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EP4378041A1 - Überwachungsbaugruppe sowie system mit einer überwachungsbaugruppe - Google Patents

Überwachungsbaugruppe sowie system mit einer überwachungsbaugruppe

Info

Publication number
EP4378041A1
EP4378041A1 EP22751756.2A EP22751756A EP4378041A1 EP 4378041 A1 EP4378041 A1 EP 4378041A1 EP 22751756 A EP22751756 A EP 22751756A EP 4378041 A1 EP4378041 A1 EP 4378041A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
evaluation unit
signal
supply
monitoring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22751756.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon STRUCK-SÜSSMEIER
Herbert Kastenmeyer
Sudarsan Vedantha
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG filed Critical Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Publication of EP4378041A1 publication Critical patent/EP4378041A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/24—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16547—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies voltage or current in AC supplies
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Definitions

  • the invention relates to a monitoring assembly for monitoring a supply signal of an electrically operated component. Furthermore, the invention relates to a system with an electrically operated component and a monitoring assembly.
  • Monitoring assemblies that have a monitoring circuit, which is also called a network monitoring circuit, are usually used in electronic systems to monitor a supply signal from at least one electrically operated component.
  • the electrically operated component can be an electronic component, ie a component that requires the supply signal in order to be able to operate.
  • monitoring assemblies are used in air-conditioning systems, in particular air-conditioning systems in vehicles and motorhomes.
  • the supply of a component of the air conditioning system can then be monitored by means of the monitoring assembly, for example a compressor of the air conditioning system, which can also be referred to as an air conditioning system compressor.
  • the monitoring assemblies known from the prior art usually have complex circuits that require a large number of components, as a result of which the monitoring circuits in the open position are complicated and expensive. In addition, the risk of failure of the entire monitoring assembly increases with each component used in the monitoring assembly. Simple approaches for the monitoring assemblies are also known from the prior art, but they only provide insufficiently accurate or reliable monitoring results, so that they are not used for high-quality applications. From other technical areas, for example in the field of electric or hybrid vehicles, it is known, among other things, to monitor a battery required for driving the electric or hybrid vehicle, ie the DC voltage present in the battery. Such monitoring emerges, inter alia, from DE 102010040 031 B4.
  • JP H03-35170 A A method is known from JP H03-35170 A, in which only the duration of crossings of the supply signal through a defined voltage range around zero are measured, ie the duration of the zero crossings, from which frequency information is to be derived.
  • the object of the invention is to enable reliable and cost-effective detection of faulty states in the supply signal of an electrically operated component, in particular to detect dips in the supply signal of the electrically operated component.
  • the object is achieved by a monitoring assembly for monitoring a supply signal of an electrically operated component.
  • the monitoring assembly includes a monitoring circuit and a control and evaluation unit assigned to the monitoring circuit. At least one galvanically isolated connection is provided between the monitoring circuit and the control and evaluation unit.
  • the monitoring circuit has at least one threshold-dependent component that is set up to generate a current signal as a function of a supply voltage of the supply signal that is present.
  • the supply voltage or the supply signal is an AC voltage.
  • the monitoring circuit is set up to transmit at least one output signal to the control and evaluation unit, which corresponds to the current signal generated by the at least one threshold-value-dependent component.
  • the at least one threshold-dependent component is designed such that it generates a current signal when the supply voltage is above a first threshold value.
  • the control and evaluation unit is set up to evaluate the at least one transmitted output signal in order to determine an error state.
  • the control and evaluation unit is also set up to output a control signal when the error state has been determined.
  • the monitoring module With the help of the monitoring module, it is fundamentally possible to prevent an unexpected failure of the electrically operated component, for example a blocking of a component of an air conditioning system such as the compressor, since the error status is detected in good time so that a response can be made.
  • the unexpected failure of the electrically powered component typically results in high inrush currents flowing when the electrical component is returned to service, which in turn can cause an existing fuse to blow.
  • manual intervention by the operator must take place in order to put the electrically operated component or a device comprising the component back into operation.
  • the monitoring assembly according to the invention ensures that the supply signal of the electrically operated component is continuously monitored, as a result of which the electrically operated component can be switched off in a controlled manner if a fault condition is detected. Flier this avoids the high currents when restarting or starting up, which are otherwise necessary.
  • the at least one galvanically isolated connection between the monitoring circuit and the control and evaluation unit can be implemented by an optocoupler, so that the control and evaluation unit is galvanically isolated from a supply voltage. Flier barn the control and evaluation unit is protected against overvoltages or voltage peaks of the supply signal, which in the monitoring circuit is processed.
  • the galvanically isolated connection between the monitoring circuit and the control and evaluation unit therefore represents appropriate protective insulation, which is used, for example, to separate public power supplies.
  • the threshold-dependent component which is provided in the monitoring circuit, can be in the form of a Zener diode, which allows a current to flow depending on the applied voltage, ie generates a corresponding current signal.
  • the first threshold value at which the monitoring circuit, in particular the entire monitoring assembly, is intended to detect an error state can be set via the specific design of the corresponding threshold-value-dependent component, ie the Zener diode.
  • the error state is detected when the supply signal falls below the first threshold value, because then there is no longer any current flow or no current signal is generated.
  • the threshold-dependent component of the monitoring circuit accordingly generates a current flow that is dependent on the applied voltage, so that a current flow is present depending on the design of the threshold-value-dependent component if the supply signal has a sufficiently high supply voltage. If the threshold-value-dependent component does not generate a current signal, this means that the voltage value of the supply signal is below the first threshold value or is not sufficient for the operation of the electrically operated component. If no current signal is generated, there is also no corresponding output signal which is transmitted to the control and evaluation unit.
  • the control and evaluation unit recognizes this error condition due to the missing output signal, which means that the control and evaluation unit can output the activation signal in order to switch off the electrically operated component in a targeted and controlled manner or to remove it from the supply, i.e. to separate it from the supply. In this way, blocking of the electrically operated component or of a further component which interacts with the electrically operated component can be effectively prevented.
  • the control and evaluation unit uses a reference signal to determine whether an output signal is present.
  • the control and evaluation unit can have at least one comparator, at the inputs of which the reference signal and the output signal are present if the output signal is present, ie in the case that the threshold-dependent component allows a current flow.
  • the threshold-dependent component of the monitoring circuit can also generate a current signal with a strength, as a result of which a proportional output signal is transmitted to the control and evaluation unit.
  • the control and evaluation unit compares the output signal obtained with the reference signal in order to identify whether the output or current signal is greater or less than the reference signal. If the output or current signal is smaller than the reference signal, an error condition is present, for example, namely an (at least brief) interruption of the supply signal or an undervoltage.
  • the monitoring of an AC voltage differs fundamentally from the monitoring of a DC voltage, as is the case with a battery, for example a vehicle battery.
  • the monitoring circuit has two threshold-dependent components.
  • the two threshold-dependent components are connected to one another in anti-serial fashion.
  • the two threshold-dependent components can each be in the form of Zener diodes. Due to the back-to-back arrangement of the two threshold-dependent components, the threshold-dependent components can be provided in a correspondingly polarity-controlled manner for a respective low wave of the supply signal designed as an alternating voltage signal.
  • the back-to-back arrangement of the two threshold-dependent components, in particular the two Zener diodes ensures that, depending on the respective flare wave, i.e.
  • one of the two threshold-value-dependent components in flow mode and the other of the two threshold-value-dependent components in particular Operating range of the corresponding threshold-dependent component is operated, for example in Zener voltage operation.
  • a symmetrical trapezoidal output voltage of the anti-serially arranged threshold-value-dependent components can result in the case of a supply signal present as an alternating voltage.
  • a further aspect provides that the monitoring circuit is set up to generate two current signals based on the supply signal or to transmit two output signals to the control and evaluation unit, which correspond to the generated current signals. Because of the two output signals or the two current signals, it is possible for the control and evaluation unit to monitor the frequency of the supply signal in addition to monitoring the level of the supply signal.
  • the two current signals are assigned to half-waves of the supply signal present as an alternating voltage.
  • the positive half-cycle is assigned, for example, to the first current signal or the first output signal
  • the negative half-cycle of the supply signal in the form of an alternating voltage is assigned to the second current signal or the second output signal.
  • the two half-waves can be evaluated separately, so that independent level monitoring is possible for each of the half-waves.
  • a joint evaluation of the two half-waves of the supply signal present as AC voltage is possible in order to determine, for example, the mains frequency or half-wave time ratio of the two half-waves.
  • the control and evaluation unit can be set up to determine the duration of the output signals assigned to the two half-waves in order to determine the mains frequency and/or the half-wave time ratio of the supply signal.
  • the respective duration of the two half-wave-dependent signals is recorded in order to obtain the mains frequency or the half-wave time ratio.
  • the two output signals that are assigned to the half-waves are compared with a corresponding reference voltage in the control and evaluation unit.
  • the control and evaluation unit can each have a comparator, with a first comparator being assigned to the first output signal and a second comparator being assigned to the second output signal, in particular an input of the respective comparators.
  • the at least one comparator is associated with a counter that counts at a constant frequency.
  • the output of the comparator is assigned to the counter.
  • the counter can always be reset when the comparator determines that an output signal is present.
  • a tolerance can be set via the counter, in particular the defined time period, in order to tolerate brief voltage dips in the supply signal.
  • control and evaluation unit comprises two comparators, with the two comparators each being associated with a low wave of the supply signal present as an AC voltage.
  • the two comparators each process one flanking wave of the two flanking waves of the supply signal present as an AC voltage, that is to say the two current signals.
  • control and evaluation unit can be set up to determine at least the duration of a low wave of the supply signal in the form of an AC voltage, in particular by evaluating the at least one transmitted output signal.
  • the monitoring circuit outputs at least one output signal, in particular two output signals.
  • the control and evaluation unit processes the at least one output signal in such a way that the duration of the low wave is determined.
  • the at least one counter can be provided, which determines the duration of the at least one half-wave-dependent signal, ie the corresponding output signal.
  • the duration of the flanking wave of the supply signal embodied as an AC voltage includes both the duration of a rising flank of the flanking wave and the duration of a falling flank of the flanking wave. Accordingly, it is provided that both the rising section of the flapping wave, ie the rising edge, and the falling section of the flapping wave, ie the falling edge, of the respective flapping wave are taken into account when the duration the corresponding half-wave is determined by the control and evaluation unit. As already explained, the control and evaluation unit processes the output signal of the monitoring circuit, which is assigned to the corresponding half-wave, ie the half-wave-dependent signal.
  • the supply signal which is present as an alternating voltage
  • the monitoring circuit in particular the at least one threshold-dependent component.
  • the current signal obtained in this way is then processed further, in particular by the monitoring circuit, in order to obtain the at least one output signal.
  • the at least one output signal has accordingly been obtained based on one of the two half-waves of the supply signal present as an AC voltage.
  • the monitoring circuit can output at least one output signal, in particular two output signals, which is or are transmitted to the control and evaluation unit.
