Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Art und eines Werts einer Eingangsspannung und zugehöriges Verfahren

Technisches Gebiet

Die gegenständliche Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Elektrotechnik, insbesondere den Bereich der Leistungs elektronik sowie leistungselektronischer Schaltungen. Im Spe ziellen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Schaltungsanordnung, von welcher eine Eingangsspannung einer Stromversorgung bzw. eines Schaltnetzteils analysiert wird - d.h. es werden ein Spannungswert, insbesondere ein Mittel wert, der Eingangsspannung der Stromversorgung und eine je weilige Spannungsart der Eingangsspannung ermittelt. Weiter hin betrifft die gegenständliche Erfindung ein zugehöriges Verfahren zum Ermitteln einer Spannungsart der Eingangsspan nung der Stromversorgung.

Stand der Technik

In der Fertigungs- und Automatisierungstechnik werden in gro ßem Umfang Stromversorgungen bzw. Schaltnetzteile für eine Versorgung von Verbrauchern wie z.B. elektronische Steuerun gen, Pumpen, Ventilen, Sensoren, etc. eingesetzt. Diese Ver braucher werden von der Stromversorgung bzw. dem Schaltnetz teil mit einer geeigneten, oft vordefinierten Spannung ver sorgt. Typischerweise wird dazu ein eingangsseitig hohes Spannungsniveau, wie z.B. eine 230V-Wechselspannung oder eine 12OV-Wechselspannung, auf ein für die Verbraucher vordefi niertes, niedrigeres und üblicherweise konstantes Spannungs niveau (z.B. 24V Gleichspannung als Nennausgangsspannung und 28V Gleichspannung als maximale Ausgangsspannung) auf einer Ausgangsseite der Stromversorgung umgesetzt.

Die Stromversorgung bzw. das Schaltnetzteil wird üblicher weise mit einer Netzspannung als Eingangsspannung aus einem einphasigen oder dreiphasigen Versorgungsnetz, insbesondere einem Drehstromnetz, versorgt. Eine einphasige Stromversor gung kann z.B. mit einer Wechselspannung (z.B. 230V- Wechselspannung) als Eingangsspannung gespeist werden, welche üblicherweise als Differenz zwischen einem so genannten Au ßenleiter und einem so genannten Neutralleiter des Versor gungsnetzes abfällt. Daher ist bei einer solchen Stromversor gung häufig eine Eingangsstufe - beispielsweise in Form einer Gleichrichtereinheit - vorgesehen, durch welche die Wechsel spannung aus dem Versorgungsnetz in eine Gleichspannung für die Stromversorgung umgewandelt wird. Von der Stromversorgung bzw. dem Schaltnetzteil wird die meist unstabilisierte Ein gangsspannung dann in eine konstante Ausgangsspannung bzw. in die vordefinierte Versorgungsspannung für die elektrischen Verbraucher umgesetzt, wobei eine Konstanz der Ausgangsspan nung und/oder eines Ausgangsstroms durch eine Regelung des Energieflusses erreicht wird.

Die Konstanz der Ausgangsspannung führt beispielsweise dazu, dass bei einer sinkenden Eingangsspannung ein Eingangsstrom der Stromversorgung zu steigen beginnt. Dies kann z.B. zur Erwärmung der Bauteile der Stromversorgung bzw. des Schaltnetzteils oder sogar zu einer Beschädigung führen. Da her wird üblicherweise aus Sicherheitsgründen die Eingangs spannung der Stromversorgung überwacht und gegebenenfalls der Ausgang der Stromversorgung abgeschaltet, wenn z.B. ein vor gegebener Wert von der Eingangsspannung unterschritten wird. Um ein Überhitzen bzw. eine Beschädigung der Stromversorgung, vor allem der einphasigen Stromversorgung, aufgrund einer eingangsseitigen Unterspannung bzw. einer Unterspannung aus dem Versorgungsnetz zu verhindern, ist eine laufende und mög lichst genaue Messung der Eingangsspannung der Stromversor gung z.B. mittels einer eigenen Messschaltung notwendig, von welcher z.B. ein primärseitiges Bezugspotential bzw. Massepo tential der Stromversorgung verwendet wird.

Die Messung der Eingangsspannung kann beispielsweise mittels einer Einweggleichrichtung der Eingangsspannung, bei welcher z.B. jeweils für den Außenleiter und den Neutralleiter der Versorgungsspannung eine Diode vorgesehen ist, und mittels eines ohmschen Spannungsteilers erfolgen. Diese Messvariante der Eingangsspannung weist allerdings den Nachteil auf, dass beispielsweise bei Leerlauf bzw. bei einer Teillast an der Ausgangsseite der Stromversorgung bzw. des Schaltnetzteil von den so genannten Y-Kondensatoren ein kapazitiver Spannungs teiler gebildet wird. Die so genannten Y-Kondensatoren dienen der Elektronmagnetischen Verträglichkeit (EMV), um ungewollte wechselseitige Beeinflussung anderer Geräte zu verhindern.

