安全电路、安全电路操作方法和包括安全电路的电动马达与流程

本发明涉及用于冗余温度跳闸的安全装置。

背景技术：

安全装置的可靠性例如在出现错误(例如过热)时自动关闭电气设备以避免损坏、火灾或人身事故是一个越来越多的关注和要求。

提高安全装置本身的可靠性的传统方法是复制错误检测电路，从而提供冗余系统，该冗余系统具有两个评估信道，两个评估信道在来自电气设备中的热敏电阻的测量信号上并行操作。这样的系统仅对于其中一个评估信道中的非典型部件故障是冗余的。在更复杂的系统中，两个评估信道已经用完全不同的技术实现，但是仍然接收相同的热敏电阻信号并且与相同的参考值进行比较，从而仍然限制评估部件本身的冗余效应。

技术实现要素：

发明人已经确定了冗余安全电路的上述挑战和问题，并发明了新的有用的措施以提高安全电路的冗余效果和可靠性，如下所述。

本发明涉及一种用于具有冗余的温度跳闸的安全电路，所述安全电路包括：第一温度评估模块，所述第一温度评估模块包括第一输入端，所述第一输入端设置成接收利用温度依赖型元件从温度导出的第一输入信号；所述第一温度评估模块设置成对所述第一输入信号进行评估并且将第一温度状态确定为至少两个状态之一，其中至少一个状态是跳闸状态；所述第一温度评估模块还包括第一输出端，所述第一输出端设置成提供对应于所述确定的第一温度状态的第一输出信号；第二温度评估模块，所述第二温度评估模块包括第二输入端，所述第二输入端设置成接收利用所述温度依赖型元件从所述温度导出的第二输入信号，所述第二温度评估模块设置成对所述第二输入信号进行评估并且将第二温度状态确定为至少两个状态之一，其中至少一个状态是跳闸状态；所述第二温度评估模块还包括第二输出端，所述第二输出端设置成提供对应于所述确定的第二温度状态的第二输出信号；以及跳闸监测单元，所述跳闸监测单元连接到所述第一和第二输出端并且设置成当所述第一和第二输出信号中的至少一个改变到所述跳闸状态时建立跳闸命令信号。

所述安全电路有利地提供冗余的温度跳闸电路，该电路对于某些可能表征其他冗余的温度跳闸电路的故障和弱点更加可靠和稳健。

在一个实施例中，所述安全电路依赖于从相同温度导出的两个不同信号对例如可以由变频器产生的共模噪声非常稳健，并且对于共模噪声通常比使用一个温度导出的信号来馈送两个评估模块的现有技术配置更稳健。

在一个实施例中，所述安全电路针对各个故障以及部件类型故障为两个评估模块的所有关键部件提供完全冗余，因为由于不同的输入信号，模块不同。在对两个模块具有共同输入的现有技术配置中，在两个模块中相同的部件故障或衰减均匀可以防止错误状况的检测。

在一个实施例中，所述安全电路可以比许多现有技术配置更好地评估安全标准或规定，并且在故障模式和效果分析中评分更稳健。

在一个实施例中，所述安全电路有利地补偿了与解耦电容器和滤波电容器相关的DC偏置故障，因为在优选实施例中的两个不同输入设计允许将具有不同DC电势的两个输入信号(优选地在平均DC电势周围平衡)解耦到电源和地。

在一个实施例中，所述安全电路不仅可以在达到某一温度状态时提供跳闸命令信号，而且如果温度依赖型元件断开则导致短路或开路。这对典型地仅检测开路故障的现有技术配置是有利的。

在一个实施例中，所述安全电路通过限制或减少由温度依赖型元件与任何相邻电路(例如马达相线、马达绕组等)之间的错误电连接引起的任何故障电流是有利的。

在一个实施例中，所述安全电路有利地在不使用微控制器等的情况下实现，从而与许多现有技术配置相比，降低了复杂性和成本，同时仍然提供具有安全性和可靠性增加的安全电路。

当所述第一输入端和所述第二输入端连接到所述温度依赖型元件的不同端子时，获得有利的实施例。

为了建立不同的第一和第二输入信号，这些信号可以优选由温度依赖型元件的两个不同的端子提供。温度依赖型元件可以优选地是具有良好定义的温度与部件参数(例如，阻抗，例如DC电阻、电压或电流)关系的部件。优选地，其具有至少两个端子以向温度评估模块提供至少两个不同的输入信号。

