用于監(jiān)控耗電器的功率消耗的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的用于監(jiān)控耗電器的功率消耗的方法。此外，本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求10的前序部分所述的裝置形式的電子保險裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由現(xiàn)有技術(shù)已知用于監(jiān)控功率消耗的可控制的電子保險裝置。文獻(xiàn)WO2000/13279描述了一種用于電子保險裝置的線路布置，其電流通過調(diào)節(jié)構(gòu)件根據(jù)存在的電壓來調(diào)節(jié)。文獻(xiàn)US 8 299 767 B2描述了借助監(jiān)控晶體管的功率消耗對晶體管的操控。由文獻(xiàn)US 2013/0021 702A1已知一種用于在使用模型電容器的情況下限定接通電流的開關(guān)電路。文獻(xiàn)US 2012/0087 053 Al描述了一種包括用于防止過電流的電路的電源件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在這種背景下，本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的裝置。
[0004]所述任務(wù)通過一種具有權(quán)利要求1的特征的用于監(jiān)控耗電器的功率消耗的方法以及通過一種具有權(quán)利要求10的特征的裝置解決。本發(fā)明的有利方案是從屬權(quán)利要求的主題。
[0005]按照本發(fā)明的主題構(gòu)造一種用于監(jiān)控耗電器的功率消耗的方法，其中，耗電器具有電容負(fù)載，可控制的開關(guān)元件和耗電器串聯(lián)；檢測流過耗電器的電流的電流強(qiáng)度，檢測加在耗電器上的電壓，檢測加在耗電器上的電壓的隨時間的變化，由加在耗電器上的電壓并且由耗電器的功率消耗的預(yù)定最大值計算允許的工作電流強(qiáng)度，由加在耗電器上的電壓的隨時間的變化計算電容負(fù)載的充電電流強(qiáng)度，在考慮允許的工作電流強(qiáng)度和充電電流強(qiáng)度的情況下計算允許的瞬時電流強(qiáng)度，將允許的瞬時電流強(qiáng)度與流過耗電器的電流的電流強(qiáng)度相比較，并且當(dāng)流過耗電器的電流的電流強(qiáng)度大于允許的瞬時電流強(qiáng)度時提高開關(guān)元件的電阻。
[0006]要指出，耗電器的電容負(fù)載指的是耗電器的凈電容，所述凈電容可以是多個在耗電器中安裝的電構(gòu)件的電容的總和。允許的瞬時電流強(qiáng)度按照本發(fā)明指的是輸入耗電器中的輸入電流的可在給定時刻物理測量的瞬時電流強(qiáng)度的允許的最大值。充電電流強(qiáng)度按照本發(fā)明指的是輸入耗電器中的輸入電流在給定時刻為了耗電器的電容負(fù)載的充電或放電而使用的分量的電流強(qiáng)度。工作電流強(qiáng)度指的是由流過耗電器的電流的電流強(qiáng)度減去充電電流強(qiáng)度得出的電流強(qiáng)度。
[0007]本發(fā)明的一個優(yōu)點是，其允許耗電器在具有不同工作電壓的不同電網(wǎng)中可靠工作。尤其是在汽車技術(shù)中流行車載電源的不同標(biāo)準(zhǔn)，這些車載電源在正常工作中設(shè)有不同的工作電壓、例如12V、24V、42V或48V。在用于機(jī)動車控制器的軟件開發(fā)和測試方面由現(xiàn)有技術(shù)已知的是，可攜式可編程控制單元與車載電源連接并且能夠暫時承擔(dān)機(jī)動車控制器的功能。通過使允許的瞬時電流強(qiáng)度動態(tài)適配于當(dāng)前存在的輸入電壓，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)一種電子保險裝置的結(jié)構(gòu)，該電子保險裝置在不同的輸入電壓下保護(hù)可攜式可編程控制單元以防過載，而不會因錯誤觸發(fā)而影響可攜式可編程控制單元的工作。在不同的車載電源中在不替換電源件的情況下可使用同一可攜式可編程控制單元。