  • the control and evaluation unit determines the duration of the respective output signal or of the half-wave of the supply signal present as AC voltage on which the corresponding output signal is based.
  • control and evaluation unit includes at least one comparator, which compares the output signal received with a reference signal in order to be able to determine the duration.
  • both the duration of a rising edge of the underlying half-wave and the duration of a falling edge of the underlying half-wave are taken into account, in particular also a peak section of the underlying half-wave, which connects the rising edge and the falling edge. This applies in an analogous manner to both half-waves if two output signals are present and are evaluated by the control and evaluation unit.
  • the duration of a rising section, a subsequent apex section and a subsequent falling section of the half-wave can be determined, namely in the case of a positive half-wave. Furthermore, can the duration of a descending section, a subsequent apex section and a subsequent rising section of the half cycle can be determined, namely in the case of a negative half cycle.
  • both the period duration and the duration of the zero crossing are measured during the evaluation by means of the control and evaluation unit.
  • two galvanically isolated connections are provided between the monitoring circuit and the control and evaluation unit assigned to the monitoring circuit.
  • the two galvanically isolated connections can each be in the form of an optocoupler, which ensures that the control and evaluation unit is galvanically isolated from the monitoring circuit.
  • the two galvanically isolated connections are designed to transmit the output signals associated with the two half-waves separately from one another to the control and evaluation unit. This makes it possible for the output signals or current signals assigned to the half-waves of the supply signal to be evaluated separately from one another in order to determine the mains frequency or the half-wave time ratio.
  • the monitoring circuit has a protection element and a fuse assigned to the protection element.
  • the protective element can be a varistor, ie a voltage-dependent resistor.
  • the protective element is used to protect the electrically operated component from overvoltages, the protective element being protected by the associated fuse.
  • the control and evaluation unit has a supply interface for the energy supply, with the supply interface being assigned a sensor which is set up to record at least one characteristic of the energy supply.
  • the energy supply of the control and evaluation unit can also be referred to as an internal supply, with the control and evaluation unit being designed in such a way that it still works even if the supply voltage is too low for the electrically operated component.
  • the internal supply signal is measured accordingly via the sensor.
  • the energy supply or the internal supply takes place, for example, via an AC/DC converter that is assigned to the supply interface of the control and evaluation unit, via which the control and evaluation unit is correspondingly supplied with energy.
  • the sensor is in turn assigned to this supply interface in order to monitor the energy supply.
  • the AC/DC converter is connected to the control and evaluation unit via a voltage divider, for example. In particular, it can be determined whether the output voltage of the AC/DC converter is below a specific threshold value.
  • control and evaluation unit is set up to detect a failure of the fuse, ie the fuse assigned to the protection element, based on the recorded characteristics of the energy supply and the output of the monitoring circuit. For this purpose, the control and evaluation unit evaluates whether an internal network signal from the voltage detection is missing, with the internal supply of the control and evaluation unit being given via the supply interface, which is interpreted as an implicit indication of the failure of the fuse of the protection element.
  • the energy supply of the control and evaluation unit which takes place via a power pack or an AC/DC converter, keeps the control and evaluation unit running even if there is no longer a signal via the monitoring circuit. Therefore, no second power supply is necessary.
  • the monitoring circuit no longer delivers a signal at less than approx. 80 V from the supply, while the AC/DC converter assigned to the control and evaluation unit still works up to 60 V and thus keeps the control and evaluation unit functional. Short-term complete failures of the supply can be intercepted by internal energy storage via capacitors.
  • control and evaluation unit can output a control signal in order to transmit the corresponding error state. Furthermore, the control and evaluation unit can control a user interface which signals to the user that the monitoring assembly or the device comprising the monitoring assembly needs to be serviced. In this way it can be ensured in a simple manner that a failure of the protective element, for example due to an overload, does not go undetected but is corrected accordingly.
  • the assembly has a power pack with an AC/DC converter, with the power pack being assigned a sensor that detects a voltage value at the output of the power pack and transmits it to the control and evaluation unit.
  • the voltage value is a low voltage level.
  • the signal detected by the sensor can be used for extended monitoring of the supply signal in order to obtain a more detailed statement with regard to an error condition of the supply signal.
  • the power pack with the AC/DC converter is used to supply energy to the control and evaluation unit and is connected to the aforementioned supply interface, for example.
  • the aforementioned sensor for the internal supply signal is designed as a voltage divider. Therefore, as an aspect, it is preferably provided that the output of the power pack, preferably the output of the AC/DC converter, is connected to the control and evaluation unit via a voltage converter as a sensor. This is used to determine whether the supply voltage continues to drop below the lower threshold value.
  • the AC/DC converter is set up to output an output voltage up to a second threshold value for the supply signal, the second threshold value being below the first threshold value.
  • the AC/DC converter is designed in such a way that the output voltage only drops to a critical value below the undervoltage reported by the monitoring circuit for the operation of the electrically operated component, resulting in the second voltage threshold value, which is used when monitoring the supply signal can be used additionally.
  • control and evaluation unit can be set up to determine the duration of a failure of the at least one output signal, with the control and evaluation unit being set up to compare the duration with a defined period of time in order to detect the fault condition if the duration of the failure is longer than the defined time span.
  • this can be done in a simple manner via the counter which is associated with the comparator and whose output signal can be reset when a corresponding output signal from the monitoring circuit is present at its input. This corresponds to basic monitoring by means of the monitoring module, since the defined period of time defines a period after which the monitoring module only responds or which is still tolerated by the monitoring module.
  • control and evaluation unit does not emit the activation signal if the determined duration of the failure of the at least one output signal, i.e. the response of the basic monitoring, takes place for a period of time that is less than the defined period of time, since the corresponding failure is still in the intended tolerance range.
  • the at least one output signal fails for a period longer than the defined period of time, the error state is detected and the activation signal is output in order to switch off the electrically operated component or a component assigned to the electrically operated component or the higher-level device in a targeted manner or to shut down.
  • a further aspect provides that the control and evaluation unit is set up to detect the fault condition if the output voltage fails and the at least one output signal fails at the same time, in particular independently of the duration of the failure of the at least one output signal.
  • the fault condition is detected even if the duration of the failure of the at least one output signal is still within the defined period of time.
  • the AC/DC converter has the second threshold up to which the output voltage is output, the second threshold has a lower voltage level than the first threshold, so if the output voltage and the output signal fail at the same time, the voltage level of the supply signal is below the second threshold value, which indicates a very low supply voltage, which results in an error condition.
  • a system which includes an electrically operated component, for example a component of an air conditioning system such as a compressor, and a monitoring assembly of the aforementioned type.
  • the electrically operated component is connected to the monitoring assembly via a switching element.
  • the switching element can be a relay, for example a semiconductor relay. This ensures that the control and evaluation unit can be electrically isolated both from the monitoring circuit and from the electrically operated component, provided that the switching element is designed accordingly.
  • the switching element can be controlled by the control and evaluation unit when the error state is detected. This means that the activation signal to be output by the control and evaluation unit can be output to the switching element, which ensures that the electrically operated component or a component assigned to the electrically operated component is switched off in a controlled manner.
  • the monitoring assembly is set up to activate the switching element depending on a detected error state of the supply signal of the electrically operated component in order to interrupt the supply via the switching element in a controlled manner. This ensures that the electrically operated Component or a component interacting with the electrically operated component is avoided.
  • the activation signal can be used to directly switch off the electrically operated component or a component assigned to the electrically operated component in a controlled manner.
  • the monitoring module makes a statement about the mains voltage, ie the level of the mains voltage, and the mains frequency of the supply signal that is supplied to the electrically operated component.
  • the monitoring assembly can be used to determine the status of the protective element, in particular the status of the fuse assigned to the protective element.
  • the monitoring board can be adjusted in the field, i.e. without changing the hardware, by setting parameters that are used for monitoring, for example the defined time period.
  • the monitoring module ensures that it reacts quickly to dips in the supply signal, for example voltage and/or frequency dips, while at the same time there is a tolerance for short-term or minor dips.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a system according to the invention, which includes a monitoring assembly according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the monitoring assembly according to the invention
  • FIG. 3a shows a schematic representation of the control and evaluation unit used in the monitoring assembly according to a first embodiment
  • FIG. 3b shows a schematic representation of the control and evaluation unit used in the monitoring assembly according to a second embodiment
  • FIG. 4 is an overview that illustrates the different scenarios when monitoring using the monitoring assembly according to the invention.
  • FIG. 10 A system 10 is shown in FIG.
  • the electrically operated component 12 is operated via a supply voltage or a supply signal from a supply 18, with the monitoring assembly 14 monitoring the supply signal.
  • the electrically operated component 12 is connected to the supply 18 via the switching element 16 so that the electrically operated component 12 can be separated from the supply 18 .
  • the switching element 16 is a relay, for example a semiconductor relay, so that a galvanic isolation of the electrically operated component 12 from the supply 18 is possible.
  • the monitoring assembly 14 includes a monitoring circuit 20, a control and evaluation unit 22 associated with the monitoring circuit 20, and a power pack 24, which includes an AC/DC converter 26, which will be discussed further below.
  • the monitoring assembly 14 is coupled to the supply 18 via the monitoring circuit 20, so that the monitoring circuit 20 picks up and monitors the supply signal provided by the supply 18, in particular with regard to the voltage value and/or the frequency of the supply signal.
  • the monitoring circuit 20 is shown in more detail in Figure 2, from which it can be seen that the monitoring circuit 20 has a protective element 28 in the form of a varistor ("VDR") and a fuse 30 associated with the protective element 28, which serve to protect against an overvoltage from the electrically operated assembly Keep 12 away, so as to protect the electrically operated component 12 from the overvoltage.
  • VDR varistor
  • the monitoring circuit 20 includes two threshold-dependent components 32, 34, which are designed as Zener diodes.
  • the two threshold-dependent components 32, 34 are arranged back-to-back in this case, as a result of which the supply signal can be rectified.
  • At least one current signal is provided via the threshold value-dependent components 32, 34, which current signal depends on the voltage value of the supply signal. This means that when there is a supply voltage that is above a first threshold value, a corresponding current signal is provided, which can be transmitted from the monitoring circuit 20 to the control and evaluation unit 22, in particular in the form of an output signal.
  • the first threshold value can be predefined on the basis of the corresponding design of the components 32, 34 which are dependent on the threshold value.
  • At least one galvanically isolated connection 36 is provided between the control and evaluation unit 22 and the monitoring circuit 20 in order to electrically isolate the control and evaluation unit 22 from the monitoring circuit 20, in particular from the applied supply voltage, which is provided by the supply 18.
  • control and evaluation unit 22 is connected to the monitoring circuit 20 via two galvanically isolated connections 36, each of which is in the form of an optocoupler, as can be seen from FIG.
