Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltungseinheit, welche eine elektronische Schaltung mit mehreren Bauteilen, mindestens einen Temperatursensor zur sicheren Erfassung einer Temperatur mindestens eines Bauteils der elektronischen Schaltung und eine Auswerteeinheit zur sicheren Auswertung der von dem mindestens einen Temperatursensor erfassten Temperatur umfasst. Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungseinheit, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist.

Es ist bekannt, dass elektronische Schaltungen mit Bauteilen wie beispielsweise Transistoren oder integrierten Schalkreisen temperaturempfindlich sind. Insbesondere können zu hohe Temperaturen einzelne Bauteile oder gar ganze elektronische Schaltungen zerstören. Auch weitere elektrische Geräte wie Elektromotoren können durch zu hohe Temperaturen zerstört werden.

Aus der DE 102 01 421 A1 ist eine Schaltung zur Überwachung eines Elektromotors bekannt. Die Schaltung umfasst einen Temperatursensor, welcher wärmeleitend mit Wicklungen des Elektromotors verbunden ist, und eine Auswerteeinheit zur Auswertung der von dem Temperatursensor erfassten Temperatur.

Aus der DE 102014 210 724 A1 ist eine Sensoranordnung für einen Stator einer elektrischen Maschine bekannt. Die Sensoranordnung umfasst ein Sensorelement, welches in einen Statorzahn eines Stators eingeführt ist.

Aus der JP H05276643 A ist ein Detektor zur Erkennung einer Überlast eines elektronischen Bauteils auf einer Platine bekannt.

Aus der DE 697 12 274 T2 ist eine integrierte Halbleiterschaltung mit einem Überhitzungsschutz bekannt.

Aus der US 2009/171513 A1 ist eine Vorrichtung zur Informationsverarbeitung bekannt, die einen Halbleiterspeicher aufweist. Aus der DE 102010 018 037 A1 ist ein Temperaturüberwachungssystem zur Überwachung der Temperatur eines Bauteils bekannt.

Aus der DE 102020 125642 A1 sind ein System und ein Verfahren zur Überwachung einer Kühlleistung für einen Halbleiter-Pulswechselrichter bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltungseinheit sowie eine Schaltungseinheit weiterzubilden.

Die Aufgabe wird durch eine Verfahren zum Betrieb einer Schaltungseinheit mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch durch eine Schaltungseinheit mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst.

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltungseinheit, welche eine elektronische Schaltung mit mehreren Bauteilen, mindestens einen Temperatursensor zur sicheren Erfassung einer Temperatur mindestens eines Bauteils der elektronischen Schaltung und eine Auswerteeinheit zur sicheren Auswertung der von dem mindestens einen Temperatursensor erfassten Temperatur umfasst, vorgeschlagen.

