WO2020083936A1 - Überwachung und auslösung von elektrischen sicherungen - Google Patents

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WO2020083936A1
WO2020083936A1 PCT/EP2019/078762 EP2019078762W WO2020083936A1 WO 2020083936 A1 WO2020083936 A1 WO 2020083936A1 EP 2019078762 W EP2019078762 W EP 2019078762W WO 2020083936 A1 WO2020083936 A1 WO 2020083936A1
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Rainer Viertler
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Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg
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    • H02H3/044—Checking correct functioning of protective arrangements, e.g. by simulating a fault

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for monitoring and triggering a squib of an active electrical Si fuse.
  • the invention also relates to an associated Ver drive and a power converter and an aircraft with such a circuit arrangement.
  • a computer program product and a computer-readable storage medium for carrying out the method are also specified.
  • fuses In electrical engineering, fuses have the task of protecting downstream electrical systems, actuators, devices or lines from overload or short-circuiting.
  • Fuses can be divided into passively tripping or actively controlled fuses. Passive tripping fuses separate due to the overcurrent or short circuit in the fuse itself. Either a metal strip melts between two connections due to excessive overload or a magnetic coil separates the two poles via a contact or plunger due to the magnetic force that has been reached.
  • Fuses are defined by voltage and current limits as well as by the switch-off speed, load integrals and the switch-off behavior. The separation speed plays a major role in securing. Due to their defined and proven design, fuses or magnetic tripping fuses are considered to be a versatile component.
  • Active tripping fuses are also called quick releases or quick release devices. In the following, only “fuse” is used as a term.
  • a feedback of the tripping to the higher-level control is necessary for a passive isolating fuse e.g. possible thanks to external floating switches or integrated display elements in the fuse.
  • a passive isolating fuse e.g. possible thanks to external floating switches or integrated display elements in the fuse.
  • an external trip indicator or a potential-free switch is only possible with considerable effort due to a high gas pressure at the time of disconnection and the arc occurring inside the fuse.
  • the appropriate fuse is selected in accordance with the technical data (e.g. melt load integral).
  • the measuring, triggering and load-bearing functions are combined in a single safety component and characterized by a high level of reliability.
  • Detection can be carried out on the load side when the fuses are active. As with passive fuses, the aforementioned Criteria are applied.
  • Explosive pill a conclusion on a possible security case can be made. This is done, for example, with special ignition timing testers. They measure the resistance of the initial detonator that triggers, which, however, requires the fuse to be disconnected from the application system. The resistance is defined exactly according to the data sheet, with a different If there is resistance to the data sheet, there is a possible fuse tripping or a fault in the control circuit.
  • the published patent application WO 1997/006979 A2 discloses an arrangement for checking the resistance of a load on a transformer when the load is closed, a measuring resistor being switched on in order to determine differences from the real resistance of a squib.
  • the idea of the invention is to make an assessment of the triggering side of an active fuse.
  • a variety of analysis options can be provided with a circuit arrangement comprising a transformer, a decoupling capacitor, a clock control by means of control signals in different operating modes.
  • the invention offers the advantage that the combination of the individual components can trigger an explosive pill of an active electrical fuse.
  • the individual components in the control circuit can be checked, the quality of the entire electrical circuit assessed, and a conclusion drawn about the load circuit.
  • the invention claims a circuit arrangement for monitoring and triggering a squib of an active electrical fuse.
  • the arrangement has:
  • an alternating current transmission unit arranged between the ignition cap and the alternating current generation unit, the control and evaluation unit being designed and programmed,
  • control and evaluation unit can be designed and programmed
  • Threshold all fire current or pulse.
  • control and evaluation unit can determine the impedance of the control chain controlled by the control and evaluation unit.
  • a capacitor can be arranged in series with the alternating current transmission unit on the primary side, which blocks the direct current component.
  • the alternating current generating unit can be designed as a transformer with separate coil windings, as a result of which the primary side is galvanically separated from the secondary side and guarantees freedom from potential on the secondary side.
  • the alternating current generation unit can control a push-pull output driver circuit via two separate signals and thus generate two alternating current signals that are inverse to one another.
