DE102011014423A1 - Circuit breaker for protecting electronic component of electric circuit in motor car, has control unit controlling switch unit in dependence of detected value, and release curve defined in control unit assigning time duration to value - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Stromkreisunterbrecher mit einer Schalteinheit, welche dazu ausgebildet ist, einen Stromkreis zu unterbrechen, einer Sensoreinheit, welche dazu ausgebildet ist, den Wert einer Größe zu erfassen, welche einen im Stromkreis fließenden Strom charakterisiert, und einer Steuereinheit, welche dazu ausgebildet ist, die Schalteinheit in Abhängigkeit des erfassten Wertes so anzusteuern, dass diese den Stromkreis unterbricht. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises, wobei ein Wert einer Messgröße erfasst wird, die einen im Stromkreis fließenden Strom charakterisiert.The invention relates to a circuit breaker with a switching unit which is adapted to interrupt a circuit, a sensor unit which is adapted to detect the value of a variable which characterizes a current flowing in the circuit, and a control unit which is adapted thereto to control the switching unit depending on the detected value so that it interrupts the circuit. The invention also relates to a method for interrupting an electrical circuit, wherein a value of a measured variable is detected, which characterizes a current flowing in the circuit current.
Elektronische Sicherungen bzw. Stromkreisunterbrecher sind allgemein bekannt. Diese finden vielfältigen Einsatz im Kraftfahrzeugbereich und zeichnen sich häufig durch die Fähigkeit aus, rücksetzbar zu sein. Wurde ein zu hoher Strom durch die elektronische Sicherung unterbrochen, so kann die Stromkreisunterbrechung auf einfache Art und Weise wieder behoben werden. Die Auslöseschwelle, das heißt zum Beispiel der Schwellwert einer Stromstärke, ab dem die Sicherung ausgelöst werden soll (d. h. der Stromkreis unterbrochen werden soll) kann fest vorgegeben oder variabel einstellbar sein. Die Schwelle ist jedoch nach dem Stand der Technik stets unabhängig von anderen, für die Auslösecharakteristik jedoch erheblichen Parametern.Electronic fuses or circuit breakers are well known. These find various uses in the automotive sector and are often characterized by the ability to be resettable. If too high a current was interrupted by the electronic fuse, the circuit interruption can be rectified in a simple manner. The triggering threshold, that is to say, for example, the threshold value of a current from which the fuse is to be triggered (that is to say the circuit is to be interrupted) can be fixed or variably adjustable. However, the threshold is always independent of other, but for the tripping characteristic considerable parameters according to the prior art.
Eine konventionelle Schmelzsicherung zeichnet sich durch eine kontinuierliche Auslösekennlinie aus. Für jede Stromstärke ist allein durch Dicke und Material des Schmelzdrahtes vorgegeben, nach welcher Zeitspanne die Schmelzsicherung auslöst, d. h. „durchbrennt”. Für einen vorgegebenen Schmelzdraht ist hierbei diese sogenannte Auslösezeit umso geringer, je größer die Stromstärke ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass bei nur kurzzeitigem Überschreiten eines festlegbaren maximalen Stromwertes die Sicherung instantan den Stromkreis unterbricht. Vielmehr ist durch die physikalische Ausgestaltung der Schmelzsicherung sichergestellt, dass solch hohe Ströme für eine bestimmte Zeitdauer toleriert werden.A conventional fuse is characterized by a continuous tripping characteristic. For each current intensity, the thickness and material of the fusible wire alone dictate the period of time after which the fuse triggers, ie. H. "Blows". For a given fuse wire in this case, this so-called tripping time is the lower, the greater the current intensity. In this way prevents the fuse instantaneously breaks the circuit when only briefly exceeding a definable maximum current value. Rather, it is ensured by the physical design of the fuse that such high currents are tolerated for a certain period of time.