Dabei werden von dem mindestens einen Temperatursensor Messwerte einer Temperatur mindestens eines Bauteils der elektronischen Schaltung sicher aufgenommen. Die aufgenommenen Messwerte werden zu der Auswerteeinheit sicher übertragen. Die zu der Auswerteeinheit übertragenen Messwerte werden sicher ausgewertet, indem geprüft wird, ob während einer Zeitdauer aufgenommene Messwerte mindestens ein Kriterium erfüllen. Eine Warnmeldung wird ausgegeben, wenn das mindestens eine Kriterium erfüllt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, die thermische Belastung einer elektronischen Schaltung sowie einzelner Bauteile sicher zu interpretieren. Durch die Wahl geeigneter Kriterien zur Auswertung der aufgenommenen Messwerte sind Voraussagen über eine verbleibende Lebensdauer der elektronischen Schaltung möglich. Damit ist die Einsatzdauer der elektronischen Schaltung optimierbar und ein Austausch ist rechtzeitig planbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden von dem mindestens einen Temperatursensor die Messwerte der Temperatur des mindestens einen Bauteils der elektronischen Schaltung zyklisch mit einer Zykluszeit aufgenommen. Die Zykluszeit beträgt beispielsweise eine Sekunde oder eine Minute.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein erstes Kriterium erfüllt, wenn mindestens ein während einer ersten Zeitdauer aufgenommener Messwert einen ersten Grenzwert überschreitet. Die erste Zeitdauer ist größer als die Zykluszeit. Die Überschreitung des ersten Grenzwertes deutet auf eine mögliche thermische Zerstörung eines Bauteils hin.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein zweites Kriterium erfüllt, wenn eine Differenz zweier während einer zweiten Zeitdauer aufgenommener Messwerte einen zweiten Grenzwert überschreitet. Die zweite Zeitdauer ist größer als die Zykluszeit und kleiner als die erste Zeitdauer. Die Überschreitung des zweiten Grenzwertes deutet auf einen starken Temperaturanstieg während der zweiten Zeitdauer hin.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein drittes Kriterium erfüllt, wenn eine Mindestanzahl von während einer dritten Zeitdauer aufgenommenen Messwerten einen dritten Grenzwert überschreitet. Die dritte Zeitdauer ist größer als die Zykluszeit und kleiner als die erste Zeitdauer. Der dritte Grenzwert ist kleiner als der erste Grenzwert. Die Überschreitung des dritten Grenzwertes deutet auf einen zu hohen Eintrag von Wärme während der dritten Zeitdauer hin.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein viertes Kriterium erfüllt, wenn ein Integral von während einer vierten Zeitdauer aufgenommenen Messwerten über die vierte Zeitdauer einen vierten Grenzwert überschreitet. Die vierte Zeitdauer ist größer als die Zykluszeit und kleiner als die erste Zeitdauer. Die Überschreitung des vierten Grenzwertes deutet auf einen zu hohen Eintrag von Wärme während der vierten Zeitdauer hin.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein fünftes Kriterium erfüllt, wenn eine Summe der während einer fünften Zeitdauer aufgenommenen Messwerte einen fünften Grenzwert überschreitet. Die fünfte Zeitdauer ist größer als die Zykluszeit und kleiner als die erste Zeitdauer. Der fünfte Grenzwert ist größer als der erste Grenzwert. Der fünfte Grenzwert dividiert durch die Anzahl der während der fünften Zeitdauer aufgenommenen Messwerte ist kleiner als der erste Grenzwert. Die Überschreitung des fünften Grenzwertes deutet auf einen zu hohen Eintrag von Wärme während der fünften Zeitdauer hin. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein sechstes Kriterium erfüllt, wenn mindestens ein während einer sechsten Zeitdauer aufgenommener Messwert einen sechsten Grenzwert unterschreitet. Die sechste Zeitdauer ist größer als die Zykluszeit. Die Unterschreitung des sechsten Grenzwertes deutet auf eine mögliche Zerstörung eines Bauteils durch Unterkühlung hin.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein siebtes Kriterium erfüllt, wenn eine Differenz zweier während einer siebten Zeitdauer aufgenommener Messwerte einen siebten Grenzwert unterschreitet. Die siebte Zeitdauer ist größer als die Zykluszeit und kleiner als die sechste Zeitdauer. Die Unterschreitung des siebten Grenzwertes deutet auf einen starken Temperaturabfall während der siebten Zeitdauer hin.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Schaltungseinheit einen ersten Temperatursensor und einen zweiten Temperatursensor zur sicheren Erfassung einer Temperatur mindestens eines Bauteils der elektronischen Schaltung. Dabei werden zeitgleich von dem ersten Temperatursensor und von dem zweiten Temperatursensor Messwerte einer Temperatur mindestens eines Bauteils der elektronischen Schaltung sicher aufgenommen. Die von dem ersten Temperatursensor aufgenommenen Messwerte und die von dem zweiten Temperatursensor aufgenommenen Messwerte werden zu der Auswerteeinheit sicher übertragen. Ein achtes Kriterium ist erfüllt, wenn eine Differenz mindestens eines während einer achten Zeitdauer von dem ersten Temperatursensor aufgenommenen Messwerts und eines von dem zweiten Temperatursensor zeitgleich aufgenommenen Messwerts einen achten Grenzwert überschreitet. Somit überwachen der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor sich gegenseitig. Ein Ausfall eines Temperatursensors wird zeitnah erkannt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Auswerteeinheit einen Zähler zum Zählen von ausgegebenen Warnmeldungen. Von der Auswerteeinheit wird eine Fehlermeldung ausgegeben, wenn während einer neunten Zeitdauer eine Anzahl von ausgegebenen Warnmeldungen einen neunten Grenzwert überschreitet. Vorzugsweise wird die Schaltungseinheit zeitgleich mit dem Ausgeben der Fehlermeldung abgeschaltet.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Auswerteeinheit ein neuronales Netz. Die zu der Auswerteeinheit übertragenen Messwerte werden dem neuronalen Netz zugeführt, und ein Verlauf der Messwerte wird von dem neuronalen Netz mit zuvor ermittelten Verläufen von Messwerten verglichen. Ein neuronales Netz gestattet eine Überwachung von übertragenen Messwerten über einen längeren Zeitraum. Insbesondere ist ein neuronales Netz in der Lage, alterungsbedingte Änderungen in dem Verlauf der Messwerte zu erkennen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das neuronale Netz als Faltungsnetz ausgebildet, welches eine Eingangsschicht, eine Mehrzahl von Faltungsschichten und eine Ausgangsschicht aufweist. Insbesondere ist das neuronale Netz bevorzugt als CNN (Convolutional Neural Networks) in Autoencoder Struktur ausgebildet. Die Schichten sind dabei seriell hintereinander angeordnet und über mathematische Faltungsoperationen miteinander verknüpft. Von einer Schicht zu der nachfolgenden Schicht wird jeweils eine Faltungsoperation durchgeführt. Die Faltungsoperatoren, mit welchen die besagten Faltungsoperationen durchgeführt werden, werden durch Verarbeitung der dem neuronalen Netz zugeführten Trainingsdaten ermittelt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden dem neuronalen Netz Trainingsdaten zugeführt, welche Verläufe von Messwerten einer Temperatur des mindestens einen Bauteils der elektronischen Schaltung beinhalten.

