DE102018108033A1

DE102018108033A1 - Schaltung und verfahren zum überstromschutz

Info

Publication number: DE102018108033A1
Application number: DE102018108033.6A
Authority: DE
Inventors: Stephan Donath
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2018-10-11
Also published as: CN108695832A; US11005253B2; CN108695832B; US20180294643A1

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Überstromschutz, das aufweist: Ermitteln eines Stroms, der durch ein zu schützendes erstes Element fließt; Vergleichen des ermittelten Stroms mit mehreren Schwellenwerten; Steuern eines Zählers basierend auf dem Vergleichen des ermittelten Stroms mit mehreren Schwellenwerten; und Unterbinden des durch das erste Element fließenden Stroms durch Aktivieren eines Schalters, der mit dem ersten Element in Reihe geschaltet ist, wenn eine Ausgabe des Zählers einen vorgegebenen Zählerschwellenwert übersteigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine elektronische Schaltung und, bei bestimmten Ausgestaltungen, eine Schaltung und ein Verfahren zum Überstromschutz.
Elektrische Leitungen sind bei vielen Anwendungen wie beispielsweise bei Anwendungen in den Bereichen persönliche Elektronik, Automotive, und Industrie allgegenwärtig. Elektrische Leitungen sind typischerweise aus elektrisch leitendem Material wie beispielsweise Kupfer hergestellt und können dazu verwendet werden, zwei Komponenten elektrisch zu verbinden, was den Fluss von Elektrizität zwischen ihnen ermöglicht. Es gibt viele Arten von elektrischen Leitungen wie beispielsweise Stromleitungen, Koaxialleitungen und Twisted-Pair-Leistungen. Einige elektrische Leitungen enthalten eine Ansammlung von Drähten, die voneinander isoliert sind. Andere elektrische Leitungen können einen einzigen Draht enthalten. Jede Art von Leitung kann für einen bestimmten Zweck optimiert sein.
Wenn elektrische Leitungen mit einem Überstromereignis beansprucht werden, können sie beschädigt werden, zerstört werden, oder ein Sicherheitsrisiko darstellen. Deshalb können Überstromschutzschaltungen eingesetzt werden, um elektrische Leitungen gegen Überstromereignisse zu schützen, indem ein Strom, der durch das zu schützende Element fließt, begrenzt oder unterbunden wird.
Sicherungen wurden eingesetzt, um eine Leistungsquelle, eine Last, eine Leitung, Verdrahtungssysteme, elektrische Ausrüstung und andere elektrische Komponenten gegen ein Überstromereignis zu schützen. Bei einer Sicherung handelt es sich typischerweise um ein Element mit einem geringen Widerstand, das den Stromfluss durch es unterbricht, wenn ein Strom jenseits des Nennstroms der Sicherung durch es fließt. Sicherungen enthalten typischerweise ein dünnes Metallfilament, das in der Lage ist, einen Strom bis zum Nennstrom der Sicherung zu bewältigen, das aber dazu ausgebildet ist, zu schmelzen und dadurch den Stromfluss zu unterbrechen, wenn der Nennstrom der Sicherung überschritten wird. Sicherungen können als Opfereinrichtungen bezeichnet werden, weil es sich bei dem Auslösen der Sicherung um ein irreversibles Ereignis handelt. In anderen Worten, eine durchgebrannte Sicherung kann nicht wieder verwendet werden.
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun Bezug genommen auf die folgenden Beschreibungen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erfolgen. Zu den Zeichnungen:

1 zeigt eine mögliche Konfiguration eines Systems, das eine Leistungsquelle, eine Stromleitung, eine Last und ein Überstromschutzelement enthält;
2a zeigt eine typische Zeit-Strom-Kennlinienkurve einer Stromleitung;
2b zeigt typische Zeit-Strom-Kennlinienkurven für verschiedene Überstromschutztechnologien;
3a zeigt ein Prinzipschaltbild (high level) eines elektrischen Systems gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
3b veranschaulicht ein vereinfachtes Schaltbild eines ICs, das Einzelheiten einer analogen Schwellenwertschaltung und einen digitalen Stromprofilzähler zeigt;
3c veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zum Schützen einer Stromleitung gegen ein Überstromereignis;
4 zeigt I²t-Kurven für eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die dazu ausgebildet ist, eine Stromleitung zu emulieren; und
5 veranschaulicht ein elektrisches System gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.

Übereinstimmende Zahlen und Symbole in unterschiedlichen Figuren beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, im Allgemeinen auf entsprechende Teile. Die Figuren sind so gezeichnet, dass sie die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausgestaltungen klar darstellen, und sie sind nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet. Um bestimmte Ausgestaltungen klarer zu veranschaulichen, kann einer Figurennummer ein Buchstabe, der Variationen derselben Struktur, desselben Materials oder Prozessschritts anzeigt, folgen.
Die Herstellung und Verwendung der gegenwärtig bevorzugten Ausgestaltungen werden unten ausführlich erörtert. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte, die in einer breiten Vielfalt spezifischer Zusammenhänge eingesetzt werden können, bietet. Die konkreten erörterten Ausgestaltungen sind lediglich für bestimmte Wege, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, illustrativ, und sie begrenzen den Geltungsbereich der Erfindung nicht.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausgestaltungen in einem konkreten Zusammenhang, ein System und Verfahren zum Überstromschutz (engl.: „over-current protection“; OCP) für eine Stromleitung (engl.: „power cable“) beschrieben. Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können auch auf eine beliebige Leitung, die Elektrizität leitet, und verschiedene Lasten und verschiedene Systeme, die ein Überstromschutzsystem und -verfahren wie beispielsweise integrierte Schaltungen und Leistungsversorgungen einsetzen können, anwenden.
Bei einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Überstromschutzschaltung dazu ausgebildet, das Stromtragfähigkeit einer Leitung basierend auf einem gemessenen Leitungsstrom zu emulieren, und sie verwendet die Emulation, um zu bestimmen, wann eine Leistung von der Leitung zu trennen oder ein durch sie fließender Strom zu begrenzen ist. Bei einigen Ausgestaltungen wird die Emulation durch Vergleichen des Stroms der Leitung mit mehreren Schwellenwerten unter Verwendung mehrerer Komparatoren, deren Ausgangssignale verwendet werden, um einen Digitalzähler zu steuern, durchgeführt. Die Ausgabe des Digitalzählers wird verwendet, um das Vorliegen eines Überstromzustands zu bestimmen. Dieser Überstromzustand wird zum Beispiel durch einen Überlauf des Zählers angezeigt, und die Leistung kann über einen externen Schalter, der mit der Stromleitung in Reihe gekoppelt ist, von der Leitung getrennt werden. Bei einigen Ausgestaltungen wird der Leitungsstrom durch Messen einer Spannung über einem mit der Leitung in Reihe gekoppelten Widerstand bestimmt.
Bei Stromleitungen handelt es sich um eine Anordnung aus einer oder mehr Leitungen, die zur Übertragung von elektrischer Leistung ausgebildet sind. Stromleitungen können entsprechend der Höhe des Stroms, den sie sicher und zuverlässig leiten können, auch als Stromtragfähigkeit der Stromleitungen bekannt, klassifiziert werden. Der Nennstrom einer Stromleitung wird typischerweise als Schlüsselspezifikation für die Stromleitung verwendet. Ein Systementwickler kann zum Beispiel für ein System, das maximale Spitzenströme von 10 A zeigt, eine Stromleitung, die mit einem Nennstrom von 10 A klassifiziert ist, auswählen.
Unter gleichen Umständen sind dickere Stromleitungen im Allgemeinen dazu in der Lage, mehr Strom zu bewältigen als dünnere Stromleitungen. Das Auswählen einer dünneren Stromleitung kann Vorteile wie beispielsweise geringere Kosten und ein geringeres Gewicht aufweisen. Allerdings kann das Auswählen einer Stromleitung, die dünner als erforderlich ist, zu Systemfehlfunktionen oder Sicherheitsrisiken führen. Wenn zum Beispiel eine Stromleitung Strömen, die über ihrem Nennstrom liegen, ausgesetzt wird, kann die Isolierung der Stromleitung schmelzen, was zu Leckströmen oder Kurzschlusszuständen führen kann. Daher besteht ein Anreiz, eine Stromleitung, die so dünn wie möglich aber dazu, die im ungünstigsten Fall auftretenden Systemströme zu leiten in der Lage ist, auszuwählen. Es besteht auch ein Anreiz, sicherzustellen, dass die Stromleitung keinen Überstromereignissen ausgesetzt wird.
Überstromschutzelemente können verwendet werden, um sicherzustellen, dass der durch die Stromleitung fließende Strom die Stromfestigkeit der Stromleitung nicht übersteigt. 1 zeigt eine mögliche Konfiguration eines Systems, das eine Leistungsquelle 108, eine Stromleitung 102, eine Last 106 und ein Überstromschutzelement 104 enthält.
Während des Normalbetriebs kann Elektrizität von der Leistungsquelle 108 durch das Überstromschutzelement 104, die Stromleitung 102 und in die Last 106 fließen. Wenn ein Überstromereignis auftritt, kann das Überstromschutzelement 104 den durch es fließenden Strom begrenzen oder unterbinden und dadurch die Stromleitung 102 und die Last 106 schützen. Das Auslösen des Überstromschutzelements ist auch als Ansprechen (engl.: „tripping“) bekannt.
Elektrizität, die durch eine Stromleitung fließt, kann sich mit der Zeit ändern. Eine Stromleitung, die für einen Nominalstrom von zum Beispiel 10 A ausgelegt ist, kann dazu in der Lage sein, Ströme, die höher als 10 A sind, für kurze Zeiträume sicher zu leiten. Deshalb kann eine Zeit-Strom-Kennlinien-(I²t)-Kurve verwendet werden, um die maximale Stromfestigkeit einer bestimmten Stromleitung darzustellen. 2a zeigt eine typische I²t-Kurve 202 einer 0,5 mm²-Stromleitung bei einer Temperatur von 25 °C. Wie aus 2a zu sehen ist, ist der Strom, der durch die 0,5 mm² Stromleitung sicher und zuverlässig geleitet werden kann, umso höher, je geringer die Zeitdauer eines Strompulses ist. Zum Beispiel kann die 0,5 mm²-Stromleitung 100 A-Pulse, die weniger als 50 ms dauern, sicher und zuverlässig leiten, aber sie kann dauerhaft nur 10 A sicher und zuverlässig leiten.
Um Stromleitungen zu schützen, können verschiedene Arten von Überstromschutzelementen verwendet werden. Sicherungen sind typischerweise aus einem Metalldraht, der dazu ausgebildet ist, zu schmelzen, wenn durch ihn ein Strom über seinem Auslösepunkt fließt, hergestellt. Sobald eine Sicherung auslöst, erzeugt sie einen offenen Stromkreis und unterbricht dabei den durch sie fließenden Strom. Das Auslösen einer Sicherung ist ein irreversibles Ereignis, das bei einigen Systemen das Ersetzen der Sicherung erfordern kann.
Überstromschutzelemente wie beispielsweise Sicherungen können auch verschiedene Stromauslöseschwellenwerte, die von der Dauer, für die der Strom durch sie fließt, abhängen, aufweisen. Deshalb kann eine Auslösecharakteristik eines Überstromschutzelements auch durch eine I²t-Kurve dargestellt werden. 2b zeigt typische I²t-Kurven für verschiedene Überstromschutztechnologien, die ein bestimmtes Modell von I²t-Kurven der Sicherungen, die mit einer Minimum-Sicherungsstrom-I²t-Kurve 204 und einer Maximum-I²t-Kurve 206, einer RC-Filter-I²t-Kurve 208 und einer Programmierbare-Zeitschwelle-I²t-Kurve 210 (engl.: „programmable time-level I²t-curve“) dargestellt sind, beinhalten.
Die I²t-Kurve eines Überstromschutzelements liegt typischerweise unterhalb der I²t-Kurve der Leitung, um sicherzustellen, dass Ströme, die durch die Stromleitung fließen, die Festigkeit der Stromleitung nicht übersteigen. Zum Beispiel neigt das Auslöseverhalten einer Sicherung selbst unter Exemplaren desselben Modells dazu, beträchtlich zu variieren. Die Minimum-Sicherungsstrom-I²t-Kurve 204 und die Maximum-Sicherungsstrom-I²t-Kurve 206 zeigen die minimalen bzw. maximalen Auslöseschwellenwerte eines bestimmten Sicherungsmodells. Für sicherheitskritische Anwendungen kann die Maximum-Sicherungsstrom-I²t-Kurve in Kombination mit der I²t-Kurve der Stromleitung verwendet werden, um sicherzustellen, dass sämtliche Sicherungsexemplare bei einem Strom, der das Leistungsvermögen der Stromleitung nicht übertritt, auslösen. Die Minimum-Sicherungsstrom-I²t-Kurve kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Stromanforderungen des Systems geliefert werden, ohne eine Sicherung zu veranlassen, auszulösen. Daher kann ein System, das Sicherungen verwendet, Stromleitungen, die dicker sind als wenn ein Überstromschutzelement mit geringerer Streuung verwendet würde, verwenden.
Als Alternative zur Verwendung von Sicherungen können RC-Filtertechniken verwendet werden. Diese Technik überwacht den durch die Stromleitung fließenden Strom und integriert ihn mit einem RC-Filter. Ein Überstromereignis wird festgestellt, wenn das Ausgangssignal des RC-Filters höher als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Die I²t-Kurve 208 des RC-Filters zeigt die Auslösecharakteristik einer bestimmten RC-Filterimplementierung. Die Schaltung kann dazu ausgebildet sein, einen mit der Stromleitung in Reihe befindlichen Schalter zu öffnen, um den Stromfluss durch sie zu unterbinden, nachdem ein Überstromereignis detektiert wird.
Zum Überstromschutz kann auch eine Programmierbare-Zeitschwelle-Stromtechnik (engl.: „programmable time-level current technique“) verwendet werden. Diese Technik kann den durch die Stromleitung fließenden Strom überwachen, wobei sie auslöst, wenn der Strom für eine erste vorgegebene Dauer über einem ersten Schwellenwert liegt, und wenn der Strom für eine zweite vorgegebene Dauer, die kürzer als die erste vorgegebene Dauer ist, über einem zweiten Schwellenwert, der höher als der erste Schwellenwert ist, liegt. Die Programmierbare-Zeitschwelle-I²t-Kurve 210 zeigt die Auslösecharakteristik einer bestimmten Implementierung einer Programmierbare-Zeitschwelle-Stromtechnik. Die Programmierbare-Zeitschwelle-I²t-Kurve 210 weist zwei diskrete, von der Dauer des Strompulses abhängende Auslöseschwellenwerte auf, wobei einer etwa 10,5 A für Pulse länger als 150 ms entspricht und der andere etwa 100 A für Pulse kürzer als etwa 150 ms entspricht.
Bei einigen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird die I²t-Kurve der Stromleitung 102 durch Überwachen des Stroms I_cable, Vergleichen des Stroms I_cable mit mehreren Schwellenwerten und Konfigurieren der Zählgeschwindigkeit und Zählrichtung eines digitalen Stromprofilzählers 314 basierend darauf, wie hoch der Strom I_cable ist, emuliert. Ein Überlaufereignis des digitalen Stromprofilzählers 314 kann anzeigen, dass die I²t-Kurve der Stromleitung 102 überschritten wurde. Deshalb kann das Überlaufsignal verwendet werden, um den Strom I_cable, zum Beispiel durch Steuern eines Schalters 318, zu unterbinden oder zu begrenzen.
Emulation bezieht sich auf die Fähigkeit eines Elements, bestimmte Eigenschaften eines anderen Elements nachzubilden. Emulation kann durch Software, durch Hardware oder beides vorgenommen werden und wurde zum Beispiel verwendet, um einem Computersystem zu ermöglichen, sich wie ein anderes Computersystem zu verhalten.
Die 3a-3c zeigen ein elektrisches System 300 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Das elektrische System 300 ist dazu ausgebildet, elektrische Leistung von einer Leistungsquelle 108 durch eine Stromleitung 102 an eine Last 106 zu übertragen. Eine Überstromschutzschaltung 304 ist dazu ausgebildet, einen durch die Stromleitung 102 fließenden Strom I_cable durch Erfassen eines Spannungsabfalls über einem Widerstand Rshunt zu überwachen, den überwachten Strom I_cable mit einer emulierten Version der I²t-Kurve der Stromleitung 102 zu vergleichen, und, wenn der Strom I_cable die emulierte Version der I²t-Kurve übersteigt, den Schalter 318 zu öffnen. Die emulierte Version der I²t-Kurve kann durch Verwenden einer analogen Schwellenwertschaltung 312 und eines digitalen Stromprofilzählers 314 erzeugt werden.
3a zeigt ein Prinzipschaltbild (high level) eines elektrischen Systems 300 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Das elektrische System 300 enthält eine Leistungsquelle 108, eine Überstromschutzschaltung 304, eine Stromleitung 102 und eine Last 106. Die Überstromschutzschaltung 304 enthält einen Schalter 318 und eine integrierte Schaltung (IC) 310. Das IC 310 enthält einen Widerstand Rshunt, eine analoge Schwellenwertschaltung 312, einen digitalen Stromprofilzähler 314 und einen Oszillator 316.
Während des Normalbetriebs ist der Schalter 318 geschlossen und ein Strom I_cable kann von der Leistungsquelle 108 durch den Widerstand Rshunt und die Stromleitung 102 in die Last 106 fließen. Die analoge Schwellenwertschaltung 312 überwacht den Strom I_cable, zum Beispiel durch Messen einer Spannung über dem Widerstand Rshunt. Die analoge Schwellenwertschaltung 312 enthält mehrere Schwellenwerte und vergleicht den Strom I_cable periodisch oder kontinuierlich mit jedem der mehreren Schwellenwerte. Abhängig davon, wie hoch der Strom I_cable ist, konfiguriert die analoge Schwellenwertschaltung 312 den digitalen Stromprofilzähler 314, aufwärts zu zählen, abwärts zu zählen oder das Zählen einzustellen. Die Geschwindigkeit und die Richtung, in die der Zähler zählt, hängen davon ab, wie hoch der Strom I_cable ist. Ein Überlauf des digitalen Stromprofilzählers 314 kann als Auslöser dazu, den Schalter 318 zu steuern, um den Strom I_cable zu unterbinden oder zu begrenzen, verwendet werden. Alternativ kann ein vorgegebener Zählwert, zum Beispiel in einem nichtflüchtigen Speicher oder in einem Register, gespeichert werden, so dass das Erreichen des vorgegebenen Werts als Auslöser, den Schalter 318 zu steuern, um den Strom I_cable zu unterbinden oder zu begrenzen, verwendet wird.
Die Zählgeschwindigkeit des digitalen Stromprofilzählers 314 kann auf unterschiedliche Art und Weise gesteuert werden. Zum Beispiel kann ein Zählschritt, der zu einem Akkumulator 320 mit jedem Taktzyklus addiert wird, abhängig davon, wie hoch der Strom I_cable ist, geändert werden. Ein sehr hoher Strom I_cable kann einem großen Zählschritt entsprechen, ein hoher Strom I_cable kann einem kleinen Zählschritt entsprechen, und ein geringer Strom I_cable kann einem negativen Zählschritt, in anderen Worten einem Dekrement des Akkumulators 320, entsprechen. Alternativ kann die Frequenz des Oszillators 316, der bestimmt, wie schnell ein Zählschritt dem Akkumulator 320 hinzuaddiert wird, abhängig davon, wie hoch der Storm I_cable ist, geändert werden. Zum Beispiel kann, während die Zählschrittgröße konstant gehalten wird, ein sehr hoher Strom I_cable einer schnellen Taktfrequenz entsprechen, während dem digitalen Stromprofilzähler 314 signalisiert wird, aufwärts zu zählen, ein hoher Strom I_cable kann einer langsamen Taktfrequenz entsprechen, während dem digitalen Stromprofilzähler 314 signalisiert wird, aufwärts zu zählen, und ein geringer Strom kann einer geringen Taktfrequenz entsprechen, während dem digitalen Stromprofilzähler 314 signalisiert wird, abwärts zu zählen. Einige Ausgestaltungen können den Zählschritt und die Taktfrequenz zugleich ändern. Andere Ausgestaltungen können mehrere Aufwärtszähl- und Abwärtszählgeschwindigkeiten aufweisen.
Der Schalter 318 kann, wie etwa ein mechanisches Relais, den Fluss von Elektrizität durch ihn entweder gestatten oder verhindern. Der Schalter 318 kann auch, anstelle den Fluss von Elektrizität vollständig zu verhindern, dazu ausgebildet sein, den durch ihn fließenden Strom zu begrenzen. Es können auf dem Fachgebiet bekannte Techniken zum Begrenzen oder Regeln eines durch einen Schalter fließenden Stroms verwendet werden. Bei dem Schalter 318 kann es sich um einen mechanischen Schalter, einen bidirektionalen Triodenthyristor (Triac), einen Transistor oder ein beliebiges anderes auf dem Fachgebiet bekanntes Bauelement, das sich als Schalter verhalten kann, handeln, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Transistoren vom selbstleitenden Typ und vom selbstsperrenden Typ, Transistoren vom Typ n und vom Typ p, Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Leistungs-MOSFETs, Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFETs), Transistoren mit hoher Elektronbeweglichkeit (HEMTs) wie beispielsweise Galliumnitrid-(GaN)-HEMTs und Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), ein mechanisches Relais, Festkörperrelais. Alternativ können andere Transistortypen verwendet werden. Die Auswahl dafür, welcher Schalter zu verwenden ist, kann entsprechend den Spezifikationen, der Spannung und den Strompegeln des jeweils konzipierten Systems gemacht werden, und es können an der Schaltung geeignete Anpassungen vorgenommen werden, um den jeweiligen Bauelementtyp unterzubringen. Der Schalter 318 kann innerhalb des ICs 310 integriert sein, oder er kann alternativ eine zu dem IC 310 externe Komponente darstellen.
Das IC 310 kann verschiedenste Komponenten der Überstromschutzschaltung 304 wie beispielsweise den Widerstand Rshunt, die analoge Schwellenwertschaltung 312, den digitalen Stromprofilzähler 314 und den Oszillator 316 integrieren. Bei einigen Ausgestaltungen kann ein anderer Satz von Komponenten innerhalb des ICs 310 integriert sein. Ähnlich können beliebige der Komponenten außerhalb des ICs 310 implementiert werden. Eine vollständig diskrete Implementierung ist ebenfalls möglich.
Der Widerstand R_shunt kann dazu verwendet werden, den Strom I_cable zu erfassen, indem ein Spannungsabfall, der durch eine externe Schaltung verstärkt und gemessen werden kann, erzeugt wird. Der Widerstand R_shunt besitzt typischerweise einen kleinen Widerstand wie beispielsweise 100 mΩ, was die Leistungsdissipation und Wärmeerzeugung verringern kann. Einige Ausgestaltungen können, anstelle den Widerstand R_shunt zu verwenden, den Widerstand des Schalters 318 verwenden, um den Strom I_cable zu überwachen. Andere Ausgestaltungen können andere auf dem Fachgebiet bekannte Techniken einsetzen, um den Strom I_cable zu messen. Zum Beispiel können Ausgestaltungen, die den Schalter 318 mit einem Transistor implementieren, die Verwendung des Widerstands R_shunt vermeiden und stattdessen Stromspiegeltechniken einsetzen, um eine skalierte Version des Stroms I_cable zu spiegeln (engl: „to copy“), ihn durch einen I-V-Wandler zu leiten und die von dem I-V-Wandler ausgegebene Spannung messen, um den Strom I_cable zu überwachen.
Die analoge Schwellenwertschaltung 312 enthält mehrere Schwellenwerte, die mit dem Strom I_cable verglichen werden. Basierend darauf, wie sich der Strom I_cable mit den mehreren Schwellenwerten verhält, kann für den digitalen Stromprofilzähler 314 eine Zählschrittoption ausgewählt werden. Die Zählschrittoptionen können das Aufwärts- oder Abwärtszählen und die Zählgeschwindigkeit enthalten. Die Zählgeschwindigkeit für den digitalen Stromprofilzähler 314 kann eine direkte Auswirkung darauf, wie schnell der digitale Stromprofilzähler 314 überläuft, haben. Die Schwellenwerte können so ausgewählt werden, dass sie eine I²t-Kurve der Stromleitung 102 genau emulieren.
Der Oszillator 316 kann als Taktgeber für den digitalen Stromprofilzähler 314 verwendet werden. Der Oszillator 316 kann dazu ausgebildet sein, mit 300 kHz zu schalten und er kann eine Toleranz von zum Beispiel +27%/-45% aufweisen. Einige Ausgestaltungen können Oszillatoren mit engeren Toleranzen wie beispielsweise thermisch kompensierte Oszillatoren verwenden. Alternativ kann ein externer Kristall verwendet werden, um eine genaue Referenz, die nachfolgend geteilt werden kann, zu erzeugen. Andere Ausgestaltungen können einen steuerbaren Oszillator wie beispielsweise einen spannungsgesteuerten Oszillator (engl.: „voltage controlled osciallator“; VCO), der eingesetzt werden kann, um die Oszillationsfrequenz entsprechend einem Eingangssignal zu verändern, verwenden. Der Oszillator 316 kann innerhalb des digitalen Stromprofilzählers 314 implementiert sein. Alternativ kann der Oszillator 316 außerhalb des digitalen Stromprofilzählers 314 implementiert werden. Die Verwendung des Oszillators 316 kann, zum Beispiel durch Bereitstellen eines externen Taktsignals, vermieden werden.
Der digitale Stromprofilzähler 314 kann als Zähler und Akkumulator verwendet werden. Der digitale Stromprofilzähler 314 kann dazu in der Lage sein, aufwärts und abwärts zu zählen, und er kann eine konfigurierbare Zählschrittgröße besitzen. Eine Zählschrittgröße kann zum Beispiel durch Verwenden zweier Konfigurationsbits konfiguriert werden, was zu vier verschiedenen Zählgeschwindigkeiten führt. Einige Ausgestaltungen können lediglich ein Konfigurationsbit aufweisen, oder sie können mehr als zwei Konfigurationsbits aufweisen. Andere Ausgestaltungen können kein Konfigurationsbit aufweisen und sie können stattdessen eine einzige Zählschrittgröße besitzen. Es müssen nicht sämtliche verfügbaren Zählschrittgrößen verwendet werden. Es kann auch die Eingangsfrequenz des digitalen Stromprofilzählers 314 verändert werden, um die Zählgeschwindigkeit zu steuern. Einige Ausgestaltungen können einen Hybrid-Ansatz aufweisen, bei dem die Eingangsfrequenz gleichzeitig mit der Zählschrittgröße verändert wird.
Der digitale Stromprofilzähler 314 kann auf den Akkumulator 320, der mit jedem Taktzyklus abhängig von der Zählschrittgröße und der Zählrichtung inkrementiert oder dekrementiert wird, enthalten. Der Akkumulator 320 kann zum Beispiel 23 Bit besitzen und er kann dazu ausgebildet sein, einen Überlauf zu signalisieren, sobald der Akkumulator in all seinen Bits len aufweist. Der Akkumulator 320 kann auch dazu ausgebildet sein, Zirkularität zu vermeiden. In anderen Worten, wenn der Akkumulator einen Zählerstand von null hat und dekrementiert wird, bleibt er bei null. Ähnlich bleibt der Akkumulator, wenn er in all seinen Bits len aufweist und inkrementiert wird, bei len in all seinen Bits.
Vorteile verschiedener Beispiel-Überstromschutzschaltungen, die steuerbare Schalter verwenden, beinhalten die Möglichkeit, den Überstromschutz über mehrere Überstromereignisse hinweg wiederzuverwenden. Ein weiterer Vorteil von Beispielen beinhaltet die Möglichkeit, unter Verwendung eines Geringe-Digitale-Dichte-Halbleiterprozesses (engl.: „low digital density semiconductor process) wie beispielsweise eines Bipolar-CMOS-DMOS-(BCD)-Prozesses eine emulationsbasierte Überstromschutzschaltung zu emulieren.
3b zeigt ein vereinfachtes Schaltbild des ICs 310, das Einzelheiten der analogen Schwellenwertschaltung 312 und den digitalen Stromprofilzähler 314 zeigt. Wie in 3b gezeigt ist, kann die analoge Schwellenwertschaltung 312 drei Schwellenwerte aufweisen, und sie kann mit Komparatoren 328, 330 und 332 und Referenzspannungen 322, 324 und 326 implementiert werden. Die Referenzspannung 324 kann höher sein als die Referenzspannung 322, und die Referenzspannung 326 kann höher sein als die Referenzspannung 324. Der digitale Stromprofilzähler 314 kann einen Zählrichtungsauswahleingang 334 zum Steuern der Zählrichtung aufweisen und er kann Zählschrittgrößeneingänge 336 und 338 zum Auswählen der Zählschrittgröße aufweisen. Einige Ausgestaltungen können mehr als drei Schwellenwerte oder weniger als drei Schwellenwerte verwenden. Geeignete Anpassungen an der Schaltung können vorgenommen werden, um die jeweilige Anzahl verwendeter Schwellenwerte unter zu bringen.
Während des Normalbetriebs kann ein Strom I_cable durch den Widerstand Rshunt fließen, was eine Spannung über ihm erzeugt. Wenn die Spannung über dem Widerstand Rshunt geringer als die Referenzspannung 322 ist, besitzen alle Komparatoren ein Ausgangssignal low, was wiederum den Zählrichtungseingang 334 low setzt, was wiederum den Zählrichtungseingang 334 auf low setzt und die Zählschrittgrößenauswahleingänge 336 und 338 auf low setzt, was den digitalen Stromprofilzähler 314 dazu konfiguriert, mit der geringsten Zählschrittgröße abwärts zu zählen. Wenn die Spannung über dem Widerstand R_shunt höher als die Referenzspannung 322 aber geringer als die Referenzspannung 324 ist, wird der Zählrichtungsauswahleingang 334 auf high gesetzt, während die Zählschrittgrößenauswahleingänge 336 und 338 auf low gesetzt werden, was den digitalen Stromprofilzähler 314 dazu konfiguriert, mit der geringsten Zählschrittgröße aufwärts zu zählen. Wenn die Spannung über dem Widerstand R_shunt höher als die Referenzspannung 324 aber geringer als die Referenzspannung 326 ist, werden der Zählrichtungsauswahleingang 334 und der Zählschrittgrößenauswahleingang 336 auf high gesetzt, während der Zählschrittgrößenauswahleingang 338 auf low gesetzt wird, was den digitalen Stromprofilzähler 314 dazu konfiguriert, mit einer Schrittgröße, die viermal größer als die kleinste Zählschrittgröße sein kann, aufwärts zu zählen. Ähnlich werden, wenn die Spannung über dem Widerstand R_shunt höher als die Referenzspannung 326 ist, der Zählrichtungsauswahleingang 334 und die Zählschrittgrößenauswahleingänge 336 und 338 auf high gesetzt, was den digitalen Stromprofilzähler 314 dazu konfiguriert, mit einer Zählschrittgröße, die sechzehnmal größer als die kleinste Zählschrittgröße sein kann, aufwärts zu zählen.
Der digitale Stromprofilzähler 314 kann dazu verwendet werden, aufwärts oder abwärts zu zählen, und er kann konfigurierbare Zählschrittgrößen aufweisen. Der digitale Stromprofilzähler 314 kann einen Akkumulator 320, der den gegenwärtigen Zählerstand speichert und der mit jedem Taktzyklus um die Zählschrittgröße inkrementiert oder dekrementiert werden kann, enthalten. Das Konfigurieren der Zählrichtung und der Zählschrittgröße kann durch Ansteuern des Zählrichtungsauswahleingangs 334 bzw. der Zählschrittgrößenauswahleingänge 336 und 338 erfolgen. Das Ändern der Zählschrittgröße kann durch verschiedenste Möglichkeiten erreicht werden. Zum Beispiel kann der Akkumulator 320 mit jedem Taktzyklus durch Addieren oder Subtrahieren von eins von dem am Wenigsten signifikanten Bit (engl.: „least significant bit“; LSB) des Akkumulators 320 inkrementiert werden. Durch Umgehen von zwei LSBs des Akkumulators 320 (Bits [1:0]) würde der Akkumulator 320 mit jedem Zyklus an Bit 2 um eins inkrementiert oder dekrementiert, was gleichbedeutend mit einer Zählschrittgröße von vier ist. Ähnlich würde, wenn die vier LSBs des Akkumulators 320 umgangen würden (Bits [3:0]) der Akkumulator 320 an Bit 4 um eins inkrementiert oder dekrementiert, was gleichbedeutend mit einer Zählschrittgröße von sechzehn wäre. Andere Verfahren zum Ändern der Zählschrittgröße können ebenso implementiert werden.
Der Akkumulator 320 kann zum Beispiel 23 Bits besitzen, um den gegenwärtigen Zählerstand zu speichern. Eine andere Anzahl von Bits kann verwendet werden. Der Akkumulator 320 kann dazu ausgebildet sein, Zirkularität zu vermeiden. In anderen Worten, der Akkumulator kann, wenn der Akkumulator 320 um eine Zählschrittgröße, die größer als der gegenwärtige Zählwert ist, dekrementiert wird, einen Zählerstand von null halten. Ähnlich kann der Akkumulator, wenn der Akkumulator 320 um eine Zählschrittgröße, die größer als die Subtraktion zwischen dem Maximalwert, der in dem Akkumulator 320 gespeichert werden kann, minus dem gegenwärtigen Zählwert ist, inkrementiert werden, den maximalen Zählwert halten. Die Situation, in der ein Akkumulator versucht, auf einen Wert jenseits seines maximalen Speicherwerts zu inkrementieren, ist als Überlauf bekannt.
Es gibt viele Faktoren, die darauf, wie schnell ein Überlaufsignal erzeugt wird, Einfluss nehmen können. Zum Beispiel kann ein Akkumulator mit einer geringeren Anzahl von Bits, der durch eine höhere Frequenz angesteuert wird oder der durch eine größere Zählschrittgröße inkrementiert wird, eine kürzere Zeit benötigen, um einen Überlauf zu erreichen, als ein Akkumulator mit einer höheren Anzahl von Bits, der durch eine langsamere Frequenz angesteuert oder durch eine geringere Zählschrittgröße inkrementiert wird. Eine analoge Schwellenwertschaltung mit niedrigeren Schwellenwerten kann bewirken, dass der Zähler einen Überlauf bei einem geringeren durch den Widerstand R_shunt fließenden Strom bewirkt als eine analoge Schwellenwertschaltung mit höheren Schwellenwerten. Ein höherer Widerstand Rshunt kann bewirken, dass der Zähler einen Überlauf bei einem geringeren durch den Widerstand Rshunt fließenden Strom erreicht als ein geringerer Widerstand Rshunt. Andere Faktoren können ebenfalls beeinflussen, wie schnell ein Überlaufsignal erzeugt wird. Es können geeignete Werte für diese Faktoren ausgewählt werden, so dass das Überlaufsignal ausgelöst wird, wenn der durch die geschützte Stromleitung fließende Strom die Festigkeit der Stromleitung übersteigt. In anderen Worten, es ist möglich, geeignete Werte für diese Faktoren auszuwählen, so dass man eine genaue I²t-Kurve der geschützten Stromleitung erhält.
Vorteile von Ausgestaltungen, die Leitungsemulationen durchführen, um zu bestimmen, wann die Leistung von der Leitung zu trennen ist, beinhalten die Fähigkeit, die Leitung über einen sehr breiten Bereich von Betriebszuständen zu schützen. Eine verbesserte Genauigkeit von Beispiel-Leitungsemulationsschaltungen und -systemen kann auch das Erfordernis, die Dicke der Leitung überzuspezifizieren, um Ungenauigkeiten beim Überstromdetektionsprozess zu kompensieren, abmildern oder verringern.
3c zeigt ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens 300 zum Schützen einer Stromleitung gegen ein Überstromereignis durch Überwachen eines durch die Stromleitung fließenden Stroms, das Emulieren der I²t-Kurve der Stromleitung und das Unterbinden oder Begrenzen des Stroms durch die Stromleitung, wenn die Emulation der Stromleitung anzeigt, dass der durch die Stromleitung fließende Strom oberhalb der Festigkeit der Stromleitung liegt. Das Verfahren 370 kann in dem elektrischen System 300 implementiert sein, aber es kann ebenso bei anderen Schaltungsarchitekturen und auf andere auf dem Fachgebiet bekannte Möglichkeiten implementiert werden. Die folgende Erörterung geht davon aus, dass das elektrische System 300, wie es in den 3a und 3b gezeigt ist, das Verfahren 370 zum Schützen einer Stromleitung gegen ein Überstromereignis implementiert.
Schritt 372 überwacht den durch die Stromleitung 102 fließenden Strom I_cable. Die Stromüberwachung kann periodisch oder kontinuierlich erfolgen, und sie kann unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten Techniken implementiert werden. Schritt 372 vergleicht den Strom I_cable mit einer emulierten Version der Stromleitung, die dazu ausgebildet ist, die I²t-Kurve der Stromleitung zu emulieren. Wenn Schritt 372 festgestellt hat, dass der Strom I_cable die emulierte I²t-Kurve übersteigt, unterbindet oder begrenzt Schritt 376 den Strom I_cable. Anderenfalls wird Schritt 372 ausgeführt.
Die emulierte I²t-Kurve kann unterhalb der I²t-Kurve der Stromleitung liegen, so dass wenn der Emulator, der die emulierte I²t-Kurve implementiert, anzeigt, dass die emulierte I²t-Kurve überschritten wurde, ein durch die Stromleitung fließender Strom unterbunden oder begrenzt werden kann, ohne die Stromleitung Strömen, die die I²t-Kurve der Stromleitung übersteigen würden, auszusetzen.
Schritt 374 kann wie folgt implementiert werden. Schritt 378 vergleicht den Strom I_cable mit einem ersten Stromschwellenwert I₁. Wenn der Strom I_cable geringer als der erste Stromschwellenwert I₁ ist, wird Schritt 380 ausgeführt. Anderenfalls wird Schritt 386 ausgeführt. Schritt 380 vergleicht, ob der Zählerstand bei null ist, und falls dies nicht der Fall ist, wird der Zähler in Schritt 384 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit S₁ dekrementiert. Anderenfalls unterbindet Schritt 382 das Zählen und Schritt 372 wird ausgeführt. Schritt 386 vergleicht den Strom I_cable mit einem zweiten Stromschwellenwert I₂, der größer als der erste Stromschwellenwert I₁ ist. Wenn der Strom I_cable geringer als der zweite Stromschwellenwert I₂ ist, konfiguriert Schritt 388 den digitalen Stromprofilzähler 314 dazu, mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit S2 aufwärts zu zählen, und dann wird Schritt 396 ausgeführt. Anderenfalls wird Schritt 390 ausgeführt. Ähnlich vergleicht Schritt 390 den Strom I_cable mit einem dritten Stromschwellenwert I₃, der größer als der zweite Stromschwellenwert I₂ ist. Wenn der Strom I_cable geringer als der dritte Stromschwellenwert I₃ ist, konfiguriert Schritt 392 den digitalen Stromprofilzähler 314 dazu, mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit S₃ aufwärts zu zählen, und dann wird Schritt 396 ausgeführt. Anderenfalls konfiguriert Schritt 394 den digitalen Stromprofilzähler 314 dazu, mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit S₄ aufwärts zu zählen, und dann wird Schritt 396 ausgeführt. Schritt 396 prüft, ob ein Zählerüberlauf aufgetreten ist. Wenn dies der Fall war, wird Schritt 376 ausgeführt. Anderenfalls wird Schritt 372 ausgeführt.
Obwohl das Verfahren 370 drei analoge Schwellenwerte, nämlich den ersten Stromschwellenwert I₁, den zweiten Stromschwellenwert I₂, und den dritten Stromschwellenwert I₃, zeigt, kann das Verfahren 370 mit mehr analogen Schwellenwerten und weniger analogen Schwellenwerten implementiert werden. Sämtliche vorgegebenen Geschwindigkeiten S₁, S₂, S₃ und S₄ können voneinander verschieden sein. Alternativ können einige vorgegebene Geschwindigkeiten mit anderen gleich sein. Die Anzahl analoger Schwellenwerte und die jeweiligen implementierten Geschwindigkeiten können teilweise basierend auf den Eigenschaften der emulierten I²t-Kurve ausgewählt werden.
Bei einigen Ausgestaltungen besteht ein Vorteil des Verfahrens 370 darin, dass es durch verschiedenste Systeme implementiert werden kann. Zum Beispiel kann das Verfahren 370, zusätzlich zu dem elektrischen System 300, mit kommerziell verfügbaren Allzweckmikrocontrollern implementiert werden. Da das Implementieren des Verfahrens 300 keine Multiplikationen oder Divisionen erfordern muss, kann es sogar ein einfacher Mikrocontroller implementieren. Eine FPGA-Implementierung ist ebenso möglich.
Die Abweichung zwischen der emulierten I²t-Kurve und der I²t-Kurve der Stromleitung ist ein wichtiger Parameter. 4 zeigt I²t-Kurven für eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die dazu ausgebildet sind, eine 0,5 mm²-Stromleitung zu emulieren. Die Implementierung, die verwendet wurde, um diese Kurven zu erzeugen, verwendete eine Strommessschaltung mit einer Toleranz von 5%, einen Akkumulator mit 23 Bits und einen Oszillator mit einer Frequenz von 300 kHz mit einer Toleranz von +27%/-45%. Die I²t-Kurven 402, 404 und 406 entsprechen den minimalen, typischen bzw. maximalen I²t-Kurven und veranschaulichen die Streuung, auf die man bei verschiedenen Exemplaren dieser bestimmten Ausgestaltung stoßen kann. Wie aus 4 zu sehen ist, bilden die Kurven 402, 404 und 406 die I²t-Kurve 202 der 0,5 mm²-Stromleitung trotz der Oszillator- und Strommesstoleranzen ziemlich genau ab. Eine sogar noch höhere Genauigkeit kann durch Verbessern der Toleranzen der einzelnen Komponenten erzielt werden.
5 zeigt ein elektrisches System 500 gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Ähnlich zu dem elektrischen System 300 ist das elektrische System 500 dazu ausgebildet, elektrische Leistung von einer Leistungsquelle 108 an eine Last 106 durch eine Stromleitung 102 zu übertragen. Eine Überstromschutzschaltung 504 ist dazu ausgebildet, den durch die Stromleitung 102 fließenden Strom I_cable durch Erfassen eines Spannungsabfalls über einem Widerstand R_shunt zu überwachen, den überwachten Strom I_cable mit einer emulierten Version der I²t-Kurve der Stromleitung 102 zu vergleichen und den Schalter 318 zu öffnen, wenn der Strom I_cable die emulierte Version der I²t-Kurve übersteigt. Die emulierte Version der I²t-Kurve kann durch Verwenden der analogen Schwellenwertschaltung 312 und eines digitalen Stromprofilzählers 514 erzeugt werden.
Das elektrische System 500 kann auf eine ähnliche Weise wie das elektrische System 300 arbeiten, und es kann das Verfahren 370 zum Schützen einer Stromleitung gegen ein Überstromereignis implementieren. Allerdings verändert das elektrische System 500 anstelle der Zählschrittgröße die Oszillatorfrequenz, um die Zählgeschwindigkeit zu verändern. Die Frequenz kann zum Beispiel durch die Verwendung eines VCOs 524 verändert werden. Ein Komparator 526 kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass der Takteingang des digitalen Stromprofilzählers 514 eine Rechteckwelle ist. Ein Digital-Analog-Wandler (DAC) 528 kann verwendet werden, um die Eingangsspannung des VCOs zu ändern, um die Ausgangsfrequenz des VCOs 524 zu steuern.
Wenn die Spannung über dem Widerstand R_shunt geringer als die Referenzspannung 322 ist, wird der Zählrichtungsauswahleingang 534 auf low gesetzt und die DAC-Eingangssignale 536 und 538 werden auf low gesetzt, was den digitalen Stromprofilzähler 514 dazu programmiert, abwärts zu zählen, und den DAC 528 dazu, eine niedrige Spannung, die in eine langsame Frequenz des VCOs 524 umgesetzt wird, auszugeben. Wenn die Spannung über dem Widerstand R_shunt höher als die Referenzspannung 322 aber geringer als die Referenzspannung 324 ist, wird der Zählrichtungsauswahleingang 534 auf high gesetzt, was den digitalen Stromprofilzähler 514 dazu konfiguriert, aufwärts zu zählen, während die DAC-Eingangssignale 536 und 538 auf low gesetzt werden, was die Frequenz des VCOs 524 auf eine langsame Frequenz konfiguriert. Wenn die Spannung über dem Widerstand Rshunt höher als die Referenzspannung 324 aber geringer als die Referenzspannung 326 ist, werden der Zählrichtungsauswahleingang 534 und das Eingangssignal 536 des DACs auf high gesetzt, während das DAC-Eingangssignal 538 auf low gesetzt wird, was den digitalen Stromprofilzähler 514 dazu, aufwärts zu zählen, und die Frequenz des VCOs 524 auf eine mittlere Frequenz konfiguriert. Ähnlich werden, wenn die Spannung über dem Widerstand Rshunt höher als die Referenzspannung 326 ist, der Zählrichtungsauswahleingang 534 und die DAC-Eingangssignale 536 und 538 auf high gesetzt, was den digitalen Stromprofilzähler 514 dazu, aufwärts zu zählen, und die Frequenz des VCOs 524 auf eine hohe Frequenz programmiert.
Der DAC 528 ist dazu ausgebildet, eine Spannung basierend auf den DAC-Eingangssignalen 536 und 538 auszugeben. Der DAC 528 kann zwei Eingänge aufweisen, er kann aber auch mit einem Eingang oder mit mehr als zwei Eingängen implementiert werden. Die Ausgangsspannung des DACs 528 kann so ausgebildet sein, dass sie einen beliebigen Bereich aufweist. Allerdings kann der DAC 528 so ausgebildet sein, dass er einen Bereich aufweist, der den VCO 524 dazu konfiguriert, für eine gewünschte Zählgeschwindigkeit geeignete Frequenzen zu erzeugen.
Der VCO 524 ist dazu ausgebildet, basierend auf seiner Eingangsspannung ein oszillierendes Signal mit einer Frequenz auszugeben. Eine geringere Ausgangsspannung entspricht typischerweise einer langsameren Ausgangsfrequenz und eine höhere Eingangsspannung entspricht typischerweise einer höheren Ausgangsfrequenz. Alternativ können einige Ausgestaltungen den VCO 524 dazu konfigurieren, eine schnellere Frequenz, die einer geringeren Eingangsspannung entspricht, und eine langsamere Frequenz, die einer höheren Eingangsspannung entspricht, auszugeben. Ein Komparator 526 kann erforderlich sein, um sicherzustellen, dass es sich bei dem Ausgangssignal des Oszillators 516 um eine Rechteckwelle handelt.

Claims

Verfahren zum Überstromschutz, das aufweist: Ermitteln eines Stroms, der durch ein zu schützendes erstes Element fließt; Vergleichen des ermittelten Stroms mit mehreren Schwellenwerten; Steuern eines Zählers basierend auf dem Vergleichen des ermittelten Stroms mit mehreren Schwellenwerten; und Unterbinden des durch das erste Element fließenden Stroms durch Aktivieren eines Schalters, der mit dem ersten Element in Reihe geschaltet ist, wenn eine Ausgabe des Zählers einen vorgegebenen Zählerschwellenwert übersteigt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Zähler bei dem vorgegebenen Zählerschwellenwert überläuft.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, das weiterhin aufweist: Vergleichen der Ausgabe des Zählers mit dem vorgegebenen Zählerschwellenwert, wobei der vorgegebene Zählerschwellenwert in einem digitalen Register gespeichert ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln des durch das zu schützende erste Element fließenden Stroms das Messen einer Spannung über einem mit dem ersten Element gekoppelten Widerstand aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Steuern des Zählers aufweist: Konfigurieren des Zählers dazu, mit einer ersten Geschwindigkeit abwärts zu zählen, wenn der ermittelte Strom unterhalb eines ersten Schwellenwerts liegt; und Konfigurieren des Zählers dazu, mit einer zweiten Geschwindigkeit aufwärts zu zählen, wenn der ermittelte Strom oberhalb des ersten Schwellenwerts liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die erste Geschwindigkeit und die zweite Geschwindigkeit gleich sind.
Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die erste Geschwindigkeit geringer als die zweite Geschwindigkeit ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Steuern des Zählers weiterhin aufweist: Konfigurieren des Zählers dazu, mit einer dritten Geschwindigkeit, die größer als die zweite Geschwindigkeit ist, aufwärts zu zählen, wenn der ermittelte Strom über einem zweiten Schwellenwert liegt, wobei der zweite Schwellenwert höher als der erste Schwellenwert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem die dritte Geschwindigkeit höher als die zweite Geschwindigkeit ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das erste Element eine Leitung ist.
Schaltung, die aufweist: eine Stromerfassungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen Strom durch eine erste Schaltungseinrichtung zu erfassen; einen ersten Komparator, der einen mit einem ersten Referenzknoten gekoppelten ersten Eingang und einen mit der Stromerfassungsschaltung gekoppelten zweiten Eingang aufweist; und einen Zähler, der einen mit einem Ausgang des ersten Komparators gekoppelten ersten Steuereingang und einen Ausgang, der dazu ausgebildet ist, mit einem Schalter gekoppelt zu werden, aufweist, wobei der Schalter mit der Stromerfassungsschaltung in Reihe gekoppelt ist.
Schaltung gemäß Anspruch 11, die weiterhin die erste Schaltungseinrichtung aufweist.
Schaltung gemäß Anspruch 11 oder 12, bei der die erste Schaltungseinrichtung eine Leitung ist.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die Stromerfassungsschaltung, der erste Komparator und der Zähler in einer integrierten Schaltung integriert sind.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, die weiterhin den Schalter aufweist.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, bei der die Stromerfassungsschaltung, der erste Komparator, der Zähler und der Schalter in einer integrierten Schaltung integriert sind.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, bei der der Schalter ein mechanisches Relais ist; der Zähler einen Akkumulator mit 23 Bits aufweist; und die Stromerfassungsschaltung einen Widerstand aufweist.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, bei der der Schalter ein erster Transistor ist und bei der die Stromerfassungsschaltung einen zweiten Transistor aufweist.
Schaltung gemäß Anspruch 18, bei der der erste Transistor und der zweite Transistor derselbe Transistor sind.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19, bei der der erste Steuereingang zwischen Aufwärtszählen oder Abwärtszählen auswählt.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 20, bei der der erste Steuereingang zwischen einer ersten Schrittgröße und einer zweiten Schrittgröße auswählt, wobei die erste Schrittgröße kleiner als die zweite Schrittgröße ist.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 20, bei der der erste Steuereingang zwischen einer ersten Zählfrequenz und einer zweiten Zählfrequenz auswählt, wobei die erste Zählfrequenz kleiner als die zweite Zählfrequenz ist.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 22, die weiterhin aufweist: einen zweiten Referenzknoten, der dazu ausgebildet ist, als Referenzspannung verwendet zu werden; und einen zweiten Komparator, der mit dem zweiten Referenzknoten und mit der Stromerfassungsschaltung gekoppelt ist, wobei der zweite Komparator einen zweiten Komparatorausgang aufweist, wobei der Zähler weiterhin einen mit dem zweiten Komparatorausgang gekoppelten zweiten Steuereingang aufweist, wobei der erste Steuereingang zwischen Aufwärtszählen oder Abwärtszählen auswählt, und wobei der zweite Steuereingang zwischen einer ersten Schrittgröße und einer zweiten Schrittgröße auswählt, wobei die erste Schrittgröße kleiner als die zweite Schrittgröße ist.
Verfahren zum Emulieren der Stromfestigkeit einer Leitung, bei dem das Verfahren aufweist: Überwachen eines durch die Leitung fließenden Stroms; Vergleichen des Stroms mit mehreren Schwellenwerten; Steuern eines Zählers basierend auf dem Vergleichen des Stroms mit mehreren Schwellenwerten; und Feststellen, dass der Strom die Stromfähigkeiten der Leitung überschritten hat, wenn der Zähler einen vorgegebenen Zählerschwellenwert erreicht.
Verfahren gemäß Anspruch 24, das weiterhin das Öffnen eines mit der Leitung in Reihe befindlichen Schalters, wenn der Zähler den vorgegebenen Zählerschwellenwert erreicht, aufweist.