Sie sind zwischen Außenleiter bzw. Neutralleiter und Schutz leiter oder Protective Earth (PE) angebracht. Durch den von den Y-Kondensatoren gebildeten kapazitiven Spannungsteiler wird beispielsweise das primärseitige Bezugs- bzw. Massepo tential beeinflusst und die Messung der Eingangsspannung, insbesondere des Mittelwerts bzw. der Spannungshöhe, kann da mit sehr ungenau werden.

Weiterhin kann mit dieser Messvariante z.B. auch nicht die Spannungsart der Eingangsspannung festgestellt werden. Bei einer von einer Spannungsquelle oder einem Versorgungsnetz gelieferten elektrischen Spannung können als Spannungsart Gleichspannung und Wechselspannung unterschieden werden. Eine Gleichspannung ist eine elektrische Spannung, deren Augen blickswert sich über einen längeren Betrachtungszeitraum kaum bzw. gar nicht ändert. D.h. sie hat zu jedem Zeitpunkt das selbe Vorzeichen und (annähernd) denselben Betrag. Als Wech selspannung wird eine elektrische Spannung bezeichnet, deren Polarität in regelmäßiger Wiederholung wechselt, deren zeit licher Mittelwert üblicherweise aber null ist.

Eine weitere Variante die Eingangsspannung einer Stromversor gung bzw. eines Schaltnetzteils zu ermitteln, kann beispiels weise über einen Zweiweg-Gleichrichter bzw. Brückengleich richter, durch welchen die Eingangsspannung gleichgerichtet wird, und mit Hilfe eines Differenzverstärkers, welchem die gleichgerichtete Eingangsspannung zugeführt wird, erfolgen. Diese Messvariante weist allerdings den Nachteil auf, dass die Gleichrichtereinheit für die Messung der Eingangsspannung bei einer netzseitigen Überspannung - einem so genannten Sur- ge - die gleichen Überspannungswerte aushalten muss wie die eingangsseitige Gleichrichtereinheit der Stromversorgung.

Dies kann zu einer hohen Belastung für die Eingangsspannungs messung eingesetzten Bauteile (z.B. Dioden der Gleichrich tereinheit, etc.) führen bzw. diese Bauteile müssen entspre chend ausgelegt sein, um eventuell auftretende Überspannungen aushalten zu können. Eine derartige Dimensionierung kann z.B. zu relativ hohen Kosten und aufgrund der Anzahl und Größe der notwendigen Bauteile zu einem relativ großen Platzbedarf füh ren.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schal tungsanordnung sowie ein zugehöriges Verfahren anzugeben, mit welchen auf einfache und kostengünstige Weise eine Ermittlung einer Spannungsart einer Eingangsspannung sowie eine mög lichst genaue Bestimmung eines Spannungswerts einer Eingangs spannung einer Stromversorgung bzw. eines Schaltnetzteils er möglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung sowie durch ein zugehöriges Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Er findung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln einer Spannungsart und ei nes Spannungswerts, insbesondere Mittelwerts, einer Eingangs spannung. Diese Schaltungsanordnung ist derart angeordnet, dass die Eingangsspannung der Stromversorgung an einer Ein gangsseite der Schaltungsanordnung abfällt. Diese Schaltungs anordnung umfasst zumindest einen Differenzverstärker zum Um wandeln der Eingangsspannung in ein Nutzsignal, welches über eine erste Gleichrichtereinheit gleichgerichtet wird. Die erste Gleichrichtereinheit ist an einem Ausgang des Diffe- renzverstärkers angeordnet und es ist ihr eine erste Kompen sationsdiode derart zugeordnet, dass eine Flussspannung der ersten Gleichrichtereinheit kompensiert wird. Weiterhin um fasst die Schaltungsanordnung einen Inverter, welcher aus dem Nutzsignal ein invertiertes Nutzsignal erzeugt. Das inver tierte Nutzsignal wird mittels einer an einem Ausgang des In verters angeordneten, zweiten Gleichrichtereinheit gleichge richtet, wobei der zweiten Gleichrichtereinheit eine zweite Kompensationsdiode derart zugeordnet ist, dass eine Fluss spannung der zweiten Gleichrichtereinheit kompensiert wird. Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung einen Mischeinheit, von welcher aus dem gleichgerichteten Nutzsignal und dem gleichgerichteten, invertierten Nutzsignal ein erstes Aus gangssignal erzeugt wird. Weiterhin weist die Schaltungsan ordnung ausgangsseitig eine Filtereinheit, wie z.B. einen RC- Filter, auf, von welcher aus dem ersten Ausgangssignal der Schaltungsanordnung ein zweites Ausgangssignal (z.B. ein Mit telwert des gleichgerichteten Eingangsspannungssignals) er zeugt wird.