当所述温度依赖型元件包括热敏电阻(例如PTC热敏电阻)或热敏电阻的电路(例如，串联连接的两个或更多个PTC热敏电阻)时，获得有利的实施例。

电阻随着温度变化而显著变化的电阻可以有利地用于温度依赖型元件，例如，具有正温度系数PTC或负温度系数NTC的热敏电阻。

当所述温度依赖型元件包括两个端子并且通过两个电阻器之间的串联耦合形成具有用于提供不同的所述第一和第二输入信号的两个抽头的分压器时，获得有利的实施例。

除了从相同温度导出两个不同输入信号的廉价且有效的方式之外，优选地由电阻器、热敏电阻和另一电阻器串联组成的三电阻分压器针对电磁干扰(EMI)比热敏电阻直接连接到例如地电势的双电阻分压器更稳健。

而且，与传统的PTC热敏电阻分压器设计相反，通过将热敏电阻通过电阻器连接到电源和地，实现了有效的高电流保护或降低。如果热敏电阻的导电部分(例如可能安装在用于监测其温度的高电流负载马达绕组上)偶然被这种高电流导线短路，则电流不会直接连接到例如地，但将不得不通过分压器的电阻。虽然某些应用中的电阻会因此而断开，但它仍然用于保护其他可能更昂贵的设备部分。

在一个实施例中，除了或代替电阻器，可以使用其他类型的阻抗。在一个实施例中，设置另外数量的电阻器或另一种电阻器的配置以从相同的温度导出至少两个不同的信号。

当所述第一温度评估模块设置成基于第一参考值执行所述确定所述第一温度状态并且所述第二温度评估模块设置成基于不同于所述第一参考值的第二参考值来执行所述确定所述第二温度状态时，获得有利的实施例。

由于第一和第二输入信号不同，所以第一和第二评估模块可以有利地以这样的方式实现，即，使用不同的第一和第二参考值来评估输入信号。使用两个不同的参考值通过最小化两个评估模块之间的重叠和相关性并且增加两个评估模块中的至少一个检测到任何错误状况的可能性，进一步提高了安全电路的稳健性和可靠性。

当所述第一和第二温度评估模块包括不同的参考源以分别建立不同的所述第一和第二参考值时，获得有利的实施例。

为每个评估模块提供单独的参考源是建立两个不同的参考值并进一步最小化两个评估模块之间的共用部件的数量的有利方式。

当所述第一和第二温度评估模块包括分别接收不同的所述第一和第二参考值的单独的参考输入端时，获得有利的实施例。

为每个评估模块提供单独的参考输入端是从外部源接收两个不同的参考值并进一步最小化两个评估模块之间的相关性的有利方式。

当所述第一和第二温度评估模块中的至少一个优选两个基于比较器技术时，获得有利的实施例。

与通过评估技术中相同或基本不同的两个评估模块来评估相同的输入信号并且使用共用参考值进行比较的已知系统相反，提供两个不同输入信号的本发明可以使用类似的成本高效比较器技术用于两个评估模块，同时在参考值、信号范围、关注电压上升或下降等关键要素方面仍然存在重大差异。

比较器技术可以指将测试信号与参考信号进行比较的各种方式。例如，比较器技术可以由分立部件(例如，包括晶体管和支持电路)或者优选地通过在每个封装中包括一个或多个比较器的集成比较器电路来实现。

当所述第一和第二温度评估模块不同时，获得有利的实施例。

由于第一和第二输入信号是不同的，所以温度评估模块也应该不同，至少就输入信号的评估而言。在一个实施例中，温度评估模块之间的差异可以包括：第一温度评估模块中的至少一个电子部件在具有相同标称值的第二温度评估模块中不存在。在另一个实施例中，差异可以包括例如相对于电源、输入、比较器等将结构反转，以例如实现与第一输入相比第二输入的基本上相反的评估。在另一个实施例中，差异可以包括使用与输入信号或中间信号进行比较的不同参考值。通过以两个温度评估模块必须不同的方式设计安全电路，本发明人还实现了另一个安全相关的优点，因为模块中的差异降低了常见故障或弱点导致两个模块同时故障的风险，从而消除了所需的冗余。