  • the invention also claims a method for monitoring and triggering a squib of an active electrical fuse, an alternating current being fed from an alternating current generation unit into an alternating current transmission unit on the primary side
  • the electrical resistance of the squib connected to the alternating current transmission unit is ascertained from a current and a voltage detected on the primary side, the value of the resistance being a measure for triggering the squib, and
  • Pulse width below a predeterminable threshold value is fed into the AC transmission unit
  • the electrical resistance of the squib is determined from the current and voltage detected on the primary side and
  • Threshold is increased.
  • the method can be carried out with a circuit arrangement according to the invention.
  • the invention also claims a power converter, in particular a converter, with a circuit arrangement according to the invention connected on the input side.
  • the invention can also be an energy source, in particular a battery (for example in an aircraft), with an output side connected circuit arrangement according to the invention.
  • the invention further claims an aircraft, in particular an aircraft, with an inventive one
  • the aircraft can have an electric motor supplied with electrical energy by the converter and a propeller which can be rotated by the electric motor.
  • Fig. 2 shows a block diagram of an arrangement with a converter
  • Fig. 3 a block diagram of an arrangement with a
  • Fig. 4 an illustration of an aircraft with a circuit arrangement.
  • Fig. 1 shows a circuit diagram of a circuit arrangement 12.
  • a control and, for example, a microcontroller Evaluation unit 1 controls, via two separate signals, an alternating current generation unit 2 that is formed, for example, as a push-pull output driver circuit.
  • An "enable” signal is used for "activating" the alternating current generation unit 2.
  • a clock input “clk” at the input of the alternating current generation unit 2 controls the output stages in a push-pull manner and thus determines the frequency and the pulse width of the alternating voltage.
  • the two outputs of the alternating current generation unit 2 work thus inverse - a complementary AC signal is generated in this way.
  • the alternating current generation unit 2 controls an alternating current via a capacitor 3 on the primary side
  • the AC transmission unit 4 controls on the secondary side a squib 5 (also referred to as an explosive pill) in the interior of the actively separating fuse 6.
  • the AC transmission unit 4 has a guaranteed potential freedom due to its separate coil windings 4.1 and the primary side is thus galvanically isolated from the secondary side.
  • the squib 5 has a resistance with a defined resistance value.
  • the resistance value can be transformed to the primary side by means of suitable control pulse signals (voltage / current).
  • the actual value of the resistance value of the squib% can be detected via the first amplifier 10 to the control and evaluation unit 1.
  • the current which is measured in the ground branch of the alternating current generation unit 2 and is passed via the first amplifier 10 to the control and evaluation unit 1, together with the clock signal, is an evaluation criterion for the real resistance of the squib 5, transformed via the alternating current transmission unit 4.
  • a voltage feedback via the second and third Wi resistor 8, 9 and the second amplifier 11 reports the primary voltage of the AC transmission unit 4.
  • the fuse 6 can preferably be operated in a voltage range which is above the safe low voltage voltage level. A guaranteed potential separation is therefore necessary.
  • the capacitor 3 and the AC transmission unit 4 can be tested individually (checking the individual components selectively).
  • a half bridge can also be used.
  • the system security can be increased if two separate squibs 5 are used in the fuse 6 and two separate control circuits are used. In this way, for example, the separate “other” ignition circuit can be checked in the event of a trigger, since one detonating pill automatically ignites the other.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an arrangement with a converter 13 as a load and a circuit arrangement 12 according to FIG. 1.
  • the converter 13 is a preferred embodiment of a converter.
  • the fuse 6 is located on one or both inputs of the converter 13.
  • the circuit arrangement 12 and the fuse 6 can also be integrated in the converter 13.
  • FIG. 3 shows a block diagram of an arrangement with a rechargeable battery 16 as a load and a circuit arrangement 12 according to FIG. 1.
  • the fuse 6 is connected to one or both battery poles. This can interrupt the circuit when charging or discharging.
  • Fig. 4 shows an electric or hybrid-electric air vehicle, here an aircraft 13, with a converter 13 and a circuit arrangement 12 with fuse 6 according to FIG. 2.
  • the converter 13 feeds an electric motor 14 with electrical energy.
  • the electric motor 14 drives a propeller 15.

