DE102023105751A1

DE102023105751A1 - Electrical circuit design for a multi-zone heating operation with optional capacitive measuring operation for proximity detection, associated steering wheel and procedure

Info

Publication number: DE102023105751A1
Application number: DE102023105751.0A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schneider; Friedrich Wieland; Georg Bauer
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2023-03-08
Filing date: 2023-03-08
Publication date: 2024-09-12
Also published as: WO2024183979A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltungsaufbau (1) für einen Mehrzonen-Heizbetrieb, aufweisend: mehrere parallel aus einer Heizspannung speisbare Heizdrähte (2, 2') zum Erwärmen einer mehrere Zonen (20, 20') umfassenden Berührfläche (19); wobei jeweils ein Heizdraht (2, 2') einer Zone (20, 20') zugeordnet ist; mindestens ein erstes Schaltelement (3a, 3a') pro Heizdraht (2, 2'), das zwischen dem Heizdraht (2, 2') und einem von zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen (VH+, VH-) der Heizspannung so verschaltet ist, dass in einem Heizbetrieb bei leitendem Zustand des ersten Schaltelements (3a, 3a') der jeweilige Heizdraht (2, 2') mit einem Heizstrom beaufschlagt wird und in einem Sperrzustand des ersten Schaltelements (3a, 3a') der Heizstrom unterbrochen wird; eine Steuerschaltung (12, 6a, 6a', 6b, 6b'), die ausgebildet ist, für jeden Heizdraht (2, 2') ein separates, jeweils an einem ersten Steueranschluss (Ga, G'a) des ersten Schaltelements (3a, 3a') anliegendes, pulsweitenmoduliertes, erstes Steuersignal (ST1, ST1') zu erzeugen, um das erste Schaltelement (3a, 3a') jeweils zwischen dem leitenden Zustand und dem Sperrzustand umzuschalten; wobei die Steuerschaltung (12, 6a, 6a', 6b, 6b') ferner ausgebildet ist, die mehreren Heizdrähte (2, 2') parallel, überschneidend und/oder alternierend in einer gemeinsamen Heizstufe mit einem jeweils zugehörigen Heizstrom zu beaufschlagen, wobei sich mindestens zwei der ersten Steuersignale (ST1, ST1') in ihrem Tastgrad unterscheiden.The invention relates to an electrical circuit structure (1) for a multi-zone heating operation, comprising: a plurality of heating wires (2, 2') which can be fed in parallel from a heating voltage for heating a contact surface (19) comprising a plurality of zones (20, 20'); wherein one heating wire (2, 2') is assigned to one zone (20, 20'); at least one first switching element (3a, 3a') per heating wire (2, 2'), which is connected between the heating wire (2, 2') and one of two different heating potentials (VH+, VH-) of the heating voltage in such a way that in a heating operation when the first switching element (3a, 3a') is in the conductive state, the respective heating wire (2, 2') is supplied with a heating current and when the first switching element (3a, 3a') is in a blocking state, the heating current is interrupted; a control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') which is designed to generate a separate pulse-width-modulated first control signal (ST1, ST1') for each heating wire (2, 2'), which is applied to a first control terminal (Ga, G'a) of the first switching element (3a, 3a'), in order to switch the first switching element (3a, 3a') between the conductive state and the blocking state; wherein the control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') is further designed to apply a respective associated heating current to the plurality of heating wires (2, 2') in parallel, overlapping and/or alternating in a common heating stage, wherein at least two of the first control signals (ST1, ST1') differ in their duty cycle.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltungsaufbau für einen Mehrzonen-Heizbetrieb mit optionalem kapazitivem Messbetrieb, insbesondere für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs. Das Lenkrad eines Kraftfahrzeugs ist bei Fahrzeugen regelmäßig mit einer elektrischen Heizung als Komfortfunktion versehen, dazu ist der Lenkradkranz des Lenkrads mit einem Heizdraht durchzogen, so dass der durch die Oberfläche des Lenkradkranzes definierte Griffbereich beheizt werden kann. Üblicherweise lässt sich der Griffbereich in Zonen unterteilen, die sich in der Wärmeleitfähigkeit und/oder der Wärmekapazität unterscheiden. Dieser Unterschied kann sich aus unterschiedlichen Materialien ergeben, weil beispielsweise der Lenkradkranz nur bereichsweiseweise aus Holz besteht und somit der zugehörige hölzerne Griffbereich sich vom verbleibenden Griffbereich aus Leder oder Kunstleder in der Wärmeleitfähigkeit unterscheidet. Darüber hinaus ist in den Lenkradkranz typischerweise ein metallischer Kern eingebettet, der von einem Schichtaufbau, einschließlich des Heizdrahtes umgeben ist. Variationen betreffend den Aufbau des Lenkradkranzes in Umfangsrichtung können sich daraus ergeben, dass der Querschnitt des metallischen Kerns in Umfangsrichtung in Dimensionierung und Form variiert aber auch der umgebende Schichtaufbau hinsichtlich Materialauswahl und Materialstärke in Umfangsrichtung nicht gleichmäßig ausgebildet ist. Dies führt dazu, dass die Wärmeverteilung über den Griffbereich nicht gleichmäßig ist.The invention relates to an electrical circuit structure for a multi-zone heating operation with optional capacitive measuring operation, in particular for a steering wheel of a motor vehicle. The steering wheel of a motor vehicle is regularly provided with an electric heater as a comfort function. For this purpose, the steering wheel rim of the steering wheel is run through with a heating wire so that the grip area defined by the surface of the steering wheel rim can be heated. The grip area can usually be divided into zones that differ in thermal conductivity and/or heat capacity. This difference can result from different materials because, for example, the steering wheel rim is only made of wood in some areas and thus the associated wooden grip area differs in thermal conductivity from the remaining grip area made of leather or imitation leather. In addition, a metallic core is typically embedded in the steering wheel rim, which is surrounded by a layer structure, including the heating wire. Variations in the structure of the steering wheel rim in the circumferential direction can arise from the fact that the cross-section of the metallic core varies in dimensions and shape in the circumferential direction, but also that the surrounding layer structure is not uniform in terms of material selection and material thickness in the circumferential direction. This means that the heat distribution across the handle area is not uniform.

Aus sicherheitstechnischen Überlegungen aber auch um zusätzliche Komfortfunktionen zu realisieren, besteht Bedarf ferner eine Berühr- oder zumindest eine Annäherungsdetektion durchführen zu können, wie die sogenannte Hands-On-Detektion, bei der es darum geht, das Ergreifen des Lenkradkranzes zu überwachen. Es bietet sich daher an, den Heizdraht in einer Nicht-Heizphase im sogenannten Messbetrieb als Elektrode zur kapazitiven Annäherungsdetektion zu verwenden. Da der Heizbetrieb üblicherweise mit einem pulsweitenmodulierten Steuersignal durchgeführt wird, das ein oder mehrere den Heizstrom unterbrechende Schaltelemente steuert, sind Phasen, in denen kein Heizstrom anliegt, vorhanden, die für den Messbetrieb genutzt werden. Um in dem Messbetrieb „allseitige“, d.h. von allen den Heizstrom bereitstellenden Polen der Heizspannung Einstreuungen in die zwischen dem Heizdraht als kapazitive Elektrode und einer Referenzelektrode oder dem Massepotenzial zu vermeiden, ist es beispielsweise aus der DE 11 2014 002 044 T5 bekannt, den Heizdraht im Messbetrieb allpolig, d.h. von allen die unterschiedlichen Heizpotenziale bereitstellenden Polen durch entsprechend vorgesehene Schaltelemente zu trennen, die als High-Side- bzw. Low-Side-Schalter bezeichnet werden. Auch die kapazitive berühr- bzw. Annäherungsdetektion ist von einer eingangs beschriebenen Ungleichmäßigkeit des Aufbaus des Lenkradkranzes in Umfangsrichtung betroffen, weil beispielsweise ein in Umfangsrichtung variierender Abstand des Heizdrahtes zum Lenkradkern bzw. zum nächstliegenden Abschnitt des Griffbereichs bzw. eine örtliche Veränderung der als Dielektrikum wirkenden Materialien des Lenkradkranzes die Sensitivität der kapazitiven Berührdetektion örtlich variieren lassen.For safety reasons, but also to implement additional comfort functions, there is also a need to be able to carry out touch or at least proximity detection, such as the so-called hands-on detection, which involves monitoring the gripping of the steering wheel rim. It is therefore advisable to use the heating wire in a non-heating phase in the so-called measuring mode as an electrode for capacitive proximity detection. Since the heating mode is usually carried out with a pulse-width modulated control signal that controls one or more switching elements that interrupt the heating current, there are phases in which no heating current is present that are used for the measuring mode. In order to avoid interference from all sides, i.e. from all poles of the heating voltage that provide the heating current, in the measuring mode between the heating wire as a capacitive electrode and a reference electrode or the ground potential, it is for example for the EN 11 2014 002 044 T5 It is known to isolate the heating wire in measuring mode at all poles, i.e. from all poles providing the different heating potentials, using appropriate switching elements, which are referred to as high-side or low-side switches. The capacitive touch or proximity detection is also affected by the irregularity in the structure of the steering wheel rim in the circumferential direction described above, because, for example, a circumferentially varying distance of the heating wire from the steering wheel core or from the nearest section of the grip area or a local change in the materials of the steering wheel rim that act as a dielectric can cause the sensitivity of the capacitive touch detection to vary locally.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaltungsaufbau für einen Mehrzonen-Heizbetrieb mit optionalem kapazitivem Messbetrieb bereitzustellen, bei dem zumindest der gemeinsame Heizbetrieb besser auf die thermischen Umgebungsbedingungen der einzelnen Zonen, auch als Heizzonen bezeichnet, angepasst ist.Against this background, it is the object of the present invention to provide a circuit structure for a multi-zone heating operation with optional capacitive measuring operation, in which at least the common heating operation is better adapted to the thermal ambient conditions of the individual zones, also referred to as heating zones.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Schaltungsaufbau des Anspruchs 1. Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Ein Lenkrad mit dem Schaltungsaufbau sowie ein Verfahren zur Durchführung eines Mehrzonen-Heizbetriebs sind jeweils Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche.This object is achieved by the circuit structure of claim 1. Further features, embodiments, properties and advantages emerge from the dependent claims, the description and the figures. A steering wheel with the circuit structure and a method for carrying out a multi-zone heating operation are each the subject of the independent claims.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltungsaufbau für einen Mehrzonen-Heizbetrieb. Der Schaltungsaufbau weist mehrere parallel aus einer Heizspannung speisbare Heizdrähte zum Erwärmen einer mehrere Zonen umfassenden Berührfläche auf. Dabei ist jeweils ein Heizdraht einer Zone der Berührfläche zugeordnet. Die Zonen überschneiden sich bevorzugt nicht. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung unterscheiden sich wenigstens zwei Zonen durch die Oberflächengestaltung und/oder Materialbeschaffenheit der zugehörigen Berührfläche. Der Heizdraht ist beispielsweise ein Widerstandsdraht, wie ein Nickel-Chrom-Draht ist, der bei elektrischer Verbindung mit zwei auf zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen liegenden Polen einer Heizspannung von einem elektrischen Heizstrom durchsetzt wird, so dass an dem Heizdraht eine Heizspannung abfällt.The invention relates to an electrical circuit structure for a multi-zone heating operation. The circuit structure has several heating wires that can be fed in parallel from a heating voltage for heating a contact surface comprising several zones. In this case, one heating wire is assigned to each zone of the contact surface. The zones preferably do not overlap. According to a preferred embodiment, at least two zones differ in the surface design and/or material properties of the associated contact surface. The heating wire is, for example, a resistance wire, such as a nickel-chromium wire, which, when electrically connected to two poles of a heating voltage lying at two different heating potentials, is penetrated by an electrical heating current, so that a heating voltage drops across the heating wire.