当所述第一和第二温度评估模块基于不同的技术(例如，比较器技术和微控制器技术)时，获得有利的实施例。

通过使用不同技术(例如比较器技术、微控制器技术等等)来实施两个评估模块，获得进一步的稳健性和可靠性，因为两个评估模块将具有不同的脆弱性和强度，以确保至少一个评估模块检测到任何错误状况。

当所述温度依赖型元件位于诸如马达的负载中并且所述温度是所述负载内的温度时，获得有利的实施例。

所述安全电路特别有利于检测负载(特别是例如作为压缩机或发电机的一部分实施的电负载，例如马达)中的临界温度错误状况。温度依赖型元件例如可以安装在马达绕组或其它响应于故障、误用或过载而变热的部件附近。

当所述跳闸监测单元设置成通过强制以表示“高”的电压电平输出的跳闸信号变为表示“低”的电压电平(例如小于1VDC)时，获得有利的实施例。

通过在跳闸信号输出端上将跳闸命令信号定义为“低”或低电压，并且由此在没有温度评估模块处于跳闸状态时保持“高”，实现关于安全性的特别有利的设置。除了由本安全电路测试的温度错误状况之外的错误状况将最经常导致信号丢失或功率损失，并由此导致跳闸信号输出端和/或响应于跳闸命令信号而操作的后续继电器、电子开关或其他控制装置的输入端上的“低”。因此，安全电路本身中的大多数错误状况(例如功率损失、断线等)将防止跳闸信号达到“高”的正常状态，从而将防止马达、压缩机等操作故障的温度安全电路。

在另一个实施例中，跳闸监测单元设置成当任何温度评估模块改变到跳闸状态时使跳闸命令信号变为“高”。这样的实施例优选地包括用于监测安全电路被供电并且正确连接的装置。

当安全电路包括或通信地耦合到响应于所述跳闸命令信号而被控制的诸如继电器等电操作开关时，获得有利的实施例。

电操作开关可以优选地是用于从整个装置中去除电力的主开关或应急开关或者用于特别地断开有关的负载(例如马达)的专门开关。电操作开关也可以是开关系统或操作另一个电操作开关(例如继电器)的开关。

当所述电操作开关设置成“常开(NO)”配置时，获得有利的实施例。

电操作开关(例如继电器)的设置是有利的，使得电路断开，除非从跳闸监测单元收到“高”。因此，如果安全电路失去供电，跳闸监测单元的连接丢失，或者发生其他与电路有关的故障，开关将断开负载的电源。

当所述温度依赖型元件位于诸如马达的电动负载中时，获得有利的实施例，并且其中所述电操作开关设置成响应于所述跳闸命令信号而断开所述电动负载。

当所述安全电路包括两个或更多个第一和第二输入端时，获得有利的实施例，所述第一和第二输入端分别接收利用两个或更多个相应的温度依赖型元件从两个或更多个相应的温度导出的两个或更多个第一和第二输入信号，使得每对第一和第二输入信号涉及所述两个或更多个温度中的相同温度，并连接到所述两个或更多个温度依赖型元件中的相同温度依赖型元件的不同端子；每一对的第一和第二输入信号不同。

在诸如三相电动负载等复杂系统或在多个位置必须监测温度的负载中，所述安全电路可以有利地支持在负载上设置两个或更多个温度依赖型元件而不增加更多的安全电路。有利地，多个温度依赖型元件可以连接到第一和第二评估模块。评估模块可以包括用于该目的的若干个第一输入端和若干个第二输入端，或者可以被配置用于具有并联连接到单个第一输入端和单个第二输入端的更多温度依赖型元件。

当所述第一温度评估模块设置成接收并评估所述两个或更多个第一输入信号并且当所述两个或更多个第一输入信号中的至少一个评估为所述跳闸状态时将所述第一温度状态确定为所述跳闸状态时，获得有利的实施例；并且其中所述第二温度评估模块设置成接收并评估所述两个或更多个第二输入信号并且当所述两个或更多个第二输入信号中的至少一个评估为所述跳闸状态时将所述第二温度状态确定为所述跳闸状态。

在具有两个或更多个温度依赖型元件的系统中，一旦温度依赖型元件中的任何一个超过温度阈值，配置评估模块以发信号通知跳闸状态是有利的。因此，在一个优选实施例中，即使仅仅一个温度依赖型元件被至少两个评估模块中的仅一个认为过热，跳闸监测单元也激活跳闸命令信号。

当所述温度依赖型元件位于诸如马达的电动三相负载中时，获得有利的实施例，并且其中所述电操作开关设置成响应于所述跳闸命令信号而断开所述相中的一个或多个，优选地所有三相。

当所述温度依赖型元件与电动三相负载(例如马达)的子负载相关联时，获得有利的实施例，所述电动负载包括三个子负载，每个子负载具有关联的温度依赖型元件，并且其中所述第一和第二评估模块包括连接到所述三个温度依赖型元件中的每一个的三个第一和第二输入端。

这样的系统可以例如是设置有每个相为单独的子负载供电的马达或其他负载，从而具有三个可以单独故障的子负载，因此需要单独的温度监测。通过本实施例，这样的系统可以由三个温度依赖型元件和一个包括两个评估模块的安全电路来监测，两个评估模块均接收来自每个温度依赖型元件的输入信号。

当所述安全电路包括所述温度依赖型元件时，获得有利的实施例。

在各种实施例中，温度依赖型元件可以与安全电路集成在一起，该安全电路然后优选地设置成位于温度监测位置处，或者温度依赖型元件可以设置在从安全电路装置的其余部分延伸的电线处，以便在有限的空间中安装在负载处。在另一个实施例中，安全电路简单地包括输入端子，温度依赖型元件可以连接到输入端子上，例如，为了利用预先安装的温度依赖型元件，例如，预装在马达绕组之间等。

本发明还涉及一种用于冗余温度跳闸的安全电路操作方法，所述安全电路操作方法包括以下步骤：提供利用温度依赖型元件从温度导出的第一输入信号；通过第一温度评估模块处理所述第一输入信号，所述处理包括将第一温度状态确定为至少两个状态之一，其中至少一个状态是跳闸状态，并且提供对应于所确定的第一温度状态的第一输出信号；提供利用所述温度依赖型元件从所述温度导出的第二输入信号，所述第二输入信号不同于所述第一输入信号；通过第二温度评估模块处理所述第二输入信号，所述处理包括将第二温度状态确定为至少两个状态之一，其中至少一个状态是跳闸状态，并且提供与所确定的第二温度相对应的第二输出信号状态；当所述第一和第二输出信号中的至少一个改变到所述跳闸状态时建立跳闸命令信号。

所述安全电路操作方法有利地提供冗余的温度跳闸，其可以对可能表征其他冗余温度跳闸方法的特定故障和弱点更可靠并且更稳健。

在一个实施例中，所述安全电路操作方法依赖于从相同温度导出的两个不同信号对可以例如由变频器产生的共模噪声非常稳健，并且对于共模噪声通常比先前使用一个温度导出的信号来馈送两个评估模块的方法更稳健。

在一个实施例中，所述安全电路操作方法针对各个故障以及部件类型故障为两个评估模块的所有关键部件提供了完全冗余，因为由于不同的输入信号模块不同。在对两个模块具有共同输入的现有技术方法中，在两个模块中的共用部件故障或衰减均匀可以防止检测到错误状况。

在一个实施例中，所述安全电路操作方法可以比许多现有技术方法更好地评估安全标准或规定，并且在故障模式和效果分析中评分更稳健。

在一个实施例中，所述安全电路操作方法有利地补偿了与解耦电容器和滤波电容器有关的DC偏置故障，因为在优选实施例中的两个不同输入设计允许具有不同DC电压的两个输入信号(优选地平衡在平均DC电势周围)解耦到电源和地。

在一个实施例中，所述安全电路操作方法可以不仅在达到某个温度状态时提供跳闸命令信号，而且如果温度依赖型元件断开则导致短路或开路。这对于典型地仅检测开路故障的现有技术方法是有利的。