Der Hauptaspekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht darin, auf einfache und kostengünstige Weise eine ge naue Analyse einer Eingangsspannung einer Stromversorgung bzw. eines Schaltnetzteils zu ermöglichen. D.h. es werden Spannungsart (Wechsel- oder Gleichspannung) sowie ein Span nungswert, insbesondere ein Mittelwert, der Eingangsspannung möglichst genau ermittelt. Dabei wird ein erstes Ausgangssig nal erzeugt, auf dessen Basis eine Spannungsart der Eingangs spannung (z.B. Gleichspannung oder Wechselspannung) ermittelt werden kann. Aus dem ersten Ausgangssignal wird ein zweites Ausgangssignal abgeleitet, welches für eine genaue Messung eines Spannungswerts, wie z.B. dem Mittelwert, der Eingangs spannung herangezogen werden kann. Durch eine ausgangsseitige Anbringung der Gleichrichtereinheiten, welche z.B. als Gleichrichterdioden ausgestaltet sein können, können kosten günstigere Bauteile verwendet werden, da bei einem niedrige ren Spannungsniveau als auf der Eingangsseite der Schaltungs anordnung gemessen werden kann. Durch die den Gleichrich- tereinheiten zugeordneten Kompensationsdioden wird einen re lativ hohe Flussspannung der jeweiligen Gleichrichtereinheit bzw. der jeweiligen Gleichrichterdiode kompensiert. Dadurch können sehr genaue Messergebnisse - vor allem beim Ermitteln des Spannungswerts bzw. Mittelwerts der Eingangsspannung - erzielt werden.

Durch die ausgangsseitig angeordnete Filtereinheit der Schal tungsanordnung, wie z.B. einen RC-Filter, wird idealerweise aus dem ersten Ausgangssignal der Schaltungsanordnung ein zweites Ausgangssignal (z.B. ein Mittelwert des gleichgerich teten Eingangsspannungssignals) erzeugt. Auf diese Weise kann aus dem ersten Ausgangssignal die Spannungsart der Eingangs spannung und aus dem zweiten Ausgangssignal ein Messwert für den Spannungs- bzw. Mittelwert der Eingangsspannung ermittelt werden.

Dazu sind idealerweise für eine Auswertung das erste Aus gangssignal und des zweite Ausgangssignal über eine Datenver bindung (z.B. Process Field Network oder kurz Profinet, etc.) an eine Steuereinheit weiterleitbar. Diese Steuereinheit kann z.B. lokal oder zentral angeordnet und beispielsweise als Mikrokontroller ausgeführt sein.

Es ist weiterhin günstig, wenn der Differenzverstärker ein gangsseitig hochohmig ausgeführt ist. Dadurch kann auf einfa che Weise das relativ hohe Spannungsniveau der Eingangsspan nung (z.B. 84V bis 278V) beim erzeugten Nutzsignal auf ein wesentlich niedrigeres Spannungsniveau (z.B. 0,5V bis 12,5V) herabgesetzt werden. Dadurch können insbesondere für die Gleichrichtereinheiten kostengünstigere Bauteile, welche nicht für hohe Spannungen ausgelegt sind, eingesetzt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung sieht vor, dass die erste Gleichrichtereinheit und die zugeordnete erste Kompensationsdiode und dass die zweite Gleichrichtereinheit und die zugeordnete zweite Kom pensationsdiode als jeweils Doppeldioden ausgestaltet sind. Dabei sind die jeweilige Gleichrichtereinheit und die jewei lige Kompensationsdiode beispielsweise in einem Gehäuse ver baut und dadurch idealerweise thermisch gekoppelt. Durch die se thermische Kopplung können temperaturabhängige Flussspan nungen sehr einfach eliminiert werden und eine relativ genaue Auswertung bzw. Messung der Eingangsspannung erzielt werden.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Differenzverstärker und der Inverter derart ausgestaltet sind, dass eine interne Hilfsversorgung der Stromversorgung als Betriebsspannung für den Differenzverstärker und für den Inverter genutzt werden kann. Auf dieses Weise ist keine zu sätzliche Spannungsversorgung für die Versorgung des Diffe renzverstärker und des Inverters notwendig. Die Schaltungsan ordnung kann damit platz- und kostensparend ausgestaltet wer den. Dazu ist weiterhin einen Referenzspannung (z.B. von 5 Volt) vorgesehen, welche eingangsseitig vom Differenzverstär ker und vom Inverter als Bezugsspannung genutzt wird. Durch die Referenzspannung wird z.B. eine Ausgangsspannung des Dif ferenzverstärkers bzw. des Inverters durch den entsprechenden Wert der Referenzspannung verschoben. Dadurch kann für die Spannungsversorgung des Differenzverstärkers bzw. des Inver ters nur die vorhandene Spannungsquelle sowie ein Bezugs- bzw. Massepotential genutzt werden. Eine negative Spannungs quelle zur Versorgung des Differenzverstärkers bzw. des In verters kann eingespart werden.