[0008]本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，除了不同的工作電壓以外也識別和考慮短時的電壓波動。輸出電壓的波動可以尤其是也在車載電源中因耗電器的接入和切斷而出現(xiàn)，特別是在車輛在電池斷開時工作或在電池在馬達(dá)工作時斷開的情況下出現(xiàn)。為了在這樣的環(huán)境中可靠地起作用，電子保險裝置必須在超電壓脈沖期間具有對應(yīng)較低的、用于允許的工作電流強(qiáng)度的值，以便阻止因耗電器而引起的過高的功率消耗。
[0009]另外，本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，識別耗電器的電容負(fù)載的因輸出電壓的波動而引起的充電電流。電容負(fù)載(例如電容器)的充電電流按照公式I = C*dU/dT由電容負(fù)載的電容與輸入電壓的隨時間的變化的乘積產(chǎn)生。短時的電壓波動可以與此對應(yīng)地導(dǎo)致電容負(fù)載的短時的也許非常強(qiáng)烈的充電電流，并且通常不希望所述充電電流直接導(dǎo)致電子保險裝置的觸發(fā)。通過單獨地檢測耗電器的電容負(fù)載的充電電流強(qiáng)度，所述充電電流就此被識別并且在確定允許的瞬時電流強(qiáng)度時被考慮。
[0010]在本發(fā)明的一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，允許的瞬時電流強(qiáng)度的計算附加地包含預(yù)設(shè)的穩(wěn)態(tài)分量，以便抑制由于在計算允許的工作電流強(qiáng)度或充電電流強(qiáng)度時的不精確性而對電子保險裝置錯誤觸發(fā)。
[0011]在本發(fā)明的一種有利設(shè)計中，借助模擬電路確定充電電流強(qiáng)度。在數(shù)字電路中模擬充電電流強(qiáng)度必須首先借助模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成數(shù)字值，所述數(shù)字電路關(guān)于用于將模擬電流強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成數(shù)字值以及隨后對其進(jìn)行數(shù)字評估所必須花費的時間太慢，以致不能及時識別充電電流和避免電子保險裝置的錯誤觸發(fā)。在一種特別有利的設(shè)計中，充電電流強(qiáng)度借助模型電容器確定。模型電容器按照本發(fā)明指的是如下電容器，其與耗電器并聯(lián)并且其電容顯著小于耗電器的電容負(fù)載的電容，從而借助模型電容器對充電電流強(qiáng)度的測量不會歪曲結(jié)果。借助測量電阻測量流過模型電容器的電流并且由該電流推斷出耗電器的電容負(fù)載的充電電流。在一種此外特別有利的設(shè)計中，借助峰值探測器測量流過電容器的電流，以便阻止由于耗電器中的電感和/或電容負(fù)載和/或歐姆負(fù)載而對充電電流強(qiáng)度低估。
[0012]在另一有利的設(shè)計中，借助數(shù)字電路確定允許的工作電流強(qiáng)度。不同于在充電電流強(qiáng)度的情況，在這里對所述確定的快速性沒有特別的要求，并且因為允許的工作電流強(qiáng)度由允許的功率消耗除以當(dāng)前的工作電壓得出并且除法在模擬電路中難以實現(xiàn)，所以數(shù)字電路在這里是有利的。
[0013]在本發(fā)明的一種設(shè)計中，一旦流過耗電器的電流的電流強(qiáng)度大于允許的瞬時電流強(qiáng)度，則開關(guān)元件置于不導(dǎo)電的狀態(tài)中。
[0014]在一種優(yōu)選的實施方式中，開關(guān)元件是晶體管、尤其是M0SFET，其電阻通過操控柵電壓來調(diào)節(jié)。在一種設(shè)計中，一旦流過耗電器的電流的電流強(qiáng)度大于允許的瞬時電流強(qiáng)度，則柵電壓設(shè)置為零，從而晶體管置于不導(dǎo)電的狀態(tài)中。在另一種設(shè)計中，柵電壓在該情況中至少暫時減小，但不設(shè)置為零，從而晶體管置于提高的電阻的狀態(tài)中并且在晶體管上存在的電壓的一部分下降。
[0015]在另一優(yōu)選的實施方式中，耗電器和開關(guān)元件設(shè)定和設(shè)計用于連接到具有在12V至48V的范圍中的工作電壓的車載電源上。