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Abstract

Die Erfindung gibt eine Schaltungsanordnung (12) zur Überwachung und Auslösung einer Zündpille (5) einer aktiven elektrischen Sicherung (6) an. Die Anordnung weist auf: - eine Steuer- und Auswerteeinheit (1), - eine durch die Steuer- und Auswerteeinheit (1) angesteuerte Wechselstromerzeugungseinheit (2) und - eine zwischen der Zündspille (5) und der Wechselstromerzeugungseinheit (2) angeordnete Wechselstromübertragungseinheit (4), wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (1) ausgebildet und programmiert ist, - in einem ersten Betriebszustand aus einem primärseitig erfassten Strom und einer primärseitig erfassten Spannung den elektrischen Widerstand der Zündpille (5) zu ermitteln, wobei der Wert des Widerstands ein Maß für eine Auslösung der Zündpille (5) ist, und - in einem zweiten Betriebszustand mittels der Wechselstromerzeugungseinheit (2) die Zündpille (5) auszulösen. Ein zugehöriges Verfahren, ein das Verfahren ausführendes Computerprogrammprodukt und computerlesbares Medium sowie ein Stromrichter und ein Luftfahrzeug mit einer derartigen Schaltungsanordnung werden ebenfalls angegeben.

Description

Beschreibung
Überwachung und Auslösung von elektrischen Sicherungen Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung und Auslösung einer Zündpille einer aktiven elektrischen Si cherung. Die Erfindung betrifft außerdem ein zughöriges Ver fahren sowie einen Stromrichter und ein Luftfahrzeug mit einer derartigen Schaltungsanordnung. Ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium zur Durchführung des Verfahrens werden ebenfalls angegeben.
Hintergrund der Erfindung
Sicherungen haben in der Elektrotechnik die Aufgabe, nachge schaltete elektrische Anlagen, Aktoren, Geräte oder Leitungen vor Überlast oder Kurzschüssen zu schützen.
Sicherungen können in passiv auslösende oder aktiv gesteuerte Sicherungen eingeteilt werden. Passiv auslösende Sicherungen trennen durch den Überstrom oder Kurzschluss in der Sicherung selbst. Entweder schmilzt ein Metallstreifen zwischen zwei Anschlüssen durch zu hohe Überlast oder eine Magnetspule trennt durch eine erreichte Magnetkraft beide Pole über einen Kontakt bzw. Stößel.
Sicherungen werden durch Spannungs- und Stromgrenzen sowie durch die Abschaltgeschwindigkeit, Lastintegrale und das Abschalt verhalten definiert. Die Trenngeschwindigkeit spielt bei Si cherungen eine große Rolle. Schmelzsicherungen oder magnetisch auslösende Sicherungen gelten durch ihren definierten und bewährten Aufbau als vielseitig anzuwendendes Bauelement.
Während bei einer Wechselspannung die zu trennende Spannung immer wieder durch den Nullpunkt geht, liegt bei einer Gleichspannung während des Sicherungsfalls immer eine Spannungsdifferenz an beiden Anschlüssen an. Dies bedeutet, dass bei einem fehlenden Nulldurchgang der Spannung bei einer anstehenden Trennung der Lichtbogen im Inneren der Sicherung bestehen bleiben kann.
Technische Lösungen reduzieren zwar die Lichtbogendauer, können sie jedoch nicht komplett in allen Fällen eliminieren. Je länger und größer Lichtbögen im Inneren der Sicherungen anstehen, desto größer ist die Belastung durch hohe Temperaturen und hohe Gasdrücke. Deshalb kann eine Verkürzung der Auslösezeit eine Reduzierung der Belastung der Sicherungen und der nachge schalteten Bauelemente, Geräte und Leitungen bewirken.
Daher gibt es neben passiv schmelzenden Sicherungen auch aktiv auslösende Sicherungen. Diese trennen durch eine Explosivladung auf der Auslöseseite die beiden lastführenden Anschlüsse (Lastseite) der Sicherung. Die Explosivladung wird entweder bei einem definierten Überstrom selbsttätig oder durch eine aktive Zündaktion von außen gezündet, beispielsweise indem über eine Zusatzelektronik der zu kontrollierende Überstrom/Kurzschluss ermittelt wird und ebenfalls über eine Zusatzelektronik die Zündaktion, d.h. das Zünden, durchgeführt wird.
Aktiv auslösende Sicherungen heißen auch Schnellauslöser oder Schnellauslösevorrichtungen. Nachfolgend wird lediglich „Sicherung" als Begriff verwendet.