Erfindungsgemäß ist mindestens ein erstes Schaltelement pro Heizdraht vorgesehen, das zwischen dem Heizdraht und einem von zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen der Heizspannung so verschaltet ist, dass in einem leitendem Zustand des ersten Schaltelements jeweils der Heizdraht mit dem Heizstrom beaufschlagt wird, was den Heizbetrieb des jeweiligen Heizdrahtes darstellt. Wohingegen in einem Sperrzustand des ersten Schaltelements der Heizstrom und damit der zugehörige Heizbetrieb unterbrochen wird.According to the invention, at least one first switching element is provided per heating wire, which is connected between the heating wire and one of two different heating potentials of the heating voltage in such a way that when the first switching element is in a conductive state, the heating wire is supplied with the heating current, which represents the heating operation of the respective heating wire. Whereas when the first switching element is in a blocking state, the heating current and thus the associated heating operation is interrupted.

Die ferner erfindungsgemäß vorgesehene Steuerschaltung ist ausgebildet, für jeden Heizdraht ein separates, jeweils an einem ersten Steueranschluss des ersten Schaltelements anliegendes, pulsweitenmoduliertes, erstes Steuersignal zu erzeugen, um das erste Schaltelement jeweils zwischen dem leitenden Zustand und dem Sperrzustand unabhängig von den ersten Schaltelementen der verbliebenen Heizdrähte umzuschalten.The control circuit further provided according to the invention is designed to generate a separate pulse-width modulated first control signal for each heating wire, which is applied to a first control terminal of the first switching element in order to switch the first switching element between the conductive state and the blocking state independently of the first switching elements of the remaining heating wires.

Erfindungsgemäß ist die Steuerschaltung ferner ausgebildet, die mehreren Heizdrähte parallel, überschneidend und/oder alternierend in einer gemeinsamen Heizstufe mit einem jeweils zugehörigen Heizstrom, bevorzugt über ein periodische Abfolge von mehreren Heizbetrieben, zu beaufschlagen, wobei sich mindestens zwei der ersten Steuersignale in ihrem Tastgrad unterscheiden, so dass sich damit die zugehörigen Heizströme in ihrem zeitlichen Verlauf des Heizstroms unterscheiden und die Heizleistung über einen zeitlichen Verlauf der gemeinsamen Heizstufe hinweg für mindestens zwei Heizdrähte unterschiedlich ausfällt, da sich die Dauer eines zusammenhängenden Heizbetriebs der mehreren periodisch abfolgenden Heizbetriebe im Verhältnis zur Dauer des zeitlich dazwischenliegenden Nicht-Heizbetriebs verändert. Beispielsweise wird somit die Heizleistung des jeweiligen Heizdrahtes während des Heizens in der gemeinsamen Heizstufe an die örtlich am jeweiligen Heizdraht vorliegenden, thermischen Bedingungen, beispielsweise eine spezifische Wärmekapazität der den jeweiligen Heizdraht umgebenden Umgebung, angepasst.According to the invention, the control circuit is further designed to apply a respective associated heating current to the multiple heating wires in parallel, overlapping and/or alternating in a common heating stage, preferably over a periodic sequence of multiple heating operations, wherein at least two of the first control signals differ in their duty cycle, so that the associated heating currents differ in their temporal course of the heating current and the heating power is different for at least two heating wires over a temporal course of the common heating stage, since the duration of a continuous heating operation of the multiple periodically successive heating operations changes in relation to the duration of the non-heating operation in between. For example, the heating power of the respective heating wire during heating in the common heating stage is thus adapted to the thermal conditions locally present at the respective heating wire, for example a specific heat capacity of the environment surrounding the respective heating wire.

Die gemeinsame Heizstufe meint, dass beim Heizen innerhalb der gemeinsamen Heizstufe eine dauerhafte Abschaltung eines Heizdrahts oder ein Heizstufenwechsel für einen oder mehrere der Heizkreise ausgeschlossen sein soll.The common heating level means that when heating within the common heating level, a permanent shutdown of a heating wire or a change of heating level for one or more of the heating circuits should be excluded.

Bevorzugt ist die gemeinsame Heizstufe durch eine übereinstimmende und damit gemeinsame Oberflächen-Soll-Temperatur der mehreren Heizzonen charakterisiert. Noch bevorzugter ist die gemeinsame Heizstufe dadurch charakterisiert, dass nach einer Aufheizphase von 10 Minuten für alle Zonen eine auf der jeweiligen Zone der Berührfläche bestimmte Oberflächen-Ist-Temperatur eine betragsmäßige Abweichung gegenüber der übereinstimmenden, gemeinsamen Oberflächen-Soll-Temperatur von nicht mehr als 5°C, meist bevorzugt 3°C, aufweist.Preferably, the common heating stage is characterized by a consistent and thus common target surface temperature of the multiple heating zones. Even more preferably, the common heating stage is characterized in that after a heating phase of 10 minutes for all zones, an actual surface temperature determined on the respective zone of the contact surface has a deviation in magnitude from the consistent, common target surface temperature of no more than 5°C, most preferably 3°C.

Der Begriff Heizstufe soll aber nicht implizieren, dass zwingend mehrere Heizstufen erforderlich sein müssen. Daher können erfindungsgemäß nur eine aber auch mehrere Heizstufen vorgesehen sein. Bei der jeweiligen alle Heizdrähte übergreifend eingestellten Heizstufe werden jedoch alle Heizdrähte parallel, überschneidend und/oder alternierend mit einem Heizstrom beaufschlagt und mindestens zwei der zeitlich innerhalb des gemeinsamen Heizbetriebs anliegenden Steuersignale unterscheiden sich erfindungsgemäß im Tastgrad, also im Verhältnis von Dauer des Heizbetriebs zur Dauer des Nicht-Heizbetriebs. Denkbar ist, dass sich das Tastgradverhältnis dieser zwei Steuersignale mit dem Wechsel in eine andere Heizstufe des gemeinsamen Heizbetriebs verändert.However, the term heating level should not imply that several heating levels must necessarily be required. Therefore, according to the invention, only one or several heating levels can be provided. However, with the respective heating level set across all heating wires, all heating wires are supplied with a heating current in parallel, overlapping and/or alternating and at least two of the control signals present within the joint heating mode differ according to the invention in terms of the duty cycle, i.e. in the ratio of the duration of the heating mode to the duration of the non-heating mode. It is conceivable that the duty cycle ratio of these two control signals changes when changing to another heating level of the joint heating mode.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich alle ersten Steuersignale in ihrem Tastgrad während des Heizens in der gemeinsamen Heizstufe unterscheiden.Preferably, all first control signals differ in their duty cycle during heating in the common heating stage.