  • control and evaluation unit 22 There is a connection to the power pack 24 and in particular to the AC/DC converter 26 via the resistors R2 and R3. Both resistors R2, R3 thus form the supply interface of the control and evaluation unit 22.
  • the control and evaluation unit 22 has a supply interface 37 for supplying energy.
  • Output signals which correspond to two current signals which are provided by the monitoring circuit 20 are forwarded to the control and evaluation unit 22 via the two optocouplers.
  • the monitoring circuit 20 is designed in such a way that the two half-waves of the supply signal, which is present as an AC voltage signal, are assigned current signals which are transmitted separately from one another to the control and evaluation unit 22, namely by means of the output signals which are transmitted through the optocoupler be transmitted.
  • the control and evaluation unit 22 thus receives the two output signals from the monitoring circuit 20, the control and evaluation unit 22 evaluating the two output signals in order to detect an error condition in the supply signal.
  • FIG. 3a shows, by way of example, that the control and evaluation unit 22 compares the output signals received with a reference signal.
  • control and evaluation unit 22 has a first comparator 38 and a second comparator 40 which receive the first output signal or the second output signal, provided these are generated by the monitoring circuit 20 .
  • the two comparators 38, 40 are therefore set up to compare the voltage level of the respective half-cycle of the supply signal with the reference signal. A corresponding level monitoring for the respective half-waves can thereby be made possible.
  • the level monitoring can be carried out by the first threshold value, which is set by the threshold-dependent components 32, 34. As described above, a current signal is only generated when the voltage level of the supply voltage is above the first threshold value. Accordingly, the output signal of the associated half-wave of the supply signal or no output signal is present at the respective input of the corresponding comparator 38, 40, for example the positive input, if the voltage level is below the first threshold value.
  • the comparator 38, 40 switches over accordingly on the basis of the reference signal present at the other input.
  • the two comparators 38, 40 are each assigned a counter 42, 44 in the embodiment shown, via which the duration of the half-wave-dependent signals, ie the respective output signals, can be determined.
  • the counters 42, 44 count the output signal of the respective comparator 38, 40 at a defined frequency in order to determine the duration of the half-wave-dependent signals.
  • the two counters 42, 44 are used so that a separate analysis of both half-waves is possible.
  • FIG. 3b shows an alternative embodiment of the control and evaluation unit 22, which saves more resources than that in FIG. 3a, since only one counter 42 is provided.
  • the two comparators 38, 40 are connected on the output side to a corresponding OR link 46, which is therefore arranged between the counter 42 and the comparators 38, 40. This makes it possible to reset the counter 42 if, for example, there is no output signal from the monitoring circuit 20 at any of the inputs of the comparators 38, 40, since both outputs of the comparators 38, 40 are coupled to the counter 42 via the OR link 46.
  • the comparators 38, 40, the at least one counter 42 and, if provided, the OR link 46 are implemented in a microcontroller that is configured accordingly.
  • an interrupt signal is generated by the control and evaluation unit 22 when the supply has failed. Before that, everything is done on the hardware side, so that evaluation software with regard to half-wave monitoring is initially not used for the evaluation.
  • control and evaluation unit 22 in particular the respective first inputs of the comparators 38, 40, is connected to the monitoring circuit 20, in particular to the outputs of the optocouplers, as can be seen from FIGS.
  • the output side of the first optocoupler can be connected to an input of the first comparator 38, e.g. the positive input
  • the second optocoupler can be connected to an input of the second comparator 40, e.g. the positive input, on the output side, so that the output signals to the comparators 38, 40 to be directed.
  • the respective other inputs of the comparators 38, 40 receive the reference signal.
  • the control and evaluation unit 22 also receives a signal from the power pack 24 , in particular a sensor 48 which is assigned to the power pack 24 and which detects an output voltage of the AC/DC converter 26 .
  • the voltage value is in particular an output voltage level of the power pack 24.
  • the power pack 24 basically serves to supply the control and evaluation unit 22 with electrical energy and can therefore also be referred to as an internal supply.
  • the sensor 48 is also assigned to the supply interface 37 of the control and evaluation unit 22, the sensor 48 being set up to record at least one characteristic of the energy supply.
  • the AC/DC converter 24 is designed to output an output voltage up to a second threshold value for the supply signal, the second threshold value being below the first threshold value, which is assigned to the monitoring circuit 20, in particular the threshold-dependent components 32, 34.
  • an output voltage is also provided via the AC/DC converter 24, which can be used, for example, to supply the control and evaluation unit 22, even if the monitoring circuit 20 would have already detected an error state.
  • control and evaluation unit 22 receives a plurality of information or sensor signals that can be used to identify the faulty state of the supply signal in order to reliably detect it accordingly.
  • control and evaluation unit 22 is set up to determine the duration of the failure of the at least one output signal, with this being compared with a defined period of time in order to detect the error state. In other words, the control and evaluation unit 22 ascertains how long no current signal has been transmitted by the monitoring circuit 20, the corresponding duration being compared with the defined period of time.
  • the defined period of time represents a tolerance range that tolerates brief interruptions in the current signal as uncritical, so that unnecessary triggering of the monitoring assembly 14 is avoided.
  • FIG. 4 shows a further scenario “3” in which an error state is already detected, although the basic monitoring carried out by the monitoring circuit 20 has not transmitted the output signal for a period that is below the defined time span T.
  • the activation signal is therefore already output after the time "ti_A", although this time is well below the defined time span T.
  • the control and evaluation unit 22 controls the switch 16 accordingly, for example, in order to electrically isolate the electrically operated component 12 from the supply 18 .
  • control and evaluation unit 22 directly controls the electrically operated component 12 or a component that interacts with the electrically operated component 12 in order to switch off or shut down the latter in a controlled manner.
  • a control line 50 can be provided, which is shown in broken lines in FIG.
  • the control and evaluation unit 22 With the monitoring assembly 14 according to the invention, it is basically possible for the control and evaluation unit 22 to be completely galvanically isolated from the supply 18, provided that the power pack 24 and the switching element 16 are designed accordingly. This is because there is a galvanically isolated connection between the monitoring circuit 20 and the control and evaluation unit 22 .
  • the monitoring circuit 20 is designed in a correspondingly simple manner, as a result of which it is not susceptible to errors.
  • the monitoring assembly 14 can output a statement regarding the mains voltage, in particular the voltage value of the mains voltage, the mains frequency and the status of the protective element 28 provided in the monitoring circuit 20 or its fuse 30 . Furthermore, a tolerance for short-term or minor changes in the supply signal can be implemented, so that unnecessary triggering of the monitoring assembly 14 is avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsbaugruppe (14) zur Überwachung eines Versorgungssignals eines elektrisch betriebenen Bauteils (12), wobei die Überwachungsbaugruppe (10) eine Überwachungsschaltung (20) und eine der Überwachungsschaltung (20) zugeordnete Steuer- und Auswerteeinheit (22) umfasst. Zumindest eine galvanisch isolierte Verbindung ist zwischen der Überwachungsschaltung (20) und der Steuer- und Auswerteeinheit (22) vorgesehen. Die Überwachungsschaltung (20) weist wenigstens eine schwellenwertabhängige Komponente auf, die ein Stromsignal in Abhängigkeit von einer anliegenden Versorgungsspannung erzeugt. Bei der Versorgungsspannung handelt es sich um eine Wechselspannung. Die wenigstens eine schwellenwertabhängige Komponente ist derart ausgelegt, dass sie ein Stromsignal erzeugt, wenn die Versorgungsspannung über einem ersten Schwellenwert liegt. Die Steuer- und Auswerteeinheit (22) ist eingerichtet, das wenigstens eine übermittelte Ausgangssignal auszuwerten, um einen Fehlerzustand zu ermitteln. Die Steuer- und Auswerteeinheit (22) ist eingerichtet, ein Ansteuerungssignal auszugeben, wenn der Fehlerzustand ermittelt worden ist. Zudem ist ein System (10) beschrieben.

Description

Truma Gerätetechnik GmbFI & Co. KG Unser Zeichen: T15296 WO Hl /sc
Uberwachungsbaugruppe sowie System mit einer Überwachungsbaugruppe
Die Erfindung betrifft eine Überwachungsbaugruppe zur Überwachung eines Versorgungssignals eines elektrisch betriebenen Bauteils. Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einem elektrisch betriebenen Bauteil sowie einer Überwachungsbaugruppe.
Überwachungsbaugruppen, die eine Überwachungsschaltung aufweisen, welche auch Netzüberwachungsschaltung genannt wird, werden üblicherweise bei elektronischen Systemen eingesetzt, um ein Versorgungssignal von zumindest einem elektrisch betriebenen Bauteil zu überwachen. Bei dem elektrisch betriebenen Bauteil kann es sich um eine Elektronikkomponente handeln, also eine Komponente, die das Versorgungssignal benötigt, um betrieben werden zu können.
Beispielsweise werden solche Überwachungsbaugruppen bei Klimaanlagen eingesetzt, insbesondere Klimaanlagen im Fahrzeug- bzw. Wohnmobilbereich. Mittels der Überwachungsbaugruppe lässt sich dann die Versorgung eines Bauteils der Klimaanlage überwachen, beispielsweise ein Kompressor der Klimaanlage, der auch als Klimaanlagenkompressor bezeichnet werden kann.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Überwachungsbaugruppen weisen üblicherweise komplexe Schaltungen auf, die eine Vielzahl an Komponenten benötigen, wodurch die Überwachungsschaltungen in der Fierstellung aufwendig und teuer sind. Zudem steigt mit jeder verwendeten Komponente in der Überwachungsbaugruppe das Ausfallrisiko der gesamten Überwachungs baugruppe entsprechend an. Auch sind aus dem Stand der Technik einfache Ansätze für die Überwachungsbaugruppen bekannt, die jedoch nur unzureichend genaue bzw. zuverlässige Überwachungsergebnisse liefern, sodass diese für hochwertige Anwendungen nicht verwendet werden. Aus anderen technischen Gebieten, beispielsweise im Bereich von Elektro- oder Hybridfahrzeugen, ist es unter anderem bekannt, eine die für den Antrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs notwendige Batterie zu überwachen, also die vorliegende Gleichspannung der Batterie. Eine solche Überwachung geht unter anderem aus der DE 102010040 031 B4 hervor.
Aus der JP H03-35170 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem ausschließlich die Dauer von Durchgängen des Versorgungssignals durch einen definierten Spannungsbereich um Null gemessen werden, also die Dauer der Nulldurch gänge, woraus Frequenzinformationen abgeleitet werden sollen.
