本發(fā)明涉及一種具有帶有至少一個二進制輸入端的控制器的電路裝置。其還涉及對應的運行方法。

背景技術(shù)：

為了控制馬達而在許多情況下使用具有二進制輸入端的控制裝置或控制器。對此的一個示例是所謂的馬達控制單元(MCU)。經(jīng)由其二進制輸入端詢問對應的開關(guān)設(shè)備或開關(guān)的釋放和反饋，以及給出用于運行馬達的命令。通常，輸入端的類型是“高激活”，在施加電位的條件下，輸入端從特定的開關(guān)閾值起(通常例如為0.5×控制電壓)從邏輯0(低)切換到1(高)。通過各種開關(guān)元件(諸如輔助開關(guān)、信號開關(guān)和位置開關(guān))以及通過鉗位位置來引導釋放、反饋和命令。

因為涉及具有通常大的輸入阻抗(通常大于30kOhm)的二進制輸入端，因此輸入端上的電位在很小的電流下足以激活控制部。如果在惡劣氣候的環(huán)境條件下使用控制部(例如離岸、沿海、空氣污染嚴重、極端空氣濕度)，則可能形成漏電路徑(Kriechwege)，其使得絕緣電阻降低。由此會導致開關(guān)元件以及鉗位位置上的電位傳播，由此導致不希望的釋放和控制命令。

因為漏電路徑在許多情況下具有很有限的載流能力，所以在現(xiàn)有技術(shù)中減小控制裝置的輸入電阻。這通常通過下拉電阻來實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務是提出開頭提及的類型的電路裝置或運行方法，其減小漏電路徑的不利影響。

關(guān)于電路裝置，該任務通過如下方式解決，即，在具有控制器的電路裝置中，該控制器具有用于采集對應的開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)的至少一個二進制輸入端，對輸入端連接下拉電阻，其中，下拉電阻是冷導體(Kaltleiter)。

關(guān)于運行方法，該任務通過用于運行具有控制器的電路裝置的方法解決，其中控制器具有用于采集對應的開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)的至少一個二進制輸入端，其中，對輸入端連接下拉電阻，其中借助下拉電阻上測量的電壓來檢測開關(guān)上漏電路徑的形成。

基本思想的有利構(gòu)型和擴展是從屬權(quán)利要求以及下面的詳細描述的主題。

通過對二進制輸入端連接下拉電阻，由漏電路徑和二進制輸入端構(gòu)成的分壓器改變，從而在例如將一半控制電壓施加在二進制輸入端上并且達到開關(guān)閾值之前，必須進一步降低絕緣電阻。同時漏電路徑上的電流增大。在最佳情況下，通過例如炭黑顆粒燃燒來排除由于電流流動而形成漏電路徑的原因。

通過連接下拉電阻，上面描述的問題通常得到緩解，使得觸發(fā)不希望的釋放或控制命令需要更嚴重的污染、由此需要更大的絕緣路徑的縮短。然而，如果漏電路徑具有高的載流能力，則下拉電阻必須定尺寸為使得其可以轉(zhuǎn)換相應的功率。在此成問題的是，相應地定尺寸的電阻的大的構(gòu)型、高的成本以及所需的散熱。此外不利的是，沒有關(guān)于減弱的絕緣的當前狀態(tài)的信息可用。

根據(jù)本發(fā)明，因此對控制器的相應的二進制輸入端連接冷導體。也稱作PTC電阻(英語：Positive Temperature Coefficient(正溫度系數(shù)))的冷導體是這樣的導電材料，相比于在高溫下，其在低溫下能夠更好地傳導電流。隨著溫度升高，其電阻增大。在普通情況下，在具有高絕緣電阻的開關(guān)接觸部斷開的情況下，因此冷導體具有小的電阻值，于是使二進制輸入端的輸入電阻減小。然而，在漏電路徑擴展的情況下，二進制輸入端中的電流流動顯著增大。如果漏電路徑具有較高的載流能力，則使得冷導體被加熱。由此其電阻值增大并且在其中轉(zhuǎn)換的電功率減小。由此尤其實現(xiàn)所有可能的運行狀態(tài)中的小的熱產(chǎn)生。可省去用于散熱的昂貴的措施。