Bevorzugt weist die Steuerschaltung für jeden Heizdraht eine Schaltungskomponente aus zwei als Stromspiegel verschalteten Transistoren zur Erzeugung des jeweils am ersten Schaltelement anliegenden pulsweitenmodulierten, ersten Steuersignals auf. Beispielsweise ist die Schaltungskomponente vorgesehen, einen Logik-Pegel eines pulsweitenmodulierten, von einem zur Steuerschaltung gehörigen Mikrocontroller ausgegebenen Ausgangssignals an den für das erste Schaltelement erforderlichen Steuerpegel des ersten Steuersignals unter Beibehalt der Pulsweitenmodulation und damit der Frequenz des Ausgangssignals anzupassen. Gegenüber herkömmlichen, sogenannten Levelshiftern oder Spannungsmultiplikatoren, wie Ladungspumpen, wird durch die Verwendung eines Stromspiegels eine höhere Flankensteilheit insbesondere über eine vergleichsweise große Variationsbreite der möglichen Tastgrade und damit insbesondere für diverse Oberflächensolltemperaturen erreicht. Dies führt dazu, dass die Heizleistung für die einzelnen Zonen genauer eingestellt werden kann.The control circuit preferably has a circuit component for each heating wire made up of two transistors connected as a current mirror for generating the pulse-width-modulated first control signal applied to the first switching element. For example, the circuit component is provided to adapt a logic level of a pulse-width-modulated output signal output by a microcontroller belonging to the control circuit to the control level of the first control signal required for the first switching element while maintaining the pulse width modulation and thus the frequency of the output signal. Compared to conventional so-called level shifters or voltage multipliers, such as charge pumps, the use of a current mirror achieves a higher edge steepness, in particular over a comparatively large range of variation in the possible duty cycles and thus in particular for various target surface temperatures. This means that the heating power for the individual zones can be set more precisely.

Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Schaltelement um jeweils ein p-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor. Bevorzugter ist der p-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor als High-Side-Schalter verschaltet, also zwischen dem betragsmäßig höheren der beiden Heizspannungspotenziale und dem Heizdraht angeordnet.Preferably, the first switching element is a p-channel metal oxide semiconductor field effect transistor. More preferably, the p-channel metal oxide semiconductor field effect transistor is connected as a high-side switch, i.e. arranged between the higher of the two heating voltage potentials and the heating wire.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Schaltungsanordnung für mindestens einen Heizdraht, bevorzugt mehrere Heizdrähte, ein zweites Schaltelement auf, welches durch die Steuerschaltung durch Anlegen des ersten Steuersignals oder eines zweiten Steuersignals an einen zweiten Steueranschluss des zweiten Schaltelements zwischen einem Sperrzustand und einem leitenden Zustand umschaltbar ist, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist, in einem zeitlich außerhalb des Heizbetriebs des jeweiligen Heizdrahtes liegenden Messbetrieb zur allpoligen Abschaltung des jeweiligen Heizdrahtes jeweils das erste Schaltelement und zweite Schaltelement pro Heizdraht in den Sperrzustand zu schalten. Bei dieser Ausgestaltung weist die Schaltungsanordnung ferner mindestens eine Detektionsschaltung auf, die ausgebildet ist, in dem Messbetrieb die Kapazität mindestens des einen allpolig abgeschalteten Heizdrahts gegenüber einem Referenzpotenzial durch Beaufschlagung des jeweiligen Heizdrahtes mit einer Wechselspannung einer Wechselspannungsquelle zu ermitteln. Das Referenzpotenzial ist beispielsweise das an einer Referenzelektrode oder der Fahrzeugmasse anliegende elektrische Potenzial. Anhand einer Änderung dieser Kapazität lässt sich beispielsweise eine Annäherung eines Fahrzeuginsassen oder zumindest die Annäherung einer Hand des Fahrzeuginsassen detektieren. Zur Bestimmung einer Kapazität dieser Art sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Erfindungsgemäß werden hier solche Verfahren angewandt, bei denen die Kapazität zuverlässig durch Anlegen einer Wechselspannung an den Heizdraht als Sendeelektrode detektierbar ist. Amplitudenmodulierte Detektionsschaltungen versorgen den durch den Heizdraht gebildeten zu messenden Kondensator mit hochfrequentem Wechselstrom (z. B. 20 kHz) und erfassen den resultierenden Blindstrom.According to a preferred embodiment, the circuit arrangement for at least one heating wire, preferably several heating wires, has a second switching element which can be switched between a blocking state and a conducting state by the control circuit by applying the first control signal or a second control signal to a second control terminal of the second switching element, wherein the control circuit is designed to switch the first switching element and the second switching element per heating wire in a measuring operation which is outside the heating operation of the respective heating wire for all-pole switching off of the respective heating wire. wire into the blocking state. In this embodiment, the circuit arrangement further comprises at least one detection circuit which is designed to determine the capacitance of at least one heating wire which is switched off on all poles in relation to a reference potential in the measuring mode by applying an alternating voltage from an alternating voltage source to the respective heating wire. The reference potential is, for example, the electrical potential present at a reference electrode or the vehicle mass. Based on a change in this capacitance, it is possible to detect, for example, the approach of a vehicle occupant or at least the approach of a hand of the vehicle occupant. Various methods are known for determining a capacitance of this type. According to the invention, methods are used here in which the capacitance can be reliably detected by applying an alternating voltage to the heating wire as a transmitting electrode. Amplitude-modulated detection circuits supply the capacitor to be measured, formed by the heating wire, with high-frequency alternating current (e.g. 20 kHz) and record the resulting reactive current.

Bei frequenzmodulierten Detektionsschaltungen wird der zu messende Kondensator mit einer Induktivität zu einem Schwingkreis als Bestandteil eines LC-Oszillators zusammengeschaltet, dessen Frequenz gemessen wird, indem sie mit einer Referenz verglichen wird. Bei einer anderen Variante der frequenzmodulierten Detektionsschaltung ist der Messkondensator Bestandteil eines astabilen Multivibrators. Bevorzugt ist die Detektionsschaltung ausgelegt, im Messbetrieb einen aus der Beaufschlagung mit der Wechselspannung resultierenden Stromverlauf zwischen dem Heizleiter und der Wechselspannungsquelle zu messen, um daraus anhand einer Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung und dem Stromverlauf die Kapazität zu ermitteln. Beispielsweise wird der Stromverlauf anhand eines Spannungsabfalls an einem Nebenschlusswiderstand (shunt) unter Signalverstärkung durch einen Messverstärker gemessen.In frequency-modulated detection circuits, the capacitor to be measured is connected to an inductance to form an oscillating circuit as part of an LC oscillator, the frequency of which is measured by comparing it with a reference. In another variant of the frequency-modulated detection circuit, the measuring capacitor is part of an astable multivibrator. The detection circuit is preferably designed to measure a current curve between the heating conductor and the AC voltage source resulting from the application of the AC voltage during measurement operation in order to determine the capacitance based on a phase shift between the AC voltage and the current curve. For example, the current curve is measured based on a voltage drop across a shunt resistor with signal amplification by a measuring amplifier.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schaltungsaufbaus ist ferner eine Abschirmschaltung vorgesehen, die ausgebildet ist, während des Messbetriebs den ersten Steueranschluss des ersten Schaltelements und/oder den zweiten Steueranschluss des zweiten Schaltelements des wenigstens einen allpolig abgeschalteten Heizdrahtes mit der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle zu beaufschlagen. Hierbei soll mit der erneuten Verwendung des Begriffs Wechselspannung darauf abgestellt, dass die im Messbetrieb am Heizdraht anliegende Wechselspannung und die an dem Steueranschluss anliegende Wechselspannung im Wesentlichen in Amplitude, Frequenz und Phase übereinstimmen, um eine optimale Abschirmung zu erreichen. Dabei soll implizit gewährleistet sein, dass die Wechselspannung und/oder das jeweilige Schaltelement so ausgelegt sind, dass ein Schaltvorgang des jeweiligen Schaltelements im Messbetrieb ausgeschlossen ist.According to a preferred embodiment of the circuit structure according to the invention, a shielding circuit is also provided which is designed to apply the alternating voltage of the alternating voltage source to the first control terminal of the first switching element and/or the second control terminal of the second switching element of the at least one all-pole switched-off heating wire during the measuring operation. The renewed use of the term alternating voltage is intended to ensure that the alternating voltage applied to the heating wire during the measuring operation and the alternating voltage applied to the control terminal essentially match in amplitude, frequency and phase in order to achieve optimal shielding. It is implicitly ensured that the alternating voltage and/or the respective switching element are designed in such a way that a switching operation of the respective switching element is excluded during the measuring operation.