In elektronischen Sicherungen ist eine solche Auslösecharakteristik nicht bekannt. Eine „flinke” elektronische Sicherung zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass sie bereits bei 10 A auslöst, während eine „träge” elektronische Sicherung einen Schwellwert von 100 A eingestellt hat. Die jeweiligen Zeitspannen, für die die eingestellten Schwellwerte überschritten sind, werden nicht berücksichtigt.In electronic fuses such a tripping characteristic is not known. A "nimble" electronic fuse, for example, characterized in that it already triggers at 10 A, while a "sluggish" electronic fuse has set a threshold of 100 A. The respective time periods for which the set threshold values are exceeded are not taken into account.
Elektronische Sicherungen sind beispielsweise aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung einen Stromkreisunterbrecher sowie ein Verfahren bereitzustellen, mithilfe derer eine Stromkreisunterbrechung besser an die jeweilige Ausgestaltung des Stromkreises angepasst erfolgen kann.It is an object of the invention to provide a circuit breaker and a method by which a circuit interruption can be better adapted to the particular configuration of the circuit.
Diese Aufgabe wird durch einen Stromkreisunterbrecher, welcher die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.This object is achieved by a circuit breaker, which has the features of
Ein erfindungsgemäßer Stromkreisunterbrecher umfasst eine Schalteinheit, welche dazu ausgebildet ist, einen Stromkreis zu unterbrechen, eine Sensoreinheit, welche dazu ausgebildet ist, den Wert einer Größe zu erfassen, welche einen im Stromkreis fließenden Strom charakterisiert, sowie eine Steuereinheit, welche dazu ausgebildet ist, die Schalteinheit in Abhängigkeit des erfassten Wertes so anzusteuern, dass diese den Stromkreis unterbricht. In der Steuereinheit des erfindungsgemäßen Stromkreisunterbrechers ist eine Auslösekennlinie festgelegt, welche dem erfassten Wert eine Zeitdauer zuordnet, nach deren Verstreichen die Schalteinheit so angesteuert wird, dass sie den Stromkreis unterbricht.A circuit breaker according to the invention comprises a switching unit which is designed to interrupt a circuit, a sensor unit which is designed to detect the value of a variable which characterizes a current flowing in the circuit, and a control unit which is designed to Actuate switching unit depending on the detected value so that it interrupts the circuit. In the control unit of the circuit breaker according to the invention, a tripping characteristic is defined, which assigns the detected value a period of time, after the elapse of which the switching unit is triggered in such a way that it interrupts the circuit.
Die Auslösekennlinie kann über einen mathematischen Zusammenhang, eine mathematische Funktion oder über abgelegte Wertepaare von Werten der Größe, welche den im Stromkreis fließenden Strom charakterisiert, und Werten der Zeitdauer vorliegen. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass für den Fall, dass sich der erfasste Wert von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert verändert, die zum zweiten Wert gehörige zweite Zeitdauer unter Berücksichtigung der zum ersten Wert gehörenden ersten Zeitdauer modifiziert wird. Mit der Erfindung ist es möglich, das von Schmelzsicherungen bekannte Auslösezeitverhalten auf elektronische Sicherungen bzw. Stromkreisunterbrecher zu übertragen. Es ist nicht mehr nur eine feste Schwelle für den Wert der Größe vorgesehen, bei deren Über- bzw. Unterschreiten eine Unterbrechung des Stromkreises quasi instantan erfolgt, sondern jedem Wert der Größe ist eine korrespondierende Zeitdauer zugeordnet, über die hinweg der Wert der Größe tolerierbar ist, ohne dass es zu einer Unterbrechung des Stromkreises kommt. Hiermit ergibt sich ein sehr variabel an die Charakteristika des Stromkreises anpassbarer Stromkreisunterbrecher. Es findet eine „intelligente” Stromkreisunterbrechung statt.The tripping characteristic can be present via a mathematical relationship, a mathematical function or via stored value pairs of values of the size which characterizes the current flowing in the circuit and values of the time duration. In particular, it may be provided that, in the event that the detected value changes from a first value to a second value, the second time period associated with the second value is modified taking into account the first time duration associated with the first value. With the invention it is possible to transfer the tripping time response known from fuses to electronic fuses or circuit breakers. It is no longer just a fixed threshold for the value of the size provided, in whose overrun or undershoot an interruption of the circuit quasi instantaneous, but each value of the size is associated with a corresponding period of time over which the value of the size is tolerable without interrupting the circuit. This results in a very variable to the characteristics of the circuit customizable circuit breaker. There is a "smart" circuit interruption.