Eine Rückmeldung der Auslösung an die übergeordnete Steuerung ist bei einer passiv trennenden Sicherung z.B. durch extern sitzende potentialfreie Schalter oder integrierte Anzeigeelemente in der Sicherung möglich. Bei einer aktiv trennenden Sicherung ist bedingt durch einen hohen Gasdruck zum Trennzeitpunkt und dem auftretenden Lichtbogen im Inneren der Sicherung eine externe Auslöseanzeige oder ein potenzialfreier Schalter nur mit er heblichen Aufwand möglich.
Folgende Überlegungen sind bei Sicherungen zu beachten: Wie erfolgt die Auslösung der Sicherung?
Wie kann eine Rückmeldung über eine ausgelöste oder nicht ausgelöste Sicherung auch auf einer galvanisch getrennten Seite erhalten werden?
Wie wird die Funktionalität der Sicherungsauslösbarkeit vor der Auslösung sichergestellt?
Welche Möglichkeiten der Qualitätsbeurteilung existieren?
Bei einer passiv auslösenden Sicherung wird gemäß technischen Daten (z.B. Schmelzlastintegral) die geeignete Sicherung ausgewählt. Die messende, auslösende und lasttragende Funktion sind in einer einzigen Sicherungskomponente vereint und durch eine hohe Zuverlässigkeit gekennzeichnet.
Die Rückmeldung über eine ausgelöste Sicherung und somit über jede fehlende der oben genannten Funktionen kann über folgende Kriterien erfolgen:
Spannungsabfallmessung an der auslösenden Sicherung,
Messung des unterbrochenen Stroms,
Widerstandsmessung der Sicherung nach Abkopplung vom An wendersystem und
ggf. Verhaltensänderung des nachgeschalteten Verbrauchers nach einer Abtrennung.
Bei aktiv auslösenden Sicherungen kann eine Detektion auf der Lastseite erfolgen. Wie bei passiven Sicherungen können auch bei aktiv trennenden Sicherungen die o.g. Kriterien angewendet werden .
Bei einer Detektion auf der Auslöseseite gilt folgendes. Auf der Auslöseseite kann über den Zustand der aktiv trennenden
Sprengpille ein Rückschluss auf einen möglichen Sicherungsfall getroffen werden. Dies wird beispielsweise mit speziellen Zündzeitprüfgeräten durchgeführt. Sie messen den Widerstand des auslösenden Initialsprengzünders, wozu die Sicherung jedoch vom Anwendungssystem abgekoppelt werden muss. Der Widerstand ist genau gemäß dem Datenblatt definiert, bei einem unterschied- liehen Widerstand gegenüber dem Datenblatt liegt eine mögliche Sicherungsauslösung oder eine Störung in dem Ansteuerkreis vor.
In der Offenlegungsschrift WO 1997/006979 A2 wird eine Anordnung zum Überprüfen des Widerstands einer an einem Übertrager an geschlossenen Last offenbart, wobei ein Messwiderstand zuge schaltet wird, um Unterschiede zum realen Widerstand einer Zündpille festzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung anzugeben, die bei aktiv auslösenden elektrischen Sicherungen eine Aufteilung in Aus- löseseite und Lastseite zulässt und ermitteln kann, ob beide Seiten noch eine sichere Trennung funktional gewährleisten.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der
Schaltungsanordnung, dem Stromrichter, dem Luftfahrzeug, dem Verfahren, dem Computerprogrammprodukt und dem computerlesbaren Medium der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Idee der Erfindung besteht darin, eine Beurteilung der Auslöseseite einer aktiven Sicherung vorzunehmen. Mit einer Schaltungsanordnung, aufweisend einen Übertrager, einen ent koppelnden Kondensator, eine Taktansteuerung mittels Ansteu ersignale in unterschiedlichen Betriebsweisen kann eine Vielzahl von Analysemöglichkeiten bereitgestellt werden.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass mittels der Kombination der einzelnen Bauelemente eine Ansteuerung einer Sprengpille einer aktiven elektrischen Sicherung erfolgen kann. Außerdem kann eine Überprüfung der einzelnen Bauelemente im Ansteuerkreis erfolgen, die Qualität des gesamten elektrischen Kreises be urteilt wie auch ein Rückschluss auf den Lastkreis gewonnen werden . Der Rückschluss auf den Lastkreis kann beispielsweise durch eine geänderte Kapazität des Lastkreises gegenüber Erde bzw. PE (= protective earth) oder Bonding (= Hülle eines Flugzeuges in der Luftfahrt) nach Auslösung bedeuten.