根據(jù)本發(fā)明的一個有利的構(gòu)型，當溫度從室溫(大約20℃)上升到大約100℃到150℃時，也稱作熱敏電阻的PTC電阻的電阻值明顯發(fā)生改變。有利的是，其在該情況下至少加倍，特別優(yōu)選其至少變?yōu)樗谋叮⑶依硐氲氖巧踔猎龃笠粋€數(shù)量級或更多。例如，電阻在20℃時大約處于1kOhm的量級(10^3Ohm)，而在125℃時處于10至100kOhm的量級(10^4Ohm至10^5Ohm)或更多。

根據(jù)本發(fā)明的另一有利的構(gòu)型，電路裝置的二進制輸入端根據(jù)分壓器的類型布置在開關(guān)和下拉電阻之間。

為了同時實現(xiàn)對可能的開關(guān)狀態(tài)的特別可靠的檢測，電路裝置在優(yōu)選構(gòu)型中還具有用于測量降落在下拉電阻上的電壓的部件，由此能夠按照下面描述的方式實現(xiàn)對漏電路徑的狀態(tài)的監(jiān)視。由此電路裝置可以提供對形成的漏電路徑的狀態(tài)或?qū)p弱的絕緣的狀態(tài)的反饋。

為了該目的，電路裝置優(yōu)選具有監(jiān)視單元，其具有用于評估在下拉電阻上測量的電壓的部件。

電壓測量設(shè)備可以集成在監(jiān)視單元中。在需要時，下拉電阻本身也可以在結(jié)構(gòu)上集成到監(jiān)視單元中并且通過對應的線路按照所描述的方式連接到控制器。

特別有利的是，監(jiān)視單元構(gòu)建和配置為，如果在規(guī)定的最小時間間隔上測量的電壓超過規(guī)定的警告閾值，則輸出警告信號。

此外，如果在規(guī)定的最小時間間隔上測量的電壓超過規(guī)定的警報閾值，則監(jiān)視單元有利地觸發(fā)警報。警報閾值在此合適地高于警告閾值。

在這方面視為有利的是，控制器具有電子閉鎖裝置，其與監(jiān)視單元耦合，使得警報觸發(fā)激活閉鎖裝置。閉鎖裝置使得控制器不再執(zhí)行開關(guān)操作或者不再輸出控制命令，直至通過復位鍵等進行了優(yōu)選手動解鎖為止。

關(guān)于用于運行電路裝置的方法，通過借助在下拉電阻上測量的電壓來檢測漏電路徑在開關(guān)上的形成，來解決開頭提及的任務。

有利的是，在此由所測量的電壓確定表征開關(guān)在斷開狀態(tài)下的絕緣電阻的值，并且適宜地在低于視為臨界的值時觸發(fā)警告或警報。

通過本發(fā)明實現(xiàn)的優(yōu)點尤其在于，可以保持已知的電路裝置的受認可的基本結(jié)構(gòu)和基本功能，盡管如此可以避免開頭所述的問題。通過對控制器的相應的二進制輸入端連接冷導體，使輸入端的輸入電阻減小，從而使二進制輸入端變得不敏感。在輸入端被激活之前，必須將鉗位位置的絕緣電阻降低到比沒有連接的情況下小得多的值。此外，在取消釋放或者執(zhí)行開關(guān)操作之前，必須有較大的電流流過漏電路徑。由此在許多情況下引起自清潔效果，因為由于電流而形成漏電路徑的原因被消除。通過在永久電流流動的情況下在漏電路徑形成加重時提高電阻值，在下拉電阻上轉(zhuǎn)換的熱功率減小。由此可以省去至今需要的對電阻大體積的定尺寸以及冷卻。

