專利名稱：用于電氣電路監(jiān)控的裝置、用于為負(fù)載供電的電路裝置和用于運(yùn)行電路裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)包含至少一個(gè)電負(fù)載的負(fù)載電路進(jìn)行電氣電路監(jiān)控的裝置，其中兩個(gè)電源電壓接頭經(jīng)過各具有一個(gè)開關(guān)的電流路徑與兩個(gè)負(fù)載接頭相連接。本發(fā)明還涉及一種用于為負(fù)載供電的電路裝置和一種用于運(yùn)行電路裝置的方法。
背景技術(shù)：
從DE 102008018244 B3中規(guī)定了一種用于識(shí)別功率橋式電路中的故障的裝置，該功率橋式電路具有負(fù)載、在其中在負(fù)載的高邊接頭與電源電壓的高電位的電源接頭之間布 置高邊功率開關(guān)的高邊分支、和在其中在負(fù)載的低邊接頭與電源電壓的低電位的電源接頭之間布置低邊功率開關(guān)的低邊分支，其中設(shè)置與負(fù)載和診斷電壓的高電位的診斷接頭相連接的第一連接的電流源、和與負(fù)載和診斷電壓的低電位的診斷接頭相連接的第二連接的電流源、以及用于操控第一連接的電流源和第二連接的電流源的控制設(shè)備，并且其中控制設(shè)備被構(gòu)造為使得其在斷開的高邊功率開關(guān)和斷開的低邊功率開關(guān)情況下接通連接的電流源中的一個(gè)，同時(shí)關(guān)斷連接的電流源中的另一個(gè)，以便隨后關(guān)斷連接的電流源中的一個(gè)并且接通連接的電流源中的另一個(gè)，并且當(dāng)接通了連接的電流源中的一個(gè)和關(guān)斷了連接的電流源中的另一個(gè)時(shí)，以及當(dāng)關(guān)斷了連接的電流源中的一個(gè)和接通了連接的電流源中的另一個(gè)時(shí)，用于檢驗(yàn)負(fù)載上的電壓的檢驗(yàn)設(shè)備被激活。另一已知的裝置例如用作為安全斷開系統(tǒng)，以便當(dāng)識(shí)別了例如引起故障電流的橫向短接的故障情況或失靈時(shí)，將尤其是富含能量的設(shè)備部件去激活。在這種情況下，尤其是斷開電流或電源電壓和/或生成故障報(bào)告和/或故障顯示?？梢詥瓮ǖ阑螂p通道地進(jìn)行負(fù)載的分離。例如從WO 02/095282 Al中已知這樣的安全斷開系統(tǒng)。為了確保半導(dǎo)體開關(guān)元件在危險(xiǎn)情況下也真的能夠斷開安全電路，以公知方式重復(fù)地短時(shí)斷開這些安全電路，并且監(jiān)控對(duì)于檢測(cè)電路的作用。這通過觀察在所連接側(cè)上的電壓來實(shí)現(xiàn)。自適應(yīng)地在明確檢測(cè)到斷開脈沖之后進(jìn)行負(fù)載的重新接通。但是這伴隨著帶來以下的缺點(diǎn)，即該斷開脈沖可能變得如此長(zhǎng)，以至于斷開的反應(yīng)對(duì)于負(fù)載來說可能是重要的并且因此有時(shí)也可能是功能有害的。因此以公知的方式也實(shí)現(xiàn)了一種平行的第二開關(guān)路徑，該開關(guān)路徑在檢查脈沖的時(shí)刻承擔(dān)了負(fù)載的已中斷的供電。但是這意味著提高的花費(fèi)。如果電容處于所觀察的信號(hào)和另一個(gè)電位之間，該電容于是在開關(guān)斷開期間給負(fù)載饋電，并且在觀察時(shí)段中沒有發(fā)生足夠的電壓變化。即使當(dāng)不存在通向外部電位的短接時(shí)，短的關(guān)斷脈沖也導(dǎo)致錯(cuò)誤地診斷到不期望的短接。長(zhǎng)的關(guān)斷脈沖雖然有時(shí)對(duì)存在的電容再充電，以至于得出足夠大的電壓變化，但是這然后也對(duì)于負(fù)載是重要的，并可能導(dǎo)致功能干擾。另一種將反相的小信號(hào)調(diào)制到輸出電壓上并且觀察該小信號(hào)的振幅和相位的已知方法雖然回避了暫時(shí)關(guān)斷負(fù)載的問題并且由此回避了足夠的電壓變化對(duì)于負(fù)載功能的影響，卻在小信號(hào)衰減的情況下由于負(fù)載本身的電容而受損。例如如果通向負(fù)載的正引線具有通向在安全開關(guān)之前的固有電源的短路或通向另一個(gè)與電位有關(guān)的正電源的短路，或如果通向負(fù)載的負(fù)引線具有到安全開關(guān)之前的固有電源的參考電位上的短路，則存在著引起故障電流的橫向短接。這尤其是在其參考電位具有通向地電位(FE或PE )的連接的系統(tǒng)(所謂的PELV系統(tǒng))中可以觀察到。這種短接可以通過在所連接負(fù)載中的磨損的線路或構(gòu)件故障以及通過接觸的小零件或可觀的污染來引起。在接通的運(yùn)行中，沒有特別的措施不能識(shí)別通向外部電位的這種橫向短接，因?yàn)殚_關(guān)狀態(tài)可以既由可靠地可斷開的電源也由接觸的外部電位來決定。根據(jù)以上所描述的現(xiàn)有技術(shù)只能不充分地解決這些問題，或必須用如此長(zhǎng)的斷開
間隔來工作，以至于可能損害或損害了負(fù)載的功能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于電氣電路監(jiān)控的裝置以及一種用于為負(fù)載供電的電路裝置和一種用于運(yùn)行電路裝置的方法，通過它們可以識(shí)別裝置或電路裝置中的不允許的橫向電流。該任務(wù)根據(jù)第一方面通過具有權(quán)利要求I的特征的裝置來解決。本發(fā)明裝置以有利的方式如下地避免現(xiàn)有技術(shù)的所述缺點(diǎn)，即負(fù)責(zé)短時(shí)對(duì)稱地相對(duì)于圍繞所述裝置的電位來提高或降低負(fù)荷回路的電位。如果電氣橫向短接處于負(fù)荷回路的兩個(gè)線路之一和環(huán)境的首先相同或類似的電位之間，則電位提高或下降導(dǎo)致通過橫向短接的電流。于是可以以簡(jiǎn)單的方式檢測(cè)到該電流。