[0016]此外，按照本發(fā)明的主題構(gòu)造一種用于監(jiān)控耗電器的功率消耗的裝置形式的電子保險裝置，其中，耗電器具有電容負(fù)載，所述裝置具有可控制的開關(guān)元件和用于可控制的開關(guān)元件的控制裝置，并且所述裝置和耗電器這樣電連接，使得開關(guān)元件和耗電器串聯(lián)。在此，控制裝置設(shè)計用于:檢測流過耗電器的電流的電流強(qiáng)度、加在耗電器上的電壓和加在耗電器上的電壓的隨時間的變化，由加在耗電器上的電壓和耗電器的功率消耗的預(yù)定最大值計算允許的工作電流強(qiáng)度，由加在耗電器上的電壓的隨時間的變化計算電容負(fù)載的充電電流強(qiáng)度，由允許的工作電流強(qiáng)度和充電電流強(qiáng)度計算允許的瞬時電流強(qiáng)度，將允許的瞬時電流強(qiáng)度與流過耗電器的電流的電流強(qiáng)度借助比較器相比較，并且當(dāng)流過耗電器的電流的電流強(qiáng)度大于允許的瞬時電流強(qiáng)度時提高開關(guān)元件的電阻。
[0017]優(yōu)選地，所述裝置作為電源件的構(gòu)件構(gòu)成，其中，所述電源件作為直流變換器、尤其是作為升壓轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。特別優(yōu)選地，所述電源件設(shè)計和設(shè)定用于將耗電器連接到具有在12V至48V的范圍中的工作電壓的車載電源上。
[0018]此外優(yōu)選地，所述裝置設(shè)計用于通過使所述模擬電路檢測模型電容器的充電電流來借助模擬電路檢測加在耗電器上的電壓的隨時間的變化，并且所述裝置設(shè)計用于借助數(shù)字運算操作計算允許的工作電流強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0019]接著參考附圖進(jìn)一步解釋本發(fā)明。在這里同類的部件以相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。示出的實施形式極為示意化，即距離以及橫向的和垂直的延伸距離不按比例并且只要不另外指出彼此也不具有可導(dǎo)出的幾何關(guān)系。其中示出:
[0020]圖1按照本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施方式和耗電器的原理電路圖；
[0021]圖2按照本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施方式的詳細(xì)電路圖；
[0022]圖3電容負(fù)載的理想充電過程因連接于電容負(fù)載上游的歐姆電阻而歪曲的定性圖；以及
[0023]圖4通過峰值探測器考慮該歪曲的另一個定性圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1的示圖示出呈按照本發(fā)明的裝置10的優(yōu)選實施方式形式的電子保險裝置以及耗電器50。裝置10具有與耗電器50串聯(lián)的、呈晶體管形式的開關(guān)元件12。此外，裝置10包含用于調(diào)節(jié)開關(guān)元件12的柵電壓的控制裝置。所述控制裝置按照本發(fā)明具有用于測量流過耗電器50的電流的電流強(qiáng)度的第一測量裝置14。所述控制裝置按照本發(fā)明還具有用于測量加在耗電器50上的電壓的第二測量裝置16。所述控制裝置按照本發(fā)明還具有用于測量耗電器50的電容負(fù)載的充電電流的電流強(qiáng)度的第三測量裝置18，其中，第三測量裝置18優(yōu)選設(shè)計用于測量流過與開關(guān)元件12和耗電器50并聯(lián)的模型電容器20的電流的電流強(qiáng)度。所述控制裝置按照本發(fā)明還具有評估單元22，所述評估單元讀取由第一測量裝置14、第二測量裝置16和第三測量裝置18產(chǎn)生的測量參數(shù)并且作為這三個測量參數(shù)的函數(shù)調(diào)節(jié)開關(guān)元件12的柵電壓。在本發(fā)明的一種設(shè)計中，評估單元22具有至少一個比較器和微控制器。
[0025]耗電器50優(yōu)選具有呈直流變換器、尤其是升壓轉(zhuǎn)換器形式的開關(guān)電源件以及電負(fù)載54、例如dSPACE Autoboxο開關(guān)電源和電子保險裝置10優(yōu)選設(shè)定和設(shè)計用于連接到直流電網(wǎng)、尤其是具有在12V至48V的范圍中的典型工作電壓的車載電源上。所述直流變換器具有至少一個電容器5