通過測量和評估降落在下拉電阻上的電壓，還可以得到關(guān)于漏電路徑形成的發(fā)展的結(jié)論，或者換言之，可以在開關(guān)上檢測到絕緣電阻降低到臨界值以下。通過輸出警告，可以就地以及遠程地早期識別即將出現(xiàn)的漏電路徑，并且采取相應的措施。通過輸出警報并且與此關(guān)聯(lián)地取消控制器的釋放，抑制了錯誤釋放以及不希望的開關(guān)操作。同樣能夠就地以及遠程地識別出設(shè)備具有絕緣問題并且在目前的狀態(tài)下不再能夠保證可靠運行。

附圖說明

下面借助附圖詳細闡述本發(fā)明的實施例。在此，以相應地強烈簡化和示意性的示圖：

圖1示出了具有帶有二進制輸入端的控制器的電路裝置，

圖2示出了根據(jù)圖1的電路裝置的變型方案的一部分，

圖3示出了用于根據(jù)圖1的電路裝置的電絕緣特性的監(jiān)視單元，

圖4示出了用于評價根據(jù)圖1的電路裝置的電絕緣特性的測量的電壓的時間曲線的第一示例，以及

圖5示出了測量的電壓的時間曲線的第二示例。

所有附圖中相同或作用相同的部分設(shè)有相同的附圖標記。

具體實施方式

圖1以示意圖示出了電路裝置1。電路裝置1包括控制器2、尤其是馬達控制部，其經(jīng)由電端子并且經(jīng)由構(gòu)建為配電線4的電導體一方面與對應的電壓源的正極UST+連接，另一方面與其負極UST-連接。負極UST-同時可以是電路的地。控制器2由此被供以運行電壓U，其對應于正極UST+與負極UST-之間的電位差。控制器2的運行電壓U也稱為控制電壓。

這里，控制器2在該實施例中用于控制對應的馬達，并且具有至少一個直接或間接與馬達連接的輸出端(在此未示出)。在英語中也稱為Motor Control Unit(MCU，馬達控制單元)。替代馬達，也可以將控制器2設(shè)計為用于控制其它電氣設(shè)備。

此外，控制器2具有至少一個輸入端6，借助其詢問對應的開關(guān)元件或簡稱開關(guān)8的開關(guān)狀態(tài)。開關(guān)8可以是機械開關(guān)或以其它方式操作的開關(guān)，尤其也可以是按鍵或者替選地復雜的電子開關(guān)設(shè)備。根據(jù)開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)8斷開或閉合對應的開關(guān)電路，這通過控制器2被采集，并且根據(jù)在其中實現(xiàn)的控制邏輯被轉(zhuǎn)換為控制命令。例如在馬達控制的情況下，將這種控制命令經(jīng)由控制器2的輸出端傳送給對應的馬達。

在當前情況下，按照并聯(lián)電路的方式，與控制器2相同的電壓源經(jīng)由配電線4對開關(guān)電路供電。開關(guān)路徑包括在輸入側(cè)與正極UST+連接的第一線路區(qū)段10(開關(guān)8連接在其中)，以及在輸出側(cè)與負極UST-連接的第二線路區(qū)段12(稱為下拉電阻14的電阻連接在其中)?？刂破?的輸入端6按照分壓器的類型在開關(guān)電路上布置在第一線路區(qū)段10與第二線路區(qū)段12之間，即在開關(guān)8與下拉電阻14之間(接觸部BI)。換言之，第一線路區(qū)段10在與控制器2的輸入端6連接的支路上轉(zhuǎn)為第二線路區(qū)段12。