如果電容平行于可能的不期望的橫向短接，則電位改變同樣導(dǎo)致由于再充電引起的暫時(shí)電流，從而也對(duì)于該情況本發(fā)明裝置形成了一種有利的解決方案。為了不讓這流入到測(cè)量結(jié)果中，可以非常低歐姆地實(shí)施電位改變，使得在檢查間隔的末尾對(duì)相對(duì)于地電位的可能的電容進(jìn)行再充電，并且(只要存在橫向短接)僅僅出現(xiàn)靜態(tài)電流。通過本發(fā)明裝置，可以實(shí)現(xiàn)和/或達(dá)到與現(xiàn)有技術(shù)相比較尤其是顯著較短的檢查間隔或檢查脈沖，使得所連接的負(fù)荷沒有經(jīng)受電源電壓的變化，這導(dǎo)致所連接的負(fù)荷或所連接的負(fù)載在其功能上不受損害。通過在從屬權(quán)利要求中所列舉的措施，在權(quán)利要求I中所說明的裝置的有利的改進(jìn)方案和改善方案是可能的?？刂蒲b置和/或信號(hào)裝置合宜地具有至少一個(gè)微控制器或被構(gòu)造為微控制器。尤其是當(dāng)裝置以有利的方式構(gòu)造為連接在電源電壓和至少一個(gè)負(fù)載之間的電氣設(shè)備時(shí)，這實(shí)現(xiàn)了緊湊的結(jié)構(gòu)方式。為了采集在另外的開關(guān)的電路中的電流，合宜地設(shè)置與分析設(shè)備相連接的電流采集裝置。該電流采集裝置以有利的方式具有在另外的開關(guān)的電路中的電流測(cè)量電阻，尤其是非常低歐姆的電流測(cè)量電阻?？梢砸杂欣姆绞浇?jīng)過測(cè)量放大器來采集在該電流測(cè)量電阻上的電壓降。分析設(shè)備以有利的方式與控制裝置和/或信號(hào)裝置相連接，或集成在所述控制裝置和/或信號(hào)裝置中。在此特別有利的是將控制裝置、以及信號(hào)裝置和分析設(shè)備構(gòu)造在微控制器中。通過以下方式還可以更有效地防止在檢查間隔期間的所連接負(fù)載的功能干擾，SP經(jīng)過在分離電源電壓期間用作為緩沖器的電容器將兩個(gè)負(fù)載接頭互相連接。補(bǔ)充于或替代于電容器地，也可以在兩個(gè)負(fù)載接頭之間布置另一種類的電儲(chǔ)能器，例如蓄電池或電池組。檢查間隔可以以有利的方式具有不妨礙或僅不顯著地妨礙負(fù)載運(yùn)行的短的持續(xù)時(shí)間。為了裝置的外部控制或?yàn)榱藗魉透郊拥目刂乒δ?，控制?或信號(hào)裝置以有利的方式與外部的監(jiān)控或控制設(shè)備經(jīng)過總線系統(tǒng)或無線地相連接。這也實(shí)現(xiàn)了反饋，例如診斷通知或故障報(bào)告，其中也可以實(shí)現(xiàn)裝置中的微控制器的重新編程或參數(shù)改變。控制設(shè)備合宜地也具有用于在識(shí)別出故障或超出極限值時(shí)斷開電流路徑中的兩個(gè)開關(guān)的斷開裝置，使得尤其是也可以將所述裝置用在安全性關(guān)鍵的應(yīng)用中，例如也與氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置相結(jié)合地應(yīng)用。本發(fā)明的任務(wù)根據(jù)具有權(quán)利要求11的特征的第二方面來解決。在此，用于給負(fù)載 供應(yīng)電能的電路裝置具有至少兩個(gè)電流路徑，這些電流路徑分別在用于將電能饋入電路裝置中的所分配的電源接頭和用于向負(fù)載提供電能的負(fù)載接頭之間延伸，其中給這些電流路徑分配診斷設(shè)備，該診斷設(shè)備被構(gòu)造用于確定和處理至少一個(gè)電特征值，以便確定電路裝置的失靈。根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，診斷設(shè)備包括調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置被構(gòu)造用于可變地調(diào)節(jié)在所分配的負(fù)載接頭上的電位水平和用于提供在負(fù)載接頭之間的可預(yù)先給定的電位差。借助調(diào)節(jié)裝置因此可以進(jìn)行在負(fù)載接頭上所提供的電位的優(yōu)選同步的移動(dòng)。因此在負(fù)載接頭上施加了雖然時(shí)間上可變化的電位，卻可以如此調(diào)節(jié)這些電位，使得在任何時(shí)刻給負(fù)載提供符合需求的、可預(yù)先給定的電位差或電壓。因此可以借助診斷設(shè)備對(duì)于尤其是電流和/或電壓的在電路裝置中占優(yōu)勢(shì)的電特性施加間接的影響。通過觀察由診斷設(shè)備所確定的、與改變的電特性有關(guān)的特征值，可以推斷出電路裝置的正確功能或可能的失靈。特別有利的是，借助電路裝置也可以隨同檢驗(yàn)負(fù)載的電氣連接裝置。所述連接裝置例如可以是經(jīng)受了機(jī)械磨損并可能導(dǎo)致可由電路裝置識(shí)別出的不期望的橫向短接的電纜。電路裝置尤其是也包括通向負(fù)載的連接裝置并且有時(shí)也包括作為這種連接裝置的消耗。借助診斷設(shè)備同樣可以識(shí)別電路裝置之內(nèi)的故障，例如在電路裝置的電氣和/或電子部件之間的泄漏電流。合宜的是，調(diào)節(jié)裝置被構(gòu)造用于替代地調(diào)節(jié)在分別所分配的負(fù)載接頭上的兩個(gè)、尤其是恰好兩個(gè)不同的電位水平。如果在第一電位水平和第二電位水平之間的僅一次轉(zhuǎn)接就足以實(shí)施電路裝置的所期望的診斷，則可以簡(jiǎn)單和成本有利地保持診斷設(shè)備的電氣構(gòu)造。因此特別優(yōu)選地，調(diào)節(jié)設(shè)備被構(gòu)造用于調(diào)節(jié)在負(fù)載接頭上的恰好兩個(gè)不同的電位水平。在本發(fā)明的一種改進(jìn)方案中規(guī)定，調(diào)節(jié)設(shè)備被構(gòu)造為使得在負(fù)載接頭上提供在負(fù)載接頭之間的與可變化的電位水平無關(guān)的、尤其是恒定的電位差。