststroms mit der Zeit ("l2t") eine durch den elektrischen Verbraucher aufgenommene Energie, insbesondere eine Verlustenergie. Dabei ermöglicht der Vorwärts-Rückwärts-Zähler insbesondere eine Integralbildung über das besagte Produkt "l2t" des Iststroms bzw. eine Integralbildung über eine Differenz der Produkte "l2t" des Iststroms und des
Nennstroms. Die mittels der Schaltungsanordnung durchgeführte Integralbildung bildet sozusagen ein thermisches Verhalten des elektrischen Verbrauchers bzw. des Halbleiterschalters nach. In einer Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung als integrierte
Halbleiterschaltung ausgeführt bzw. in einer integrierten Halbleiterschaltung mit enthalten. Die integrierte Halbleiterschaltung ist beispielsweise ein ASIC
(englisch: "Application-Specific Integrated Circuit"), ein FPGA (englisch: "Field Programmable Gate Array"), ein Mikrocontroller oder dergleichen.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass ein elektrischer Verbraucher kurzzeitig mit einer höheren elektrischen Leistung als der Nennleistung betrieben werden kann. Dies betrifft beispielsweise einen Anlauf des elektrischen Verbrauchers oder eine im Betrieb mögliche kurzzeitige Lastspitze. Eine mögliche thermische Überlastung des elektrischen Verbrauchers bzw. des den elektrischen
Verbraucher steuernden Halbleiterschalters kann vermieden werden. Insbesondere kann die Schaltungsanordnung dank der steuerbaren
Taktteilerschaltung vorteilhaft unter Verwendung von besonders einfachen digitalen Schaltelementen realisiert werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich, die den Iststrom charakterisierende Größe explizit zu quadrieren, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, mindestens einen Teilungsfaktor der steuerbaren Taktteilerschaltung in
Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vorzugeben. Dadurch kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise die Zählgeschwindigkeit ("Zählfrequenz") des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von dem Iststrom und/oder dem Nennstrom vorgegeben werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Teilungsfaktor stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders einfache Ausführungsform für die steuerbare Taktteilerschaltung ermöglicht. Ergänzend oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Teilungsfaktor wahlfrei um jeweils einen Faktor 2 oder 4 oder 8 oder 16 oder 32 oder 64 veränderbar ist. Die letztgenannte Alternative kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn in einer Ausgestaltung die Taktteilerschaltung lediglich einen Taktteiler umfasst, mittels welchem der Vorwärts-Rückwärts-Zähler für beide Zählrichtungen getaktet werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die steuerbare Taktteilerschaltung einen ersten und einen zweiten steuerbaren Taktteiler, wobei der erste steuerbare Taktteiler dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler für ein
Vorwärtszählen zu takten, und wobei der zweite steuerbare Taktteiler dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler für ein Rückwärtszählen zu takten. Dadurch kann eine Steuerung der Taktteilerschaltung besonders einfach erfolgen, und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers kann besonders flexibel verändert werden.
In einer Ausgestaltung umfasst die Taktteilerschaltung (nur) einen ersten Taktteiler, wobei der erste Taktteiler dazu ausgebildet ist, den Vorwärts- Rückwärts-Zähler an einem Takteingang zu takten, und wobei der Vorwärts- Rückwärts-Zähler mindestens einen Steuereingang für eine Zählrichtung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers aufweist, und wobei der Vorwärts-Rückwärts-Zähler dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem mindestens einen Steuereingang vorwärts zu zählen oder rückwärts zu zählen oder einen Zählerstand zu halten. Dadurch können gegebenenfalls ein Aufwand vermindert und Kosten gesenkt werden. Beispielsweise kann der Zählerstand dadurch gehalten werden, indem der eine Takteingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers mittels eines digitalen Gatters gesperrt wird. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe mit einem Schwellwert zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs, und insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts selbst, den Schwellwert zu verändern. Durch den Vergleich mit dem Schwellwert und durch die davon abhängige Veränderung des Schwellwerts wird vorteilhaft eine vergleichsweise einfache, jedoch für den vorliegenden Zweck sehr brauchbare Analog-Digital- Umsetzung ermöglicht. Dadurch können Aufwand und Kosten gespart werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe ein erstes Potenzial, wobei das erste Potenzial mit einem ersten Eingang eines Komparators verbunden ist, und wobei ein zweiter Eingang des Komparators mit einem zweiten Potenzial verbunden ist, und wobei die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet ist, das zweite Potenzial in Abhängigkeit von dem zweiten Potenzial selbst und in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Komparators zu verändern. Dadurch wird eine vorteilhafte Möglichkeit für die oben beschriebene Analog-Digital-Umsetzung vorgeschlagen. In einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht der oben beschriebene Schwellwert dem zweiten Potenzial bzw. einer dazu vergleichbaren Spannung.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, den Schwellwert mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten vorzugeben, wobei die Schaltungsanordnung weiter dazu ausgebildet ist, dann einen in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert größeren Bezugsschwellwert auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe größer als der Schwellwert ist, und dann einen in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert kleineren Bezugsschwellwert auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe kleiner als der Schwellwert ist. Dadurch wird es vorteilhaft ermöglicht, dass der Schwellwert einem Zeitverlauf der Größe vergleichsweise schnell und dennoch mit brauchbarer Genauigkeit folgen kann.