Die Lösung der angeführten Aufgabe erfolgt weiterhin durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Spannungsart einer Ein gangsspannung einer Stromversorgung, für welches ein auf der Eingangsspannung der Stromversorgung basierendes erstes Aus gangssignal genutzt wird, welches mittels der erfindungsgemä ßen Schaltungsanordnung erfasst wird. Dazu wird nach dem Er fassen des ersten Ausgangssignal mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, nach erstmaligem Feststellen bzw. Durch laufen eines Scheitelwertes des ersten Ausgangssignals abge wartet, bis ein erster Schwellwert unterschritten wird. Da- nach werden folgende Schritte bis zum Erreichen einer vorge gebenen Anzahl an Wiederholungen durchlaufen:

- Abspeichern eines Zeitstempels und Starten einer vorgege benen Totzeit, wenn der erste Schwellwert vom ersten Aus gangssignal unterschritten wird;

- Prüfen, ob nach Ablauf der vorgegebenen Totzeit ein zwei ter Schwellwert vom ersten Ausgangssignal überschritten wird; und

- Abwarten bis das erste Ausgangssignal den ersten Schwell wert wieder unterschreitet, wenn bei Ablauf der Totzeit der zweite Schwellwert vom ersten Ausgangssignal über schritten wurde, wobei der zweite Schwellwert größer als der erste Schwellwert ist.

Nach Erreichen der vorgegebenen Anzahl an Wiederholungen wird aus den gespeicherten Zeitstempel eine Frequenz der Eingangs spannung und damit die Art der Eingangsspannung abgeleitet.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf einfache und robuste Weise ermittelt werden, welche Spannungsart die Eingangsspannung aufweist. Dazu wird beispielsweise aus zu mindest zwei gespeicherten Zeitstempeln eine Frequenz der Eingangsspannung abgeleitet. Kann beispielsweise eine Fre quenz in einem Bereich von 45 bis 65 Hertz festgestellt wer den, so wird dies z.B. als Versorgung mit einer Wechselspan nung bewertet. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ide alerweise die Spannungsart der Eingangsspannung selbst bei Störungen der Netz- bzw. Versorgungsspannung, wie z.B. beim Einschalten mit einem kleinen Trenntransformator, etc. er kannt werden.

Es ist weiterhin günstig, wenn das erfindungsgemäße Verfahren abgebrochen wird, wenn nach Ablauf der Totzeit der zweite Schwellwert innerhalb einer vorgebbaren ersten Zeitdauer nicht überschritten wird, oder wenn nach Ablauf einer zweiten vorgebbaren Zeitdauer der erste Schwellwert nicht unter schritten wird. Für die erste Zeitdauer und für die zweite Zeitdauer können z.B. gleiche Werte oder unterschiedliche Werte gewählt werden. Die Messung bzw. die zu wiederholenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können z.B. solange wiederholt werden, bis eine gültige Wechselspannungsversor gung (z.B. lOmal) detektiert wurde. Wird nach der Anzahl vor gegebenen Wiederholungen oder nach Ablauf der ersten bzw. zweiten Zeitdauer (z.B. 100ms) keine gültige Wechselspannung festgestellt, so wird davon ausgegangen, dass als Eingangs spannung einen Gleichspannung (z.B. von einer Batterie) als Versorgungsspannung der Stromversorgung verwendet wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen dabei:

Figur 1 schematisch und beispielhaft eine Stromversorgung mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Ermit teln einer Spannungsart sowie eines Spannungswerts einer EingangsSpannung

Figur 2 schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Figur 3 eine beispielhafte, detaillierte Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Figur 4 einen beispielhaften Verlauf eines von der erfin dungsgemäßen Schaltungsanordnung generierten, ersten Ausgangssignals mit entsprechender Ableitung der Span nungsart der Eingangsspannung

Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine einphasige Stromversorgung bzw. ein einphasiges Schaltnetzteil SV, wel che die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ME zum Ermitteln einer Spannungsart sowie eines Spannungswerts einer Eingangs spannung Ue der Stromversorgung SV bzw. des Schaltnetzteils SV umfasst. Die beispielshafte Stromversorgung SV wird von einem Versorgungsnetz mit der Eingangsspannung Ue versorgt, welche z.B. von einer Spannungsdifferenz zwischen einem Au ßenleiter L und dem Neutralleiter N des Versorgungsnetzes ge- bildet wird. D.h. es wird zur Spannungsversorgung der Strom versorgung SV nur ein Außenleiter L bzw. eine Phase L des Versorgungsnetzes genutzt.

Die Eingangsspannung Ue, welche beispielsweise eine 230V- Wechselspannung sein kann, wird über eine Gleichrichterein heit GL als Eingangsstufe der Stromversorgung SV in eine gleichgerichtete Zwischenkreisspannung U _Z K an einer Ausgangs seite der Gleichrichtereinheit GL bzw. an einer Eingangsseite eines Zwischenkreises ZK umgesetzt. Die Zwischenkreisspannung U _ZK ist dabei auf ein Bezugspotential M bzw. ein Massepoten tial M bezogen. Der Zwischenkreis ZK kann beispielsweise ei nen optionalen Zwischenkreiskondensator C _Z K umfassen. Weiter hin sind im Zwischenkreis ZK z.B. aus Gründen der elektromag netischen Verträglichkeit zumindest zwei Y-Kondensatoren Yl, Y2 angeschlossen. Über die Y-Kondensatoren Yl, Y2 sind im Zwischenkreis ZK zwischen dem oberen Potential bzw. zwischen dem das Bezugs- oder Massepotential M und einem Schutzleiter PE bzw. der so genannten Protective Earth PE angeordnet.