因此與電路裝置的運(yùn)行狀態(tài)和在此在電路裝置中占優(yōu)勢(shì)的電特性無關(guān)地，優(yōu)選在其運(yùn)行的任何時(shí)刻，始終給負(fù)載施加可預(yù)先給定的、尤其是恒定的電能流。負(fù)載的功能因此優(yōu)選不受在電路裝置中要進(jìn)行的檢查間隔的影響。診斷設(shè)備優(yōu)選被構(gòu)造為使得在進(jìn)行電路設(shè)備的檢驗(yàn)的檢查間隔期間，確保負(fù)載的無中斷的和/或電壓恒定的供電。如果將電路裝置例如用于具有微小電慣性和/或?qū)τ陔娫粗械牟▌?dòng)高度敏感的電氣或電子組件的供電，則有利的是，無中斷地和/或以恒定的電壓提供由電路裝置所提供的電能。例如，所述負(fù)載可以是能夠以在1000赫茲或更大的范圍中的開關(guān)頻率運(yùn)行的液電快速開關(guān)閥，從而這種負(fù)載在少于I微秒范圍中的電源擾動(dòng)已經(jīng)可以觸發(fā)不期望的開關(guān)過程。在本發(fā)明的另外的擴(kuò)展方案中規(guī)定，在電源接頭和負(fù)載接頭之間延伸的至少一個(gè)電流路徑中接入(einschleifen)可由診斷設(shè)備切換的電壓級(jí)元件作為調(diào)節(jié)裝置，該電壓級(jí)元件被構(gòu)造用于在電路裝置的可預(yù)先給定的運(yùn)行狀態(tài)下在負(fù)載接頭上的所定義的電位移動(dòng)。電壓級(jí)元件用來調(diào)節(jié)、尤其是轉(zhuǎn)換在第一和至少一個(gè)第二電位水平之間的相應(yīng)電流路徑中的電位。電壓級(jí)元件例如可以包括兩個(gè)平行布置的、借助相應(yīng)的開關(guān)設(shè)備選擇性地可接通到電流路徑中的電氣或電子器件。這些器件例如在其電阻和/或在器件中出現(xiàn)的電壓降和/或另一電特性方面有區(qū)別，并且因此在轉(zhuǎn)換時(shí)、尤其是在電路裝置中的否則不改變的運(yùn)行條件下確保在所分配的負(fù)載接頭上的兩個(gè)不同的電位水平。替代地可以規(guī)定，確保所期望的電位變化的電氣或電子器件被布置在電流路徑中并且可以借助可切換的電流路徑段被暫時(shí)跨接。有利的是，將電壓級(jí)元件構(gòu)造為二極管和可由診斷設(shè)備操控的開關(guān)裝置的并聯(lián)電路。因此可以達(dá)到在負(fù)載接頭上的電位水平的特別精細(xì)的改變。二極管永久地接入到電 流路徑中并且至少在寬的間隔內(nèi)對(duì)于在電流路徑中流動(dòng)的電流提供與電流無關(guān)的電壓降。該電壓降將施加在電源接頭上的和向負(fù)載接頭提供的電位降低了一個(gè)可精細(xì)地預(yù)先給定的值。因此在開關(guān)裝置未跨接二極管的第一運(yùn)行情況下，在所分配的負(fù)載接頭上提供降低了二極管中的電壓降、尤其是降低了齊納電壓的電位。與此相反地，在開關(guān)裝置跨接二極管的第二運(yùn)行情況下，在所分配的負(fù)載接頭上提供不改變的電位。只要電流路徑中的至少兩個(gè)裝備了這樣的電壓級(jí)元件，在相應(yīng)的開關(guān)裝置反同步地操作時(shí)就達(dá)到了所期望的電位移動(dòng)，使得始終用接入的二極管運(yùn)行一個(gè)電流路徑并且用跨接的二極管運(yùn)行另一個(gè)電流路徑。在接入到電流路徑中的電壓級(jí)元件的優(yōu)選相同的擴(kuò)展方案中，在維持電位差時(shí)可以確保所期望的電位移動(dòng)。為此合宜的是，將設(shè)斷設(shè)備構(gòu)造為執(zhí)行檢查間隔以交替地激活裝備了電壓級(jí)元件的電流路徑中的開關(guān)設(shè)備，以便在負(fù)載接頭之間的電位差恒定時(shí)在負(fù)載接頭上提供可預(yù)先給定的電位水平。相應(yīng)電壓級(jí)元件的可交替的轉(zhuǎn)換可以被設(shè)置為使得同步或同時(shí)操控所分配的開關(guān)裝置。在本發(fā)明的一種改進(jìn)方案中可以規(guī)定，分別首先操控那個(gè)分配給電位下降在其中起作用的電流路徑的開關(guān)裝置，以便由此通過容忍電位差的短時(shí)放大來確保在負(fù)載接頭上不會(huì)例如由于開關(guān)裝置的不同的反應(yīng)時(shí)間而導(dǎo)致電位差的下降。優(yōu)選規(guī)定了，診斷設(shè)備被構(gòu)造用于在交替地激活開關(guān)裝置時(shí)調(diào)節(jié)的電特征值之間的求差，以便實(shí)現(xiàn)電路裝置的功能狀態(tài)的評(píng)價(jià)。電路裝置的診斷基于以下的思考，即尤其是當(dāng)在電路裝置本身中出現(xiàn)了例如應(yīng)歸因于寄生電容的損耗時(shí)，在電路裝置中占優(yōu)勢(shì)的電特性在恒定的電位差時(shí)在負(fù)載接頭上的電位水平改變時(shí)發(fā)生變化。只要這些損耗超出了可預(yù)先給定的閾值，就必須從電路裝置的失靈出發(fā)，該失靈可以由診斷設(shè)備查明，并且導(dǎo)致報(bào)警信號(hào)的觸發(fā)，該報(bào)警信號(hào)例如引起有針對(duì)性地?cái)嚅_連接到電路裝置上的負(fù)載。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中規(guī)定，在兩個(gè)電流路徑中分別布置了一個(gè)開關(guān)，設(shè)置附加的電壓源，該附加的電壓源的電位可借助另外的開關(guān)被施加在負(fù)載接頭之一上，診斷設(shè)備被構(gòu)造用于斷開電流路徑中的兩個(gè)開關(guān)和在檢查間隔期間閉合另外的開關(guān)，并且診斷設(shè)備包括信號(hào)裝置，該信號(hào)裝置用于在識(shí)別出高于預(yù)先給定或可預(yù)先給定電流的電流通過另外的開關(guān)時(shí)生成故障信號(hào)。