Insofern besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine zuverlässige und kostengünstige Erkennung von Fehlzuständen im Versorgungssignal eines elektrisch betriebenen Bauteils zu ermöglichen, insbesondere Einbrüche des Versorgungssignals des elektrisch betriebenen Bauteils zu erkennen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Überwachungs baugruppe zur Überwachung eines Versorgungssignals eines elektrisch betriebenen Bauteils. Die Überwachungsbaugruppe umfasst eine Überwachungs schaltung und eine der Überwachungsschaltung zugeordnete Steuer- und Auswerteeinheit. Zwischen der Überwachungsschaltung und der Steuer- und Auswerteeinheit ist zumindest eine galvanisch isolierte Verbindung vorgesehen. Die Überwachungsschaltung weist wenigstens eine schwellenwertabhängige Komponente auf, die eingerichtet ist, ein Stromsignal in Abhängigkeit von einer anliegenden Versorgungsspannung des Versorgungssignals zu erzeugen. Bei der Versorgungsspannung bzw. dem Versorgungssignal handelt es sich um eine Wechselspannung. Die Überwachungsschaltung ist eingerichtet, wenigstens ein Ausgangssignal an die Steuer- und Auswerteeinheit zu übermitteln, welches dem von der wenigstens einen schwellenwertabhängigen Komponente erzeugten Stromsignal entspricht. Die wenigstens eine schwellenwertabhängige Komponente ist derart ausgelegt, dass sie ein Stromsignal erzeugt, wenn die Versorgungsspannung über einem ersten Schwellenwert liegt. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist eingerichtet, das wenigstens eine übermittelte Ausgangssignal auszuwerten, um einen Fehlerzustand zu ermitteln. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist ferner eingerichtet, ein Ansteuerungssignal auszugeben, wenn der Fehlerzustand ermittelt worden ist. Mit der erfindungsgemäßen Überwachungsbaugruppe ist es demnach möglich, Einbrüche in dem Versorgungssignal zuverlässig und kostengünstig zu erkennen, da hierfür wenige Bauteile in der Überwachungsschaltung notwendig sind. Bei den Einbrüchen des Versorgungssignals kann es sich um Einbrüche der Spannung, also des Spannungswerts, und/oder um Einbrüche der Frequenz des Versorgungssignals - insbesondere eines Wechselspannungssignals - handeln.
Mithilfe der Überwachungsbaugruppe ist es grundsätzlich möglich, einen unerwarteten Ausfall des elektrisch betriebenen Bauteils, bspw. ein Blockieren eines Bauteils einer Klimaanlage wie dem Kompressor, zu verhindern, da der Fehlerzustand rechtzeitig erkannt wird, sodass hierauf reagiert werden kann. Der unerwartete Ausfall des elektrisch betriebenen Bauteils führt üblicherweise dazu, dass hohe Einschalt- bzw. Anlaufströme fließen, wenn das elektrische Bauteil wieder in Betrieb genommen wird, welche wiederum dazu führen können, dass eine vorhandene Sicherung auslöst. Letztendlich muss ein manueller Eingriff durch den Bediener erfolgen, um das elektrisch betriebene Bauteil bzw. ein das Bauteil umfassendes Gerät wieder in den Betrieb zu nehmen.
Die erfindungsgemäße Überwachungsbaugruppe stellt dagegen sicher, dass das Versorgungssignal des elektrisch betriebenen Bauteils kontinuierlich überwacht wird, wodurch ein kontrolliertes Abschalten des elektrisch betriebenen Bauteils erfolgen kann, wenn ein Fehlerzustand detektiert wird. Flierdurch lassen sich die hohen Ströme beim Wiederanfahren bzw. Anlaufen vermeiden, welche sonst notwendig sind. Insofern ist es aufgrund der kontinuierlichen Überwachung mittels der erfindungsgemäßen Überwachungsbaugruppe möglich, das elektrisch betriebene Bauteil kontrolliert abzuschalten und entsprechend kontrolliert wieder anzuschalten, wobei ein Auslösen der Sicherung vermieden werden kann. Das Aus- und Einschalten kann automatisch erfolgen, also ohne manuellen Eingriff.
Die zumindest eine galvanisch isolierte Verbindung zwischen der Überwachungsschaltung und der Steuer- und Auswerteeinheit kann durch einen Optokoppler realisiert sein, sodass die Steuer- und Auswerteeinheit von einer Versorgungsspannung galvanisch getrennt ist. Flierdurch ist die Steuer- und Auswerteeinheit entsprechend vor Überspannungen oder Spannungsspitzen des Versorgungssignals geschützt, welches in der Überwachungsschaltung verarbeitet wird. Die galvanisch isolierte Verbindung zwischen der Überwachungs schaltung und der Steuer- und Auswerteeinheit stellt demnach eine entsprechende Schutzisolierung dar, die beispielsweise zur Abtrennung von öffentlichen Stromversorgungen dient.
Die schwellenwertabhängige Komponente, die in der Überwachungsschaltung vorgesehen ist, kann als eine Zener-Diode ausgebildet sein, die in Abhängigkeit der anliegenden Spannung einen Stromfluss zulässt, also ein entsprechendes Stromsignal erzeugt. Über die konkrete Ausgestaltung der entsprechenden schwellenwertabhängigen Komponente, also der Zener-Diode, lässt sich der erste Schwellenwert einstellen, bei dem die Überwachungsschaltung, insbesondere die gesamte Überwachungsbaugruppe, einen Fehlerzustand detektieren soll.
Beispielsweise wird der Fehlerzustand detektiert, wenn der erste Schwellenwert vom Versorgungssignal unterschritten wird, weil dann kein Stromfluss mehr vorliegt bzw. kein Stromsignal erzeugt wird.
Die schwellenwertabhängige Komponente der Überwachungsschaltung erzeugt demnach einen von der anliegenden Spannung abhängigen Stromfluss, sodass in Abhängigkeit von der Auslegung der schwellenwertabhängigen Komponente ein Stromfluss vorliegt, sofern das Versorgungssignal eine ausreichend hohe Versorgungsspannung aufweist. Sofern die schwellenwertabhängige Komponente kein Stromsignal erzeugt, bedeutet dies, dass der Spannungswert des Versorgungssignals unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt bzw. nicht ausreichend für den Betrieb des elektrisch betriebenen Bauteils ist. Wenn kein Stromsignal erzeugt wird, liegt auch kein entsprechendes Ausgangssignal vor, welches an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt wird.
Die Steuer- und Auswerteeinheit erkennt diesen Fehlerzustand aufgrund des fehlenden Ausgangssignals, wodurch die Steuer- und Auswerteeinheit das Ansteuerungssignal ausgeben kann, um das elektrisch betriebene Bauteil gezielt und kontrolliert abzuschalten bzw. von der Versorgung zu nehmen, also von der Versorgung zu trennen. Flierdurch kann ein Blockieren des elektrisch betriebenen Bauteils bzw. eines weiteren Bauteils effektiv verhindert werden, welches mit dem elektrisch betriebenen Bauteil zusammenwirkt. Insbesondere verwendet die Steuer- und Auswerteeinheit ein Referenzsignal, um festzustellen, ob ein Ausgangssignal vorliegt. Insofern kann die Steuer- und Auswerteeinheit zumindest einen Komparator aufweisen, an dessen Eingängen das Referenzsignal und das Ausgangssignal anliegen, sofern das Ausgangssignal vorhanden ist, also in dem Fall, dass die schwellenwertabhängige Komponente einen Stromfluss zulässt.
Allerdings kann die schwellenwertabhängige Komponente der Überwachungs schaltung auch ein Stromsignal mit einer Stärke erzeugen, wodurch ein proportionales Ausgangssignal an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt wird. Die Steuer- und Auswerteeinheit vergleicht das erhaltene Ausgangssignal mit dem Referenzsignal, um zu erkennen, ob das Ausgangs- bzw. Stromsignal größer oder kleiner als das Referenzsignal ist. Sofern das Ausgangs- bzw. Stromsignal kleiner als das Referenzsignal ist, liegt beispielsweise ein Fehlerzustand vor, nämlich eine (zumindest kurzzeitige) Unterbrechung des Versorgungssignals bzw. eine Unterspannung.
Die Überwachung einer Wechselspannung, wie dies vorliegend der Fall ist, unterscheidet sich grundlegend von der Überwachung einer Gleichspannung, wie dies bei einer Batterie der Fall ist, beispielsweise einer Fahrzeugbatterie.
Ein Aspekt sieht vor, dass die Überwachungsschaltung zwei schwellenwert abhängige Komponenten aufweist. Insbesondere sind die beiden schwellenwert abhängigen Komponenten antiseriell miteinander verbunden. Die beiden schwellenwertabhängigen Komponenten können jeweils als Zener-Dioden ausgebildet sein. Aufgrund der antiseriellen Anordnung der beiden schwellenwert abhängigen Komponenten können die schwellenwertabhängigen Komponenten entsprechend polaritätsgesteuert für jeweils eine Flalbwelle des als Wechsel spannungssignal ausgebildeten Versorgungssignals vorgesehen sein. Bei der antiseriellen Anordnung der beiden schwellenwertabhängigen Komponenten, insbesondere den beiden Zener-Dioden, ist gewährleistet, dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Flalbwelle, also positive Flalbwelle oder negative Flalbwelle, eine der beiden schwellenwertabhängigen Komponenten im Durchflussbetrieb und die andere der beiden schwellenwertabhängigen Komponenten im speziellen Betriebsbereich der entsprechenden schwellenwertabhängigen Komponente betrieben wird, beispielsweise im Zener-Spannungsbetrieb. Grundsätzlich kann sich bei einem als Wechselspannung vorliegenden Versorgungssignal eine symmetrische trapezartige Ausgangsspannung der antiseriell angeordneten schwellenwertabhängigen Komponenten ergeben.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Überwachungsschaltung eingerichtet ist, zwei Stromsignale basierend auf dem Versorgungssignal zu erzeugen bzw. zwei Ausgangssignale an die Steuer- und Auswerteeinheit zu übermitteln, welche den erzeugten Stromsignalen entsprechen. Aufgrund der beiden Ausgangssignale bzw. den beiden Stromsignalen ist es möglich, dass die Steuer- und Auswerte einheit zusätzlich zur Pegelüberwachung des Versorgungssignals eine Frequenz überwachung des Versorgungssignals durchführen kann.
Insbesondere sind die beiden Stromsignale Halbwellen des als Wechsel spannung vorliegenden Versorgungssignals zugeordnet. Die positive Halbwelle ist beispielsweise dem ersten Stromsignal bzw. dem ersten Ausgangssignal zugeordnet, wohingegen die negative Halbwelle des als Wechselspannung ausgebildeten Versorgungssignals dem zweiten Stromsignal bzw. dem zweiten Ausgangssignal zugeordnet ist. Hierdurch können die beiden Halbwellen getrennt voneinander ausgewertet werden, sodass für jede der Halbwellen eine eigenständige Pegelüberwachung möglich ist. Zudem ist eine gemeinsame Auswertung der beiden Halbwellen des als Wechselspannung vorliegenden Versorgungssignals möglich, um hierüber beispielsweise die Netzfrequenz bzw. Halbwellenzeitverhältnis der beiden Halbwellen zu ermitteln.