Von der Stromversorgung SV bzw. dem Schaltnetzteil SV wird die meist unstabilisierte Eingangsspannung Ue in eine kon stante Ausgangsspannung Ua (z.B. eine Gleichspannung von 4 bis 28V) an einer Ausgangsseite der Stromversorgung SV bzw. des Schaltnetzteils SV zur Versorgung eines oder mehrerer Verbraucher umgewandelt, wobei eine Konstanz der Ausgangs spannung Ua eine Regelung des Energieflusses erreicht wird. Dazu umfasst die Stromversorgung SV weiterhin einen Schalt wandler SN, welcher an einer Ausgangsseite des Zwischenkrei ses ZK angeordnet ist. Dieser Schaltwandler SN weist zumin dest ein periodisch arbeitendes, elektronisches Schaltelement auf und kann z.B. als potentialtrennende Schaltwandler SN, welche eine galvanische Trennung (z.B. Transformator) aufwei sen, oder potentialgebundene (d.h. nicht potentialtrennende) Schaltwandler SN ohne galvanische Trennung ausgeführt sein.

An einer Ausgangsseite des Schaltwandlers SN kann dann die konstante Ausgangsspannung Ua abgegriffen werden bzw. einem oder mehreren Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin weist die Stromversorgung SV die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ME auf, mit welcher eine Spannungsart und ein Spannungswert der Eingangsspannung Ue der Stromversorgung SV bzw. des Schaltnetzteils SV bestimmt werden kann. Die Schaltungsanordnung ME ist dabei derart angeordnet, dass an einem Eingang der Schaltungsanordnung ME die Eingangsspannung Ue der Stromversorgung SV abfällt. Dazu ist die Schaltungsan ordnung ME z.B. eingangsseitig über hochohmige Widerstände RI, R2 mit dem Außenleiter L und dem Neutralleiter N an der Eingangsseite des Schaltnetzteils SN verbunden. Für eine Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung ME ist eine Hilfsspannung U _{H (} z.B. 13V) vorgesehen. Als Hilfsspannung U _H kann beispielsweise eine bereits in der Stromversorgung SV z.B. für Steuer- und/oder Signaleinheiten genutzte Hilfsver sorgung genutzt werden. Weiterhin ist die Schaltungsanordnung mit dem Bezugspotential bzw. Massepotential M des Zwischen kreises ZK der Stromversorgung SV verbunden.

Ausgangsseitig werden von der Schaltungsanordnung ME zwei Ausgangssignale AS1, AS2 zur Verfügung gestellt. Diese Aus gangssignale AS1, AS2 können beispielsweise über eine Daten verbindung (z.B. Process Field Network oder kurz Profinet, etc.) an eine lokale oder zentrale Steuereinheit SE weiterge leitet werden. Mit Hilfe der Steuereinheit SE, welche z.B. als Mikrocontroller ausgeführt sein kann, können die Aus gangssignale AS1, AS2 entsprechend ausgewertet werden. Aus einem ersten Ausgangssignal AS1 kann beispielsweise mittels des zugehörigen Verfahrens zum Ermitteln einer Spannungsart der Eingangsspannung Ue der Stromversorgung SV die Spannungs art der Eingangsspannung Ue abgeleitet werden. D.h. aus dem ersten Ausgangssignal AS1 kann - wie in der Folge anhand von Figur 4 näher beschrieben wird - bestimmt werden, ob die Ein gangsspannung Ue eine Wechselspannung oder eine Gleichspan nung ist. Ein zweites Ausgangssignal AS2 kann für eine genaue Bestimmung eines Spannungswerts bzw. Mittelwerts der Ein gangsspannung Ue herangezogen werden. Figur 2 zeigt nun schematisch eine beispielhafte Ausführungs form der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ME zum Ermit teln der Spannungsart und eines Spannungswerts der Eingangs spannung Ue der Stromversorgung SV, wobei die Schaltungsan ordnung derart angeordnet ist, dass die Eingangsspannung Ue der Stromversorgung SV auch an einer Eingangsseite der Schal tungsanordnung ME anliegt. Dazu ist die Eingangsseite der Schaltungsanordnung z.B. an den Außenleiter L und an den Neutralleiter N der einphasigen Spannungsversorgung der Stromversorgung SV bzw. des Schaltnetzteils SV angebunden, wobei als Eingangsspannung Ue die Differenzspannung zwischen Außenleiter L und Neutralleiter N am Eingang der Schaltungs anordnung ME bzw. eines Differenzverstärkers DIF der Schal tungsanordnung ME anliegt. Vom Differenzverstärker DIF wird die Eingangsspannung Ue mit einem relativ hohen Spannungsni veau (z.B. 84 bis 278V) in ein Nutzsignal NS mit niedrigem Spannungsniveau (z.B. 0,5 bis 12,5V) umgewandelt. Der Diffe renzverstärker DIF ist eingangsseitig hochohmig ausgestaltet.