通過斷開電流路徑中的兩個(gè)開關(guān)和閉合另外的開關(guān)，借助附加的電壓源來負(fù)責(zé)短時(shí)對(duì)稱地相對(duì)于圍繞該電壓源的電位來提高或降低在負(fù)載接頭上的和因此負(fù)荷電路的電位。如果電氣橫向短接處于負(fù)荷回路的兩個(gè)線路之一和環(huán)境的首先相同或類似的電位之間，則電位提高或電位下降導(dǎo)致通過橫向短接的電流。于是可以以簡(jiǎn)單的方式檢測(cè)該電流。如果電容平行于可能的不期望的橫向短接，則電位改變同樣導(dǎo)致由于再充電引起的暫時(shí)電流，從而本發(fā)明裝置也對(duì)于該情況形成一種有利的解決方案。為了不讓這流入測(cè)量結(jié)果，可以非常低歐姆地實(shí)施電位改變，使得在檢查間隔末尾對(duì)于地電位的可能電容再充電，并且(只要存在著橫向短接)僅僅出現(xiàn)靜態(tài)電流。通過本發(fā)明裝置，可以實(shí)現(xiàn)和/或達(dá)到與現(xiàn)有技術(shù)相比較尤其是顯著較短的檢查間隔或檢查脈沖，使得所連接的負(fù)荷不經(jīng)歷電源電壓的變化，這導(dǎo)致了所連接的負(fù)荷或所連接的負(fù)載在其功能上不受損害。在該實(shí)施方式的一種改進(jìn)方案中規(guī)定，與診斷設(shè)備相連接的電流采集裝置布置在另外的開關(guān)的電路中。電流采集裝置用來采集橫向電流，這些橫向電流在有故障的電路裝置中由于在負(fù)載接頭上的電位差恒定時(shí)的電位水平的根據(jù)本發(fā)明的移動(dòng)而可能出現(xiàn)。
在本發(fā)明的該實(shí)施方式的另外的擴(kuò)展方案中，電流采集裝置具有在另外的開關(guān)的電路中的電流測(cè)量電阻。在該實(shí)施方式中，兩個(gè)負(fù)載接頭優(yōu)選經(jīng)過電容器互相連接。電容器在檢查間隔期間緩沖了用于負(fù)載的電源電壓并且在檢查間隔之外被施加了與負(fù)載相同的電位差，并且因此為了下一個(gè)檢查間隔被充電。在該實(shí)施方式的一種改進(jìn)方案中規(guī)定，診斷設(shè)備與外部的監(jiān)控或控制設(shè)備經(jīng)過總線系統(tǒng)或無線地相連接。有利的是，診斷設(shè)備包括用于在識(shí)別出故障或超出極限值時(shí)斷開兩個(gè)電流路徑的斷開裝置。因此，只要在電路裝置中從橫向電流方面檢測(cè)到失靈，就可將與電路裝置相連接的負(fù)載可靠地引入無電流和/或無電壓的狀態(tài)下。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，也通過用于運(yùn)行給負(fù)載供應(yīng)電能的電路裝置的方法來解決所述任務(wù)，其中電路裝置包括用于確定電路裝置的功能狀態(tài)的診斷設(shè)備，所述方法具有以下步驟提供在電路裝置的分配給負(fù)載的負(fù)載接頭上的可預(yù)先給定的電位差，借助診斷設(shè)備確定電路裝置的電特征值的第一數(shù)值，在維持電位差時(shí)同步移動(dòng)在負(fù)載接頭上的電位，使得確保負(fù)載的無中斷和恒定的供電，確定電路裝置的電特征值的第二數(shù)值，并且借助診斷設(shè)備計(jì)算出在第一和第二數(shù)值之間的差值作為失靈的指示器，將所計(jì)算的差值與可預(yù)先給定的閾值進(jìn)行比較，在由所計(jì)算的差值超出能預(yù)先給定的閾值時(shí)提供故障報(bào)告。在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中——其中在電路裝置中設(shè)置可切換的電壓源以便確定可能的橫向短接，可以舍棄確定電特征值的第一數(shù)值，因?yàn)樵谠撾娐费b置的第一運(yùn)行狀態(tài)下不發(fā)生經(jīng)過電流采集設(shè)備的電流，從而電特征值的數(shù)值為零。如果在本發(fā)明的該實(shí)施方式中在第一運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)生對(duì)電特征值的確定，則可將這利用于檢驗(yàn)分配給電壓源的開關(guān)的功能。在本發(fā)明的在兩個(gè)電流路徑中分別布置了電壓級(jí)元件的第二實(shí)施方式中，分別對(duì)于不確定的電位水平進(jìn)行兩個(gè)電特征值的確定，其中這對(duì)于測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性是不重要的，因?yàn)橹挥袃蓚€(gè)所確定的特征值之間的差值是決定性的。


在附圖中示出和在以下的說明書中詳細(xì)闡述本發(fā)明的有利實(shí)施例。圖I示出本發(fā)明第一實(shí)施例的電路圖，
圖2示出本發(fā)明第二實(shí)施例的輕微修改的電路圖，和 圖3示出本發(fā)明第三實(shí)施例的另外的電路圖。
具體實(shí)施例方式在圖I中所示出的第一實(shí)施例中，用于電氣電路監(jiān)控或用于安全斷開的裝置10在有故障的橫向短接時(shí)經(jīng)過兩個(gè)電源電壓接頭11，12在電壓源13側(cè)供應(yīng)電源電壓。電源電壓接頭11，12經(jīng)過兩個(gè)電流路徑14，15與負(fù)載(在實(shí)施例中為負(fù)載18)可連接在其上的兩個(gè)負(fù)載接頭16，17相連接。為了中斷電流路徑14，15，這些電流路徑分別具有電氣開關(guān)19，20，其中這些開關(guān)19，20可由電子控制設(shè)備21來控制。該電子控制設(shè)備21可以是微控制器，或控制設(shè)備21包含一個(gè)或多個(gè)微控制器。電氣開關(guān)19, 20可以構(gòu)成為半導(dǎo)體開關(guān)或構(gòu) 成為繼電器。附加的電壓源22與電流測(cè)量電阻23和另外的電氣開關(guān)24 —起形成了跨接電氣開關(guān)20、也就是連接在負(fù)的電源電壓接頭12和負(fù)的負(fù)載接頭17之間的串聯(lián)電路。該另外的電氣開關(guān)24同樣由電子控制設(shè)備21來控制或開關(guān)，并可以同樣構(gòu)成為半導(dǎo)體開關(guān)或繼電器。與電流測(cè)量電阻23 —起形成電流采集設(shè)備25的測(cè)量放大器26在輸出側(cè)與電子控制設(shè)備21的具有A/D轉(zhuǎn)換器27的測(cè)量輸入端相連接。該A/D轉(zhuǎn)換器27當(dāng)然也可以構(gòu)成為單獨(dú)的結(jié)構(gòu)單元。電子控制設(shè)備21可以經(jīng)過其上連接有總線系統(tǒng)29的總線接口 28與外部的監(jiān)控或控制設(shè)備30進(jìn)行通信，尤其是輸出故障報(bào)告或狀態(tài)報(bào)告和/或接收外部的控制信號(hào)、參數(shù)化信號(hào)或編程信號(hào)。原則上也可以無線地——例如經(jīng)過無線電、藍(lán)牙或光學(xué)、磁性、感應(yīng)等等——進(jìn)行這種通信。兩個(gè)負(fù)載接頭16，17經(jīng)過用作為緩沖電容器的電容器33互相連接。作為實(shí)施例來說明的裝置用來檢測(cè)跨接開關(guān)19和/或開關(guān)20的可能的有故障的短接或橫向短接31，32。這些橫向短接31，32象征性地分別由與電阻并聯(lián)的電容器來象征性地表示。電子控制設(shè)備21為了檢測(cè)而以規(guī)則的或不規(guī)則的時(shí)間間隔生成很短的檢查信號(hào)，通過這些檢查信號(hào)在相應(yīng)短的檢查間隔期間斷開兩個(gè)開關(guān)19，20和閉合開關(guān)24。因此將附加電壓源22的電位經(jīng)過電流測(cè)量電阻23施加到負(fù)載接頭17上。負(fù)載18的總電位因此改變了附加電壓源22的電壓的數(shù)值。如果現(xiàn)在存在跨接開關(guān)20的歐姆橫向短接32或跨接開關(guān)19的歐姆橫向短接31，則這導(dǎo)致經(jīng)過電流測(cè)量電阻23的靜態(tài)電流，該電流通過測(cè)量放大器26放大地經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器27被通知給控制設(shè)備21?？赡艽嬖诘碾娙?、也就是橫向短接電容在開關(guān)瞬間同樣導(dǎo)致再充電電流，然而這些再充電電流在電流測(cè)量電阻23和電壓源22的相應(yīng)低歐姆的設(shè)計(jì)時(shí)在檢查間隔結(jié)束之前就衰減了。在本實(shí)施例中，檢查間隔或檢查信號(hào)可以顯著低于100毫秒，這尤其是在電容器33的相應(yīng)設(shè)計(jì)時(shí)導(dǎo)致在負(fù)載18上不出現(xiàn)值得一提的電壓擾動(dòng)。沒有電容器33，相應(yīng)的設(shè)計(jì)也是可能的。通過電流測(cè)量電阻23的電流在檢查間隔期間一次或多次地被測(cè)量并且表現(xiàn)為經(jīng)過控制設(shè)備21中的A/D轉(zhuǎn)換器27的數(shù)字信號(hào)。該控制設(shè)備21根據(jù)所采集的電流值或所采集的信號(hào)特性做出是否存在著短接或橫向短接的判斷。于是從最大允許的極限值開始檢測(cè)到有故障的橫向短接，隨即控制設(shè)備21重新斷開兩個(gè)開關(guān)19，20，直至排除了故障為止。由此可靠地?cái)嚅_了負(fù)載18。附加地可以存儲(chǔ)和/或經(jīng)過外部監(jiān)控或控制設(shè)備30的檢查系統(tǒng)29通知相應(yīng)的故障信號(hào)。如果沒有識(shí)別到有故障的橫向短接，則在檢查間隔的末尾，重新閉合開關(guān)19，20和斷開開關(guān)24。在檢查間隔期間電位的根據(jù)本發(fā)明的提高或下降可靠地導(dǎo)致通過電流測(cè)量電阻23的電流，即使當(dāng)不期望的橫向短接導(dǎo)致同樣高的電位時(shí)也是如此。電位提高經(jīng)過其電流在短的檢查間隔期間被觀察到的唯一路徑來進(jìn)行。圖2中所示出的第二實(shí)施例在構(gòu)造上和在功能上基本上對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例，從而相同的和作用相同的構(gòu)件或組件配備了同樣的附圖標(biāo)記，并不再加以說明。與第一實(shí)施例的唯一區(qū)別在于，附加電壓源22與電流測(cè)量電阻23和另外的開關(guān)24的串聯(lián)電路不再跨接開關(guān)20，而是連接在負(fù)的電源電壓接頭11和正的負(fù)載接頭12之間。作用方式保持相同。在圖3中所示出的第三實(shí)施例在功能上可與在圖I和2中所示出的實(shí)施例進(jìn)行互 換，并且同樣具有用于與電壓源13相連接的兩個(gè)電源電壓接頭11，12和與負(fù)載18相連接的兩個(gè)負(fù)載接頭16，17。圖3中所示出的電路裝置40的若干另外的組成部分具有與根據(jù)圖I和2的實(shí)施例類似的或同樣的構(gòu)造，但是由于可理解性的原因配備了不同的附圖標(biāo)記。電路裝置40包括其上連接有電流采集裝置42的控制設(shè)備41。電流采集裝置42包括優(yōu)選的測(cè)量電阻43，該測(cè)量電阻43接入到在電源接頭12和負(fù)載接頭17之間構(gòu)造的電流路徑44中。給測(cè)量電阻43分配測(cè)量放大器45，該測(cè)量放大器45被構(gòu)造用于確定在測(cè)量電阻43上的電壓降，并且該測(cè)量放大器45同樣屬于電流采集裝置42。借助由測(cè)量放大器45所確定的電壓降，可以推斷出通過優(yōu)選低歐姆地和因此損耗少地構(gòu)造的測(cè)量電阻43的電流。測(cè)量放大器45與示例性地布置在控制設(shè)備41中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器46相耦合，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器46對(duì)所確定電壓值的由測(cè)量放大器45提供的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。在控制設(shè)備41中，以下面詳細(xì)說明的方式進(jìn)一步處理數(shù)字化的測(cè)量信號(hào)?？刂圃O(shè)備41經(jīng)過控制線路47至50與示例性地成對(duì)接入到電流路徑44和55中的開關(guān)裝置51至54相連接。開關(guān)裝置51至54例如可構(gòu)造為繼電器或構(gòu)造為電子(半導(dǎo)體)開關(guān)，并且通過由控制設(shè)備41經(jīng)過控制線路47至50提供相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)在釋放位置與阻斷位置之間轉(zhuǎn)換。開關(guān)裝置51和52分別被構(gòu)造用于跨接在相應(yīng)的電流路徑44，55中在阻斷方向上接入的二極管56，57。由開關(guān)裝置51和二極管56或開關(guān)裝置52和二極管57所組成的相應(yīng)的組合分別形成電壓級(jí)元件58，59，該電壓級(jí)元件58，59被構(gòu)造用于在相應(yīng)電流路徑44，55中的可切換的和至少基本上與電路裝置40的運(yùn)行狀態(tài)(尤其是在電路裝置40中的電流方面)無關(guān)的電位改變。電壓級(jí)元件58，59由控制設(shè)備41優(yōu)選反同步地操控，使得兩個(gè)二極管56，57中的每一個(gè)由所分配的開關(guān)裝置51或52電跨接。正如也在根據(jù)圖I和2的實(shí)施例中那樣，開關(guān)裝置53，54被設(shè)置用于將負(fù)載18與電源接頭11，12上的電源電壓分離。以與根據(jù)圖I和2的實(shí)施例相同的方式，尤其是包括控制設(shè)備41、電流采集設(shè)備42以及電壓級(jí)元件58，59的診斷設(shè)備用來檢測(cè)在電路裝置40中的不期望的橫向短接61，62。在圖3中所示出的實(shí)施例中，對(duì)于電路裝置40中的橫向短接的檢測(cè)設(shè)置以下的方式。經(jīng)過電路裝置40給負(fù)載18供應(yīng)由電壓源13所提供的電能。為了始終確保在兩個(gè)負(fù)載接頭16，17之間的恒定的電位差，由控制設(shè)備41分別反同步地操控兩個(gè)電壓級(jí)元件58，59。在此示例性地設(shè)置，兩個(gè)開關(guān)裝置51，52中的其中一個(gè)處于閉合位置中，在該閉合位置中分別分配的二極管56，57被跨接，而開關(guān)設(shè)備51，52中的其中另一個(gè)處于斷開位置中。因此在兩個(gè)電流路徑44，45中的其中一個(gè)中發(fā)生通過二極管56，57的電流，而在其中另一個(gè)電流路徑中發(fā)生在二極管56，57旁通過閉合的開關(guān)裝置51，52的電流。因此在電流流過二極管56，57的那個(gè)電流路徑44，55中發(fā)生了電位降低了在相應(yīng)二極管56，57的P-N結(jié)上的損耗電壓，而在其中另一個(gè)電流路徑44，55中由于所分配的開關(guān)裝置51，52的微小電阻而不存在和僅存在微小的和因此不顯著的電位變化。因此在電路裝置40的第一運(yùn)行狀態(tài)下得出電流路徑55中和因此負(fù)載接頭17上的電位下降，其中在所述第一運(yùn)行狀態(tài)下示例性地二極管56由于開關(guān)裝置51閉合而被跨接，而二極管57在其導(dǎo)通方向上由電流流過。在本發(fā)明的沒有示出的實(shí)施形式中，在電流路徑中分別在阻斷方向上布置有二極管，使得代替在P-N結(jié)上的損耗電壓，二極管的齊納電壓分別導(dǎo)致電位的降低。 在兩個(gè)開關(guān)裝置51和52的優(yōu)選同時(shí)進(jìn)行的反同步的操控之后，在第二運(yùn)行狀態(tài)下得出在負(fù)載接頭16上的電位下降，因?yàn)樵谠撨\(yùn)行狀態(tài)下，二極管57由于開關(guān)設(shè)備52閉合而被跨接，而二極管56與其阻斷方向相反地由電流流過。由于在兩個(gè)運(yùn)行狀態(tài)下具有相同電位差的兩個(gè)負(fù)載接頭16和17上的電位水平的移動(dòng)，只要存在著寄生電容或其他橫向短接61，62，就在電路裝置40中出現(xiàn)不同的電流值。可以由電流采集設(shè)備42確定和在控制設(shè)備41中處理這些不同的電流值。在該處理時(shí)，優(yōu)選進(jìn)行在第一運(yùn)行狀態(tài)下所確定的第一電流值和在第二運(yùn)行狀態(tài)下所確定的第二電流值之間的求差，其中將兩個(gè)電流值的差值用作為可能存在的橫向短接的度量。根據(jù)可預(yù)先給定的極限值，只要兩個(gè)電流值的所確定的差值超出了該極限值，控制設(shè)備41就可以輸出報(bào)警信號(hào)。該報(bào)警信號(hào)例如可以轉(zhuǎn)發(fā)給控制設(shè)備30，以便該控制設(shè)備30經(jīng)過沒有詳細(xì)示出的總線系統(tǒng)進(jìn)行與沒有示出的機(jī)器控制裝置的通信。補(bǔ)充地或替代地，在超出極限值時(shí)，可以通過由控制設(shè)備41促使兩個(gè)開關(guān)裝置53，54斷開來設(shè)置負(fù)載18在負(fù)載接頭16，17上與電源分離。除了檢測(cè)橫向短接61，62，也可以以檢驗(yàn)兩個(gè)開關(guān)53和54的功能的方式來運(yùn)行電路裝置40。為此短時(shí)地、尤其是在毫秒范圍內(nèi)斷開兩個(gè)開關(guān)53或54中的其中一個(gè)，以便由此借助經(jīng)過電流采集設(shè)備42的在此情況下調(diào)節(jié)的電流來檢查，是否盡管至少理論上中斷了通向負(fù)載18的連接還有電流流動(dòng)。只要是這種情況，則可以至少得出以下結(jié)論，即所斷開的開關(guān)53或54可能具有失靈并且有可能沒有完全斷開。