根據(jù)待采集的開關(guān)8的兩個可能的開關(guān)位置，控制器2的輸入端6是數(shù)字的、即二進制的輸入端。輸入端6的類型是“高激活”，并且在施加電位的情況下，從特定的開關(guān)閾值(通常為0.5×控制電壓U)起從邏輯0(低)切換到邏輯1(高)。開關(guān)8在電路裝置1運行期間通常處于斷開狀態(tài)，從而待采集的開關(guān)事件一般是閉合。

尤其在不利的環(huán)境影響(濕度、污染等)下，在開關(guān)8中/上可能形成漏電路徑，從而開關(guān)電路在開關(guān)8的開關(guān)接觸部斷開時引導漏電流。這在圖1中按照等效電路圖的形式通過跨接開關(guān)8的開關(guān)接觸部的漏電路徑16來示明，其具有也稱作絕緣電阻18的漏電電阻。相應地，可能在由二進制輸入端6、第一線路區(qū)段10中的漏電路徑16和第二線路區(qū)段12中的下拉電阻14構(gòu)成的分壓器上產(chǎn)生電位移動。由此，可能錯誤地采集開關(guān)8的開關(guān)狀態(tài)，這又會導致控制器2的無意的釋放、反饋和控制命令，即錯誤的開關(guān)過程。

為了進行對抗，合適地確定連接在開關(guān)電路的第二線路區(qū)段12中的下拉電阻14的電阻值的大小，即將大小確定為相對低歐姆的。在電路的具體實現(xiàn)中，例如也可以將專用的下拉電阻14與已經(jīng)存在或者固有的高歐姆電阻并聯(lián)連接。通過該措施，使二進制輸入端6的輸入電阻減小。由此，使輸入端6相對于漏電路徑16中的絕緣電阻18的與運行或環(huán)境有關(guān)的逐漸減小變得不敏感。由此稍后才達到開關(guān)閾值，即當絕緣電阻18還進一步減小時。

然而，由于該措施，通過漏電路徑16的電流流動增大。這雖然在一些情況下引起自清潔，方式是，例如當炭黑顆粒燃燒時，由于電流流動而形成漏電路徑16的原因自行消除，但是不能指望這總是發(fā)生。如果漏電路徑16具有高載流能力，則下拉電阻14必須定尺寸為使得其可以轉(zhuǎn)換相應的電功率。在此尤其要通過合適的措施保證導散熱損耗。

為了避免這種缺點，在根據(jù)圖1的電路裝置1中，將下拉電阻14構(gòu)建為冷導體。也稱作PTC電阻(英語：Positive Temperature Coefficient)的冷導體是如下的導電材料，其在較低溫度時相比于高溫能夠更好地傳導電流。其電阻在溫度上升時增大。PTC電阻由此具有正溫度系數(shù)。

在通常情況下，即在絕緣電阻18大和漏電流相應地小的情況下，下拉電阻14具有相對小的電阻值，于是二進制輸入端6的輸入電阻減小。于是工作方式如上所述。在漏電路徑擴展的情況下，二進制輸入端6中的電流明顯增大。如果漏電路徑16具有高載流能力，則形成下拉電阻14的冷導體被加熱。由此其電阻值增大，并且在其中轉(zhuǎn)換的功率根據(jù)關(guān)系式P＝U²/R減小。由此高開銷的冷卻措施可省去。下拉電阻14還可以構(gòu)造為結(jié)構(gòu)上比通常使用的與溫度無關(guān)的電阻明顯更小。

一些示例性數(shù)值能夠使這更明顯：

如果下拉電阻具有為5kOhm的典型電阻值，則在施加220V DC的電壓和能夠承載電流的漏電路徑的情況下，大約9.7W的永久功率轉(zhuǎn)換使得強制性地需要冷卻。而在20℃的運行溫度下具有5kOhm的電阻值(其在由于漏電流而加熱到例如125℃的情況下，上升到20kOhm的值)的PTC電阻的情況下，在大約2.4W的功率轉(zhuǎn)換的情況下，不需要專門的冷卻。