Vorzugsweise ist die Auslösekennlinie programmierbar. Zu diesem Zweck kann im Stromkreisunterbrecher ein programmierbarer Mikrochip vorgesehen sein, in dem die Auslösekennlinie ablegbar bzw. programmierbar ist. Durch die Programmierbarkeit lassen sich nahezu beliebige Auslösekennlinien realisieren. Damit steht ein universeller Stromkreisunterbrecher zur Verfügung, der durch eine einfache Umprogrammierung der Auslösekennlinie sehr individuell an die Charakteristika des zu unterbrechenden Stromkreises angepasst werden kann.Preferably, the tripping characteristic is programmable. For this purpose, a programmable microchip can be provided in the circuit breaker, in which the tripping characteristic can be stored or programmed. Due to the programmability, almost any tripping characteristic can be realized. This is a universal circuit breaker available through a simple Reprogramming of the tripping characteristic can be adapted very individually to the characteristics of the circuit to be interrupted.
Vorzugsweise ist die Auslösekennlinie zumindest über ein Intervall von möglichen Werten der Größe stetig. Dann kann die Auslösekennlinie einer Schmelzsicherung bzw. einer Kombination von Schmelzsicherungen durch den Stromkreisunterbrecher besonders gut emuliert werden. Innerhalb des Intervalls möglicher Werte steht dann für jeden Wert eine zugehörige Zeitdauer bereit, so dass das Verhalten des Stromkreisunterbrechers sehr fein auf die jeweiligen Gegebenheiten einstellbar ist.Preferably, the tripping characteristic is continuous at least over an interval of possible values of magnitude. Then the tripping characteristic of a fuse or a combination of fuses can be emulated by the circuit breaker particularly well. Within the interval of possible values, an associated time duration is then available for each value, so that the behavior of the circuit breaker can be set very finely to the respective conditions.
Vorzugsweise weist die erste Ableitung der Auslösekennlinie und/oder eine höhere Ableitung der Auslösekennlinie zumindest eine Unstetigkeitsstelle auf. Das bedeutet, dass die Auslösekennlinie selbst Knicke, also nicht differenzierbare Punkte, aufweist. Diese Ausführungsform erlaubt eine sehr bedarfsgerechte und individuelle Anpassung der Auslösekennlinie an die speziellen Gegebenheiten des Stromkreises, in dem der Stromkreisunterbrecher eingesetzt werden soll. Insbesondere können auf diese Art verschiedenste elektronische Komponenten, die in dem zu schützenden Stromkreis vorliegen und durch jeweils eigene Schutzvorgaben charakterisiert sind, gleichzeitig geschützt werden. Es können auch elektronische Systeme mit sehr spezifischen und unorthodoxen Sicherheitsgrenzen geschützt werden. Auch eine zunächst unnatürlich oder ungewöhnlich wirkende Anpassung der Auslösekennlinie an die Anforderungen der zu schützenden Bauteile ist möglich.Preferably, the first derivative of the tripping characteristic and / or a higher derivative of the tripping characteristic has at least one point of discontinuity. This means that the tripping characteristic itself has kinks, ie non-differentiable points. This embodiment allows a very needs-based and individual adaptation of the tripping characteristic to the special conditions of the circuit in which the circuit breaker is to be used. In particular, in this way various electronic components that are present in the circuit to be protected and are characterized by their own protection requirements, are protected at the same time. Electronic systems with very specific and unorthodox security limits can also be protected. Even an initially unnatural or unusual-looking adaptation of the tripping characteristic to the requirements of the components to be protected is possible.