Die Erfindung beansprucht eine Schaltungsanordnung zur Über wachung und Auslösung einer Zündpille einer aktiven elektrischen Sicherung. Die Anordnung weist auf:
eine Steuer- und Auswerteeinheit,
eine durch die Steuer- und Auswerteeinheit angesteuerte Wechselstromerzeugungseinheit und
eine zwischen der Zündspille und der Wechselstromerzeu gungseinheit angeordnete Wechselstromübertragungseinheit, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet und pro grammiert ist,
in einem ersten Betriebszustand aus einem primärseitig erfassten Strom und einer primärseitig erfassten Spannung den elektrischen Widerstand der Zündpille zu ermitteln, wobei der Wert des (komplexen) Widerstands (= Impedanz) ein Maß für eine Auslösung der Zündpille ist, und
in einem zweiten Betriebszustand mittels der Wechsel stromerzeugungseinheit die Zündpille auszulösen.
Dadurch lässt sich die Zündfähigkeit der Zündpille robust und sicher bestimmen aber auch sicher und schnell auslösen
In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuer- und Aus werteeinheit ausgebildet und programmiert sein,
die Pulsweite der Wechselstromerzeugungseinheit zu verän dern,
in dem ersten Betriebszustand bei einer Pulsweite der Wechselstromerzeugungseinheit unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts aus dem primärseitig erfassten Strom und der primärseitig erfassten Spannung den elektrischen Widerstand der Zündpille zu ermitteln (no fire current oder Puls) , und in dem zweiten Betriebszustand eine Pulsweite der Wech selstromerzeugungseinheit oberhalb des vorgebaren
Schwellwerts (all fire current oder Puls) einzustellen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Steuer- und Auswer teeinheit die Impedanz der durch die Steuer- und Auswerteeinheit gesteuerten Ansteuerkette ermitteln.
In einer weiteren Ausgestaltung kann in Serie zur Wechsel stromübertragungseinheit primärseitig ein Kondensator ange ordnet sein, der den Gleichstromanteil blockiert.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Wechselstromer zeugungseinheit als Transformator mit voneinander getrennten Spulenwicklungen ausgebildet sein, wodurch die Primärseite von der Sekundärseite galvanische getrennt ist und eine Potenti alfreiheit auf der Sekundärseite garantiert.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Wechselstromerzeu gungseinheit über zwei getrennte Signale eine Gegen- takt-Ausgangstreiberschaltung ansteuern und so zwei zueinander inverse Wechselstromsignale erzeugen.
Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zur Überwachung und Auslösung einer Zündpille einer aktiven elektrischen Sicherung, wobei aus einer Wechselstromerzeugungseinheit primärseitig ein Wechselstrom in eine Wechselstromübertragungseinheit eingespeist wird
und in einem ersten Betriebszustand aus einem primärseitig erfassten Strom und einer primärseitig erfassten Spannung der elektrische Widerstand der sekundärseitig an die Wechsel stromübertragungseinheit angeschlossene Zündpille ermittelt wird, wobei der Wert des Widerstands ein Maß für eine Auslösung der Zündpille ist, und
wobei in einem zweiten Betriebszustand durch die Wechsel stromerzeugungseinheit die Zündpille ausgelöst wird. In einer Weiterbildung wird
in dem ersten Betriebszustand, aus der Wechselstromerzeu gungseinheit primärseitig ein Wechselstrom mit einer
Pulsweite unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts in die Wechselstromübertragungseinheit eingespeist wird
und aus dem primärseitig erfassten Strom und der primärseitig erfassten Spannung der elektrische Widerstand der Zündpille ermittelt wird und
in dem zweiten Betriebszustand die Pulsweite des Wechsel stroms der Wechselstromerzeugungseinheit über den
Schwellwert erhöht wird.
In einer Weiterbildung kann das Verfahren mit einer erfin dungsgemäßen Schaltungsanordnung ausgeführt werden.
Die Erfindung beansprucht auch ein Computerprogrammprodukt, umfassend ein Computerprogramm, wobei das Computerprogramm in eine Speichereinrichtung einer Steuer- und Auswerteeinheit ladbar ist, wobei mit dem Computerprogramm die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm auf der Steuer- und Auswerteeinheit ausgeführt wird .