Mittels Kenntnis zumindest der beiden jeweils zeitlich zuletzt verwendeten Bezugsschwellwerte kann ein aktueller Wertebereich für die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe ermittelt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung sind zumindest einige, vorzugsweise jedoch alle, verschieden großen Bezugsschwellwerte fortlaufend zueinander zumindest näherungsweise um jeweils einen Faktor von etwa 42 verschieden. In einer Ausgestaltung weist dieser Faktor einen Wert zwischen etwa 1 ,3 und etwa 1 ,6 auf. In einer weiteren Ausgestaltung weist dieser Faktor einen Wert zwischen etwa 1 ,2 und etwa 1 ,7 auf. In einer nochmals weiteren Ausgestaltung weist dieser Faktor einen Wert zwischen etwa 1 ,1 und etwa 1 ,9 auf. Die oben beschriebene Analog-Digital-Umsetzung erfolgt vorzugsweise also nichtlinear. Zusammen mit der oben beschriebenen Eigenschaft, dass der Teilungsfaktor stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist, ergibt sich eine für das oben beschriebene "I2t-Prinzip" erforderliche Quadrierung für die den Iststrom charakterisierenden Größe sozusagen "automatisch". Dadurch kann die
Schaltungsanordnung unter Verwendung von besonders einfachen digitalen Schaltelementen vorteilhaft realisiert werden. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einer den Schwellwert charakterisierenden digitalen Größe mindestens einen Teilungsfaktor der steuerbaren Taktteilerschaltung
vorzugeben. Dadurch kann die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts- Zählers vorteilhaft mittels des Teilungsfaktors vorgegeben werden.
Verallgemeinert gesagt, ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, den
Teilungsfaktor der steuerbaren Taktteilerschaltung (bzw. eines ersten und/oder eines zweiten Taktteilers der Taktteilerschaltung) in Abhängigkeit von der mindestens einen einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vorzugeben. In einer Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet, dann, wenn der Schwellwert einen vorgebbaren maximalen Bezugsschwellwert erreicht hat, den elektrischen Verbraucher (sofort) abzuschalten. Damit kann der elektrische Verbraucher und/oder ein den elektrischen Verbraucher steuernder Halbleiterschalter ergänzend in Bezug auf einen eventuellen Überstrom vorteilhaft überwacht und geschützt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer
Schaltungsanordnung zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers, wobei die Schaltungsanordnung einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler umfasst, und wobei die
Schaltungsanordnung in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts- Rückwärts-Zählers ein Steuersignal zur Steuerung des elektrischen
Verbrauchers, insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers, erzeugt. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung eine steuerbare
Taktteilerschaltung, mittels welcher die Schaltungsanordnung eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe vorgibt. In einer bevorzugten
Ausgestaltung ist die den Iststrom charakterisierende Größe ein Potenzial bzw. eine Spannung.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die steuerbare
Taktteilerschaltung einen ersten und einen zweiten steuerbaren Taktteiler, wobei das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte aufweist:
- der erste steuerbare Taktteiler taktet den Vorwärts-Rückwärts-Zähler für ein
Vorwärtszählen,
- der zweite steuerbare Taktteiler taktet den Vorwärts-Rückwärts-Zähler für ein Rückwärtszählen,
- die Schaltungsanordnung gibt einen Teilungsfaktor des ersten und/oder des zweiten steuerbaren Taktteilers in Abhängigkeit von der mindestens einen den
Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers
charakterisierenden Größe vor, wobei insbesondere der Teilungsfaktor stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe mit einem Schwellwert verglichen, wobei in Abhängigkeit des Vergleichs, und insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts selbst, der Schwellwert verändert wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Schwellwert ein Potenzial bzw. eine
Spannung.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Schwellwert mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten vorgegeben, wobei dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert größerer Bezugsschwellwert ausgewählt wird, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe größer als der Schwellwert ist, und dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert kleinerer Bezugsschwellwert ausgewählt wird, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe kleiner als der Schwellwert ist.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe ein erstes Potenzial, wobei das erste Potenzial mit einem ersten Eingang eines Komparators verbunden ist, und wobei ein zweiter Eingang des Komparators mit einem zweiten Potenzial verbunden ist, und wobei das zweite Potenzial in Abhängigkeit von dem zweiten Potenzial selbst und einem Ausgangssignal des Komparators vorgegeben wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das zweite Potenzial mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugspotenzialen vorgegeben, wobei dann ein in Bezug auf ein aktuelles Bezugspotenzial größeres Bezugspotenzial ausgewählt wird, wenn das erste Potenzial größer als das zweite Potenzial ist, und dann ein in Bezug auf ein aktuelles Bezugspotenzial kleineres Bezugspotenzial ausgewählt wird, wenn das erste Potenzial kleiner als das zweite Potenzial ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird in Abhängigkeit von dem Schwellwert bzw. dem zweiten Potenzial eine digitale Größe ermittelt, und in Abhängigkeit von der digitalen Größe wird mindestens ein Teilungsfaktor der steuerbaren Taktteilerschaltung (bzw. eines ersten und eines zweiten Taktteilers der Taktteilerschaltung) vorgegeben. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die digitale Größe mittels eines Analog-Digital-Umsetzers ermittelt. Dadurch können der Komparator und eine mit dem Komparator zusammenwirkende digitale Logik ganz oder teilweise ersetzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die folgenden Schritte zyklisch durchgeführt:
(a) Vergleichen der den Iststrom des elektrischen Verbrauchers charakterisierenden Größe mit dem Schwellwert;
(b) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen
Bezugsschwellwert größeren Bezugsschwellwerts, falls der
Vergleich ein erstes Ergebnis ergibt;
(c) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen
Bezugsschwellwert kleineren Bezugsschwellwerts, falls der
Vergleich ein zweites Ergebnis ergibt;
(d) Übermitteln einer den Schwellwert charakterisierenden digitalen Größe an eine die steuerbare Taktteilerschaltung steuernde Steuerschaltung;
(e) Verändern einer Zählrichtung und/oder einer Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers in Abhängigkeit von der digitalen Größe;
(f) Rücksprung zum Schritt (a) des Verfahrens.
Es versteht sich, dass das Verfahren zumindest teilweise mit endlichen
Verzögerungszeiten durchgeführt wird, um ein unkontrolliertes Oszillieren des Schwellwerts bzw. des zweiten Potenzials zu verhindern.