Vorzugsweise ist die Größe, welche einen im Stromkreis fließenden Strom charakterisiert, die Stromstärke des im Stromkreis fließenden Stroms.Preferably, the quantity which characterizes a current flowing in the circuit is the current intensity of the current flowing in the circuit.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Unterbrechen eines elektrischen Stromkreises und umfasst die folgenden Schritte:
- a) Erfassen eines Wertes einer Messgröße, die einen im Stromkreis fließenden Strom charakterisiert;
- b) Zuordnen einer Zeitdauer zu dem erfassten Wert über eine Auslösekennlinie; und
- c) nach Verstreichen der zugeordneten Zeitdauer Unterbrechen des Stromkreises.
- a) detecting a value of a measured variable which characterizes a current flowing in the circuit;
- b) assigning a time duration to the detected value via a tripping characteristic; and
- c) after elapse of the associated period interrupting the circuit.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren den folgenden weiteren Schritt:
- a) Festlegen der Auslösekennlinie unter Berücksichtigung zumindest zweier Kennlinien, welche jeweils ein Verhalten zweier unterschiedlicher Vorrichtungen in dem Stromkreis charakterisieren.
- a) Determining the tripping characteristic taking into account at least two characteristic curves, which each characterize a behavior of two different devices in the circuit.
Die Kennlinien können insbesondere durch Normvorgaben für das jeweils zu schützende Bauteil vorgegeben sein. Trotz der komplexen Anforderung, mehrere solcher Kennlinien zu berücksichtigen, kann mittels des Verfahrens eine sehr bedarfsgerecht ausgebildete Auslösekennlinie erstellt und für das Stromkreisunterbrechungsverfahren benutzt werden. Ein solches Auslöseverhalten ließe sich durch die Kombination konventioneller Schmelzsicherungen nur unzureichend realisieren.The characteristic curves can be specified in particular by standard specifications for the respective component to be protected. Despite the complex requirement to consider several such characteristics, by means of the method a very demand-trained trip characteristic can be created and used for the circuit interruption method. Such a tripping behavior could be realized only insufficiently by the combination of conventional fuses.
Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Stromkreisunterbrecher dargestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.The illustrated with respect to the circuit breaker according to the invention preferred embodiments and their advantages apply correspondingly for the inventive method.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:Reference to exemplary embodiments, the invention is explained in more detail below. Show it:
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
In doppellogarithmischer Auftragung zeigt
Dies sei anhand des Stromwerts I = 1000 A diskutiert. Wie man dem Graphen der
Es gibt nunmehr Anwendungen, in denen die elektronische Sicherung
Dies ist beispielhaft in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektronische Sicherungelectronic fuse
- 22
- Schalteinheitswitching unit
- 33
- Leistungspfadpower path
- 44
- Sensoreinheitsensor unit
- 55
- Steuereinheitcontrol unit
- 1010
- externe SteuerungExternal control
- Ee
- Eingangentrance
- AA
- Ausgangoutput
- SS
- Steuersignalcontrol signal
- TT
- Statuswertstatus value
- KK
- AuslösekennlinieTripping curve
- KS, KH, KLKS, KH, KL
- Kennliniecurve
- II
- Stromstärkeamperage
- tt
- Zeitdauertime
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2005/0135034 A1 [0005] US 2005/0135034 A1 [0005]
- US 2006/0167568 A1 [0005] US 2006/0167568 A1 [0005]
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DE102011014423A1 true DE102011014423A1 (en) | 2012-01-26 |
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US11050243B2 (en) | 2017-11-27 | 2021-06-29 | Beckhoff Automation Gmbh | Safety module and field-bus system comprising a safety module |
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US20050135034A1 (en) | 2003-12-19 | 2005-06-23 | Caterpillar, Inc. | Resettable circuit breaker |
US20060167568A1 (en) | 2005-01-21 | 2006-07-27 | C.E. Niehoff & Co. | Self-protective high-current low-loss bi-directional semiconductor switch module and method of operation |
-
2011
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |