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Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät zum Anschließen an ein Ethernet-Netzwerk, wobei das elektronische Gerät eine Ethernet-Schnittstelle und ein Display aufweist. Ein solches Gerät kann beispielsweise ein herkömmlicher PC oder sonstiger Computer sein, der eigene Arbeits- und Festplattenspeicher sowie Laufwerke für auslesbare Medien (CDs, DVDs, optische Laufwerke etc.) aufweist. Bei solchen auch als ”Fat Client” bezeichneten Computern ist das jeweilige Betriebssystem sowie die benötigte Software auf dem Computer selbst gespeichert. Der Computer kann ein Laptop, ein Tischcomputer oder eine sonstige Bauform sein. Der Computer kann weiterhin Tastatur und Maus umfassen oder geeignete Anschlüsse dafür aufweisen.
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Alternativ kann das elektronische Gerät auch ein Thin Client oder ein Zero Client sein, d. h. ohne eigenen Festplattenspeicher oder sonstige Laufwerke auskommen und stattdessen auf externe Langzeit- und Arbeitsspeicher zurückgreifen, die über ein Netzwerk wie Ethernet erreichbar sind. Dort sind auch das Betriebssystem und die Software zum Betreiben des Thin Client oder Zero Client abrufbar.
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Das elektronische Gerät besitzt mindestens eine Schnittstelle zum Anschließen an ein Ethernet-Netzwerk; diese ist insbesondere so ausgebildet, dass das elektronische Gerät auch seine Stromversorgung über das Ethernet-Netzwerk erhält. Es handelt sich somit um ein für ”Power over Ethernet” geeignetes elektronisches Gerät, das außer dem Ethernet-Anschluss keine separate Stromquelle (etwa in Form eines Stromnetzsteckers oder Stromnetzteils) benötigt. Das elektronische Gerät ist beispielsweise zum Datenaustausch und zur Energieversorgung über die Power-over-Ethernet-Standards IEEE 802.3 af („PoE”) oder IEEE 802.3 at („PoE+”) eingerichtet. Die jeweiligen Standards begrenzen die (nach Abzug von Leitungsverlusten verbleibende) maximale Nutzleistung des elektronischen Geräts auf beispielsweise ca. 13 W (PoE) bzw. ca. 25,5 W (PoE+) und unterscheiden sich ferner hinsichtlich der Bitübertragungsraten. Die Obergrenzen der erlaubten Nutzleistung sind durch die Spezifikation bzw. das Protokoll von Ethernet bzw. Power over Ethernet vorgeschrieben. Sofern ein Endgerät die Leistungsgrenze überschreitet, wird es durch das Netzwerk, etwa durch den nächsten Switch oder Midspan abgeschaltet. Ein mit Power over Ethernet kompatibles Endgerät (Endverbraucher bzw. Leistungsverbraucher) muss daher sicherstellen, dass es die erlaubte Leistungsaufnahme nie überschreitet.
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Problematisch ist ein Betrieb über Power over Ethernet bei solchen elektronischen Geräten, die ein Display enthalten und mit ausreichend Strom zu versorgen haben, denn je nach Displayhelligkeit kann ein hoher Stromverbrauch bzw. Leistungsverbrauch entstehen, der bislang nur mit Einschränkungen mit einer Stromversorgung über Power over Ethernet vereinbar ist. Solche Einschränkungen sehen beispielsweise vor, dass während des Betriebs des Displays keine weiteren oder nur wenige weitere Schnittstellen (beispielsweise USB-Ports) mit Strom versorgt werden dürfen, dass der Betrieb von Laufwerken oder sonstigen Speichereinheiten (etwa HDD) zeitweise oder dauerhaft unterbleiben muss oder dass in sonstiger Weise nur ein gedrosselter Betrieb des elektronischen Geräts möglich ist. Teilweise werden elektronische Geräte auch mit einer den PoE-Standards nicht entsprechenden, proprietären Betriebsweise bei höherer Leistung als eigentlich zulässig betrieben. In jedem Fall ist der Leistungsbedarf eines elektronischen Geräts, das ein Displays aufweist, herkömmlich nur schwer mit Power over Ethernet vereinbar.
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Die Stromversorgung über Power over Ethernet wird dadurch weiter erschwert, dass die weiteren am elektronischen Endgerät vorhandenen oder angeschlossenen Einheiten einen zeitabhängigen und oft nicht vorhersehbaren, mitunter stark schwankenden Leistungsverbrauch haben. So treten bei Festplattenlaufwerken hohe Anlaufströme auf, wenngleich nur kurzzeitig. Auch durch die veränderbare Anzahl von Einheiten, die an weiteren Schnittstellen (etwa USB-Ports) des elektronischen Geräts anschließbar sind, sowie durch deren Leistungsverbrauch wird der Gesamtleistungsverbrauch schwer vorhersehbar.
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EP 0 945 845 B1 zeigt ein Anzeigesystem mit einem Plasmabildschirm, dessen Bildschirmhelligkeit in Abhängigkeit vom Energieverbrauch und von einer aus Anzeigedaten ermittelten Bildschirmauslastung erhöht oder verringert wird. Ein Bezug zu Ethernet oder den dieser Technologie eigenen Leistungsbeschränkungen besteht dabei nicht.
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Es ist wünschenswert, elektronische Geräte, die ein Display enthalten, trotz der genannten Schwierigkeiten künftig zuverlässig über Power over Ethernet betreiben zu können.
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Die Erfindung stellt hierzu ein elektronisches Gerät gemäß Anspruch 1 bereit. Das Gerät misst den eigenen Energieverbrauch bzw. Leistungsbedarf kontinuierlich und verhindert ein potentielles Überschreiten des durch Power over Ethernet festgelegten oberen Grenzwerts des Leistungsverbrauchs dadurch, dass das Gerät die Displayhelligkeit begrenzt. Diese Begrenzung geschieht durch ein Steuersignal, das einen oberen Grenzwert für die zulässige maximale Displayhelligkeit festlegt. Das Steuersignal und die maximale Displayhelligkeit variieren zeitabhängig und in Abhängigkeit von dem restlichen Leistungsverbrauch des elektronischen Geräts und der an ihm angeschlossenen weiteren Geräte. So entsteht eine dynamische Regelung der Displayhelligkeit für nunmehr Power-over-Ethernet-fähige Endgeräte; die Leistungsgrenzen von Power over Ethernet können nun zuverlässig eingehalten werden und die Gefahr einer plötzlichen Abschaltung des Geräts durch einen Switch oder einen Midspan besteht nicht mehr.
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In der Praxis braucht die Displayhelligkeit nicht spürbar beeinträchtigt zu sein, da Leistungsverbrauchsspitzen (etwa bei Festplattenanlaufströmen) nur selten oder nur kurzzeitig auftreten. Außerdem genügt (je nach Umgebungshelligkeit) meist eine moderate Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung des Displays bzw. Monitors; d. h. die maximal zulässige Helligkeit wird nicht oder nur selten erreicht. Die fortwährende Bereitstellung eines (zeitabhängigen) oberen Grenzwerts für die Displayhelligkeit und die Überwachung der tatsächlichen, momentanen Displayhelligkeit stellen aber auch dann eine dauerhafte und zuverlässige Stromversorgung des elektronischen Geräts über Ethernet sicher, ohne dass Spezifikationen von Power over Ethernet verletzt würden.
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Einige Ausführungsbeispiele werden nachstehend mit Bezug auf die Figuren exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Ausführungsform eines elektronischen Gerätes zum Anschließen an ein Ethernet-Netzwerk,
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2 eine Weiterbildung zu 1 und
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3 zwei exemplarische zeitliche Verläufe der Leistungsaufnahme des Displays des elektronischen Geräts.
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1 zeigt eine schematische Ausführungsform eines elektronischen Geräts 10, das mit Hilfe seiner sowohl zum Datenaustausch als auch zur Stromversorgung geeigneten Schnittstelle 1 an ein Ethernet-Netzwerk 20 (beispielsweise an einen Switch, Hub oder einen Midspan des Netzwerkes 20) anschließbar ist. Das Gerät 10 ist mit Power-over-Ethernet kompatibel, beispielsweise mit einem der beiden Standards PoE oder PoE+. In jedem Fall ermöglicht die Schnittstelle 1 eine LAN-Verbindung zu einem Netzwerk wie beispielsweise Ethernet. Von der Schnittstelle 1 (beispielsweise einen RJ45-Stecker) ausgehend verläuft innerhalb des elektronischen Geräts 10 eine Leitungsstrecke 2, die beispielsweise aus acht Einzelleitungen bzw. vier Leitungspaaren gebildet ist und zur Daten- bzw. Signalübertragung wie auch zur Gleichspannungsversorgung dient. Von der Leitungsstrecke 2 führen weitere Leitungszweige weg, ferner enthält das elektronische Gerät 10 weitere Leitungen zwischen nachstehend noch zu erläuternden Komponenten. In 1 ist der einfacheren Darstellung wegen nur bei einigen der Leitungen bzw. Leitungszweige angedeutet, dass es sich um Leitungsbündel aus mehreren Einzelleitungen oder Leitungspaaren handelt.