在實(shí)施例中所說明的裝置10，40合宜地構(gòu)成為緊湊的電氣設(shè)備，該電氣設(shè)備連接在電源電壓接頭11，12和負(fù)載接頭16，17之間或連接在電壓源13和至少一個(gè)負(fù)載18之間。該設(shè)備可以安置在小的緊湊的殼體中。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)包含至少一個(gè)電負(fù)載(18)的負(fù)載電路進(jìn)行電氣電路監(jiān)控的裝置，其中兩個(gè)電源電壓接頭(11，12 )經(jīng)過各具有一個(gè)開關(guān)(19，20 )的電流路徑(14，15 )與其上連接或能連接至少一個(gè)負(fù)載(18)的兩個(gè)負(fù)載接頭(16，17)相連接，所述裝置具有其電位能借助另外的開關(guān)(24)施加在負(fù)載接頭(16，17)之一上的附加電源(22)，具有用于斷開電流路徑(14，15)中的兩個(gè)開關(guān)(19，20)和在檢查間隔期間閉合另外的開關(guān)(24)的控制設(shè)備(21)，并且具有信號(hào)裝置，該信號(hào)裝置用于在識(shí)別出高于預(yù)先給定或能預(yù)先給定電流的電流通過另外的開關(guān)(24)時(shí)生成故障信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求I的裝置，其特征在于，控制設(shè)備(21)和/或信號(hào)裝置具有至少一個(gè)微控制器或被構(gòu)造為微控制器。
3.按照權(quán)利要求I或2的裝置，其特征在于，與分析設(shè)備相連接的電流采集裝置(25)布置在另外的開關(guān)(24)的電路中。
4.按照權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，電流采集裝置(25)具有在另外的電氣開關(guān)(24)的電路中的電流測(cè)量電阻(23)。
5.按照以上權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，所述分析設(shè)備與控制裝置(21)和/或信號(hào)裝置相連接或集成在所述控制裝置(21)和/或信號(hào)裝置中。
6.按照以上權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，兩個(gè)負(fù)載接頭(16，17)經(jīng)過電容器(33)互相連接。
7.按照以上權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，檢查間隔具有不損害或僅不顯著地?fù)p害負(fù)載(18)的運(yùn)行的短的持續(xù)時(shí)間。
8.按照以上權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，控制裝置(21)和/或信號(hào)裝置與外部的監(jiān)控或控制設(shè)備(30)經(jīng)過總線系統(tǒng)(29)或無線地相連接。
9.按照以上權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，控制裝置(21)具有用于在識(shí)別出故障或超出極限值時(shí)斷開電流路徑(14，15)中的兩個(gè)開關(guān)(19，20)的斷開裝置。
10.按照以上權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，所述裝置被構(gòu)造為連接在電源電壓(13)和至少一個(gè)負(fù)載(18)之間的電氣設(shè)備。
11.用于給負(fù)載(18)供應(yīng)電能的電路裝置，具有至少兩個(gè)電流路徑(14，15;44，55)，所述電流路徑(14，15 ;44，55)分別在所分配的用于將電能饋送到電路裝置(10 ;40)中的電源接頭(11，12 )與用于向負(fù)載(18 )提供電能的負(fù)載接頭(16，17 )之間延伸，其中給電流路徑(14，15 ;44，55)分配診斷設(shè)備(21，22，25 ;41，42，58，59)，所述診斷設(shè)備(21，22，25 ;41，42，58，59)被構(gòu)造用于確定和處理至少一個(gè)電特征值，以便確定電路裝置(10 ；40)的失靈，其特征在于，所述診斷設(shè)備(21，22，25 ;41，42，58，59)包括調(diào)節(jié)裝置(19，20，22，24 ;58，59)，所述調(diào)節(jié)裝置(19，20，22，24 ;58，59)被構(gòu)造用于可變化地調(diào)節(jié)在所分配的負(fù)載接頭(16，17)上的電位水平和用于提供在負(fù)載接頭(16，17)之間的能預(yù)先給定的電位差。
12.按照權(quán)利要求11的電路裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)裝置(19，20，22，24，33;58，59)被構(gòu)造用于替代地調(diào)節(jié)在分別分配的負(fù)載接頭(16，17)上的兩個(gè)、尤其是恰好兩個(gè)不同的電位水平。
13.按照權(quán)利要求11或12的電路裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)裝置(19，20，22，24，33;58，59)被構(gòu)造為使得在負(fù)載接頭(16，17)上提供負(fù)載接頭(16，17)之間的與可變化的電位水平無關(guān)的、尤其是恒定的電位差。
14.按照權(quán)利要求11，12或13的電路裝置，其特征在于，診斷設(shè)備(21，22，25;41，42，58，59)被構(gòu)造為使得在對(duì)電路設(shè)備(10 ;40)進(jìn)行檢驗(yàn)的檢查間隔期間，確保負(fù)載(18)的無中斷的和/或電壓恒定的電能供應(yīng)。