An einer Ausgangsseite des Differenzverstärkers DIF ist eine erste Gleichrichtereinheit GL1, insbesondere ein Einwegg leichrichter GL1 oder eine Gleichrichterdiode GL1, ange bracht, von welcher das vom Differenzverstärker DIF erzeugte Nutzsignal NS gleichgerichtet wird und zu einer Mischeinheit MS weitergeführt wird. Der ersten Gleichrichtereinheit GL1 ist eine erste Kompensationsdiode Kl zugeordnet, von welcher eine durch die Flussspannung der ersten Gleichrichtereinheit GL1 verursachte Spannungsverschiebung kompensiert wird. Ide alerweise können die erste Gleichrichtereinheit GL1 und die erste Kompensationsdiode Kl als so genannte Doppeldiode aus gestaltet sein. D.h. die beiden Einheiten GL1, Kl sind z.B. in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut und dadurch thermisch gekoppelt, wodurch temperaturabhängige Flussspannungen sehr einfach und gut eliminierbar sind.

Der Kompensationsdiode ist weiterhin ein erster Pullup- Widerstand R3 zugeordnet, welcher eine (Signal-)Leitung mit einem höheren Spannungspotential verbindet. Der erste Pullup- Widerstand ist zwischen einer Anode der ersten Kompensations diode Kl und einer Hilfsspannung U _H angeordnet. Die Hilfs spannung U _H (Z.B. 13V), welche beispielsweise bereits in der Stromversorgung SV zur Spannungs ersorgung von z.B. internen Steuer- und/oder Signaleinheiten vorhanden ist, wird auch zur Spannungsversorgung des Differenzverstärkers DIF bzw. als Be triebsspannung U _H für den Differenzverstärker DIF genutzt wird. Weiterhin weist der Differenzverstärker DIF eine Anbin dung an ein Bezugs- oder Massepotential M auf.

Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ME einen Inverter INV, welcher ebenfalls die interne Hilfsspan nung U _H zur Spannungsversorgung bzw. als Betriebsspannung be nutzt und auch eine Anbindung an das Bezug- oder Massepoten tial M aufweist. Vom Inverter INV wird das vom Differenzver stärker DIF erzeugte Nutzsignal NS in ein invertiertes Nutz signal negNS umgesetzt.

An einer Ausgangsseite des Inverters INV ist eine zweite Gleichrichtereinheit GL2, insbesondere ein Einweggleichrich ter GL2 oder eine Gleichrichterdiode GL2, angebracht, von welcher das vom Inverter INV erzeugte, invertierte Nutzsignal negNS gleichgerichtet wird und zur Mischeinheit MS weiterge führt wird. Der zweiten Gleichrichtereinheit GL2 ist eben falls eine zweite Kompensationsdiode K2 zugeordnet, von wel cher eine durch die Flussspannung der zweiten Gleichrich tereinheit GL2 verursachte Spannungsverschiebung kompensiert wird. Idealerweise sind auch die zweite Gleichrichtereinheit GL2 und die zweite Kompensationsdiode K2 als so genannte Dop peldiode ausgestaltet. Die zweite Gleichrichtereinheit GL2 und die zweite Kompensationsdiode K2 sind ebenfalls in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und damit dadurch thermisch gekoppelt, wodurch temperaturabhängige Flussspannungen sehr einfach und gut eliminierbar sind.

Der zweiten Kompensationsdiode K2 sowie der zweiten Gleich richtereinheit GL2 sind jeweils ein zweiter und ein dritter Pullup-Widerstand R4, R5 zugeordnet. Die zweite Pullup- Widerstand R4 ist zwischen der Anode der zweiten Kompensati onsdiode K2 und der Hilfsversorgung U _H angeordnet. Der dritte Pullup-Widerstand R5 ist zwischen der Anode der zweiten Gleichrichtereinheit GL2 und der Hilfsversorgung U _H ange bracht.

Um beispielsweise eine negative Betriebsspannung -U _H für den Differenzverstärker DIF bzw. für den Inverter INV einzusparen bzw. die interne Hilfsversorgung U _H der Stromversorgung SV nutzen zu können, ist weiterhin eine Referenzspannung Uref (z.B. 5V) vorgesehen.

In der Mischeinheit MS wird dann das Nutzsignal NS des Diffe renzverstärkers DIF und das invertierte Nutzsignal negNS des Inverters INV zu einem ersten Ausgangssignal AS1 zusammenge führt, welches beispielsweise für die Bestimmung der Span nungsart der Eingangsspannung Ue verwendet wird. D.h. aus dem ersten Ausgangssignal AS1 kann abgeleitet werden, ob es sich bei der Eingangsspannung Ue um eine Wechsel- oder Gleichspan nung handelt.