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Das elektronische Gerät 10 kann beispielsweise ein Thin Client oder Zero Client sein, der ohne eigenen Festplattenspeicher, eigene Laufwerke oder sonstige Speicher zur Programmierung oder Ausführung eines Betriebssystems oder spezieller Software auskommt; stattdessen greift das elektronische Gerät 10 hierzu auf das Netzwerk 20 zurück. Das elektronische Gerät 10 umfasst ein Display 50 (bzw. einen Monitor), dessen Helligkeit (bzw. die seiner Hintergrundbeleuchtung) als Funktion eines Steuersignals S steuerbar, insbesondere wann immer nötig begrenzbar ist. Das Steuersignal S wird durch eine Steuerleitung 16 an das Display 50 übermittelt. Die eigentlichen Bilddaten und/oder die Stromversorgung für das Display 50 hingegen werden beispielsweise durch eine Versorgungsleitung 13 bereitgestellt; diese kann von der Leitungsstrecke 2 abgezweigt sein. Im elektronischen Gerät 10 können noch andere Leistungsverbraucher 31 enthalten sein; zusätzliche Leistungsverbraucher 32, 33 (etwa Maus oder Tastatur) sind außen an das elektronische Gerät 10 anschließbar.
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In unmittelbarer Nähe zur Schnittstelle 1 ist eine Messeinheit 3 angeordnet und/oder angeschlossen, welche die über die Leitungsstrecke 2 fließende Leistung misst, und zwar fortlaufend, d. h. kontinuierlich oder periodisch in kurzen Zeitabständen nacheinander. Anstelle der Leistung P kann auch die (bei etwa konstanter Spannung ebenfalls aussagekräftige) Stromstärke I gemessen werden, beispielsweise mit Hilfe eines oder mehrerer Widerstände 6. Das elektronische Gerät 10 besitzt weiterhin eine Recheneinheit 5, die aus dem gemessenen Leistungsverbrauch P und einem oberen Grenzwert G des gerade noch zulässigen maximalen Leistungsverbrauchs Pmax (oder aus diesen Werten des Leistungsverbrauchs entsprechenden Stromstärken) das Steuersignal S errechnet, welches die maximal zulässige Displayhelligkeit H(S) festlegt und so die Helligkeit des Displays begrenzt. Das zeitabhängige Steuersignal S berücksichtigt den momentanen, gleichzeitigen Leistungsverbrauch des Displays 50 und aller übrigen Leistungsverbraucher 31, 32, 33 und begrenzt die Bildhelligkeit des Displays 50 zumindest soweit, dass der durch die Netzwerkspezifikation definierte obere Grenzwert für den maximal zulässigen Leistungsverbrauch an der Schnittstelle 1 nicht überschritten wird. Dadurch lässt sich das Display 50 im Einklang mit den Spezifikationen des Netzwerks (beispielsweise PoE, PoE+) dauerhaft und zuverlässig betreiben, ohne dass zusätzliche Spannungsquellen erforderlich wären. Zugleich ist die Gefahr gebannt, dass die zulässige Gesamtleistungsaufnahme plötzlich überschritten wird und das Netzwerk daraufhin eine Abschaltung des elektronischen Geräts 10 veranlasst.
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Die Recheneinheit 5 ist beispielsweise durch einen ersten Leitungszweig 11 mit der Leitungsstrecke 2 verbunden. Entlang der Leitungsstrecke 2 ist der erste Leitungszweig 11 (ebenso wie alle anderen von der Leitungsstrecke 2 abzweigenden Leitungen) vorzugsweise der Messeinheit 3 nachgeschaltet. Die Berechnung des Steuersignals S in der Recheneinheit 5 kann mit Hilfe eines durch einen Vergleicher 4 bzw. Komparator übermittelten Differenzsignals D erfolgen. Das Differenzsignal D ist beispielsweise die Differenz zwischen einem oberen Grenzwert G, beispielsweise dem Höchstwert Pmax des gerade noch zulässigen Leistungsverbrauchs, und einem durch die Messeinheit 3 ausgegebenen Messwert M. Der obere Grenzwert G kann entweder im elektronischen Gerät 10 gespeichert sein oder durch dieses per Abfrage aus dem Netzwerk 20 ermittelt werden. Das Display 50 ist beispielsweise durch Versorgungsleitungen 13 mit der Leitungsstrecke 2 verbunden und wird so mit Strom und/oder mit Bildsignalen bzw. Bilddaten versorgt. Zwischen dem Display 50 und der Recheneinheit 5 kann eine (uni- oder bidirektionale) Kontrollleitung 14 verlaufen, die eine Überwachung der tatsächlichen Displayhelligkeit H durch die Recheneinheit 5 ermöglicht. Sonstige (zweite) Leitungszweige 12 dienen in 1 zum Betreiben weiterer, interner oder externer Leistungsverbraucher 31, 32, 33.