15.按照權(quán)利要求11至14之一的電路裝置，其特征在于，在至少一個(gè)在電源接頭(11，12)和負(fù)載接頭(16，17)之間延伸的電流路徑(14，15 ;44，55)中，接入能由診斷設(shè)備(21，22，25 ;41，42，58，59)開關(guān)的電壓級(jí)元件(22，24 ;58，59)作為調(diào)節(jié)裝置，該電壓級(jí)元件(22，24 ;58，59)被構(gòu)造用于在電路裝置(10 ;40)的能預(yù)先給定的運(yùn)行狀態(tài)下的在負(fù)載接頭(16，17)上所定義的電位移動(dòng)。
16.按照權(quán)利要求15的電路裝置，其特征在于，電壓級(jí)元件(22，24;58，59)被構(gòu)造為二極管(56，57)和能由診斷設(shè)備(41，42，58，59)操控的開關(guān)裝置(53，54)的并聯(lián)電路。
17.按照權(quán)利要求16的電路裝置，其特征在于，診斷設(shè)備(41，42，58，59)被構(gòu)造用于實(shí)施檢查間隔以交替地激活裝備有電壓級(jí)元件(58，59)的電流路徑(44，55)中的開關(guān)裝置(51，52)，以便在負(fù)載接頭(16，17)之間的電位差恒定時(shí)提供能在負(fù)載接頭(16，17)上預(yù)先給定的電位水平。
18.按照權(quán)利要求11至17之一的電路裝置，其特征在于，診斷設(shè)備(41，42，58，59)被構(gòu)造用于在交替地激活開關(guān)裝置(51，52)時(shí)調(diào)節(jié)的電特征值之間求差，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)電路裝置(40)的功能狀態(tài)的評(píng)價(jià)。
19.按照權(quán)利要求11，12或13的電路裝置，其特征在于，在兩個(gè)電流路徑(14，15)中分別布置開關(guān)(19，20)，設(shè)置其電位能借助另外的開關(guān)(24)施加在負(fù)載接頭(16，17)之一上的附加電壓源(22)，診斷設(shè)備(21，22，25)被構(gòu)造用于斷開電流路徑(14，15)中的兩個(gè)開關(guān)(19，20)和在檢查間隔期間閉合另外的開關(guān)(24)，并且診斷設(shè)備(21，22，25)包括信號(hào)裝置，該信號(hào)裝置用于在識(shí)別出高于預(yù)先給定或能預(yù)先給定電流的電流通過另外的開關(guān)(24)時(shí)生成故障信號(hào)。
20.按照權(quán)利要求19的裝置，其特征在于，與診斷設(shè)備(21，22，25)相連接的電流采集裝置(25)布置在另外的開關(guān)(24)的電路中。
21.按照權(quán)利要求20的裝置，其特征在于，電流采集裝置(25)具有在另外的開關(guān)(24)的電路中的電流測(cè)量電阻(23 )。
22.按照權(quán)利要求19至21之一的裝置，其特征在于，兩個(gè)負(fù)載接頭(16，17)經(jīng)過電容器(33)互相連接。
23.按照權(quán)利要求11至17之一的裝置，其特征在于，診斷設(shè)備(21，22，25;41，42，58，59)與外部的監(jiān)控或控制設(shè)備(30)經(jīng)過總線系統(tǒng)(29)或無線地相連接。
24.按照權(quán)利要求11至23之一的裝置，其特征在于，診斷設(shè)備(21，22，25;41，42，58，59)包括用于在識(shí)別出故障或超出極限值時(shí)斷開兩個(gè)電流路徑(14，15 ;44，55)的斷開裝置(19,20 ;53，54)。
25.用于運(yùn)行給負(fù)載(18)供應(yīng)電能的電路裝置(10;40)的方法，其中電路裝置(10 ；40)包括用于確定電路裝置(10 ；40)的功能狀態(tài)的診斷設(shè)備(21，22，25 ;41，42，58，59)，所述方法具有以下步驟提供在電路裝置(10 ;40)的分配給負(fù)載(18)的負(fù)載接頭(16，17)上的能預(yù)先給定的電位差，借助診斷設(shè)備(21，22，25 ;41，42，58，59)確定電路裝置(10 ;40)的電特征值的第一數(shù)值，在維持電位差時(shí)同步移動(dòng)在負(fù)載接頭(16，17)上的電位，使得確保負(fù)載(18)的無中斷和恒定的供電，確定電路裝置(10 ；40)的電特征值的第二數(shù)值，并且借助診斷設(shè)備(21，22，25 ;41，42，58，59)計(jì)算出在第一和第二數(shù)值之間的差值作為失靈的指示 器，將所計(jì)算的差值與能預(yù)先給定的閾值進(jìn)行比較，在由所計(jì)算的差值超出能預(yù)先給定的閾值時(shí)提供故障報(bào)告。
全文摘要
提出一種用于對(duì)包含至少一個(gè)電負(fù)載(18)的負(fù)載電路進(jìn)行電氣電路監(jiān)控的裝置，其中兩個(gè)電源電壓接頭(11，12)經(jīng)過各具有一個(gè)開關(guān)(19，20)的電流路徑與兩個(gè)負(fù)載接頭(16，17)相連接。附加電壓源(22)的電位借助另外的開關(guān)(24)被施加在負(fù)載接頭(16，17)之一上?？刂蒲b置用來斷開電流路徑(14，15)中的兩個(gè)開關(guān)(19，20)和用來在檢查間隔期間閉合另外的開關(guān)(24)。信號(hào)裝置用來在識(shí)別出高于預(yù)先給定或能預(yù)先給定電流的電流通過另外的開關(guān)(24)時(shí)生成故障信號(hào)。本發(fā)明還涉及一種用于為負(fù)載供電的電路裝置和一種用于運(yùn)行電路裝置的方法。
文檔編號(hào)H01H47/00GK102822930SQ201180018756
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者M.格爾克, W.羅貝爾 申請(qǐng)人:費(fèi)斯托股份有限兩合公司