Eine erfindungsgemäße Schaltungseinheit umfasst eine elektronische Schaltung mit mehreren Bauteilen, mindestens einen Temperatursensor zur sicheren Erfassung einer Temperatur mindestens eines Bauteils der elektronischen Schaltung und eine Auswerteeinheit zur sicheren Auswertung der von dem mindestens einen Temperatursensor erfassten Temperatur. Dabei ist die Schaltungseinheit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigt:

Figur 1 : eine schematische Darstellung einer Schaltungseinheit.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungseinheit. Die Schaltungseinheit umfasst eine elektronische Schaltung 10. Die elektronische Schaltung 10 dient vorliegend zum Ansteuern eines Aktors, beispielsweise eines Elektromotors oder einer Bremse. Die elektronische Schaltung 10 ist beispielsweise ein Wechselrichter oder ein Frequenzumrichter und dient zur Steuerung eines Elektromotors. Die elektronische Schaltung 10 ist mit einer hier nicht dargestellten Versorgungsspannungsquelle, die eine Versorgungsspannung liefert, verbunden und wird von der Versorgungsspannungsquelle mit elektrischer Energie versorgt.

Die elektronische Schaltung 10 weist mehrere Bauteilen 12 auf. Bei den Bauteilen 12 handelt es sich beispielsweise um Transistoren sowie integrierte Schalkreise. Die elektronische Schaltung 10 weist ferner eine Platine 14 auf. Die Bauteile 12 sind auf der Platine 14 angeordnet, auf welcher sich auch Leiterbahnen befinden.

Die Schaltungseinheit umfasst einen Temperatursensor 20. Der Temperatursensor 20 ist ebenfalls auf der Platine 14 der elektronischen Schaltung 10 und in unmittelbarer Nähe eines Bauteils 12 angeordnet. Der Temperatursensor 20 dient zur sicheren Erfassung einer Temperatur des Bauteils 12 der elektronischen Schaltung 10.

Die Schaltungseinheit umfasst eine Auswerteeinheit 30. Die Auswerteeinheit 30 ist vorliegend getrennt von der elektronischen Schaltung 10 angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass die Auswerteeinheit 30 auf der Platine 14 der elektronischen Schaltung 10 angeordnet ist. Die Auswerteeinheit 30 ist vorliegend mittels einer Datenleitung 25 mit dem Temperatursensor 20 verbunden. Die Auswerteeinheit 30 dient zur sicheren Auswertung der von dem Temperatursensor 20 erfassten Temperatur.

Der Temperatursensor 20 nimmt zyklisch Messwerte der Temperatur des Bauteils 12 der elektronischen Schaltung 10 mit einer Zykluszeit auf. Die Zykluszeit beträgt beispielsweise eine Sekunde oder eine Minute. Die von dem Temperatursensor 20 aufgenommenen Messwerte werden über die Datenleitung 25 zu der Auswerteeinheit 30 übertragen. Die übertragenen Messwerte werden von der Auswerteeinheit 30 ausgewertet. Die Auswerteeinheit 30 umfasst dazu einen Speicherbereich zur Speicherung der Messwerte und einen Prozessor zur Verarbeitung der Messwerte. Bei der Auswertung der Messwerte wird geprüft, ob die während einer definierten Zeitdauer aufgenommenen Messwerte mindestens ein vorgegebenes Kriterium erfüllen. Wenn ein solches Kriterium erfüllt ist wird eine Warnmeldung ausgegeben.

Bezugszeichenliste

10 elektronische Schaltung 12 Bauteil

14 Platine

20 Temperatursensor

25 Datenleitung

30 Auswerteeinheit