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2 zeigt (ebenfalls rein schematisch) eine Weiterbildung, bei der das elektronische Gerät 10 zusätzlich eine speziell ausgebildete Steuereinheit 7 für das Display 50 umfasst, durch die die Displayhelligkeit beeinflussbar ist. Der Aufbau gemäß 2 entspricht weitgehend demjenigen aus 1; auf die insoweit verwiesen wird. Die Steuereinheit 7 ist als Bestandteil des Displays 50 dargestellt, kann jedoch ebenso ein eigenständiger, separater Schaltungsblock oder ein Teil der Recheneinheit 5 sein. In 2 sind weiterhin noch DC/DC-Spannungswandler 15 (sowie ein separater DC/DC-Spannungswandler 15' in der Leitungsstrecke 2) dargestellt, die in 1 der Übersichtlichkeit halber entfallen sind.
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Das errechnete Steuersignal S wird an die Steuereinheit 7 für das Display 50 übermittelt und gibt eine Obergrenze für die maximal zulässige Displayhelligkeit H vor. Die Größen S und H(S) sind zeitabhängig und somit veränderlich. Das Steuersignal S steuert die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung und damit die Displayhelligkeit (H).
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Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit 7 eine Dämpfungsschaltung 8, die rasche und/oder starke Schwankungen der Displayhelligkeit H dämpft, insbesondere zeitlich verzögert oder betragsmäßig verringert. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 7 eine Hystereseschaltung umfassen, die Schwankungen des Steuersignals S erst oberhalb eines unteren Schwellwerts solcher Schwankungen in eine veränderte Displayhelligkeit H umsetzt. Dies dient zur Vermeidung eines Flackerns des Displays (bzw. einer deutlich wahrnehmbaren, schnellen Veränderung der Displayhelligkeit), etwa wenn Anlaufströme von Festplatten oder das Anschließen weiterer, leistungsstarker Komponenten zu einer plötzlichen (vorübergehenden oder dauerhaften) Verdunklung führen würden. Auch wenn solche Helligkeitsschwankungen nur dann eintreten, wenn die tatsächliche Displayhelligkeit bereits die durch das Steuersignal S vorgegebene Obergrenze der maximalen Displayhelligkeit H erreicht hat, wird das elektronische Gerät 10 (einschließlich seines Displays 50) erst durch die Festlegung und Überwachung der Maximalhelligkeit H mit Power-over-Ethernet soweit kompatibel, dass die Gefahr einer Abschaltung im Falle eines unerwartet ansteigenden Leistungsverbrauchs nicht mehr besteht. Eine Beteiligung von Software (BIOS, OS etc.) ist im Übrigen nicht erforderlich. Optional kann jedoch, um für den Benutzer des elektronischen Geräts eine Warnmeldung zu erzeugen, ein Signal oder sonstige Benachrichtigung an die Software übermittelt werden.
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3 zeigt rein schematisch zwei exemplarische zeitliche Verläufe des Leistungsverbrauchs des Displays 50 des elektronischen Geräts 10 aus 1 oder 2. Weiterhin ist der obere Grenzwert G bzw. der gerade noch zulässige maximale Leistungsverbrauch Pmax (von beispielsweise 25 W) des elektronischen Geräts 10 (und der damit versorgten Leistungsverbraucher) angegeben, der durch das Netzwerk fest vorgegeben und somit zeitlich konstant ist. Die Verbrauchernutzleistung PV der übrigen (internen und externen) Leistungsverbraucher 31, 32, 33 gemeinsam liegt im Zeitintervall t1 bei etwa der Hälfte der maximal erlaubten Gesamtleistung, erhöht sich aber zu Beginn des Zeitintervalls t2 plötzlich auf ca 75% (bezogen auf G bzw. Pmax) und fällt erst zu Beginn des Zeitintervalls t3 auf einen unkritischen Wert von ca. 20% ab.
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Gegenläufig zur Verbrauchernutzleistung PV entwickelt sich der Grenzwert der maximalen Displaynutzleistung PDmax, d. h. derjenigen Leistung, die von dem Display 50 zum jeweiligen Zeitpunkt maximal verbraucht werden darf, damit die Summe aus Verbrauchernutzleistung PV und maximaler Displaynutzleistung PDmax zu keinem Zeitpunkt den maximalen Leistungsverbrauch Pmax überschreitet. Daher erscheint in 3 der Verlauf von PDmax spiegelbildlich zum Verlauf der Verbrauchernutzleistung PV (bezogen auf den Wert von 50% des oberen Grenzwertes G bzw. Pmax).
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Im Beispiel der (gepunktet dargestellten) ersten Verlaufskurfe I beginnt die tatsächliche Displaynutzleistung PD(t) in 3 mit einem Anfangswert von etwa 40% (des Grenzwertes G) und befindet sich zunächst unterhalb der zunächst noch erlaubten maximalen Display-Nutzleistung Pdmax von ca. 50%. Zu Beginn des Zeitintervalls t2 jedoch steigt plötzlich der Leistungsverbrauch der übrigen Leistungsverbraucher 31, 32, 33 an; dadurch sinkt Pdmax gegenläufig auf einen geringeren Wert von beispielsweise 30%. Bei einem herkömmlichen elektronischen Gerät entstünde dadurch eine Überschreitung der zulässigen Gesamtleistungsaufnahme. Durch das Steuersignal S jedoch wird die Displayhelligkeit H und damit die (tatsächliche, momentane) Leistungsaufnahme des Displays 50 auf einen kleineren Wert als PDmax (oder höchstens PDmax) begrenzt und somit verringert, wodurch auch die benutzte Gesamtleistung weiterhin unterhalb des Grenzwerts G bzw. Pmax bleibt. Erst zu Beginn des Zeitintervalls t3 nimmt die Nutzleistung PV der übrigen Leistungsverbraucher 31, 32, 33 wieder ab, spiegelbildlich dazu erhöht sich nun der obere Grenzwert der maximal zulässigen Displaynutzleistung Pdmax. Daher steigt die Helligkeit bzw. die Nutzleistung PD des Displays 50 wieder auf ihren ursprünglichen Wert an.
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Im Beispiel der (gestrichelt dargestellten) zweiten Verlaufskurfe II beginnt die tatsächliche Displaynutzleistung PD(t) mit einem Anfangswert von etwa 20%, steigt aber in der Mitte des Zeitintervalls t2 (beispielsweise aufgrund erhöhter Sonneneinstrahlung auf das Display) an. Das Steuersignal erlaubt jedoch nur einen Anstieg bis zum momentanen Wert von PDmax, der nicht überschritten werden darf. Erst im Zeitintervall t3, nachdem die Verbrauchernutzleistung PV stark gesunken ist und die maximal zulässige Displaynutzleistung PDmax spiegelbildlich dazu ansteigt, erlaubt das Steuersignal S ein weitergehendes Ansteigen der Helligkeit und der tatsächlichen Nutzleistung PD(t) des Displays.
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Vorzugsweise erfolgt dieser Anstieg nicht schon zu Beginn des Zeitintervalls t3, sondern etwas zeitverzögert (etwa infolge der anhand der 2 erläuterten Steuereinheit 7 bzw. Dämpfungsschaltung 8). Ferner erfolgt der Anstieg nicht zwangsläufig bis hin zu PDmax, da dieser Wert nur einen oberen Grenzwert darstellt.
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Die Veränderung der Leistungsaufnahme des Displays 50, die in 3 anhand zweier exemplarischer zeitlicher Verläufe dargestellt ist, kann bespielsweise proportional zur Veränderung Displayhelligkeit H bzw. des Steuersignals S gewählt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schnittstelle
- 2
- Leitungsstrecke
- 3
- Messeinheit
- 4
- Vergleicher
- 5
- Recheneinheit
- 6
- Widerstand
- 7
- Steuereinheit
- 8
- Dämpfungsschaltung
- 9
- Hystereseschaltung
- 10
- Elektronisches Gerät
- 11
- erster Leitungszweig
- 12
- zweiter Leitungszweig
- 13
- Versorgungsleitung
- 14
- Kontrollleitung
- 15, 15'
- DC/DC-Gleichspannungswandler
- 16
- Steuerleitung
- 21, 22, 23
- weitere Schnittstellen
- 31, 32, 33
- Leistungsverbraucher
- 50
- Display
- D
- Differenzsignal
- G
- oberer Grenzwert
- H
- Displayhelligkeit
- I
- Stromstärke
- M
- Messwert
- P
- Leistungsverbrauch
- PD
- Nutzleistung des Displays
- PDmax
- maximale Nutzleistung des Displays
- Pmax
- maximaler Leistungsverbrauch
- PV
- Verbrauchernutzleistung
- S
- Steuersignal
- t1, t2, t3
- Zeitintervall