Die Erfindung beansprucht des Weiteren ein computerlesbares Medium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, wobei das Computerprogramm in eine Speichereinrichtung einer Steuer- und Auswerteeinheit ladbar ist, wobei mit dem Computerprogramm die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm auf der Steuer- und Aus werteeinheit ausgeführt wird.
Die Erfindung beansprucht auch einen Stromrichter, insbesondere einen Umrichter, mit einer eingangsseitig angeschlossenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung .
Die Erfindung kann auch eine Energiequelle, insbesondere einer Batterie (z.B. in einem Flugzeug), mit einer ausgangsseitig angeschlossenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bean spruchen .
Die Erfindung beansprucht des Weiteren ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Flugzeug, mit einem erfindungsgemäßen
Stromrichter für einen elektrischen oder hybrid-elektrischen Flugantrieb .
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Flugzeug einen durch den Umrichter mit elektrischer Energie versorgten Elektromotor und einen durch den Elektromotor in Rotation versetzbaren Propeller aufweisen .
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen von Ausführungsbeispielen anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Fig. 1: ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung,
Fig . 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung mit einem Um richter,
Fig. 3: ein Blockschaltbild einer Anordnung mit einer
Batterie und
Fig. 4: eine Darstellung eines Flugzeugs mit einer Schal tungsanordnung .
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Fig . 1 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung 12. Eine beispielsweise als Microcontroller ausgeführte Steuer- und Auswerteeinheit 1 steuert über zwei getrennte Signale eine beispielsweise als Gegentakt Ausgangstreiberschaltung ausge bildete Wechselstromerzeugungseinheit 2 an. Ein „enable" Signal dient zum „Aktiv" Schalten der Wechselstromerzeugungseinheit 2. Ein Takteingang „clk" am Eingang der Wechselstromerzeugungs einheit 2 steuert die Ausgangsstufen im Gegentakt an und bestimmt somit die Frequenz und die Pulsbreite der Wechselspannung. Die beiden Ausgänge der Wechselstromerzeugungseinheit 2 arbeiten somit invers - ein komplementäres Wechselstromsignal wird auf diese Weise erzeugt.
Die Wechselstromerzeugungseinheit 2 steuert über einen Kon densator 3 auf der Primärseite eine Wechselstromüber
tragungseinheit 4 an. Die Wechselstromübertragungseinheit 4 steuert auf der Sekundärseite eine Zündpille 5 (auch als Sprengpille bezecihnet) im Inneren der aktiv trennenden Si cherung 6 an. Die Wechselstromübertragungseinheit 4 besitzt durch seine getrennten Spulenwicklungen 4.1 eine garantierte Potentialfreiheit und die Primarseite ist somit von der Se kundärseite galvanisch getrennt.
Die Zündpille 5 hat einen Widerstand mit einem definierten Widerstandswert. Der Widerstandswert kann durch geeignete Steuerpulssignale (Spannung/Strom) auf die Primärseite transformiert werden. Mittels des ersten Messwiderstand 7 kann über den ersten Verstärker 10 an die Steuer- und Auswerteeinheit 1 der Istwert des Widerstandswerts der Zündpille % detektiert werden. Dabei bleibt die Pulsweite unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts, der so gewählt ist, dass die Zündpille noch nicht auslöst (= erster Betriebszustand) .
Wenn die Steuer- und Auswerteeinheit 1 aktiv eine Zündung der Sicherung 6 auslösen soll (= zweiter Betriebszustand) , steuert diese die Pulsweite über den vorgebbaren Schwellwert, so dass über die Wechselstromübertragungseinheit 4, die Wechsel stromerzeugungseinheit 2 und über den Kondensator 3 die Zündpille ausgelöst wird, da der Strom durch die Zündpille 5 über dem Zündstrom liegt. Mittels des ersten Messwiderstand 7 kann über den ersten Verstärker 10 an die Steuer- und Auswerteeinheit 1 eine Änderung des Widerstandswerts der Zündpille detektiert werden.
Diese Veränderung kann auf der Primärseite detektiert werden, ebenso Veränderungen oder Störungen bevor eine Auslösung erfolgt ist. Der Strom, der im Massezweig der Wechselstromerzeu gungseinheit 2 gemessen wird und über den ersten Verstärker 10 an die Steuer- und Auswerteeinheit 1 gegeben wird, ist zusammen mit dem Taktsignal ein Bewertungskriterium für den realen Widerstand der Zündpille 5, transformiert über die Wechsel stromübertragungseinheit 4.