Die Erfindung betrifft ferner ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, welches einen elektrischen Schaltungsaufbau in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen zumindest teilweise beinhaltet, wobei die mehreren Heizdrähte in einen Lenkradkranz des Lenkrads integriert sind, welcher die Berührfläche ausbildet.The invention further relates to a steering wheel for a motor vehicle, which at least partially includes an electrical circuit structure in one of the previously described embodiments, wherein the plurality of heating wires are integrated into a steering wheel rim of the steering wheel, which forms the contact surface.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Lenkrads sind die sich im Tastgrad unterscheidenden Steuersignale jeweils solchen Heizdrähten zugeordnet, die sich in einer thermischen Kopplung zwischen dem jeweiligen Heizdraht und der zugeordneten Zone der Berührfläche, beispielsweise der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem jeweiligen Heizdraht und der zugeordneten Zone der Berührfläche, unterscheiden.According to a preferred embodiment of the steering wheel, the control signals differing in the duty cycle are each assigned to heating wires that differ in a thermal coupling between the respective heating wire and the associated zone of the contact surface, for example the thermal conductivity between the respective heating wire and the associated zone of the contact surface.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Durchführung einen Mehrzonen-Heizbetriebs, welches die folgenden Schritte aufweist. In einem Bereitstellungsschritt erfolgt ein Bereitstellen eines Schaltungsaufbaus, welcher mehrere parallel aus einer Heizspannung speisbare Heizdrähte zum Erwärmen einer mehrere Zonen umfassenden Berührfläche aufweist, wobei jeweils ein Heizdraht einer Zone zugeordnet ist. Der bereitgestellte Schaltungsaufbau weist mindestens ein erstes Schaltelement pro Heizdraht auf, das zwischen dem Heizdraht und einem von zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen so verschaltet ist, dass in einem Heizbetrieb bei leitendem Zustand des ersten Schaltelements jeweils der Heizdraht mit einem Heizstrom beaufschlagt wird und in einem Sperrzustand des ersten Schaltelements der Heizstrom und damit der Heizbetrieb unterbrochen wird. Ferner ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die ausgebildet ist, für jeden Heizdraht ein separates, jeweils an einem ersten Steueranschluss des ersten Schaltelements anliegendes, pulsweitenmoduliertes, erstes Steuersignal zu erzeugen, um das erste Schaltelement jeweils zwischen dem leitenden Zustand und dem Sperrzustand umzuschalten. In einem Heizschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Heizen in einer gemeinsamen Heizstufe, wobei durch die Steuerschaltung die mehreren Heizdrähte parallel, überschneidend und/oder alternierend in mit einem jeweils zugehörigen Heizstrom, bevorzugt über eine periodische Abfolge von mehreren Heizbetrieben, beaufschlagt werden und sich mindestens zwei der ersten Steuersignale in ihrem Tastgrad unterscheiden, so dass sich damit die zugehörigen Heizströme in ihrem zeitlichen Verlauf des Heizstroms unterscheiden und die Heizleistung über einen zeitlichen Verlauf der gemeinsamen Heizstufe hinweg für mindestens zwei Heizdrähte unterschiedlich ausfällt, da sich die Dauer eines zusammenhängenden Heizbetriebs der mehreren periodisch abfolgenden Heizbetriebe im Verhältnis zur Dauer des zeitlich dazwischenliegenden Nicht-Heizbetriebs verändert. Beispielsweise wird somit die Heizleistung des jeweiligen Heizdrahtes während des Heizens in der gemeinsamen Heizstufe an die örtlich am jeweiligen Heizdraht vorliegenden, thermischen Bedingungen, beispielsweise eine spezifische Wärmekapazität der den jeweiligen Heizdraht umgebenden Umgebung, angepasst.The invention further relates to a method for carrying out a multi-zone heating operation, which has the following steps. In a provision step, a circuit structure is provided which has several heating wires that can be fed in parallel from a heating voltage for heating a contact surface comprising several zones, with one heating wire being assigned to each zone. The circuit structure provided has at least one first switching element per heating wire, which is connected between the heating wire and one of two different heating potentials in such a way that in a heating operation, when the first switching element is in the conductive state, the heating wire is supplied with a heating current, and in a blocking state of the first switching element, the heating current and thus the heating operation is interrupted. Furthermore, a control circuit is provided which is designed to generate a separate pulse-width-modulated first control signal for each heating wire, which is present at a first control connection of the first switching element, in order to switch the first switching element between the conductive state and the blocking state. In a heating step of the method according to the invention, heating takes place in a common heating stage, wherein the control circuit applies a respective associated heating current to the plurality of heating wires in parallel, overlapping and/or alternating, preferably via a periodic sequence of several heating operations, and at least two of the first control signals differ in their duty cycle, so that the associated heating currents thus vary in their temporal course of the heating current under and the heating power is different for at least two heating wires over the course of the common heating stage, since the duration of a continuous heating operation of the several periodically successive heating operations changes in relation to the duration of the non-heating operation in between. For example, the heating power of the respective heating wire during heating in the common heating stage is thus adapted to the thermal conditions locally present at the respective heating wire, for example a specific heat capacity of the environment surrounding the respective heating wire.

Bevorzugt ist die gemeinsame Heizstufe durch eine übereinstimmende Oberflächensolltemperatur der mehreren Heizzonen charakterisiert. Noch bevorzugter ist die gemeinsame Heizstufe dadurch charakterisiert, dass nach einer Aufheizphase von 10 Minuten für alle Zonen eine auf der jeweiligen Zone der Berührfläche bestimmte Oberflächen-Ist-Temperatur eine betragsmäßige Abweichung gegenüber der übereinstimmenden Oberflächensolltemperatur von nicht mehr als 5°C aufweist.Preferably, the common heating stage is characterized by a consistent target surface temperature of the multiple heating zones. Even more preferably, the common heating stage is characterized in that after a heating phase of 10 minutes for all zones, an actual surface temperature determined on the respective zone of the contact surface has a deviation in magnitude from the consistent target surface temperature of no more than 5°C.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die sich im Tastgrad unterscheidenden Steuersignale jeweils solchen Heizdrähten zugeordnet sind, die sich in einer thermischen Kopplung zwischen dem jeweiligen Heizdraht und der zugeordneten Zone der Berührfläche, beispielsweise der Wärmeleitfähigkeit zwischen dem jeweiligen Heizdraht und der zugeordneten Zone der Berührfläche, unterscheiden.Preferably, it is provided that the control signals differing in the duty cycle are each assigned to heating wires that differ in a thermal coupling between the respective heating wire and the associated zone of the contact surface, for example the thermal conductivity between the respective heating wire and the associated zone of the contact surface.

Bevorzugt weist die bereitgestellte Steuerschaltung für jeden Heizdraht eine Schaltungskomponente aus zwei als Stromspiegel verschalteten Transistoren zur Erzeugung des jeweils am ersten Schaltelement anliegenden pulsweitenmodulierten, ersten Steuersignals auf. Beispielsweise ist die Schaltungskomponente vorgesehen, einen Logik-Pegel eines pulsweitenmodulierten, von einem zur Steuerschaltung gehörigen Mikrocontroller ausgegebenen Ausgangssignals an den für das erste Schaltelement erforderlichen Steuerpegel des ersten Steuersignals unter Beibehalt der Pulsweitenmodulation und damit der Frequenz des Ausgangssignals anzupassen. Gegenüber herkömmlichen, sogenannten Levelshiftern oder Spannungsmultiplikatoren, wie Ladungspumpen, wird durch die Verwendung eines Stromspiegels eine höhere Flankensteilheit insbesondere über eine vergleichsweise große Variationsbreite der möglichen Tastgrade und damit insbesondere für diverse Oberflächensolltemperaturen erreicht. Dies führt dazu, dass die Heizleistung für die einzelnen Zonen genauer eingestellt werden kann.The control circuit provided preferably has a circuit component for each heating wire made up of two transistors connected as a current mirror for generating the pulse-width-modulated first control signal applied to the first switching element. For example, the circuit component is provided to adapt a logic level of a pulse-width-modulated output signal output by a microcontroller belonging to the control circuit to the control level of the first control signal required for the first switching element while maintaining the pulse width modulation and thus the frequency of the output signal. Compared to conventional, so-called level shifters or voltage multipliers, such as charge pumps, the use of a current mirror achieves a higher edge steepness, in particular over a comparatively large range of variation in the possible duty cycles and thus in particular for various target surface temperatures. This means that the heating power for the individual zones can be set more precisely.

Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Schaltelement der bereitgestellten Schaltungsanordnung um jeweils ein p-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor. Bevorzugter ist der p-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor als High-Side-Schalter verschaltet, also zwischen dem betragsmäßig höheren der beiden Heizspannungspotenziale und dem Heizdraht angeordnet.Preferably, the first switching element of the circuit arrangement provided is a p-channel metal oxide semiconductor field effect transistor. More preferably, the p-channel metal oxide semiconductor field effect transistor is connected as a high-side switch, i.e. arranged between the higher of the two heating voltage potentials and the heating wire.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die bereitgestellte Schaltungsanordnung für mindestens einen Heizdraht, bevorzugt mehrere Heizdrähte, ein zweites Schaltelement auf, welches durch die Steuerschaltung durch Anlegen des ersten Steuersignals oder eines zweiten Steuersignals an einen zweiten Steueranschluss des zweiten Schaltelements zwischen einem Sperrzustand und einem leitenden Zustand umschaltbar ist, wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist, in einem zeitlich außerhalb des Heizbetriebs des jeweiligen Heizdrahtes liegenden Messbetrieb zur allpoligen Abschaltung des jeweiligen Heizdrahtes jeweils das erste Schaltelement und zweite Schaltelement pro Heizdraht in den Sperrzustand zu schalten. Bei dieser Ausgestaltung weist die bereitgestellte Schaltungsanordnung ferner mindestens eine Detektionsschaltung auf. Das Verfahren umfasst die Durchführung des Messbetriebs, bei dem die Kapazität mindestens des einen allpolig abgeschalteten Heizdrahts gegenüber einem Referenzpotenzial durch Beaufschlagung des jeweiligen Heizdrahtes mit einer Wechselspannung einer Wechselspannungsquelle ermittelt wird. Das Referenzpotenzial ist beispielsweise das an einer Referenzelektrode oder der Fahrzeugmasse anliegende elektrische Potenzial. Anhand einer Änderung dieser Kapazität lässt sich beispielsweise eine Annäherung eines Fahrzeuginsassen oder zumindest die Annäherung einer Hand des Fahrzeuginsassen detektieren. Zur Bestimmung einer Kapazität dieser Art sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Erfindungsgemäß werden hier solche Verfahren angewandt, bei denen die Kapazität zuverlässig durch Anlegen einer Wechselspannung an den Heizdraht als Sendeelektrode detektierbar ist. Amplitudenmodulierte Detektionsschaltungen versorgen den durch den Heizdraht gebildeten zu messenden Kondensator mit hochfrequentem Wechselstrom (z. B. 20 kHz) und erfassen den resultierenden Blindstrom.According to a preferred embodiment, the circuit arrangement provided for at least one heating wire, preferably several heating wires, has a second switching element which can be switched between a blocking state and a conducting state by the control circuit by applying the first control signal or a second control signal to a second control connection of the second switching element, wherein the control circuit is designed to switch the first switching element and the second switching element per heating wire to the blocking state in a measuring operation which is outside the heating operation of the respective heating wire in order to switch off the respective heating wire on all poles. In this embodiment, the circuit arrangement provided also has at least one detection circuit. The method comprises carrying out the measuring operation, in which the capacitance of at least one heating wire which is switched off on all poles is determined with respect to a reference potential by applying an alternating voltage from an alternating voltage source to the respective heating wire. The reference potential is, for example, the voltage at a reference electrode or the vehicle mass. A change in this capacitance can be used to detect, for example, the approach of a vehicle occupant or at least the approach of a vehicle occupant's hand. Various methods are known for determining a capacitance of this type. According to the invention, methods are used here in which the capacitance can be reliably detected by applying an alternating voltage to the heating wire as the transmitting electrode. Amplitude-modulated detection circuits supply the capacitor to be measured, formed by the heating wire, with high-frequency alternating current (e.g. 20 kHz) and record the resulting reactive current.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die bereitgestellte Schaltungsanordnung ferner eine Abschirmschaltung auf, die ausgebildet ist, während des Messbetriebs den ersten Steueranschluss des ersten Schaltelements und/oder den zweiten Steueranschluss des zweiten Schaltelements des wenigstens einen allpolig abgeschalteten Heizdrahtes mit der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle zu beaufschlagen. Hierbei soll mit der erneuten Verwendung des Begriffs Wechselspannung darauf abgestellt, dass die im Messbetrieb am Heizdraht anliegende Wechselspannung und die an dem Steueranschluss anliegende Wechselspannung im Wesentlichen in Amplitude, Frequenz und Phase übereinstimmen, um eine optimale Abschirmung zu erreichen. Dabei soll implizit gewährleistet sein, dass die Wechselspannung und/oder das jeweilige Schaltelement so ausgelegt sind, dass ein Schaltvorgang des jeweiligen Schaltelements im Messbetrieb ausgeschlossen ist.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the circuit arrangement provided further comprises a shielding circuit which is designed to apply the alternating voltage of the alternating voltage source to the first control terminal of the first switching element and/or the second control terminal of the second switching element of the at least one heating wire that is switched off on all poles during the measuring operation. The renewed use of the term alternating voltage is intended to ensure that the alternating voltage applied to the heating wire during the measuring operation and the alternating voltage applied to the control terminal essentially match in amplitude, frequency and phase in order to achieve optimal shielding. It is implicitly ensured that the alternating voltage and/or the respective switching element are designed in such a way that a switching operation of the respective switching element is excluded during the measuring operation.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:

1 eine schematische Aufsicht auf ein Lenkrad 10 mit mehreren Heizzonen und zugehörigen darin integrierten, zum erfindungsgemäßen Schaltungsaufbau 1 gehörigen Heizdrähten 2, 2';
2 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Schaltungsaufbaus 1.

The invention is explained in more detail with reference to the following figures. The figures are only to be understood as examples and merely represent a preferred embodiment. They show:

1 a schematic plan view of a steering wheel 10 with several heating zones and associated heating wires 2, 2' integrated therein and belonging to the circuit structure 1 according to the invention;
2 a schematic view of the circuit structure 1 according to the invention.

1 zeigt die Verwendung des erfindungsgemäßen Schaltungsaufbaus 1 in einem Lenkrad 10 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Mehrere Heizdrähte 2, 2', beispielsweise jeweils ein Widerstandsdraht, wie ein Nickel-Chrom-Draht, sind in die durch den Lenkradkranz ausgebildeten Berührbereich 19 des Lenkrads 10, der auch als Griffbereich bezeichnet werden kann, integriert, um den Berührbereich 19 für einen das Lenkrad 10 ergreifenden Fahrzeuginsassen B durch den in einer Heizstufe in mehreren periodisch abfolgenden Heizbetrieben betriebenen Schaltungsaufbau 1 zu beheizen und um optional eine kapazitive Berühr-bzw. Annäherungsdetektion betreffend die Berührung des Berührbereichs 20, 20' oder Annäherung an den Berührbereich 20, 20' durch die Hand des Fahrzeuginsassen B in einem zeitlich außerhalb des Heizbetriebs betriebenen Messbetrieb des Schaltungsaufbaus 1 durchzuführen. Aus sicherheitstechnischen Überlegungen aber auch um zusätzliche Komfortfunktionen zu realisieren, wird diese kapazitive Berühr- oder zumindest Annäherungsdetektion durch den Schaltungsaufbau 1 durchgeführt, um beispielsweise die sogenannte Hands-On-Detektion durchzuführen, bei der es darum geht, das Ergreifen der Berührfläche 20, 20' zu überwachen, oder die Fahrer-Beifahrer-Erkennung durchzuführen, bei der es beispielsweise darum geht, spezielle Komfortfunktionen sitzpositionsspezifisch zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Wie aus 1 ersichtlich, weist die Berührfläche 19 zwei Zonen 20, 20', die an der Grenze 18 unmittelbar aneinandergrenzen. Die Zonen 20, 20' unterscheiden sich im Wesentlichen hinsichtlich der Materialbeschaffenheit und damit hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit zumindest der die jeweilige äußere Oberfläche und damit die jeweilige Zone 20, 20' der Berührfläche 19 ausbildenden, äußeren Schicht des Lenkradkranzes, beispielsweise handelt es sich um einen Holzwerkstoff einerseits und einen Leder- oder Kunstlederwerkstoff andererseits. Jeder der beiden Zone 20, 20' ist einer der beiden Heizdrähte 2, 2' zugeordnet. Wie 1 andeutet, werden im jeweiligen Heizbetrieb die Heizdrähte 2, 2' mit einem Heizstrom aus den unterschiedlichen Heizpotenzialen V_H+, V_H- der Heizspannung beaufschlagt. Beispielsweise liegt V_H- auf Fahrzeugmassepotenzial. Im Messbetrieb wird der Heizdraht 2 durch den erfindungsgemäßen Schaltungsaufbau 1 mit einer Wechselspannung V_AC beaufschlagt. 1 shows the use of the circuit structure 1 according to the invention in a steering wheel 10 of a motor vehicle (not shown). Several heating wires 2, 2', for example a resistance wire each, such as a nickel-chromium wire, are integrated into the contact area 19 of the steering wheel 10 formed by the steering wheel rim, which can also be referred to as the grip area, in order to heat the contact area 19 for a vehicle occupant B grasping the steering wheel 10 by the circuit structure 1 operated in a heating stage in several periodically successive heating modes and to optionally carry out a capacitive touch or approach detection relating to the touch of the touch area 20, 20' or approach to the touch area 20, 20' by the hand of the vehicle occupant B in a measuring mode of the circuit structure 1 operated outside of the heating mode. For safety reasons but also to implement additional comfort functions, this capacitive touch or at least proximity detection is carried out by the circuit structure 1 in order to carry out, for example, the so-called hands-on detection, which involves monitoring the gripping of the touch surface 20, 20', or to carry out driver-passenger detection, which involves, for example, activating or deactivating special comfort functions depending on the seat position. As can be seen from 1 As can be seen, the contact surface 19 has two zones 20, 20', which directly adjoin one another at the boundary 18. The zones 20, 20' differ essentially in terms of the material properties and thus in terms of the thermal conductivity of at least the outer layer of the steering wheel rim forming the respective outer surface and thus the respective zone 20, 20' of the contact surface 19, for example it is a wood material on the one hand and a leather or synthetic leather material on the other. Each of the two zones 20, 20' is assigned to one of the two heating wires 2, 2'. As 1 As indicated, in the respective heating mode the heating wires 2, 2' are supplied with a heating current from the different heating potentials V _H+ , V _H - of the heating voltage. For example, V _H - is at vehicle ground potential. In measuring mode the heating wire 2 is supplied with an alternating voltage V _AC by the circuit structure 1 according to the invention.