Die Steuer- und Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, die Dauer der den beiden Halbwellen zugeordneten Ausgangssignale zu ermitteln, um die Netzfrequenz und/oder das Halbwellenzeitverhältnis des Versorgungssignals zu ermitteln. Die jeweilige Zeitdauer der beiden halbwellenabhängigen Signale wird erfasst, um hierüber die Netzfrequenz bzw. das Halbwellenzeitverhältnis zu erhalten. Die beiden Ausgangssignale, die den Halbwellen zugeordnet sind, werden in der Steuer- und Auswerteeinheit mit einer entsprechenden Referenzspannung verglichen. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann hierzu jeweils einen Komparator aufweisen, wobei ein erster Komparator dem ersten Ausgangssignal und ein zweiter Komparator dem zweiten Ausgangssignal zugeordnet ist, insbesondere ein Eingang der jeweiligen Komparatoren. Grundsätzlich ist der wenigstens eine Komparator einem Zähler zugeordnet, der mit einer konstanten Frequenz zählt. Sobald der Zähler einen festgelegten Wert erreicht hat, der einer definierten Zeitdauer zugeordnet ist, kann hierüber der Ausfall des Versorgungssignals signalisiert werden. Um den Zähler zurückzusetzen, ist der Ausgang des Komparators dem Zähler zugeordnet. Insofern kann der Zähler immer dann zurückgesetzt werden, wenn der Komparator feststellt, dass ein Ausgangssignal vorliegt. Über den Zähler, insbesondere die definierte Zeitdauer, lässt sich eine Toleranz einstellen, um so kurzzeitige Spannungseinbrüche im Versorgungssignal zu tolerieren.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Steuer- und Auswerteeinheit zwei Komparatoren umfasst, wobei die beiden Komparatoren jeweils einer Flalbwelle des als Wechselspannung vorliegenden Versorgungssignals zugeordnet sind. Mit anderen Worten verarbeiten die beiden Komparatoren jeweils eine Flalbewelle der beiden Flalbwellen des als Wechselspannung vorliegenden Versorgungssignals, also die beiden Stromsignale. Insofern ist es möglich, jede der beiden Flalbwellen getrennt voneinander auszuwerten, insbesondere mittels des entsprechenden Komparators mit dem Referenzsignal zu vergleichen.
Allgemein kann die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet sein, zumindest die Dauer einer Flalbwelle des als Wechselspannung ausgebildeten Versorgungs signals zu ermitteln, insbesondere durch Auswerten des wenigstens einen übermittelten Ausgangssignals. Wie vorstehend erläutert, gibt die Überwachungs schaltung wenigstens ein Ausgangssignal aus, insbesondere zwei Ausgangs signale. Die Steuer- und Auswerteeinheit verarbeitet das wenigstens eine Ausgangssignal derart, dass die Dauer der Flalbwelle ermittelt wird. Flierzu kann der zumindest eine Zähler vorgesehen sein, der die Dauer des zumindest einen halbwellenabhängigen Signals, also des entsprechenden Ausgangssignals ermittelt.
Insbesondere umfasst die Dauer der Flalbwelle des als Wechselspannung ausgebildeten Versorgungssignals sowohl die Dauer einer steigenden Flanke der Flalbwelle als auch die Dauer einer fallenden Flanke der Flalbwelle. Es ist demnach vorgesehen, dass sowohl der ansteigende Abschnitt der Flalbwelle, also die steigende Flanke, als auch der absteigende Abschnitt der Flalbwelle, also die fallende Flanke, der jeweiligen Flalbwelle berücksichtigt werden, wenn die Dauer der entsprechenden Halbwelle von der Steuer- und Auswerteeinheit ermittelt wird. Wie bereits erläutert, verarbeitet die Steuer- und Auswerteeinheit das Ausgangssignal der Überwachungsschaltung, welches der entsprechenden Halbwelle zugeordnet ist, also das halbwellenabhängige Signal.
Grundsätzlich ist also vorgesehen, dass das als Wechselspannung vorliegende Versorgungssignal in ein Stromsignal gewandelt wird, beispielsweise mittels der Überwachungsschaltung, insbesondere der wenigstens einen schwellenwert abhängigen Komponente. Das so erhaltene Stromsignal wird dann, insbesondere von der Überwachungsschaltung, weiterverarbeitet, um das wenigstens eine Ausgangssignal zu erhalten. Das wenigstens eine Ausgangssignal ist demnach basierend auf einer der beiden Halbwellen des als Wechselspannung vorliegenden Versorgungssignals erhalten worden.
Die Überwachungsschaltung kann wenigstens ein Ausgangssignal ausgeben, insbesondere zwei Ausgangssignale, das bzw. die an die Steuer- und Auswerte einheit übermittelt wird bzw. werden.
Die Steuer- und Auswerteeinheit ermittelt wiederum die Dauer des jeweiligen Ausgangssignals bzw. der dem entsprechenden Ausgangssignal zugrunde liegenden Halbwelle des als Wechselspannung vorliegenden Versorgungssignals.
Hierzu umfasst die Steuer- und Auswerteeinheit zumindest einen Komparator, der das erhaltene Ausgangssignal mit einem Referenzsignal vergleicht, um so die Zeitdauer ermitteln zu können.
Bei der Auswertung des wenigstens einen Ausgangssignals werden sowohl die Dauer einer steigenden Flanke der zugrundeliegenden Halbwelle als auch die Dauer einer fallenden Flanke der zugrundeliegenden Halbwelle berücksichtigt, insbesondere auch ein Scheitelpunktabschnitt der zugrundeliegenden Halbwelle, welcher die steigende Flanke und die fallende Flanke verbindet. Dies gilt in analoger Weise für beide Halbwellen, sofern zwei Ausgangssignale vorliegen und von der Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet werden.
Insofern kann die Dauer eines ansteigenden Abschnitt, eines anschließenden Scheitelpunktabschnitts sowie eines anschließenden absteigenden Abschnitts der Halbwelle ermittelt werden, nämlich im Fall einer positiven Halbwelle. Ferner kann die Dauer eines absteigenden Abschnitt, eines anschließenden Scheitelpunkt abschnitts sowie eines anschließenden ansteigenden Abschnitts der Halbwelle ermittelt werden, nämlich im Fall einer negativen Halbwelle.
Insofern werden bei der Auswertung mittels der Steuer- und Auswerteeinheit sowohl die Periodendauer als auch die Dauer des Nulldurchgangs gemessen.
Hierdurch ergibt sich eine große Robustheit gegenüber kurzzeitigen Abweichungen und Störungen, auch wenn die Reaktionszeit langsamer ist als bei Verfahren, die ausschließlich auf die Auswertung des Nulldurchgangs abstellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt sind zwischen der Überwachungsschaltung und der der Überwachungsschaltung zugeordneten Steuer- und Auswerteeinheit zwei galvanisch isolierte Verbindungen vorgesehen. Die beiden galvanisch isolierten Verbindungen können jeweils als Optokoppler ausgebildet sein, wodurch sichergestellt ist, dass die Steuer- und Auswerteeinheit galvanisch von der Überwachungsschaltung isoliert ist.
Insbesondere sind die beiden galvanisch isolierten Verbindungen ausgebildet, die den beiden Halbwellen zugeordneten Ausgangssignale getrennt voneinander an die Steuer- und Auswerteeinheit zu übermitteln. Hierdurch ist es möglich, dass die den Halbwellen des Versorgungssignals zugeordneten Ausgangssignale bzw. Stromsignale getrennt voneinander ausgewertet werden können, um hierüber die Netzfrequenz bzw. das Halbwellenzeitverhältnis zu ermitteln.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Überwachungsschaltung ein Schutz element und eine dem Schutzelement zugeordnete Sicherung aufweist. Bei dem Schutzelement kann es sich um einen Varistor handeln, also einen spannungsabhängigen Widerstand. Das Schutzelement dient zum Schutz der elektrisch betriebenen Komponente vor Überspannungen, wobei das Schutz element über die zugeordnete Sicherung geschützt ist.
Gemäß einem Aspekt hat die Steuer- und Auswerteeinheit eine Versorgungsschnittstelle zur Energieversorgung, wobei der Versorgungs schnittstelle ein Sensor zugeordnet ist, der eingerichtet ist, zumindest eine Charakteristik der Energieversorgung zu erfassen. Die Energieversorgung der Steuer- und Auswerteeinheit kann auch als interne Versorgung bezeichnet werden, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit derart ausgebildet ist, dass diese noch arbeitet, auch wenn die Versorgungsspannung zu niedrig für die elektrisch betriebene Komponente ist. Über den Sensor wird das interne Versorgungssignal entsprechend gemessen. Die Energieversorgung bzw. die interne Versorgung erfolgt beispielsweise über einen AC/DC-Wandler, der der Versorgungs schnittstelle der Steuer- und Auswerteeinheit zugeordnet ist, worüber die Steuer- und Auswerteeinheit entsprechend mit Energie versorgt wird. Der Sensor ist wiederum dieser Versorgungsschnittstelle zugeordnet, um die Energieversorgung zu überwachen.
Der AC/DC-Wandler ist beispielsweise über einen Spannungsteiler mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden. Insbesondere lässt sich ermitteln, ob die Ausgangsspannung des AC/DC-Wandlers unterhalb eines bestimmten Schwellen werts liegt.
Insbesondere ist die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet, basierend auf der erfassten Charakteristik der Energieversorgung und der Ausgabe der Überwachungsschaltung einen Ausfall der Sicherung zu detektieren, also der dem Schutzelement zugeordneten Sicherung. Hierzu wertet die Steuer- und Auswerteeinheit aus, ob ein internes Netzsignal aus der Spannungserkennung fehlt, wobei die interne Versorgung der Steuer- und Auswerteeinheit über die Versorgungsschnittstelle gegeben ist, was als implizierter Hinweis auf den Ausfall der Sicherung des Schutzelements gedeutet wird. Die Energieversorgung der Steuer- und Auswerteeinheit, welche über ein Netzteil bzw. einen AC/DC-Wandler erfolgt, hält die Steuer- und Auswerteeinheit noch am Laufen, auch wenn über die Überwachungsschaltung kein Signal mehr kommt. Daher ist kein zweites Netzteil nötig.
Zum Beispiel liefert die Überwachungsschaltung bei weniger als ca. 80 V aus der Versorgung kein Signal mehr, während der der Steuer- und Auswerteeinheit zugeordnete AC/DC-Wandler noch bis 60 V funktioniert und damit die Steuer- und Auswerteeinheit funktionsfähig hält. Kurzeitige komplette Ausfälle der Versorgung können durch interne Energiespeicherung über Kondensatoren abgefangen werden.
In jedem Fall lässt sich so erfassen, ob die Energieversorgung über den AC/DC-Wandler erfolgt und ob (gleichzeitig) ein Signal von der Überwachungs schaltung vorliegt. Sollte beispielsweise eine Energieversorgung überden AC/DC- Wandler möglich sein, welche mit einer Spannung einhergeht, die eigentlich einen Betrieb der Überwachungsschaltung zur Folge hätte, so kann ein Ausfall der Sicherung detektiert werden, wenn dennoch kein Signal von der Überwachungs schaltung empfangen wird.