圖2示出了與圖1中類似的電路裝置1的一部分，其中，附加地將結(jié)構(gòu)相同的第二分壓器與第一分壓器并聯(lián)地連接到電壓源的兩個極UST+和UST-。第二分壓器與第一分壓器類似地連接到控制器2的對應的(第二)二進制輸入端6(通過指向右的箭頭表示)。在相應的一般化中，控制器2可以具有多個二進制輸入端6，其優(yōu)選都以相同的方式連接，并且其監(jiān)視多個分別對應的開關(guān)8的開關(guān)位置。跟在各個標記后的標號1、2、3...于是可以用于區(qū)分不同的電路支路。

除了上面描述的在形成漏電路徑16時的運行特性的一定程度上的固有改善之外，在根據(jù)圖1或2的電路裝置1中，通過可按需耦合的監(jiān)視單元20對漏電路徑16的狀態(tài)提供定量監(jiān)視。也稱作絕緣監(jiān)視器的該監(jiān)視單元20在圖3中在與其對應的控制器2旁邊純示意性地示出(在該示圖中省去了涉及分壓器電路的細節(jié))。

監(jiān)視所基于的核心在于，通過相應的接觸部持久地截取和測量下拉電阻14上的電壓降UPTC，如圖1中示意性示出的。測量的電壓UPTC的兩個可能的曲線作為時間t的函數(shù)在圖4和圖5中以曲線圖示出。

相應地在接觸部BI上(例如相對于作為參考電位的負極)截取和測量的電壓UPTC經(jīng)由用PTC標記的接頭被饋送給根據(jù)圖3的監(jiān)視單元20，并且如下被分析：

例如通過運行燈22(例如信號顏色為綠色)在視覺上顯示監(jiān)視單元20已準備好運行。

如果在特定的時間段(例如5分鐘)上超過第一閾值S1(例如0.15×控制電壓U)，則向控制裝置的操作者輸出警告。該警告例如可以在視覺上借助警告燈24(例如信號顏色為黃色)進行，以及通過遠程報告接觸部26轉(zhuǎn)發(fā)給其它監(jiān)視和診斷系統(tǒng)。該警告意味著，漏電路徑16即將出現(xiàn)，操作者應及時檢查其設(shè)備，必要時需要清理涉及漏電路徑16的形成的位置。

如果在特定時間段上超過第二閾值S2(例如0.25×控制電壓U)，則向控制裝置的操作者輸出警報。警報例如可以在視覺上借助警報燈28(例如信號顏色為紅色)進行，以及經(jīng)由遠程報告接觸部30轉(zhuǎn)發(fā)給其它監(jiān)視和診斷系統(tǒng)。警報意味著，形成了臨界的漏電路徑16并且不再保證可靠運行，因為尤其將觸發(fā)所不希望的開關(guān)過程。

可選地，在超過閾值S2或者替選地超過第三閾值S3時，斷開閉鎖接觸部32，其接入控制器2的釋放路徑。在斷開閉鎖接觸部32的條件下，控制器2沒有釋放，并且從該時刻起不能再進行開關(guān)過程?？刂破?由此閉鎖。操作者必須立即排除漏電路徑16，之后才能重新開關(guān)其設(shè)備。

此外，即使當下拉電阻14上的測量的電壓UPTC又落到閾值S1或閾值S2以下時，警告或警報有利地保持存在。通過復位鍵34才能再次建立正常運行。

為了執(zhí)行所描述的操作，監(jiān)視單元20設(shè)有合適的硬件和/或軟件。這包括例如用于電壓測量的部件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號曲線存儲器、尖峰值存儲器、閾值存儲器、比較器等。

監(jiān)視單元20原則上也可以在所述類型的具有常見的非溫度相關(guān)的下拉電阻14的電路裝置中使用。然而，如果下拉電阻14如上所述是冷導體，則可以特別有利地使用所述電路裝置。