Eine Spannungsrückmeldung über den zweiten und dritten Wi derstand 8, 9 und dem zweiten Verstärker 11 meldet die Pri märspannung der Wechselstromübertragungseinheit 4 zurück.
Die Sicherung 6 kann bevorzugt in einem Spannungsbereich be trieben werden, der oberhalb ungefährlicher Schutzkleinspan nungspegel liegt. Deshalb ist eine garantierte Potentialtrennung erforderlich .
Bei der Ansteuerung der Wechselstromerzeugungseinheit 2 und der gleichzeitigen Messung von Spannung und Strom kann man genau ermitteln, wann die Zündpille 5 ausgelöst hat.
Fehler in der gesamten Verschaltung können detektiert werden. (Kapazitätsmessung und Induktivitätsmessung und Widerstands messung im Zündpillenkreis) .
Durch Variation der Frequenz am „clk" Eingang kann der Kon densator 3 und die Wechselstromübertragungseinheit 4 einzeln getestet werden (Überprüfung der einzelnen Komponenten se lektiv) .
Ein Vergleich von Kurvenformen mit gespeicherten Werten in einer Datentabelle in der Steuer- und Auswerteeinheit 1 ist möglich. Durch das Kurzschließen beider Ausgänge in der Wechselstrom erzeugungseinheit 2 können die nachfolgenden Elemente kurz geschlossen werden. Dies steigert die EMV Immunität.
Anstatt einer Vollbrücke kann auch eine Halbbrücke verwendet werden .
Die Systemsicherheit kann erhöht werden, wenn in der Sicherung 6 zwei getrennte Zündpillen 5 verwendet werden und zwei getrennte Ansteuerkreise eingesetzt werden. So kann beispielsweise bei einer Auslösung der getrennte „andere" Zündkreis überprüft werden, da eine Sprengpille automatisch die andere mitzündet. Diese Verdoppelung der Zündpillen 5 beispielhaft in der Of fenlegungsschrift DE 10 2015 203 646 Al offenbart.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung mit einem Umrichter 13 als Last und einer Schaltungsanordnung 12 nach Fig. 1. Der Umrichter 13 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Stromrichters. Die Sicherung 6 liegt an einem oder beiden Eingängen des Umrichters 13. Die Schaltungsanordnung 12 und die Sicherung 6 können auch in dem Umrichter 13 integriert sein.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung mit einer aufladbaren Batterie 16 als Last und einer Schaltungsanordnung 12 nach Fig. 1. An einer oder beiden Batteriepolen ist die Sicherung 6 angeschlossen. So kann beim Laden oder Entladen der Stromkreis unterbrochen werden.
Fig. 4 zeigt ein elektrisches oder hybrid-elektrisches Luft fahrzeug, hier ein Flugzeug 13, mit einem Umrichter 13 und einer Schaltungsanordnung 12 mit Sicherung 6 gemäß Fig. 2. Der Um richter 13 speist einen Elektromotor 14 mit elektrischer Energie. Der Elektromotor 14 treibt einen Propeller 15 an.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und andere Va riationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Steuer- und Auswerteeinheit
2 Wechselstromerzeugungseinheit
3 Kondensator
4 Wechselstromübertragungseinheit
4.1 Spulenwicklung
5 Zündpille
6 Sicherung
7 Erster Messwiderstand
8 Zweiter Meswiderstand
9 Dritter Messwiderstand
10 Erster Verstärker
11 Zweiter Verstärker
12 Schaltungsanordnung
12 Umrichter
13 Flugzeug
14 Elektromotor
15 Propeller
16 Batterie

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung (12) zur Überwachung und Auslösung einer Zündpille (5) einer aktiven elektrischen Sicherung (6), auf weisend :
eine Steuer- und Auswerteeinheit (1),
eine durch die Steuer- und Auswerteeinheit (1) angesteuerte Wechselstromerzeugungseinheit (2) und
eine zwischen der Zündspille (5) und der Wechselstromer zeugungseinheit (2) angeordnete Wechselstromübertragungs einheit ( 4 ) ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuer- und Auswerteeinheit (1) ausgebildet und programmiert ist,
in einem ersten Betriebszustand aus einem primärseitig erfassten Strom und einer primärseitig erfassten Spannung den elektrischen Widerstand der Zündpille (5) zu ermitteln, wobei der Wert des Widerstands ein Maß für eine Auslösung der Zündpille (5) ist, und
in einem zweiten Betriebszustand mittels der Wechsel stromerzeugungseinheit (2) die Zündpille (5) auszulösen.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuer- und Auswerteeinheit (1) ausgebildet und programmiert ist,
die Pulsweite der Wechselstromerzeugungseinheit (2) zu verändern,