Die Steuer- und Auswerteeinheit kann in diesem Fall ein Ansteuerungssignal ausgeben, um den entsprechenden Fehlerzustand zu übermitteln. Flierzu kann die Steuer- und Auswerteeinheit eine Benutzerschnittstelle ansteuern, die dem Nutzer signalisiert, dass die Überwachungsbaugruppe bzw. das die Überwachungs baugruppe umfassende Gerät einer Wartung unterzogen werden muss. Flierdurch kann in einfacher Weise sichergestellt werden, dass ein Ausfall des Schutzelements, beispielsweise aufgrund einer Überlastung, nicht unentdeckt bleibt, sondern entsprechend behoben wird.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Baugruppe ein Netzteil mit einem AC/DC-Wandler aufweist, wobei dem Netzteil ein Sensor zugeordnet ist, der einen Spannungswert am Ausgang des Netzteils erfasst und an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt. Insbesondere handelt es sich bei dem Spannungswert um einen Niederspannungspegel. Das vom Sensor erfasste Signal kann für eine erweiterte Überwachung des Versorgungssignals dienen, um so eine detailliertere Aussage hinsichtlich eines Fehlerzustands des Versorgungs signals zu erhalten.
Das Netzteil mit dem AC/DC-Wandler dient in einer Ausgestaltung der Energieversorgung der Steuer- und Auswerteeinheit und ist beispielsweise an die vorgenannte Versorgungsschnittstelle angeschlossen.
Gemäß einem Aspekt ist der vorgenannte Sensor für das interne Versorgungssignal als Spannungsteiler ausgestaltet. Daher ist als Aspekt vorzugsweise vorgesehen, dass der Ausgang des Netzteils, vorzugsweise der Ausgang des AC/DC-Wandlers, über einen Spannungswandler als Sensor mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist. Damit wird ermittelt, ob die Versorgungsspannung unterhalb des unteren Schwellwerts weiter abfällt.
Insbesondere ist der AC/DC-Wandler eingerichtet, eine Ausgangsspannung bis zu einem zweiten Schwellenwert für das Versorgungssignal auszugeben, wobei der zweite Schwellenwert unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt. Mit anderen Worten ist der AC/DC-Wandler derart ausgebildet, dass die Ausgangs spannung erst unterhalb der von der Überwachungsschaltung gemeldeten Unterspannung für den Betrieb der elektrisch betriebenen Komponente auf einen kritischen Wert sinkt, wodurch sich der zweite Spannungsschwellenwert ergibt, der bei der Überwachung des Versorgungsignals zusätzlich herangezogen werden kann.
Grundsätzlich kann die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet sein, die Dauer eines Ausfalls des wenigstens einen Ausgangssignals zu ermitteln, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet ist, die Dauer mit einer definierten Zeitspanne abzugleichen, um den Fehlerzustand zu detektieren, wenn die Dauer des Ausfalls länger als die definierte Zeitspanne ist. Wie vorstehend erläutert, kann dies in einfacher Weise über den Zähler erfolgen, der dem Komparator zugeordnet ist und von dessen Ausgangssignal zurückgesetzt werden kann, wenn an dessen Eingang ein entsprechendes Ausgangssignal der Überwachungsschaltung anliegt. Dies entspricht einer Basisüberwachung mittels der Überwachungsbaugruppe, da aufgrund der definierten Zeitspanne ein Zeitraum definiert ist, ab dem die Überwachungsbaugruppe erst anspricht bzw. der von der Überwachungs baugruppe noch toleriert wird. Mit anderen Worten gibt die Steuer- und Auswerteeinheit das Ansteuerungssignal nicht aus, wenn die ermittelte Dauer des Ausfalls des wenigstens einen Ausgangssignals, also das Ansprechen der Basisüberwachung, für einen Zeitraum erfolgt, der kleiner als die definierte Zeitspanne ist, da der entsprechende Ausfall noch im vorgesehenen Toleranz bereich liegt. Sollte das wenigstens eine Ausgangssignal jedoch für einen Zeitraum ausfallen, der größer als die definierte Zeitspanne ist, so wird der Fehlerzustand detektiert und das Ansteuerungssignal ausgegeben, um das elektrisch betriebene Bauteil bzw. ein dem elektrisch betriebenen Bauteil zugeordnete Bauteil bzw. das übergeordnete Gerät gezielt abzuschalten bzw. herunterzufahren.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet ist, den Fehlerzustand zu detektieren, wenn ein Ausfall der Ausgangs spannung und ein Ausfall des wenigstens einen Ausgangssignals gleichzeitig vorliegen, insbesondere unabhängig von der Dauer des Ausfalls des wenigstens einen Ausgangssignals. Dies stellt eine erweiterte Überwachung dar, bei der der entsprechende Fehlerzustand auch dann schon festgestellt und ein Ansteuerungs signal ausgegeben wird, wenn der Ausfall des Ausgangssignals sowie der Ausfall der Ausgangsspannung des AC/DC-Wandlers gleichzeitig vorliegen, insbesondere unabhängig von der Dauer des Ausfalls des wenigstens einen Ausgangssignals.
Dies bedeutet, dass der Fehlerzustand detektiert wird, auch wenn die Dauer des Ausfalls des wenigstens einen Ausgangssignals noch innerhalb der definierten Zeitspanne liegt. Dies liegt daran, dass der AC/DC-Wandler den zweiten Schwellenwert aufweist, bis zu dem die Ausgangsspannung ausgegeben wird, wobei der zweite Schwellenwert ein niedrigeres Spannungsniveau als der erste Schwellenwert hat, sodass bei einem gleichzeitigen Ausfall der Ausgangs spannung und des Ausgangssignals das Spannungsniveau des Versorgungs signals unterhalb des zweiten Schwellenwerts liegt, wodurch auf eine sehr geringe Versorgungsspannung geschlossen wird, die einen Fehlerzustand zur Folge hat.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein System, welches ein elektrisch betriebenes Bauteil, beispielsweise ein Bauteil einer Klimaanlage wie einen Kompressor, sowie eine Überwachungsbaugruppe der zuvor genannten Art umfasst. Das elektrisch betriebene Bauteil ist über ein Schaltelement mit der Überwachungsbaugruppe verbunden. Bei dem Schaltelement kann es sich um ein Relais handeln, zum Beispiel ein Halbleiter-Relais. Flierdurch ist sichergestellt, dass die Steuer- und Auswerteeinheit sowohl gegenüber der Überwachungs schaltung als auch gegenüber dem elektrisch betriebenen Bauteil galvanisch isoliert werden kann, sofern das Schaltelement entsprechend ausgebildet ist.
Grundsätzlich kann das Schaltelement von der Steuer- und Auswerteeinheit im erkannten Fehlerzustand angesteuert werden. Dies bedeutet, dass das von der Steuer- und Auswerteeinheit auszugebene Ansteuerungssignal an das Schalt element ausgegeben werden kann, wodurch ein kontrolliertes Abschalten des elektrisch betriebenen Bauteils bzw. eines dem elektrisch betriebenen Bauteil zugeordneten Bauteils sichergestellt ist.
Mit anderen Worten ist die Überwachungsbaugruppe eingerichtet, das Schaltelement in Abhängigkeit von einem detektierten Fehlerzustand des Versorgungssignals des elektrisch betriebenen Bauteils anzusteuern, um die Versorgung über das Schaltelement kontrolliert zu unterbrechen. Flierdurch wird sichergestellt, dass ein unbemerktes Abschalten des elektrisch betriebenen Bauteils bzw. eines mit dem elektrisch betriebenen Bauteil zusammenwirkenden Bauteils vermieden wird.
Alternativ kann das Ansteuerungssignal verwendet werden, um direkt das elektrisch betriebene Bauteil bzw. ein dem elektrisch betriebenen Bauteil zugeordnetes Bauteil kontrolliert abzuschalten.
Grundsätzlich ist es aufgrund des kontrollierten und gezielten Abschaltens möglich, das entsprechende Bauteil später wieder kontrolliert und gezielt einzuschalten bzw. anzufahren, wobei zu hohe Einschaltströme vermieden werden.
Im Allgemeinen ist es mit der Überwachungsbaugruppe möglich, eine Aussage über die Netzspannung, also den Pegel der Netzspannung, und die Netzfrequenz des Versorgungssignals zu treffen, das dem elektrisch betriebenen Bauteil zugeführt wird.
Zudem kann die Überwachungsbaugruppe eingesetzt werden, um den Zustand des Schutzelements zu ermitteln, insbesondere den Zustand der dem Schutzelement zugeordneten Sicherung.
Darüber hinaus lässt sich die Überwachungsbaugruppe im Feld einstellen, also ohne Änderungen der Hardware, indem Parameter eingestellt werden, die zur Überwachung herangezogen werden, beispielsweise die definierte Zeitspanne.
Die Überwachungsbaugruppe stellt aufgrund der einfachen Bauweise sicher, dass diese schnell auf Einbrüche des Versorgungssignals reagiert, beispielsweise Spannungs- und/oder Frequenzeinbrüche, wobei gleichzeitig eine Toleranz gegenüber kurzzeitigen bzw. geringfügigen Einbrüchen gegeben ist.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems, welches eine erfindungsmäße Überwachungsbaugruppe umfasst,
Figur 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Überwachungsbaugruppe, Figur 3a eine schematische Darstellung der bei der Überwachungs baugruppe verwendeten Steuer- und Auswerteeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform,
Figur 3b eine schematische Darstellung der bei der Überwachungs baugruppe verwendeten Steuer- und Auswerteeinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
Figur 4 eine Übersicht, die die unterschiedlichen Szenarien bei der Überwachung mittels der erfindungsgemäßen Überwachungsbaugruppe verdeutlicht.
In Figur 1 ist ein System 10 gezeigt, das ein elektrisch betriebenes Bauteil 12 sowie eine Überwachungsbaugruppe 14 umfasst, welche über ein Schaltelement 16 miteinander verbunden sind.
Das elektrisch betriebene Bauteil 12 wird über eine Versorgungsspannung bzw. ein Versorgungssignal einer Versorgung 18 betrieben, wobei die Überwachungsbaugruppe 14 das Versorgungssignal überwacht.
Das elektrisch betriebene Bauteil 12 ist über das Schaltelement 16 mit der Versorgung 18 verbunden, sodass das elektrisch betriebene Bauteil 12 von der Versorgung 18 getrennt werden kann.
Insbesondere handelt es sich bei dem Schaltelement 16 um ein Relais, beispielsweise ein Halbleiter-Relais, sodass eine galvanische Trennung des elektrisch betriebenen Bauteils 12 von der Versorgung 18 möglich ist.