Für das beschriebene Verfahren und seine Ausgestaltungen ergeben sich vergleichbare Vorteile, wie es weiter oben für die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung bereits beschrieben wurde.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine Ausführungsform für eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers; Figur 2 ein Flussdiagramm für ein erstes Verfahren zum Betreiben der
Schaltungsanordnung von Figur 1 ; und
Figur 3 ein Flussdiagramm für ein zweites Verfahren zum Betreiben der
Schaltungsanordnung von Figur 1 .
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 10 zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers 12, wobei die Schaltungsanordnung 10 einen Vorwärts-Rückwärts- Zähler 14 umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung 10 dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 ein Steuersignal 16 zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers 12, insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers 12, zu erzeugen. Vorzugsweise weist der in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 12 dargestellte Block einen den elektrischen Verbraucher 12 steuernden Halbleiterschalter und einen in Reihe dazu geschalteten niederohmigen Messwiderstand für den Iststrom auf.
Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung 10 eine steuerbare
Taktteilerschaltung 18, mittels welcher die Schaltungsanordnung 10 dazu ausgebildet ist, eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts- Rückwärts-Zählers 14 in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12
charakterisierenden Größe 20 bzw. 22 vorzugeben.
Dabei ist die Schaltungsanordnung 10 dazu ausgebildet, mindestens einen Teilungsfaktor 24 der steuerbaren Taktteilerschaltung 18 in Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierenden Größe 20 bzw. 22 vorzugeben. In der Ausführungsform von Figur 1 ist der Teilungsfaktor 24 stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar, und zwar vorliegend von einem Faktor 1/1 bis zu einem Faktor 1/64. In der Schaltungsanordnung 10 der Figur 1 umfasst die steuerbare
Taktteilerschaltung 18 einen ersten und einen zweiten steuerbaren Taktteiler 18a und 18b, wobei der erste steuerbare Taktteiler 18a dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 für ein Vorwärtszählen zu takten, und wobei der zweite steuerbare Taktteiler 18b dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts- Zähler 14 für ein Rückwärtszählen zu takten. Ein symbolischer Pfeil 26 kennzeichnet einen Takteingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 für das Vorwärtszählen, und ein symbolischer Pfeil 28 kennzeichnet einen Takteingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 für das Rückwärtszählen.
Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung 10 einen (optionalen) Vorteiler 29, welcher in der Figur 1 in einem oberen Bereich dargestellt ist. Der Vorteiler 29 weist vorliegend acht Teilerstufen auf, welche eine konfigurierbare Vorteilung eines Takteingangssignals 31 in Stufen von 1/1 , 1/2, 1 /4 bis 1/128 ermöglichen. Das derart vorgeteilte Takteingangssignal 31 wird als Taktsignal 31 a für den ersten Taktteiler 18a und als Taktsignal 31 b für den zweiten Taktteiler 18b verwendet. Mittels des Vorteilers 29 kann eine Taktfrequenz der Taktsignale 31 a und 31 b vorgegeben bzw. konfiguriert werden. In einer Ausführungsform erfolgt eine Konfiguration der Schaltungsanordnung 10 mittels eines so genannten "MSC-Busses" (Micro Second Bus).
Waagrechte gestrichelte Linien 33 unterhalb des Vorteilers 29 deuten an, dass die durch den Vorteiler 29 ermöglichte Taktteilung konfigurierbar ist. Vorliegend können für das Taktsignal 31 a und für das Taktsignal 31 b unterschiedliche Taktfrequenzen vorgegeben werden. Mittels dieser Konfiguration kann die
Arbeitsweise der Schaltungsanordnung 10 besonders gut an den Betrieb der Taktteiler 18a und 18b bzw. besonders gut an Eigenschaften des elektrischen Verbrauchers 12 angepasst werden. In der Ausführungsform von Figur 1 ist die Schaltungsanordnung 10 dazu ausgebildet, die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12
charakterisierende Größe 20 mit einem Schwellwert 30 zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs, und insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts 30 selbst, den Schwellwert 30 zu verändern. Dabei ist die Schaltungsanordnung 10 vorliegend dazu ausgebildet, den
Schwellwert 30 mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten 30' vorzugeben, wobei die Schaltungsanordnung 10 weiter dazu ausgebildet ist, dann einen in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' größeren Bezugsschwellwert 30' auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 20 größer als der Schwellwert 30 ist, und dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' kleineren Bezugsschwellwert 30' auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 20 kleiner als der Schwellwert 30 ist.
Dazu umfasst die Schaltungsanordnung 10 von Figur 1 einen Komparator 32 und eine Logik 34, welcher ein Ausgangssignal 32a des Komparators 32 zugeführt wird. Die den Iststrom charakterisierende Größe 20 ist einem nicht-invertierenden Eingang des Komparators 32 zugeführt, und der Schwellwert 30 ist einem invertierenden Eingang des Komparators 32 zugeführt. Dabei entsprechen die Größe 20 und der Schwellwert 30 jeweils einem elektrischen Potenzial bzw. einer Spannung.
Zumindest einige, vorzugsweise jedoch alle, verschieden großen
Bezugsschwellwerte 30' sind fortlaufend zueinander zumindest näherungsweise um jeweils einen Faktor von etwa verschieden. Beispielsweise sind die den Iststrom charakterisierende Größe 20 und die Bezugsschwellwerte 30' jeweils durch eine Spannung charakterisiert. Beispielsweise weisen die
Bezugsschwellwerte 30' fortlaufend Werte von 10mV (Millivolt) / 15mV / 20mV / 30mV / 40mV / 60mV / 80mV / 1 10mV auf. Beispielsweise sind dadurch
Istströme des elektrischen Verbrauchers 12 von 1A (Ampere) / 1 ,5A / 2A / 3A / 4A / 6A / 8A / 1 1A charakterisiert.