in dem ersten Betriebszustand bei einer Pulsweite der Wechselstromerzeugungseinheit (2) unterhalb eines vorgeb- baren Schwellwerts aus dem primärseitig erfassten Strom und der primärseitig erfassten Spannung den elektrischen Wi derstand der Zündpille (5) zu ermitteln, und
in dem zweiten Betriebszustand eine Pulsweite der Wech selstromerzeugungseinheit oberhalb des vorgebaren
Schwellwerts einzustellen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuer- und Auswerteeinheit (1) ausgebildet und programmiert ist,
die Impedanz der durch die Steuer- und Auswerteeinheit (1) gesteuerten Ansteuerkette (2, 3, 4, 5, 6) zu ermitteln.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch:
einen in Serie zur Wechselstromübertragungseinheit (4) primärseitig angeordneten Kondensator (3) , der ausgebildet ist, Gleichstrom zu blockieren.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Wechselstromübertragungseinheit (4) als Transformator mit voneinander getrennten Spulenwicklungen (4.1) ausgebildet ist, wodurch die Primärseite von der Sekundärseite galvanische getrennt ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Wechselstromerzeugungseinheit (2) ausgebildet ist, über zwei getrennte Signale eine Gegentakt-Ausgangstreiberschaltung anzusteuern und so zwei zueinander inverse Wechselstromsignale zu erzeugen.
7. Verfahren zur Überwachung und Auslösung einer Zündpille (5) einer aktiven elektrischen Sicherung (6),
wobei aus einer Wechselstromerzeugungseinheit (2) primär seitig ein Wechselstrom in eine Wechselstromübertragungs einheit (4) eingespeist wird
und in einem ersten Betriebszustand aus einem primärseitig erfassten Strom und einer primärseitig erfassten Spannung der elektrische Widerstand der sekundärseitig an die Wechsel stromübertragungseinheit (4) angeschlossene Zündpille (5) ermittelt wird, wobei der Wert des Widerstands ein Maß für eine Auslösung der Zündpille (5) ist, und
wobei in einem zweiten Betriebszustand durch die Wechsel stromerzeugungseinheit (2) die Zündpille (5) ausgelöst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem ersten Betriebszustand aus der Wechselstromerzeu gungseinheit (2) primärseitig ein Wechselstrom mit einer Pulsweite unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts in die Wechselstromübertragungseinheit (4) eingespeist wird und aus dem primärseitig erfassten Strom und der primärseitig erfassten Spannung der elektrische Widerstand der Zündpille (5) ermittelt wird und
in dem zweiten Betriebszustand die Pulsweite des Wechsel stroms der Wechselstromerzeugungseinheit (2) über den Schwellwert erhöht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 mit einer Schaltungsanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
10. Computerprogrammprodukt, umfassend ein Computerprogramm, wobei das Computerprogramm in eine Speichereinrichtung einer Steuer- und Auswerteeinheit (1) ladbar ist, wobei mit dem Computerprogramm die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9 ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm auf der Steuer- und Auswerteeinheit (1) ausgeführt wird.
11. Computerlesbares Medium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, wobei das Computerprogramm in eine Spei chereinrichtung einer Steuer- und Auswerteeinheit (1) ladbar ist, wobei mit dem Computerprogramm die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9 ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm auf der Steuer- und Auswerteeinheit (1) ausgeführt wird.
12. Stromrichter mit einer eingangsseitig angeschlossenen Schaltungsanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
13. Stromrichter nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stromrichter ein Umrichter (12) ist.
14. Luftfahrzeug mit einem Stromrichter nach Anspruch 12 oder 13 für einen elektrischen oder hybrid-elektrischen Flugantrieb.
15. Luftfahrzeug nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Luftfahrzeug ein Flugzeug (13) ist.
16. Luftfahrzeug nach Anspruch 15 und 13,
gekennzeichnet durch:
einen durch den Umrichter (13) mit elektrischer Energie versorgten Elektromotor (14) und
einen durch den Elektromotor (14) in Rotation versetzbaren Propeller (15) .
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