Weiterhin weist die Schaltungsanordnung ME eine Filtereinheit auf. Die Filtereinheit ist z.B. als RC-Filter ausgestaltet und umfasst einen Widerstand R _F und eine Kapazität C _F . Mit Hilfe der Filtereinheit kann aus dem ersten Ausgangssignal AS1 ein zweites Ausgangssignal AS2 erzeugt werden, welches z.B. einen Mittelwert des ersten Ausgangssignals AS1 dar stellt. Das zweite Ausgangssignal AS2 kann beispielsweise für eine relativ genaue Bestimmung der Eingangsspannung Ue bzw. eines Eingangsspannungsmittelwert verwendet werden.

Das erste Ausgangssignal AS1 wie das zweite Ausgangssignal AS2 können dann z.B. über eine Datenverbindung (z.B. Profi net, etc.) an eine lokale oder zentrale Steuereinheit SE wei tergeleitet werden, mit deren Hilfe die Ausgangssignale AS1, AS2 entsprechend ausgewertet werden können. In Figur 3 ist ebenfalls beispielhaft und schematisch die er findungsgemäße Schaltungsanordnung ME zum Ermitteln einer Spannungsart und eines Spannungswerts der Eingangsspannung Ue der Stromversorgung SV dargestellt, wobei aus Figur 3 vor al lem beispielhafte Ausführungsformen des Differenzverstärkers DIF bzw. des Inverters INV ersichtlich sind.

Der Differenzverstärker DIF der Schaltungsanordnung ME kann beispielsweise als Operationsverstärkerschaltung ausgeführt sein. Dazu umfasst der Differenzverstärker DIF einen Operati onsverstärker OPI, welcher als positive Betriebsspannung z.B. die Hilfsspannung U _H nutzt und dessen negativer Betriebsspan nungsanschluss mit dem Bezugs- oder Massepotential M verbun den ist. Weiterhin umfasst der Differenzverstärker DIF ein gangsseitig zwei Eingangswiderstände RI, R2, welche hochohmig ausgeführt sind und z.B. einen gleichen Widerstandswert auf weisen. Es sind weiterhin zwei weitere Widerstände R6, R7 vorgesehen, welche im Vergleich zu den Eingangswiderständen RI, R2 niederohmig ausgeführt sind und z.B. ebenfalls den gleichen Widerstandswert aufweisen können. Dabei ist der ers te Widerstand R6 des Differenzverstärkers DIF mit der Refe renzspannung Uref verbunden und der zweite Widerstand R7 in der Rückkopplung des Differenzverstärkers DIF angeordnet. Ausgangsseitig des Differenzverstärkers DIF bzw. des Operati onsverstärkers OPI des Differenzverstärkers DIF ist wieder die erste Gleichrichtereinheit GL1 sowie in der Rückkopplung der Differenzverstärkerschaltung DIF die erste Kompensations diode Kl angeordnet.

Wie in Figur 3 beispielhaft dargestellt, kann auch der Inver ter INV als Operationsverstärkerschaltung mit einem Operati onsverstärker OP2 ausgestaltet sein. Auch der Operationsver stärker OP2 nutzt als positive Betriebsspannung z.B. die Hilfsspannung U _H und sein negativer Betriebsspannungsan schluss ist mit dem Bezugs- oder Massepotential M verbunden. Ein positiver Eingang des Operationsverstärkers OP2 des In verters INV ist z.B. mit der Referenzspannung Uref verbunden. Über einen ersten Widerstand R8 des Inverters INV wird das vom Differenzverstärker DIF erzeugte Nutzsignal NS einem ne gativen Eingang des Operationsverstärkers OP2 des Inverters INV zugeführt. In der Rückkopplung des Operationsverstärkers OP2 des Inverters INV ist ein zweiter Widerstand R9 des In verters INV angebracht, wobei für eine Invertierung des Nutz signals NS die beiden Widerstände R8, R9 des Inverters INV den gleichen Widerstandswert aufweisen. Ausgangsseitig des Inverters INV bzw. des Operationsverstärkers OP2 ist die zweite Gleichrichtereinheit GL2 zum Gleichrichten des inver tierten Nutzsignals negNS angeordnet sowie die zweite Kompen sationsdiode in der Rückkopplung der Inverterschaltung INV.

Das gleichgerichtete Nutzsignal NS aus dem Differenzverstär ker DIF und das gleichgerichtete, invertierte Nutzsignal negNS werden wieder der Mischeinheit MS zugeführt und zum ersten Ausgangssignal AS1 gemischt. Über die RC-Filtereinheit R _f , C _F wird dann aus dem ersten Ausgangssignal AS1 das zweite Ausgangssignal AS2 abgeleitet.

Figur 4 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf eines von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ME generierten, ersten Ausgangssignals AS1, von welchem gemäß dem erfindungs gemäßen Verfahren eine Spannungsart der Eingangsspannung Ue abgeleitet wird.

Auf einer waagrechten Achse ist dabei eine Zeit t aufgetragen und auf einer senkrechten Achse eine Spannung -U. Ein Schnittpunkt der senkrechten Achse mit der waagrechten Achse liegt auch auf einem Spannungswert der Referenzspannung Uref (z.B. bei 5V). Weiterhin sind auf der senkrechten Achse strichlierte Markierungen für 0 Volt, für einen ersten Schwellwert SW1 und einen zweiten Schwellwert SW2 aufgetra gen, wobei der erste Schwellwert SW1 näher beim Wert der Re ferenzspannung Uref liegt als der zweite Schwellwert SW2. Al ternativ kann auch ein Schwellwert mit einer Hysterese ver wendet werden. Das erste Ausgangssignal AS1 weist aufgrund der Gleichrichtung durch die beiden Gleichrichtereinheiten GL1, GL2 der Schaltungsanordnung ME beispielsweise einen zeitlichen Verlauf einer pulsierenden Gleichspannung auf, wo bei eine Welle einen Scheitelwert Ü aufweist.

Für die Auswertung der Eingangsspannung Ue bzw. des ersten Ausgangssignals AS1 wird nach Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens zuerst ein einmaliges Durchlaufen des Scheitelwer tes Ü des ersten Ausgangssignals abgewartet. Vom Scheitelwert Ü kommend wird dann ein Unterschreiten des ersten Schwellwer tes SW1 abgewartet. Wird ein Unterschreiten des ersten Schwellwerts SW1 beispielsweise an einem ersten Zeitpunkt tl festgestellt, so wird ein erster Zeitstempel abgespeichert und eine vorgegebenen Totzeit T _t gestartet. Nach Ablauf der vorgegebenen Totzeit T _t zu einem zweiten Zeitpunkt t2 wird geprüft bzw. gewartet, bis der zweite Schwellwert SW2 über schritten wurde. Nach Überschreiten des zweiten Schwellwerts SW2 wird gewartet, wann das erste Ausgangssignal AS1 wieder den ersten Schwellwert SW1 unterschreitet. Wird zu einem dritten Zeitpunkt t3 der erste Schwellwert SW1 wieder unter schritten, so wird wieder ein zweiter Zeittempel abgespei chert und die vorgegebenen Totzeit T _t gestartet. Nach Ablauf der Totzeit T _t zu einem vierten Zeitpunkt t4 wird wieder ge prüft, ob der zweite Schwellwert SW2 überschritten wurde. Ist dies der Fall, so wird wieder auf das Unterschreiten des ers ten Schwellwerts SW1 gewartet und ein Zeitstempel abgespei chert, wenn zu einem fünften Zeitpunkt t5 das Unterschreiten des ersten Schwellwerts SW1 durch das erste Ausgangssignal AS1 festgestellt wird.

Die Schritte „Abspeichern eines Zeitstempels und Starten ei ner vorgegebenen Totzeit T _t , wenn der erste Schwellwert SW1 vom ersten Ausgangssignal AS1 unterschritten wird", „Prüfen, ob nach Ablauf der vorgegebenen Totzeit T _t ein zweiter Schwellwert SW2 vom ersten Ausgangssignal (AS1) überschritten wird" und „Abwarten bis das erste Ausgangssignal AS1 den ers ten Schwellwert SW1 wieder unterschreitet, nachdem bei oder nach Ablauf der Totzeit T _t der zweite Schwellwert SW2 vom ersten Ausgangssignal AS1 überschritten wurde" werden solange wiederholt, bis eine vorgegebene Anzahl an Wiederholungen - z.B. 10 Wiederholungen - erreicht ist. Danach kann aus zumin dest zwei gespeicherten Zeitstempeln eine Frequenz des ersten Ausgangssignals AS1 und damit der Eingangsspannung Ue abge leitet werden. Liegt diese Frequenz beispielsweise in einem Bereich von 45 bis 65 Hertz, so kann die Eingangsspannung Ue als Wechselspannung bewertet werden.

Wird nach Ablauf der Totzeit Tt der zweite Schwellwert SW2 innerhalb einer vorgebbaren ersten Zeitdauer (z.B. 100ms) nie überschritten bzw. wird nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer beispielsweise nach einem erstmaligen Durchlaufen des Schei telwerts Ü des ersten Ausgangssignals AS1 der erste Schwell wert SW1 nie unterschritten, so kann eine Durchführung des Verfahrens abgebrochen bzw. die Eingangsspannung Ue als Gleichspannung bewertet. Weiterhin kann die Eingangsspannung Ue auch als Gleichspannung gewertet werden, wenn sich aus den gespeicherten Zeitstempeln z.B. nach der vorgegebenen Anzahl an Wiederholungen der Verfahrensschritt keine Frequenz des ersten Ausgangssignals AS1 detektieren lässt. Das Verfahren zum Ermitteln einer Spannungsart einer Eingangsspannung Ue einer Stromversorgung SV kann beispielsweise in der Steuer einheit SE durchgeführt werden. Die Auswertung des ersten wie des zweiten Ausgangssignals AS1, AS2 können dann beispiels weise an eine lokale oder zentrale Steuer-, Auswerte- und/oder Anzeigeeinheit weitergeleitet werden, um z.B. ange zeigt zu werden oder entsprechend weiterverarbeitet zu wer den.