Die Überwachungsbaugruppe 14 umfasst eine Überwachungsschaltung 20, eine der Überwachungsschaltung 20 zugeordnete Steuer- und Auswerteeinheit 22 sowie ein Netzteil 24, das einen AC/DC-Wandler 26 umfasst, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
Die Überwachungsbaugruppe 14 ist über die Überwachungsschaltung 20 mit der Versorgung 18 gekoppelt, sodass die Überwachungsschaltung 20 das von der Versorgung 18 bereitgestellte Versorgungssignal abgreift und überwacht, insbesondere hinsichtlich des Spannungswerts und/oder der Frequenz des Versorgungssignals. Die Überwachungsschaltung 20 ist in Figur 2 detaillierter gezeigt, woraus hervorgeht, dass die Überwachungsschaltung 20 ein Schutzelement 28 in Form eines Varistors („VDR“) sowie eine dem Schutzelement 28 zugeordnete Sicherung 30 aufweist, die dazu dienen, eine Überspannung von der elektrisch betriebenen Baugruppe 12 fernzuhalten, um so das elektrisch betriebene Bauteil 12 vor der Überspannung zu schützen.
Zudem umfasst die Überwachungsschaltung 20 zwei schwellenwertabhängige Komponenten 32, 34, die als Zener-Dioden ausgebildet sind. Die beiden schwellenwertabhängigen Komponenten 32, 34 sind dabei antiseriell angeordnet, wodurch eine Rektifizierung des Versorgungssignals erfolgen kann.
Grundsätzlich wird über die schwellenwertabhängigen Komponenten 32, 34 zumindest ein Stromsignal bereitgestellt, welches vom Spannungswert des Versorgungssignals abhängt. Dies bedeutet, dass beim Vorliegen einer Versorgungsspannung, die oberhalb eines ersten Schwellenwerts liegt, ein entsprechendes Stromsignal bereitgestellt wird, welches von der Überwachungs schaltung 20 an die Steuer- und Auswerteeinheit 22 übermittelt werden kann, insbesondere in Form eines Ausgangssignals.
Der erste Schwellenwert kann dabei aufgrund der entsprechenden Auslegung der schwellenwertabhängigen Komponenten 32, 34 vordefiniert sein.
Zwischen der Steuer- und Auswerteeinheit 22 und der Überwachungs schaltung 20 ist zumindest eine galvanisch isolierte Verbindung 36 vorgesehen, um die Steuer- und Auswerteeinheit 22 von der Überwachungsschaltung 20 galvanisch zu trennen, insbesondere von der anliegenden Versorgungsspannung, die durch die Versorgung 18 bereitgestellt wird.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Steuer- und Auswerteeinheit 22 mit der Überwachungsschaltung 20 über zwei galvanisch isolierte Verbindungen 36 verbunden, die jeweils als Optokoppler ausgebildet sind, wie aus Figur 2 hervorgeht.
Über die Widerstände R2 und R3 besteht dabei eine Verbindung zu dem Netzteil 24 und insbesondere zu dem AC/DC-Wandler 26. Beide Widerstände R2, R3 bilden somit die Versorgungsschnittstelle der Steuer- und Auswerteeinheit 22. Insofern hat die Steuer- und Auswerteeinheit 22 eine Versorgungsschnittstelle 37 zur Energieversorgung.
Über die beiden Optokoppler werden Ausgangssignale an die Steuer- und Auswerteeinheit 22 weitergeleitet, die zwei Stromsignalen entsprechen, welche von der Überwachungsschaltung 20 bereitgestellt werden.
Wie aus Figur 2 deutlich wird, ist die Überwachungsschaltung 20 derart ausgebildet, dass den beiden Halbwellen des als Wechselspannungssignal vorliegenden Versorgungssignals zugeordnete Stromsignale erzeugt werden, welche getrennt voneinander an die Steuer- und Auswerteeinheit 22 übermittelt werden, nämlich mittels der Ausgangssignale, welche durch die Optokoppler übertragen werden.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 22 empfängt somit die beiden Ausgangs signale von der Überwachungsschaltung 20, wobei die Steuer- und Auswerte einheit 22 die beiden Ausgangssignale auswertet, um einen Fehlerzustand im Versorgungssignal zu detektieren.
In Figur 3a ist beispielhaft gezeigt, dass die Steuer- und Auswerteeinheit 22 die erhaltenen Ausgangssignale jeweils mit einem Referenzsignal vergleicht.
Hierzu weist die Steuer- und Auswerteeinheit 22 einen ersten Komparator 38 sowie einen zweiten Komparator 40 auf, die das erste Ausgangssignal bzw. das zweite Ausgangssignal erhalten, sofern diese von der Überwachungsschaltung 20 erzeugt werden.
Die beiden Komparatoren 38, 40 sind demnach eingerichtet, das Spannungs niveau der jeweiligen Halbwelle des Versorgungssignals mit dem Referenzsignal zu vergleichen. Hierdurch kann eine entsprechende Pegelüberwachung für die jeweiligen Halbwellen ermöglicht werden.
Die Pegelüberwachung kann durch den ersten Schwellenwert erfolgen, der durch die schwellenwertabhängigen Komponenten 32, 34 eingestellt ist. Wie eingangs beschrieben, wird nur dann ein Stromsignal erzeugt, wenn das Spannungsniveau der Versorgungsspannung oberhalb des ersten Schwellenwerts liegt. Demnach liegt am jeweiligen Eingang des entsprechenden Komparators 38, 40, beispielsweise dem positiven Eingang, das Ausgangssignal der zugeordneten Halbwelle des Versorgungssignals oder kein Ausgangssignal an, wenn das Spannungsniveau unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt.
Wenn am entsprechenden Eingang des Komparators 38, 40 kein Ausgangssignal der Überwachungsschaltung anliegt, so schaltet der Komparator 38, 40 aufgrund des am anderen Eingang anliegenden Referenzsignals entsprechend um.
Zudem sind die beiden Komparatoren 38, 40, insbesondere deren Ausgänge, in der gezeigten Ausführungsform jeweils einem Zähler 42, 44 zugeordnet, über den die Dauer der halbwellenabhängigen Signale, also der jeweiligen Ausgangssignale ermittelt werden kann. Die Zähler 42, 44 zählen mit einer definierten Frequenz das Ausgangssignal des jeweiligen Komparators 38, 40, um so die Dauer der halbwellenabhängigen Signale zu ermitteln. Mit anderen Worten werden die beiden Zähler 42, 44 verwendet, sodass eine getrennte Analyse beider Halbwellen möglich ist.
Hierdurch ist es möglich, dass neben der Pegelüberwachung zudem eine Überwachung der Netzfrequenz bzw. Halbwellenzeitverhältnisses erfolgt, um einen entsprechenden Fehlerzustand des Versorgungssignals zu erkennen.
In Figur 3b ist eine alternative Ausführungsform der Steuer- und Auswerteeinheit 22 gezeigt, die gegenüber derjenigen der Figur 3a ressourcensparender ist, da nur ein Zähler 42 vorgesehen ist. Die beiden Komparatoren 38, 40 sind mit einer entsprechenden ODER-Verknüpfung 46 ausgangsseitig verbunden, welche demnach zwischen dem Zähler 42 und den Komparatoren 38, 40 angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, den Zähler 42 zurückzusetzen, wenn beispielsweise an keinem der Eingänge der Komparatoren 38, 40 ein Ausgangssignal der Überwachungsschaltung 20 anliegt, da beide Ausgänge der Komparatoren 38, 40 über die ODER-Verknüpfung 46 mit dem Zähler 42 gekoppelt sind.
Grundsätzlich sind die Komparatoren 38, 40, der zumindest eine Zähler 42 sowie, sofern vorgesehen, die ODER-Verknüpfung 46 in einem Mikrocontroller realisiert, der entsprechend konfiguriert ist. Im Allgemeinen ist vorgesehen, dass ein Interrupt-Signal von der Steuer- und Auswerteeinheit 22 erzeugt wird, wenn die Versorgung ausgefallen ist. Zuvor erfolgt alles hardwareseitig, sodass eine Auswertungssoftware in Bezug auf die Halbwellenüberwachung zunächst für die Auswertung nicht herangezogen wird.
Grundsätzlich ist die Steuer- und Auswerteeinheit 22, insbesondere die jeweiligen ersten Eingänge der Komparatoren 38, 40, mit der Überwachungs schaltung 20 verbunden, insbesondere Ausgängen der Optokoppler, wie aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht.
Insofern kann der erste Optokoppler ausgangsseitig mit einem Eingang des ersten Komparators 38, bspw. dem positiven Eingang, und der zweite Optokoppler ausgangsseitig mit einem Eingang des zweiten Komparators 40 verbunden sein, bspw. dem positiven Eingang, sodass die Ausgangssignale an die Komparatoren 38, 40 geleitet werden. Die jeweils anderen Eingänge der Komparatoren 38, 40 erhalten das Referenzsignal.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 22 erhält zudem ein Signal von dem Netzteil 24, insbesondere einem dem Netzteil 24 zugeordneten Sensor 48, der eine Ausgangsspannung des AC/DC-Wandlers 26 erfasst. Bei dem Spannungswert handelt es sich insbesondere um einen Ausgangsspannungspegel des Netzteils 24.
Das Netzteil 24 dient grundsätzlich der Versorgung der Steuer- und Auswerteeinheit 22 mit elektrischer Energie und kann somit auch als interne Versorgung bezeichnet werden.
Mit anderen Worten ist also der Sensor 48 auch der Versorgungsschnittstelle 37 der Steuer- und Auswerteeinheit 22 zugeordnet, wobei der Sensor 48 eingerichtet ist, zumindest eine Charakteristik der Energieversorgung zu erfassen.
Der AC/DC-Wandler 24 ist ausgebildet, eine Ausgangsspannung bis zu einem zweiten Schwellenwert für das Versorgungssignal auszugeben, wobei der zweite Schwellenwert unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt, welcher der Überwachungsschaltung 20 zugeordnet ist, insbesondere den schwellenwert abhängigen Komponenten 32, 34. Insofern wird über den AC/DC-Wandler 24 noch eine Ausgangsspannung bereitgestellt, die beispielsweise zur Versorgung der Steuer- und Auswerteeinheit 22 dienen kann, auch wenn die Überwachungsschaltung 20 bereits einen Fehlerzustand erkannt haben würde.
Insofern erhält die Steuer- und Auswerteeinheit 22 mehrere Informationen bzw. Sensorsignale, die zur Erkennung des Fehlerzustands des Versorgungssignals genutzt werden können, um diesen entsprechend sicher zu detektieren.
Insbesondere ist die Steuer- und Auswerteeinheit 22 eingerichtet, die Dauer des Ausfalls des wenigstens einen Ausgangssignals zu ermitteln, wobei diese mit einer definierten Zeitspanne abgeglichen wird, um den Fehlerzustand zu detektieren. Mit anderen Worten stellt die Steuer- und Auswerteeinheit 22 fest, wie lange von der Überwachungsschaltung 20 kein Stromsignal übermittelt hat, wobei die entsprechende Dauer mit der definierten Zeitspanne verglichen wird.
Die definierte Zeitspanne stellt dabei einen Toleranzbereich dar, der kurze Unterbrechungen des Stromsignals als unkritisch toleriert, sodass unnötige Auslösungen der Überwachungsbaugruppe 14 vermieden werden.
Erst wenn das Ausgangssignal der Überwachungsschaltung 20 für eine Zeitdauer nicht übermittelt wird, die größer als die definierte Zeitspanne ist, wird ein entsprechender Fehlerzustand detektiert, wodurch die Steuer- und Auswerteeinheit 22 das Ansteuerungssignal ausgibt.
Die beiden vorgenannten Szenarien sind in Figur 4 entsprechend für „1“ und „2“ gezeigt, wobei die definierte Zeitspannte T im ersten Fall „1 “ durch die Zeitdauer
„ti _ 1 “ nicht überschritten wurde, jedoch im zweiten Fall „2“ durch die Zeitdauer
„ti_2“ schon, weswegen das Ansteuerungssignal „Ausfall erkannt“ im zweiten Fall „2“ ausgegeben wurde.
Zudem ist in Figur 4 ein weiteres Szenario „3“ gezeigt, bei dem ein Fehlerzustand bereits erkannt wird, obwohl die durch die Überwachungsschaltung 20 durchgeführte Basisüberwachung das Ausgangssignal erst für eine Dauer nicht übermittelt hat, die unterhalb der definierten Zeitspanne T liegt.
Der Fehlerzustand ist trotzdem erkannt worden, da gleichzeitig bereits erkannt worden ist, dass zusätzlich die Ausgangsspannung des AC/DC-Wandlers 24 unterbrochen ist, wodurch darauf geschlossen werden kann, dass die von dem Versorgungssignal bereitgestellte Spannung auch unterhalb des zweiten Schwellenwerts liegt, der durch den AC/DC-Wandler 24 implementiert ist.
Insofern wird festgestellt, dass das Spannungsniveau des Versorgungssignals unterhalb beider Schwellenwerte liegt, weshalb der Fehlerzustand vorliegt, der ein definiertes und kontrolliertes Abschalten des elektrisch betriebenen Bauteils 12 zur Folge haben soll.
Daher wird schon nach der Zeit „ti_A“ das Ansteuerungssignal ausgegeben, obwohl diese Zeitdauer deutlich unterhalb der definierten Zeitspanne T liegt. Die Steuer- und Auswerteeinheit 22 steuert beispielsweise den Schalter 16 entsprechend an, um das elektrisch betriebene Bauteil 12 von der Versorgung 18 galvanisch zu trennen.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass die Steuer- und Auswerteeinheit 22 das elektrisch betriebene Bauteil 12 direkt oder ein mit dem elektrisch betriebenen Bauteil 12 zusammenwirkendes Bauteil direkt ansteuert, um dieses kontrolliert abzuschalten bzw. herunterzufahren. Flierzu kann eine Ansteuerungsleitung 50 vorgesehen sein, welche in Figur 1 gestrichelt dargestellt ist.
Mit der erfindungsgemäßen Uberwachungsbaugruppe 14 ist es grundsätzlich möglich, dass die Steuer- und Auswerteeinheit 22 vollständig von der Versorgung 18 galvanisch getrennt ist, sofern das Netzteil 24 und das Schaltelement 16 entsprechend ausgebildet sind. Dies liegt daran, dass zwischen der Überwachungsschaltung 20 und der Steuer- und Auswerteeinheit 22 die galvanisch isolierte Verbindung vorliegt. Darüber hinaus ist die Überwachungsschaltung 20 entsprechend einfach ausgebildet, wodurch sie fehlerunanfällig ist.
Des Weiteren ist es mit der Überwachungsbaugruppe 14 möglich, eine Aussage bezüglich der Netzspannung, insbesondere dem Spannungswert der Netzspannung, der Netzfrequenz sowie dem Zustand des in der Überwachungsschaltung 20 vorgesehenen Schutzelements 28 bzw. dessen Sicherung 30 auszugeben. Des Weiteren lässt sich eine Toleranz gegenüber kurzzeitigen oder geringfügigen Veränderungen im Versorgungssignal implementieren, sodass unnötige Auslösungen der Überwachungsbaugruppe 14 vermieden werden.

Claims

Patentansprüche
1. Überwachungsbaugruppe zur Überwachung eines Versorgungssignals eines elektrisch betriebenen Bauteils (12), wobei die Überwachungsbaugruppe (10) eine Überwachungsschaltung (20) und eine der Überwachungsschaltung (20) zugeordnete Steuer- und Auswerteeinheit (22) umfasst, wobei zumindest eine galvanisch isolierte Verbindung (36) zwischen der Überwachungsschaltung (20) und der der Überwachungsschaltung (20) zugeordneten Steuer- und Auswerteeinheit (22) vorgesehen ist, wobei die Überwachungsschaltung (20) wenigstens eine schwellenwert abhängige Komponente (32, 34) aufweist, die eingerichtet ist, ein Stromsignal in Abhängigkeit von einer anliegenden Versorgungsspannung des Versorgungs signals zu erzeugen, wobei es sich um eine Wechselspannung handelt, wobei die Überwachungsschaltung (20) eingerichtet ist, wenigstens ein Ausgangssignal an die Steuer- und Auswerteeinheit (22) zu übermitteln, welches dem von der wenigstens einen schwellenwertabhängigen Komponente (32, 34) erzeugten Stromsignal entspricht, wobei die wenigstens eine schwellenwertabhängige Komponente (32, 34) derart ausgelegt ist, dass sie ein Stromsignal erzeugt, wenn die Versorgungsspannung über einem ersten Schwellenwert liegt, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (22) eingerichtet ist, das wenigstens eine übermittelte Ausgangssignal auszuwerten, um einen Fehlerzustand zu ermitteln, und wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (22) eingerichtet ist, ein Ansteuerungssignal auszugeben, wenn der Fehlerzustand ermittelt worden ist.
2. Überwachungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (20) zwei schwellenwertabhängige Komponenten (32, 34) aufweist, insbesondere wobei die beiden schwellenwertabhängigen Komponenten (32, 34) antiseriell miteinander verbunden sind.
3. Überwachungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (20) eingerichtet ist, zwei Stromsignale basierend auf dem Versorgungssignal zu erzeugen bzw. zwei Ausgangssignale an die Steuer- und Auswerteeinheit (22) zu übermitteln, welche den erzeugten Stromsignalen entsprechen, wobei die beiden Stromsignale Halbwellen des als Wechselspannung vorliegenden Versorgungssignals zugeordnet sind, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (22) eingerichtet ist, die Dauer der den beiden Halbwellen zugeordneten Ausgangssignale zu ermitteln, um die Netzfrequenz und/oder das Halbwellenzeitverhältnis des Versorgungssignals zu ermitteln.
4. Überwachungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (22) zwei Komparatoren (38, 40) umfasst, wobei die beiden Komparatoren (38, 40) jeweils einer Halbwelle des als Wechselspannung vorliegenden Versorgungssignals zugeordnet sind.
5. Überwachungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (22) eingerichtet ist, zumindest die Dauer einer Halbwelle des als Wechselspannung ausgebildeten Versorgungssignals zu ermitteln, insbesondere durch Auswerten des wenigstens einen übermittelten Ausgangssignals.
6. Überwachungsbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Halbwelle des als Wechselspannung ausgebildeten Versorgungssignals sowohl die Dauer einer steigenden Flanke der Halbwelle als auch die Dauer einer fallenden Flanke der Halbwelle umfasst.
7. Überwachungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei galvanisch isolierte Verbindungen (36) zwischen der Überwachungsschaltung (20) und der der Überwachungsschaltung (20) zugeordneten Steuer- und Auswerteeinheit (22) vorgesehen sind., insbesondere wobei die beiden galvanisch isolierten Verbindungen (36) die den beiden Halbwellen zugeordnete Ausgangssignale getrennt voneinander an die Steuer- und Auswerteeinheit (22) übermitteln.
8. Überwachungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (20) ein Schutzelement (28), insbesondere ein als Varistor ausgebildetes Schutzelement (28), und eine dem Schutzelement (28) zugeordnete Sicherung (30) aufweist.
9. Überwachungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (22) eine Versorgungsschnittstelle (37) zur Energieversorgung hat, wobei der Versorgungsschnittstelle (37) ein Sensor (48) zugeordnet ist, der eingerichtet ist, zumindest eine Charakteristik der Energieversorgung zu erfassen.
10. Überwachungsbaugruppe nach Anspruch 9 soweit rückbezogen auf Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (22) eingerichtet ist, basierend auf der erfassten Charakteristik der Energieversorgung und der Ausgabe der Überwachungsschaltung (20) einen Ausfall der Sicherung (30) zu detektieren.
11. Überwachungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsbaugruppe (14) ein Netzteil (24) mit einem AC/DC-Wandler (26) aufweist, wobei dem Netzteil (24) ein Sensor (48) zugeordnet ist, der einen Spannungswert am Ausgang des Netzteils (24) erfasst und an die Steuer- und Auswerteeinheit (22) übermittelt, insbesondere wobei es sich bei dem Spannungswert um einen Niederspannungspegel handelt.
12. Überwachungsbaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der AC/DC-Wandler (24) eingerichtet ist, eine Ausgangsspannung bis zu einem zweiten Schwellenwert für das Versorgungssignal auszugeben, wobei der zweite Schwellenwert unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt.
13. Überwachungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (22) eingerichtet ist, die Dauer eines Ausfalls des wenigstens einen Ausgangssignals zu ermitteln, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (22) eingerichtet ist, die Dauer mit einer definierten Zeitspanne abzugleichen, um den Fehlerzustand zu detektieren, wenn die Dauer des Ausfalls länger als die definierte Zeitspanne ist.
14. Überwachungsbaugruppe nach Anspruch 12 oder Anspruch 13 soweit rückbezogen auf Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (22) eingerichtet ist, den Fehlerzustand zu detektieren, wenn ein Ausfall der Ausgangsspannung und ein Ausfall des wenigstens einen Ausgangssignals gleichzeitig vorliegen, insbesondere unabhängig von der Dauer des Ausfalls des wenigstens einen Ausgangssignals.
15. System umfassend ein elektrisch betriebenes Bauteil (12) sowie eine Überwachungsbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch betriebene Bauteil (12) über ein Schaltelement (16) mit der Überwachungsbaugruppe (14) verbunden ist, wobei die Überwachungsbaugruppe (14) eingerichtet ist, das Schaltelement (16) in Abhängigkeit von einem detektieren
Fehlzustand des Versorgungssignals des elektrisch betriebenen Bauteils (12) anzusteuern, um die Versorgung über das Schaltelement (16) kontrolliert zu unterbrechen.
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