Um der unterschiedlichen Materialbeschaffenheit der Zonen 20, 20' Rechnung zu tragen und unter Vorgabe einer übereinstimmenden gemeinsamen Oberflächen-Soll-Temperatur der Zonen 20, 20' beim Heizen der Heizdrähte 2, 2' wird die Heizleistung durch für jeden Heizdraht 2, 2' separate und damit spezifische erste pulsweitenmodulierte Steuersignale ST1, ST1' eingestellt, wobei sich diese im Tastgrad unterscheiden, wodurch das Verhältnis der Dauer des Heizbetriebs zur Dauer des Nichtheizbetriebs für jeden Heizdraht 2, 2' einstellbar ist und sich damit die Oberflächen-Ist-Temperatur der Zonen 20, 20' maximal um 5°, bevorzugt maximal um 3° von der gemeinsamen Oberflächen-Soll-Temperatur der Heizstufe unterscheidet.In order to take account of the different material properties of the zones 20, 20' and by specifying a consistent common surface target temperature of the zones 20, 20' when heating the heating wires 2, 2', the heating output is set by separate and thus specific first pulse-width-modulated control signals ST1, ST1' for each heating wire 2, 2', whereby these differ in the duty cycle, whereby the ratio of the duration of the heating operation to the duration of the non-heating operation can be adjusted for each heating wire 2, 2' and thus the actual surface temperature of the zones 20, 20' differs by a maximum of 5°, preferably a maximum of 3°, from the common surface target temperature of the heating level.

2 zeigt schematisch den elektrischen Schaltungsaufbau 1 für die mehreren Zonen 20, 20' mit zugehörigen Heizdrähten 2, 2', wobei jeder der Heizdrähte 2, 2' alternierend und periodisch sich wiederholend in einem Heiz- und kapazitiven Messbetrieb betrieben werden. Dazu werden im Heizbetrieb der Heizdraht 2 und der Heizdraht 2' mit einem aus zwei auf den zwei unterschiedlichen Heizpotenzialen V_H+, V_H- liegenden Polen gespeisten elektrischen Heizstrom durchsetzt, wobei an dem Heizdraht 2 und 2' jeweils eine Heizspannung abfällt. 2 shows schematically the electrical circuit structure 1 for the several zones 20, 20' with associated heating wires 2, 2', whereby each of the heating wires 2, 2' is operated alternately and periodically in a heating and capacitive measuring mode. For this purpose, in heating mode, the heating wire 2 and the heating wire 2' are supplied with an electrical heating current fed from two poles located at the two different heating potentials V _H+ , V _H -, whereby a heating voltage drops across the heating wire 2 and 2'.

Die Schaltungsanordnung 1 weist dazu pro Heizdraht 2 bzw. 2' ein erstes Schaltelement 3a bzw. 3a' und ein zweites Schaltelement 3b bzw. 3b' auf. Hier sind die ersten Schaltelemente 3a, 3a' sogenannte High-Side-Schalter, da sie zwischen dem positiven bzw. höheren Heizpotenzial und dem Heizdraht 2 bzw. 2' vorgesehen sind, während die die zweiten Schaltelemente 3b bzw. 3b' als Low-Side-Schalter bezeichnet werden. Erste Schaltelemente 3a, 3a' und zweite Schaltelemente werden jeweils durch einen Feldeffekttransistor, insbesondere einen selbstsperrenden Feldeffekttransistor, bevorzugt einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOS-FET) ausgebildet, wobei die ersten Schaltelemente 3a, 3a' jeweils durch einen P-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor realisiert sind. Der Heizdraht 2 bzw. 2' ist dabei so mit den ersten Schaltelementen 3a, 3a' und den zweiten Schaltelementen 3b, 3b' verschaltet, dass in dem Heizbetrieb, während dem die ersten Schaltelemente 3a, 3a' und die zweiten Schaltelemente 3b, 3b' zeitgleich in leitendem Zustand sind, das jeweilige erste Schaltelement 3a bzw. 3a' und das jeweilige zweite Schaltelement 3b, 3b' und der jeweilige Heizdraht 2, 2' in Reihe geschaltet sind, so dass die parallel geschalteten Heizdrähte 2, 2' jeweils mit zwei unterschiedlichen, die Heizspannung bereitstellenden Heizpotenziale V_H+, V_H-leitend verbunden sind. Dadurch, dass im Heizbetrieb des jeweiligen Heizdrahtes 2, 2' die ersten Schaltelemente 3a, 3a' und die zweiten Schaltelemente 3b, 3b' durchgeschaltet (leitend) sind, wird der Heizdraht 2 bzw. 2' mit dem Heizstrom durchsetzt. Ist mindestens ein Schaltelement aus erstem Schaltelement 3a bzw. 3a' und zweitem Schaltelemente 3b bzw. 3b' im nicht-leitenden bzw. sperrenden Zustand, liegt kein Heizstrom an. Durch periodisches Umschalten, nämlich durch Ansteuerung wenigstens eines Schaltelements aus erstem Schaltelement 3a, 3a' und zweitem Schaltelement 3b bzw. 3b' mittels eines pulsweitenmodulierten Steuersignals, hier erstes Steuersignal ST1 bzw. ST1' oder zweites Steuersignal ST2 bzw. ST2' wird jeweils zwischen Heizbetrieb und Nicht-Heizbetrieb der Heizdrähte 2 bzw. 2' umgeschaltet, wobei die unabhängigen, an dem jeweiligen ersten Steueranschluss G_a, G'_a der ersten Schaltelemente 3a, 3a' anliegenden, ersten Steuersignale ST1 bzw. ST1' eine separate Steuerung und damit unabhängige Heizleistungsregelung der Heizdrähte 2 bzw. 2' durch Wahl des Tastgrads der ersten Steuersignale ST1 bzw. ST1' ermöglichen, da die Dauer des Heizbetriebs die Heizleistung bestimmt. Folglich fällt der Tastgrad der ersten Steuersignale ST1 bzw. ST1' beim Betrieb in der gemeinsamen Heizstufe unterschiedlich aus und ist unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten der die Zonen 20 bzw. 20' ausbildenden Materialien so gewählt, dass die jeweiligen Oberflächen-Ist-Temperaturen zumindest nach einer angemessenen Aufwärmphase von 10 bis 30 Minuten der für die Heizstufe vorgegebenen Oberflächen-Soll-Temperatur möglichst angenähert ist.For this purpose, the circuit arrangement 1 has a first switching element 3a or 3a' and a second switching element 3b or 3b' for each heating wire 2 or 2'. Here, the first switching elements 3a, 3a' are so-called high-side switches, since they are provided between the positive or higher heating potential and the heating wire 2 or 2', while the second switching elements 3b or 3b' are referred to as low-side switches. First switching elements 3a, 3a' and second switching elements are each formed by a field-effect transistor, in particular a self-blocking field-effect transistor, preferably a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOS-FET), wherein the first switching elements 3a, 3a' are each realized by a P-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistor. The heating wire 2 or 2' is connected to the first switching elements 3a, 3a' and the second switching elements 3b, 3b' in such a way that in the heating mode, during which the first switching elements 3a, 3a' and the second switching elements 3b, 3b' are simultaneously in the conductive state, the respective first switching element 3a or 3a' and the respective second switching element 3b, 3b' and the respective heating wire 2, 2' are connected in series, so that the parallel-connected heating wires 2, 2' are each connected in a conductive manner to two different heating potentials V _H+ , V _H - that provide the heating voltage. Because the first switching elements 3a, 3a' and the second switching elements 3b, 3b' are connected through (conductive) in the heating mode of the respective heating wire 2, 2', the heating wire 2 or 2' is permeated with the heating current. If at least one switching element consisting of the first switching element 3a or 3a' and the second switching element 3b or 3b' is in the non-conductive or blocking state, no heating current is present. By periodic switching, namely by controlling at least one switching element from the first switching element 3a, 3a' and the second switching element 3b or 3b' by means of a pulse width modulated control signal, here the first control signal ST1 or ST1' or the second control signal ST2 or ST2', the heating wires 2 or 2' are switched between heating operation and non-heating operation, wherein the independent first control signals ST1 or ST1' applied to the respective first control terminal G _a , G' _{a of} the first switching elements 3a, 3a' enable separate control and thus independent heating power regulation of the heating wires 2 or 2' by selecting the duty cycle of the first control signals ST1 or ST1', since the duration of the heating operation determines the heating power. Consequently, the duty cycle of the first control signals ST1 or ST1' is different when operating in the common heating stage and is selected taking into account the different thermal conductivities of the materials forming the zones 20 or 20' such that the respective actual surface temperatures are as close as possible to the surface target temperature specified for the heating stage, at least after an appropriate warm-up phase of 10 to 30 minutes.