Die Schaltungsanordnung 10 von Figur 1 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einer den Schwellwert 30 charakterisierenden digitalen Größe 36 mindestens einen Teilungsfaktor 24 der steuerbaren Taktteilerschaltung 18 vorzugeben. Dies erfolgt mittels einer Steuerschaltung 37.
Für den ersten Taktteiler 18a kennzeichnet ein Pfeil 38 den jeweiligen
Teilungsfaktoren 1/64 bis 1/1 in der Zeichnung von rechts nach links aufsteigend zugeordnete Bezugsschwellwerte 30'. Diese weisen im vorliegenden Beispiel sieben Werte 15mV / 20mV / 30mV / 40mV / 60mV / 80mV / 1 10mV auf. Ein achter Bezugsschwellwert 30' mit dem Wert 10mV ist in der Zeichnung rechts von dem ersten Taktteiler 18a durch einen Pfeil und ein Massesymbol (jeweils ohne Bezugszeichen) charakterisiert.
Für den zweiten Taktteiler 18b kennzeichnet ein Pfeil 40 den jeweiligen
Teilungsfaktoren 1/1 bis 1 /64 in der Zeichnung von links nach rechts aufsteigend zugeordnete Bezugsschwellwerte 30'. Diese weisen im vorliegenden Beispiel sieben Werte 10mV / 15mV / 20mV / 30mV / 40mV / 60mV / 80mV auf. Ein achter Bezugsschwellwert 30' mit dem Wert 1 10mV ist in der Zeichnung rechts von dem zweiten Taktteiler 18b durch einen Pfeil und ein Massesymbol (jeweils ohne Bezugszeichen) charakterisiert. Ein jeweils oberhalb des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b
gezeichneter senkrechter Pfeil weist auf die den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 22 hin. Die Größe 22 beträgt im vorliegenden Beispiel 30mV und ist vorzugsweise für beide Taktteiler 18a und 18b gleich. Vergleiche dazu die weiter oben beschriebenen Bezugsschwellwerte 30', welche aufsteigend entlang den Pfeilen 38 und 40 zugeordnet sind.
An einem Ausgang der Steuerschaltung 37 ist mittels gestrichelter Linien und Pfeilen die Funktion der Steuerschaltung 37 veranschaulicht. Gestrichelte Linien 37a und 37b, welche waagerecht unterhalb des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b gezeichnet sind, charakterisieren jeweils eine "Multiplexer-Funktion" bzw. ein "Nachführschaltwerk". Ergänzend dazu sind jeweils sieben nach unten gerichtete Pfeile (ohne Bezugszeichen) an Ausgängen des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b dargestellt, welche jeweils von einem waagerecht entlang der Linien 37a und 37b verschiebbaren Kreissymbol "kontaktiert" werden können.
Dadurch kann jeweils ein Ausgang des ersten Taktteilers 18a mit dem
Takteingang (Pfeil 26) des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 für das
Vorwärtszählen verbunden werden. Entsprechend kann jeweils ein Ausgang des zweiten Taktteilers 18b mit dem Takteingang (Pfeil 28) des Vorwärts-Rückwärts-
Zählers 14 für das Rückwärtszählen verbunden werden. Jeweilige oberhalb der waagerechten Pfeile 38 und 40 dargestellte Binärwerte "1 " und "0" bedeuten eine mittels Konfiguration vorgebbare Aktivierung der jeweiligen Ausgänge des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b. Dabei bedeutet der Binärwert "1 " eine Aktivierung, wobei also der jeweilige Ausgang dann, wenn er mittels der jeweiligen Multiplexer-Funktion kontaktiert ist, ein entsprechend dem Teilungsfaktor 24 geteiltes Taktsignal an den Vorwärts- Rückwärts-Zähler 14 übermittelt. Entsprechend bedeutet der Binärwert "0", dass kein Taktsignal an den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 übermittelt wird. Damit wird eine vergleichsweise flexible Konfiguration der Taktteiler 18a und 18b ermöglicht. Für jeden Schwellwert 30 bzw. Bezugsschwellwert 30' bzw. Ausgang der Taktteiler 18a und 18b kann ein Vorwärtszählen, ein Rückwärtszählen oder ein Haltezustand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 konfiguriert werden. Eine für einen jeweiligen Ausgang nicht gewünschte Zählrichtung wird per
Konfiguration gesperrt ("deaktiviert", Binärwert "0"), und eine jeweils gewünschte
Zählrichtung wird mittels des vorgebbaren Binärwerts "1 " freigeschaltet
("aktiviert").
Im Fall, dass der Schwellwert 30 größer als die den Nennstrom
charakterisierende Größe 22 ist, ergibt sich mit stufenweise größer werdendem
Schwellwert 30 ein dem Teilungsfaktor 24 entsprechend schnelleres
Vorwärtszählen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14. Vergleiche den ersten Taktteiler 18a, wobei in Richtung des Pfeils 38 zunehmend ein "schnellerer" Teilungsfaktor 24 erreicht wird.
Im Fall, dass der Schwellwert 30 kleiner als die den Nennstrom
charakterisierende Größe 22 ist, ergibt sich mit stufenweise kleiner werdendem Schwellwert 30 ein dem Teilungsfaktor 24 entsprechend schnelleres
Rückwärtszählen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14. Vergleiche den zweiten Taktteiler 18b, wobei entgegen der Richtung des Pfeils 40 zunehmend ein
"schnellerer" Teilungsfaktor 24 erreicht wird.
Die besagte Aktivierung bzw. Deaktivierung der Ausgänge des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b im Zusammenspiel mit den zugeordneten Bezugsschwellwerten 30' sowie der Multiplexer-Funktion ("Nachführschaltwerk") wird beispielsweise nach folgenden Regeln durchgeführt: (1 ) Die Kontaktierung (Kreissymbol) der Ausgänge erfolgt für den ersten und zweiten Taktteiler 18a und 18b im Beispiel von Figur 1 auf genau gleiche Bezugsschwellwerte 30'. In Figur 1 ist der von rechts zweite Ausgang des ersten Taktteilers 18a kontaktiert, entsprechend einem Bezugsschwellwert 30' von 20mV. Entsprechend ist der von links dritte Ausgang des zweiten Taktteilers 18b kontaktiert, entsprechend einem Bezugsschwellwert 30' von ebenfalls 20mV.
(2) Für den den Nennstrom charakterisierenden Bezugsschwellwert 30', vorliegend 30mV, sind die zugehörigen Ausgänge des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b beide deaktiviert, also "0". In Fall des Nennstroms zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 nicht, sondern behält seinen Zählerstand bei.
(3) Für alle übrigen Bezugsschwellwerte 30' wird genau einer der beiden durch die Pfeile 26 und 28 bezeichneten Takteingänge des Vorwärts-Rückwärts- Zählers 14 mit einem Taktsignal angesteuert. Falls aktuell ein Schwellwert 30 von größer als 30mV vorliegt, dann zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 vorwärts (aufwärts). Falls aktuell ein Schwellwert 30 von kleiner als 30mV vorliegt, dann zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 rückwärts (abwärts).
Es versteht sich dass die Ausführungsform der beschriebenen "Multiplexer- Funktion" bzw. "Nachführschaltwerk" nur beispielhaft ist und mittels
verschiedenartiger Elemente (Gatter, Multiplexer-Schaltungen, programmierbare Teiler, Hochohmigsteuern von Ausgängen und dergleichen) realisiert werden kann.
In einer (nicht dargestellten) Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung 10 nur den ersten Taktteiler 18a, wobei der erste Taktteiler 18a dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 zu takten, und wobei der Vorwärts- Rückwärts-Zähler 14 mindestens einen Steuereingang für eine Zählrichtung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 aufweist, und wobei der Vorwärts-Rückwärts- Zähler 14 dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem mindestens einen Steuereingang vorwärts zu zählen oder rückwärts zu zählen oder einen
Zählerstand zu halten. Diese Ausführungsform ist funktionsäquivalent zur Ausführungsform von Figur 1 , und ermöglicht es, die Schaltungsstruktur gegebenenfalls zu vereinfachen. Eine Ansteuerung der oben beschriebenen Multiplexer-Funktion kann gegebenenfalls etwas komplizierter sein.
Ein Betrieb der Schaltungsanordnung 10 von Figur 1 erfolgt beispielsweise so:
In einem ersten Zustand sei angenommen, dass der Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 dem Nennstrom entspricht, welcher beispielsweise 2,5 Ampere beträgt. Die den Iststrom charakterisierende Größe 20 beträgt dabei
beispielsweise 25mV. Die Logik 34 arbeitet dann wie folgt: Der Schwellwert 30 wird schrittweise unter Verwendung der Bezugsschwellwerte 30' entlang den
Stufen 10mV, 15mV, 20mV, 30mV, 40mV, 60mV, 80mV, 1 10mV erhöht, bis der Schwellwert 30 größer als die den Iststrom charakterisierende Größe 20 ist, vorliegend also bis zu einem Wert von 30mV. In einem folgenden Schritt wird, weil der Schwellwert 30 nun größer als die den
Iststrom charakterisierende Größe 20 ist, der Schwellwert 30 unter Verwendung derselben Bezugsschwellwerte 30' um eine Stufe erniedrigt, vorliegend also auf einen Wert von 20mV. In einem folgenden Schritt wird, weil der Schwellwert 30 nun kleiner als die den Iststrom charakterisierende Größe 20 ist, der Schwellwert 30 unter Verwendung derselben Bezugsschwellwerte 30' um eine Stufe erhöht vorliegend also (wieder) auf einen Wert von 30mV. Und so fort.
Bei näherungsweise konstanter Größe 20, im Beispiel also bei etwa 25mV, oszilliert der Schwellwert 30 daher fortwährend zwischen den beiden
Bezugsschwellwerten 30' von 20mV und 30mV. In einer Ausführungsform der
Logik 34 wird durch eine vorgebbare Verzögerung in der Logik 34 erreicht, dass eine Frequenz der besagten Oszillation beispielsweise in derselben
Größenordnung liegt, wie eine zu erwartende Änderungsgeschwindigkeit des Iststroms. Vorzugsweise ist die Frequenz der Oszillation mindestens so groß wie die zu erwartende Änderungsgeschwindigkeit des Iststroms.
In einer Ausführungsform ist die digitale Größe 36 entsprechend der Oszillation abwechselnd durch die Schwellwerte 30 von 20mV und 30mV charakterisiert. In einer dazu alternativen Ausführungsform ist die digitale Größe 36 konstant durch den unteren Schwellwert 30 von 20mV charakterisiert. In einer dazu alternativen Ausführungsform ist die digitale Größe 36 konstant durch den oberen
Schwellwert 30 von 30mV charakterisiert.
Entsprechend der digitalen Größe 36 kann die Kontaktierung (Kreissymbol) des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b mittels der Multiplexer-Funktion an
Ausgängen mit zueinander gleichen Schwellwerten 30 erfolgen, im Beispiel also bei 20mV bzw. 30mV bzw. abwechselnd 20mV und 30mV. Entsprechend ergibt sich im Beispiel für den ersten Taktteiler 18a ein Teilungsfaktor 24 von 1/32 bzw. 1 /16 bzw. abwechselnd 1/32 und 1/16. Entsprechend ergibt sich im Beispiel für den zweiten Taktteiler 18b ein Teilungsfaktor 24 von 1/4 bzw. 1/8 bzw.
abwechselnd 1/4 und 1 /8.
Entsprechend diesen Teilungsfaktoren 24 und entsprechend den vorgegebenen Binärwerten "0" und "1 " (siehe die Symbole für die Taktteiler 18a und 18b) zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 vergleichsweise langsam rückwärts (20mV) bzw. der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 hält seinen aktuellen Zählerstand bei (30mV), bzw. der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 zählt abwechselnd langsam rückwärts und hält seinen Zählerstand bei (20mV und 30mV). Dies ergibt sich vorliegend allein mittels des zweiten Taktteilers 18b, weil der erste Taktteiler 18a für beide Schwellwerte 30 von 20mV und 30mV jeweils mittels des Binärwerts "0" inaktiviert ist.
In einer Ausführungsform erfolgt die Kontaktierung (Kreissymbol) des ersten bzw. zweiten Taktteilers 18a und 18b mittels der Multiplexer-Funktion nur dann, wenn der zugehörige Ausgang des Taktteilers 18a bzw. 18b mit einem Binärwert "1 " aktiviert ist. Auf diese Weise können unnötige Auswahlvorgänge an dem jeweils nicht benötigten Taktteiler 18a bzw. 18b vermieden werden, wodurch die
Multiplexer-Funktion gegebenenfalls vereinfacht werden kann. Wie aus der Figur 1 zu erkennen, ist die den Nennstrom 22 charakterisierende
Größe 22 durch den Schwellwert 30 bzw. den Bezugsschwellwert 30' von vorliegend 30mV angenähert. Dabei weisen beide Taktteiler 18a und 18b den Binärwert "0" auf, so dass der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 nicht getaktet wird und somit seinen aktuellen Zählerstand halten kann. Die dafür gewählten
Ausgänge des ersten und zweiten Taktteilers 18a und 18b sind jeweils durch den
Pfeil 22 charakterisiert. Es sei vorliegend angenommen, dass dieser aktuelle Zählerstand kleiner als eine Überlaufschwelle des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 ist. Entsprechend ist das Steuersignal 16 inaktiv, und weist beispielsweise einen Wert "null" auf. Der elektrische Verbraucher 12 kann mittels eines Ansteuersignais 42 in einer normalen Weise angesteuert und betrieben werden.
Es versteht sich, dass die in Figur 1 gezeigte Beschaltung des elektrischen Verbrauchers 12 nur beispielhaft ist. Beispielsweise können das Steuersignal 16 und das Ansteuersignal 42 außerhalb des elektrischen Verbrauchers 12 mittels einer Logikschaltung oder dergleichen kombiniert werden, so dass der elektrische Verbraucher 12 bzw. ein den elektrischen Verbraucher 12
ansteuernder Halbleiterschalter mit dem kombinierten Signal angesteuert wird.
In einem darauf folgenden zweiten Zustand sei angenommen, dass der Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 kleiner wird bzw. ist, beispielsweise 1 ,8 Ampere. Die den Iststrom charakterisierende Größe 20 beträgt dann
beispielsweise 18mV. In einer zu dem oben beschriebenen ersten Zustand vergleichbaren Weise ergibt sich damit:
- Der in der Logik 34 verwendete Schwellwert 30 oszilliert zwischen den beiden Bezugsschwellwerten 30' von 15mV und 20mV.
- Die digitale Größe 36 ist entsprechend durch einen Schwellwert 30 von 15mV bzw. 20mV bzw. abwechselnd durch die Schwellwerte 30 von 15mV und 20mV charakterisiert.
- Der Teilungsfaktor 24 des zweiten Taktteilers 18b beträgt 1/2 bzw. 1 /4 bzw. abwechselnd 1/2 und 1 /4.
- Der erste Taktteiler 18a ist wegen der für die Schwellwerte 30 von 15mV bzw. 20mV konfigurierten Binärwerte "0" inaktiv.
- Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 zählt fortlaufend rückwärts, und zwar entweder langsam (Teilungsfaktor 24 gleich 1/4) oder mittelschnell
(Teilungsfaktor 24 gleich 1 /2) oder abwechselnd langsam und mittelschnell.
- Das Steuersignal 16 ist weiterhin inaktiv.
Wie aus dem Verhalten des Komparators 32 bzw. der Logik 34 für den ersten und zweiten Zustand zu erkennen, folgen der Schwellwert 30 und entsprechend die digitale Größe 36 zumindest näherungsweise einem Zeitverlauf der den Iststrom charakterisierenden Größe 20. Der Schwellwert 30 läuft dem Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 bzw. der Größe 20 sozusagen "hinterher". Dabei oszilliert der Schwellwert 30 im Allgemeinen jeweils zwischen zwei benachbarten Bezugsschwellwerten 30'.
In einem darauf folgenden dritten Zustand sei angenommen, dass der Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 größer wird bzw. ist, und schließlich den angenommenen Nennstrom von 2,5 Ampere übersteigt.
Entsprechend dem für den ersten und zweiten Zustand beschriebenen Verhalten der Logik 34, sowie der durch die Steuerschaltung 37 bewirkten Multiplexer- Funktion, der Taktteiler 18a und 18b, und des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14, kann der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 nun vorwärts zählen, wobei eine Zählgeschwindigkeit mit größer werdendem Schwellwert 30 überproportional, insbesondere zumindest näherungsweise quadratisch, zunimmt.
Sobald der aktuelle Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 größer als die Überlaufschwelle ist, wird das Steuersignal 16 aktiv, beispielsweise "eins". Dadurch kann der elektrischen Verbraucher 12 gesteuert und insbesondere abgeschaltet werden, wodurch eine mögliche thermische Überlastung des elektrischen Verbrauchers 12 bzw. des den elektrischen Verbraucher 12 ansteuernden Halbleiterschalters verhindert werden kann.
In einer Ausführungsform sind eine thermische Kapazität und gegebenenfalls sonstige den elektrischen Verbraucher 12 bzw. den Halbleiterschalter charakterisierende, insbesondere thermische, Größen durch entsprechende Parameter der Schaltungsanordnung 10 charakterisiert. Diese Parameter können beispielsweise die Eigenschaften des Vorteilers 29 und der Taktteiler 18a und 18b, sowie einen maximalen Zählbereich des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 und eine Vorgabe der Überlaufschwelle umfassen.
Insgesamt ermöglicht die Schaltungsanordnung 10 der Figur 1 zumindest näherungsweise eine (thermische) Überwachung des elektrischen Verbrauchers 12 nach dem so genannten "I2t-Prinzip". Dabei charakterisiert ein Quadrat des Iststroms ("I2") eine durch den elektrischen Verbraucher 12 aufgenommene Leistung. Entsprechend charakterisiert das Produkt des Quadrats des Iststroms mit der Zeit ("l2t") eine durch den elektrischen Verbraucher 12 aufgenommene Energie, insbesondere eine Verlustenergie. Dabei ermöglicht der Vorwärts- Rückwärts-Zähler 14 insbesondere eine Integralbildung über das besagte Produkt "l2t".
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung 10 sind die Bezugsschwellwerte 30' - wie bei Figur 1 beschrieben - fortlaufend zueinander zumindest näherungsweise um jeweils einen Faktor
verschieden. Zusammen mit der Eigenschaft, dass der Teilungsfaktor 24 (entlang den Pfeilen 38 bzw. 40) stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist, ergibt sich das oben beschriebene Quadrat des Iststroms "l2t" sozusagen "automatisch". Dadurch kann die Schaltungsanordnung 10 unter Verwendung von besonders einfachen digitalen Schaltelementen vorteilhaft realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung 10,
insbesondere die Logik 34, dazu ausgebildet, den elektrischen Verbraucher 12 und/oder einen den elektrischen Verbraucher 12 steuernden Halbleiterschalter ergänzend in Bezug auf einen zu hohen Iststrom zu überwachen und
gegebenenfalls den elektrischen Verbraucher 12 zu steuern, insbesondere abzuschalten. Dies erfolgt vorzugsweise ohne eine Mitwirkung des Vorwärts- Rückwärts-Zählers 14.
Die Figur 2 zeigt ergänzend zu Figur 1 ein erstes Flussdiagramm für ein
Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung 10 zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers 12, wobei die Schaltungsanordnung 10 einen
Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung 10 in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 ein Steuersignal 16 zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers 12, insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers 12, erzeugt. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung 10 eine steuerbare Taktteilerschaltung 18, mittels welcher die Schaltungsanordnung 10 eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierenden Größe 20, 22 vorgibt. In einem ersten Block 100 wird die Taktteilerschaltung 18 entsprechend dem Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12 konfiguriert. Dies erfolgt insbesondere durch Vorgabe der Binärwerte "0" und "1 " für die Ausgänge der Taktteiler 18a und 18b, wie es weiter oben bei Figur 1 bereits beschrieben wurde. Außerdem können der (optionale) Vorteiler 29 und die Überlaufschwelle des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 konfiguriert werden.
In einem zweiten Block 1 10 wird die den Iststrom charakterisierende Größe 20 ermittelt. In einem folgenden Block 120 wird in Abhängigkeit von der Größe 20 die Zählrichtung und die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers
14 vorgegeben.
In einem folgenden Block 130 wird in Abhängigkeit von der Überlaufschwelle des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 das Steuersignal 16 für eine eventuelle
Abschaltung des elektrischen Verbrauchers 12 ermittelt. Danach verzweigt das
Verfahren zu einem Eingang des Blocks 1 10 und wird zyklisch wiederholt.
In einer Ausführungsform ist das im Block 1 10 durchgeführte Verfahren durch wenigstens einen der folgenden Schritte charakterisiert:
Die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 20 wird mit dem Schwellwert 30 verglichen, wobei in Abhängigkeit des Vergleichs, und insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts 30 selbst, der Schwellwert 30 verändert wird. Dabei wird der Schwellwert 30 mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten 30' vorgegeben, wobei dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' größerer Bezugsschwellwert 30' ausgewählt wird, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 20 größer als der Schwellwert 30 ist, und dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' kleinerer Bezugsschwellwert
30' ausgewählt, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierende Größe 20 kleiner als der Schwellwert 30 ist.
In einer Ausführungsform ist das im Block 120 durchgeführte Verfahren durch wenigstens einen der folgenden Schritte charakterisiert: - der erste steuerbare Taktteiler 18a taktet den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 für ein Vorwärtszählen,
- der zweite steuerbare Taktteiler 18b taktet den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 für ein Rückwärtszählen,
- die Schaltungsanordnung 10 gibt einen Teilungsfaktor 24 des ersten und/oder des zweiten steuerbaren Taktteilers 18a bzw. 18b in Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierenden Größe 20, 22 vor, wobei insbesondere der Teilungsfaktor 24 stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist. Mittels der weiter oben beschriebenen Binärwerte ist sichergestellt, dass der Vorwärts-
Rückwärts-Zähler 14 höchstens ein Taktsignal von den Taktteilern 18a und 18b erhält.
Die Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform für ein Verfahren zum Betrieb der Schaltungsanordnung 10 von Figur 1 . Dabei werden die folgenden Schritte zyklisch durchgeführt:
(a) Vergleichen der den Iststrom des elektrischen Verbrauchers 12 charakterisierenden Größe 20 mit dem Schwellwert 30; (Block 200);
(b) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' größeren Bezugsschwellwerts 30', falls der Vergleich ein erstes Ergebnis ergibt; (Block 210);
(c) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert 30' kleineren Bezugsschwellwerts 30', falls der Vergleich ein zweites Ergebnis ergibt; das erste und das Ergebnis sind vorzugsweise durch einen jeweiligen Logikpegel des Ausgangssignals 32a des Komparators 32 charakterisiert; (Block 220);
(d) Übermitteln einer den Schwellwert 30 charakterisierenden digitalen Größe 36 an die die steuerbare Taktteilerschaltung 18 steuernde
Steuerschaltung 37; (Block 230);
(e) Verändern einer Zählrichtung und/oder einer Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 14 in Abhängigkeit von der digitalen Größe 36; (Block 240);
(f) Rücksprung zum Schritt (a) bzw. Block 200 des Verfahrens.
Soweit sinnvoll, können die Schritte gemäß der Figuren 2 und 3 optional kombiniert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Schaltungsanordnung (10) zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers (12), wobei die Schaltungsanordnung (10) einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (14) ein Steuersignal (16) zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers (12), insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers (12), zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) eine steuerbare Taktteilerschaltung (18) umfasst, mittels welcher die
Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (14) in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden Größe (20, 22) vorzugeben.
2. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , wobei die
Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, mindestens einen
Teilungsfaktor (24) der steuerbaren Taktteilerschaltung (18) in Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den Nennstrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden Größe (20, 22) vorzugeben.
3. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 2, wobei der Teilungsfaktor (24) stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist.
4. Schaltungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei die steuerbare Taktteilerschaltung (18) einen ersten und einen zweiten steuerbaren Taktteiler (18a, 18b) umfasst, und wobei der erste steuerbare Taktteiler (18a) dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts- Zähler (14) für ein Vorwärtszählen zu takten, und wobei der zweite steuerbare Taktteiler (18b) dazu ausgebildet ist, den Vorwärts-Rückwärts- Zähler (14) für ein Rückwärtszählen zu takten.
Schaltungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierende Größe (20) mit einem Schwellwert (30) zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs, und insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts (30) selbst, den Schwellwert (30) zu verändern.
Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 5, wobei die
Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, den Schwellwert (30) mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten (30') vorzugeben, und wobei die Schaltungsanordnung (10) weiter dazu ausgebildet ist, dann einen in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert (30') größeren Bezugsschwellwert (30') auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierende Größe (20) größer als der Schwellwert (30) ist, und dann einen in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert (30') kleineren Bezugsschwellwert (30') auszuwählen, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12)
charakterisierende Größe (20) kleiner als der Schwellwert (30) ist.
Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 6, wobei zumindest einige, vorzugsweise jedoch alle, verschieden großen Bezugsschwellwerte (30') fortlaufend zueinander zumindest näherungsweise um jeweils einen Faktor von etwa verschieden sind.
Schaltungsanordnung (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Schaltungsanordnung (10) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer den Schwellwert (30) charakterisierenden digitalen Größe (36) mindestens einen Teilungsfaktor (24) der steuerbaren Taktteilerschaltung (18) vorzugeben.
Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung (10) zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers (12), wobei die Schaltungsanordnung (10) einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) umfasst, und wobei die Schaltungsanordnung (10) in Abhängigkeit von einem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (14) ein Steuersignal (16) zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers (12), insbesondere zur Abschaltung des elektrischen Verbrauchers (12), erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) eine steuerbare Taktteilerschaltung (18) umfasst, mittels welcher die Schaltungsanordnung (10) eine Zählrichtung und eine Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (14) in Abhängigkeit von mindestens einer einen Iststrom und/oder einen Nennstrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden Größe (20, 22) vorgibt.
0. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die steuerbare Taktteilerschaltung (18) einen ersten und einen zweiten steuerbaren Taktteiler (18a, 18b) umfasst, und wobei das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte aufweist: der erste steuerbare Taktteiler (18a) taktet den Vorwärts-Rückwärts-
Zähler (14) für ein Vorwärtszählen,
der zweite steuerbare Taktteiler (18b) taktet den Vorwärts-
Rückwärts-Zähler (14) für ein Rückwärtszählen,
die Schaltungsanordnung (10) gibt einen Teilungsfaktor (24) des ersten und/oder des zweiten steuerbaren Taktteilers (18a, 18b) in
Abhängigkeit von der mindestens einen den Iststrom und/oder den
Nennstrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden
Größe (20, 22) vor, wobei insbesondere der Teilungsfaktor (24) stufenweise um jeweils einen Faktor 2 veränderbar ist.
1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierende Größe (20) mit einem Schwellwert (30) verglichen wird, und wobei in Abhängigkeit des Vergleichs, und
insbesondere auch in Abhängigkeit des Schwellwerts (30) selbst, der Schwellwert (30) verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei der Schwellwert (30) mittels Auswahl aus einer Mehrzahl von verschieden großen Bezugsschwellwerten (30') vorgegeben wird, und wobei dann ein in Bezug auf einen aktuellen
Bezugsschwellwert (30') größerer Bezugsschwellwert (30') ausgewählt wird, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12)
charakterisierende Größe (20) größer als der Schwellwert (30) ist, und dann ein in Bezug auf einen aktuellen Bezugsschwellwert (30') kleinerer
Bezugsschwellwert (30') ausgewählt wird, wenn die den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierende Größe (20) kleiner als der Schwellwert (30) ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die folgenden Schritte zyklisch
durchgeführt werden:
(a) Vergleichen der den Iststrom des elektrischen Verbrauchers (12) charakterisierenden Größe (20) mit dem Schwellwert (30);
(b) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen
Bezugsschwellwert (30') größeren Bezugsschwellwerts (30'), falls der Vergleich ein erstes Ergebnis ergibt;
(c) Auswählen eines in Bezug auf einen aktuellen
Bezugsschwellwert (30') kleineren Bezugsschwellwerts (30'), falls der Vergleich ein zweites Ergebnis ergibt;
(d) Übermitteln einer den Schwellwert (30) charakterisierenden
digitalen Größe (36) an eine die steuerbare Taktteilerschaltung (18) steuernde Steuerschaltung (37);
(e) Verändern (37a, 37b) einer Zählrichtung und/oder einer
Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (14) in Abhängigkeit von der digitalen Größe (36);
(f) Rücksprung zum Schritt (a) des Verfahrens.
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