Die ersten Steuersignale ST1 bzw. ST1' werden aus einem pulsweitenmodulierten Ausgangssignal PWM bzw. PWM' des zentralen, zur Steuerschaltung 12, 6a, 6a', 6b, 6b' gehörigen Mikrocontrollers 12 generiert. Zur Pegelanpassung der Ausgangssignale PWM bzw. PWM' an den erforderlichen Schaltpegel der ersten Schaltelemente 3a, 3a' für jeden Heizdraht 2 bzw. 2' ist jeweils eine ebenfalls zur Steuerschaltung 12a, 6a, 6a', 6b, 6b' gehörige Schaltungskomponente 6a bzw. 6a' aus zwei als Stromspiegel verschalteten Transistoren vorgesehen, welche letztlich das jeweils am ersten Schaltelement 3a, 3a' anliegende pulsweitenmodulierte, erste Steuersignal ST1 bzw. ST1' erzeugen, nämlich unter Beibehalt der Pulsweitenmodulation und damit der Frequenz des jeweiligen Ausgangssignals PWM bzw. PWM'. Gegenüber herkömmlichen, sogenannten Levelshiftern oder Spannungsmultiplikatoren, wie Ladungspumpen, wird durch die Verwendung eines Stromspiegels eine höhere Flankensteilheit insbesondere über eine vergleichsweise große Variationsbreite der möglichen Tastgrade und damit insbesondere für diverse Oberflächensolltemperaturen erreicht. Dies führt dazu, dass die Heizleistung für die einzelnen Zonen 20, 20' genauer eingestellt werden kann.The first control signals ST1 or ST1' are generated from a pulse width modulated output signal PWM or PWM' of the central microcontroller 12 belonging to the control circuit 12, 6a, 6a', 6b, 6b'. To adjust the level of the output signals PWM or PWM' to the required switching level of the first switching elements 3a, 3a' for each heating wire 2 or 2', a circuit component 6a or 6a', also belonging to the control circuit 12a, 6a, 6a', 6b, 6b', is provided, consisting of two transistors connected as a current mirror, which ultimately generate the pulse width modulated first control signal ST1 or ST1' applied to the first switching element 3a, 3a', namely while maintaining the pulse width modulation and thus the frequency of the respective output signal PWM or PWM'. Compared to conventional so-called level shifters or voltage multipliers, such as charge pumps, the use of a current mirror achieves a higher edge steepness, particularly over a comparatively large variation range of the possible duty cycles and thus in particular for various surface target temperatures. This means that the heating power for the individual zones 20, 20' can be set more precisely.

Anders als in 2 dargestellt, können die ersten Steuersignale ST1 bzw. ST1' auch zum zeitgleichen Schalten der zweiten Schaltelemente 3b bzw. 3b' an deren zweiten Steueranschlüssen G_b, G'_b anliegen, was bei der vorliegenden Ausführungsform nicht der Fall ist. Dementsprechend können auch die Schaltungskomponenten 6b und 6b' den Schaltungskomponenten 6a bzw. 6a' entsprechend ausgebildet sein und jeweils zwei als Stromspiegel verschaltete Transistoren umfassen.Unlike in 2 shown, the first control signals ST1 or ST1' can also be used for the same switching of the second switching elements 3b and 3b' are applied to their second control terminals G _b , G' _b , which is not the case in the present embodiment. Accordingly, the circuit components 6b and 6b' can also be designed correspondingly to the circuit components 6a and 6a' and each comprise two transistors connected as a current mirror.

Das jeweils am zweiten Steueranschluss G_b, G'_b der zweiten Schaltelemente 3b, 3b' anliegende, zweite Steuersignal ST2, ST2' wird aus dem Ausgangssignal des Mikrocontrollers 12 durch Pegelanpassung mittels der Schaltungskomponenten 6b bzw. 6b' erhalten und ist so gewählt, dass die zweiten Schaltelemente 3b bzw. 3b' innerhalb der durch das erste Steuersignal ST1 bzw. ST1' jeweils vorgegebenen Nicht-Heizphase (=Sperrzustand der ersten Schaltelemente 3a bzw. 3a') für eine vorgegebene Dauer, möglichst zwischen den Flanken des ersten Steuersignals ST1, ST1' in den Sperrzustand geschaltet werden, um eine allpolige Trennung des jeweiligen Heizdrahtes 2 bzw. 2' für einen ungestörten Messbetrieb zu ermöglichen.The second control signal ST2, ST2' present at the second control terminal G _b , G' _b of the second switching elements 3b, 3b' is obtained from the output signal of the microcontroller 12 by level adjustment using the circuit components 6b or 6b' and is selected such that the second switching elements 3b or 3b' are switched to the blocking state for a predetermined duration within the non-heating phase specified by the first control signal ST1 or ST1' (= blocking state of the first switching elements 3a or 3a') for a predetermined duration, if possible between the edges of the first control signal ST1, ST1', in order to enable all-pole separation of the respective heating wire 2 or 2' for undisturbed measuring operation.

Erfindungsgemäß ist für die Durchführung des Messbetriebs eine Detektionsschaltung 9 vorgesehen, um für jeden Heizdraht 2, 2' in einem zeitlich jeweils außerhalb des Heizbetriebs liegenden Messbetrieb, die Kapazität des jeweiligen Heizdrahts 2 bzw. 2' gegenüber einem Referenzpotenzial, wie der Fahrzeugmasse, durch Beaufschlagung des Heizdrahtes 2 mit einer Wechselspannung V_AC einer Wechselspannungsquelle 11, hier ein durch den Mikrocontroller 12 gesteuerten Sinusgenerator, zu ermitteln. Anhand einer Änderung dieser Kapazität lässt sich beispielsweise eine Annäherung eines Fahrzeuginsassen B oder zumindest die Annäherung einer Hand des Fahrzeuginsassen B detektieren. Dabei ist die Detektionsschaltung 9 ausgelegt, im Messbetrieb einen aus der Beaufschlagung mit der Wechselspannung V_AC resultierenden Stromverlauf zwischen dem Heizleiter 2 und der Wechselspannungsquelle 11 zu messen, um daraus anhand einer Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung V_AC und dem Stromverlauf die Kapazität zu ermitteln. Im Detail wird der Stromverlauf anhand eines Spannungsabfalls an einem Nebenschlusswiderstand 8 (shunt) unter Signalverstärkung durch einen Messverstärker der Detektionsschaltung 9 gemessen, dessen Messergebnis dem Mikrocontroller 12 übermittelt wird.According to the invention, a detection circuit 9 is provided for carrying out the measuring operation in order to determine the capacitance of the respective heating wire 2, 2' in relation to a reference potential, such as the vehicle mass, for each heating wire 2, 2' in a measuring operation which is temporally outside of the heating operation, by applying an alternating voltage V _AC to the heating wire 2 from an alternating voltage source 11, here a sine generator controlled by the microcontroller 12. Based on a change in this capacitance, for example, an approach of a vehicle occupant B or at least the approach of a hand of the vehicle occupant B can be detected. The detection circuit 9 is designed to measure a current curve between the heating conductor 2 and the alternating voltage source 11 resulting from the application of the alternating voltage V _AC during the measuring operation in order to determine the capacitance based on a phase shift between the alternating voltage V _AC and the current curve. In detail, the current curve is measured based on a voltage drop across a shunt resistor 8 with signal amplification by a measuring amplifier of the detection circuit 9, the measurement result of which is transmitted to the microcontroller 12.

Bei dem gezeigten erfindungsgemäßen Schaltungsaufbau 1 ist ferner eine Abschirmschaltung 7 vorgesehen, die ausgebildet ist, während des Messbetriebs die ersten Steueranschlüsse G_a, G'_a der ersten Schaltelemente 3a, 3a' und die zweiten Steueranschlüsse G_b, G'_b der zweiten Schaltelemente 3b, 3b' mit der Wechselspannung V_AC zu beaufschlagen. Hierbei wird mit der Verwendung des Begriffs Wechselspannung darauf abgestellt, dass die im Messbetrieb am Heizdraht 2 bzw. 2' anliegende Wechselspannung V_AC und die an den ersten Steueranschlüssen G_a, G'_a und zweiten Steueranschlüssen G_b, G'_b anliegende Wechselspannung V_AC im Wesentlichen in Amplitude, Frequenz und Phase übereinstimmen, um eine optimale Abschirmung zu erreichen.In the circuit structure 1 according to the invention shown, a shielding circuit 7 is also provided, which is designed to apply the alternating voltage V _AC to the first control terminals G _a , G' _a of the first switching elements 3a, 3a' and the second control terminals G _b , G' _b of the second switching elements 3b, 3b' during the measuring operation. The use of the term alternating voltage here refers to the fact that the alternating voltage V _AC applied to the heating wire 2 or 2' during the measuring operation and the alternating voltage V _AC applied to the first control terminals G _a , G' _a and second control terminals G _b , G' _b essentially match in amplitude, frequency and phase in order to achieve optimal shielding.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EN 112014002044 T5 [0002]

Claims

Electrical circuit structure (1) for a multi-zone heating operation, comprising: a plurality of heating wires (2, 2') which can be fed in parallel from a heating voltage for heating a contact surface (19) comprising a plurality of zones (20, 20'); wherein one heating wire (2, 2') is assigned to one zone (20, 20'); at least one first switching element (3a, 3a') per heating wire (2, 2'), which is connected between the heating wire (2, 2') and one of two different heating potentials (V _H +, V _H -) of the heating voltage in such a way that in a heating operation when the first switching element (3a, 3a') is in the conductive state, the respective heating wire (2, 2') is supplied with a heating current and when the first switching element (3a, 3a') is in a blocking state, the heating current is interrupted; a control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') which is designed to generate a separate pulse-width-modulated first control signal (ST1, ST1') for each heating wire (2, 2'), which is applied to a first control terminal (G _a , G' _a ) of the first switching element (3a, 3a'), in order to switch the first switching element (3a, 3a') between the conductive state and the blocking state; wherein the control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') is further designed to apply a respective associated heating current to the plurality of heating wires (2, 2') in parallel, overlapping and/or alternating in a common heating stage, wherein at least two of the first control signals (ST1, ST1') differ in their duty cycle.

Electrical circuit structure (1) according to Claim 1 , whereby all associated first control signals (ST1, ST1') differ in their duty cycle during the common heating stage.

Electrical circuit structure (1) according to one of the preceding claims, wherein the control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') has for each heating wire (2, 2') a circuit component (6a, 6a') made up of two transistors connected as a current mirror for generating the pulse width modulated first control signal (ST1, ST1') present at the first switching element (3a, 3a').

Electrical circuit structure (1) according to one of the preceding claims, wherein the common heating stage is characterized by a matching surface target temperature of the plurality of zones (20, 20').

Electrical circuit structure (1) according to one of the preceding claims, wherein the first switching element is a P-channel metal oxide semiconductor field effect transistor.

Electrical circuit structure (1) according to one of the preceding claims, further comprising for at least one heating wire (2, 2'), preferably several heating wires (2, 2'), a second switching element (3b, 3b'), which can be switched between a blocking state and a conducting state by the control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') by applying the first control signal (ST1, ST1') or a second control signal (ST2, ST2') to a second control terminal (G _b , G' _b ) of the second switching element (3b, 3b'), wherein the control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') is designed to switch the first switching element (3a, 3a') and second switching element (3b, 3b') in a measuring operation which is outside the heating operation of the respective heating wire (2, 2') for the all-pole switching off of the respective heating wire (2, 2'). Switching element (3b, 3b') for each heating wire (2, 2') to the blocking state; further comprising at least one detection circuit (9) which is designed to determine the capacitance of at least one all-pole switched-off heating wire (2, 2') in relation to a reference potential in the measuring mode by applying an alternating voltage (V _AC ) of an alternating voltage source (11) to the respective heating wire.

Electrical circuit structure (1) according to Claim 6 , further comprising at least one shielding circuit (7) which is designed to apply the alternating voltage (V AC ) of the alternating voltage source (11) to the first control terminals (G _a , G' _a ) of the first switching element (3a, 3a') and/or the second control terminals (G _b , G' _b ) of the second switching element (3b, _3b ') of the at least one all-pole switched-off heating wire (2, 2') during the measuring operation.

Electrical circuit structure (1) according to one of the two preceding claims, wherein the detection circuit (9) is designed to measure, in measuring operation, a current curve resulting from the application of the alternating voltage (V _AC ) between the heating conductor (2, 2') which is switched off on all poles in each case and the alternating voltage source (11) in order to determine the capacitance therefrom on the basis of a phase shift between the alternating voltage (V _AC ) and the current curve.

Steering wheel (10) for a motor vehicle, at least partially comprising an electrical circuit structure (1) according to one of the preceding claims, wherein the plurality of heating wires (2, 2') are integrated into a steering wheel rim of the steering wheel (10), which forms the contact surface (19).

Steering wheel (10) according to the preceding claim, wherein the control signals (ST1, ST1') differing in the duty cycle are each assigned to heating wires (2, 2') which are in a thermal coupling between the respective heating wire (2, 2') and the associated zone (20, 20') of the contact surface (19), for example the thermal conductivity between the respective heating wire (2, 2') and the associated zone (20, 20') of the contact surface (19).

Method for carrying out a multi-zone heating operation, comprising the following steps: providing a circuit structure (1) comprising a plurality of heating wires (2, 2') which can be fed in parallel from a heating voltage for heating a contact surface (19) comprising a plurality of zones (20, 20'); wherein one heating wire (2, 2') is assigned to one zone (20, 20'); at least one first switching element (3a, 3a') per heating wire (2, 2'), which is connected between the heating wire (2, 2') and one of two different heating potentials (V _H +, V _H -) in such a way that in a heating operation when the first switching element (3a, 3a') is in the conductive state, the heating wire is supplied with a heating current and when the first switching element (3a, 3a') is in a blocking state, the heating current is interrupted; a control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') which is designed to generate a separate, pulse-width-modulated, first control signal (ST1, ST1') for each heating wire (2, 2'), which is applied to a first control terminal (G _a , G' _a ) of the first switching element (3a, 3a'), in order to switch the first switching element (3a, 3a') between the conductive state and the blocking state; heating in a common heating stage, in which the control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') supplies the plurality of heating wires (2, 2') with a respective associated heating current in parallel, overlapping and/or alternating, and at least two of the first control signals (ST1, ST1') differ in their duty cycle.

Method according to the preceding claim, wherein all first control signals (ST1, ST1') differ in their duty cycle during heating in a common heating stage.

Method according to one of the two preceding claims, wherein the control signals (ST1, ST1') differing in the duty cycle are each assigned to heating wires (2, 2') which differ in a thermal coupling between the respective heating wire (2, 2') and the associated zone (20, 20') of the contact surface (19), for example the thermal conductivity between the respective heating wire (2, 2') and the associated zone (20, 20') of the contact surface (19).

Method according to one of the preceding Claims 11 until 13 , wherein the common heating stage is characterized by a consistent surface target temperature of the plurality of zones (20, 20').

Method according to one of the preceding Claims 11 until 14 , wherein the control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') has for each heating wire (2, 2') a circuit component (6a, 6a') consisting of two transistors connected as a current mirror for generating the pulse-width modulated first control signal (ST1, ST1') present at the first switching element (3a, 3a').

Method according to one of the preceding Claims 11 until 15 , wherein the first switching element (3a, 3a') is a p-channel metal oxide semiconductor field effect transistor.

Method according to one of the preceding Claims 11 until 16 , wherein the circuit arrangement (1) provided has a detection circuit (9) and for at least one heating wire (2, 2'), preferably a plurality of heating wires (2, 2'), a second switching element (3b, 3b'), which can be switched between a blocking state and a conducting state by the control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') by applying the first control signal (ST1, ST1') or a second control signal (ST2, ST2') to a second control connection (G _b , G' _b ) of the second switching element (3b, 3b'), wherein the control circuit (12, 6a, 6a', 6b, 6b') is designed to switch the first switching element (3a, 3a') and second switching element (3b, 3b') per heating wire (2, 2') to the blocking state; carrying out the measuring operation by means of the detection circuit (9), during which the capacitance of at least one all-pole switched-off heating wire (2, 2') with respect to a reference potential is determined by applying an alternating voltage (V _AC ) of an alternating voltage source (11) to the respective heating wire (2, 2').

Method according to the preceding claim, wherein the provided circuit arrangement (1) further comprises at least one shielding circuit (7), and during the execution of the measuring operation the first control terminals (G _a , G' _a ) of the first switching element (3a, 3a') and/or the second control terminals (G _b , G' _b ) of the second switching element (3b, 3b') of the at least one all-pole switched-off heating wire (2, 2') are subjected to the alternating voltage (V _AC ) of the alternating voltage source (12).

Method according to one of the two preceding claims, wherein in the measuring operation a current curve resulting from the application of the alternating voltage (V _AC ) between the each all-pole switched off heating conductor (2) and the alternating voltage source (11) is measured by means of the detection circuit (9) in order to determine the capacitance based on a phase shift between the alternating voltage (V _AC ) and the current curve.