在一个实施例中，所述安全电路操作方法是有利的，其通过限制或减少由温度依赖型元件与任何相邻电路(例如马达相线、马达绕组等)之间的错误电连接引起的任何故障电流。

在一个实施例中，所述安全电路操作方法有利地在不使用微控制器等的情况下实现，由此与许多现有技术方法相比，降低了复杂性和成本，同时仍然提供安全性和可靠性提高的安全电路操作方法。

当所述第一输入信号和所述第二输入信号连接到所述温度依赖型元件的不同端子时，获得有利的实施例。

为了建立不同的第一和第二输入信号，这些信号可以优选由温度依赖型元件的两个不同的端子提供。温度依赖型元件可以优选地是具有良好定义的温度与部件参数(例如，阻抗，例如DC电阻、电压或电流)的关系的部件。优选地，其具有至少两个端子以向温度评估模块提供至少两个不同的输入信号。

当所述温度依赖型元件包括热敏电阻(例如PTC热敏电阻或热敏电阻的串联连接电路，例如，两个或多个PTC热敏电阻)时，获得有利的实施例。

其中电阻随着温度变化而显著变化的电阻可以有利地用于温度依赖型元件，例如，具有正温度系数PTC或负温度系数NTC的热敏电阻。

当所述温度依赖型元件包括两个端子并且通过两个电阻器之间的串联耦合形成具有用于提供不同的所述第一和第二输入信号的两个抽头的分压器时，获得有利的实施例。

除了从相同温度导出两个不同输入信号的廉价且有效的方式之外，优选地由电阻器、热敏电阻和另一电阻器串联组成的三电阻器分压器针对电磁干扰(EMI)比热敏电阻直接连接到例如地电势的双电阻分压器更稳健。

而且，与传统的PTC热敏电阻分压器设计相反，通过将热敏电阻通过电阻器连接到电源和地，实现了有效的高电流保护或降低。如果热敏电阻的导电部分(例如可能安装在用于监测其温度的高电流负载马达绕组上)偶然被这种高电流导线短路，则电流不会直接连接到例如地，但将不得不通过分压器的电阻。虽然某些应用中的电阻会因此而中断，但它仍然用于保护其他可能更昂贵的设备部分。

在一个实施例中，除了或代替电阻器，可以使用其他类型的阻抗。在一个实施例中，设置另外数量的电阻器或另一种电阻器配置以从相同的温度导出至少两个不同的信号。

当通过所述第一温度评估模块进行的所述处理使用第一参考值来确定所述第一温度状态并且通过所述第二温度评估模块进行的所述处理使用不同于所述第一参考值的第二参考值来确定所述第二温度状态时，获得有利的实施例。

由于第一和第二输入信号不同，所以第一和第二评估模块中的每一个中的处理可以有利地使用不同的第一和第二参考值来评估输入信号。使用两个不同的参考值通过最小化两个评估模块中的处理之间的重叠和相关性并且增加由两个评估模块中的至少一个检测到任何错误状况的可能性而进一步提高了安全电路操作方法的稳健性和可靠性。

当从不同的参考源向所述第一和第二温度评估模块提供不同的所述第一和第二参考值时，获得有利的实施例。

对于两个参考值使用单独的参考源是建立两个不同参考值并且进一步最小化两个评估模块之间的共用部件的数量的有利方式。两个参考源可以通过在每个评估模块中实现参考源或通过具有两个参考源来提供参考值给评估模块来提供。

当至少一个优选两个所述第一和第二温度评估模块基于比较器技术时，获得有利的实施例。

与通过评估技术中相同或基本不同的两个评估模块来评估相同的输入信号并且使用共同的参考值进行比较的已知系统相反，提供两个不同输入信号的本发明可以使用类似的成本高效比较器技术适用于两个评估模块，同时在参考值、信号范围、关注电压上升或下降等关键要素方面仍然存在重大差异。

比较器技术可以指将测试信号与参考信号进行比较的各种方式。例如，比较器技术可以由分立部件(例如，包括晶体管和支持电路)或者优选地通过在每个封装中包括一个或多个比较器的集成比较器电路来实现。

当所述第一和第二温度评估模块不同时，获得有利的实施例。

由于第一和第二输入信号不同，所以温度评估模块也应该不同，至少就输入信号的评估而言。在一个实施例中，温度评估模块之间的差异可以包括：第一温度评估模块中的至少一个电子部件在具有相同标称值的第二温度评估模块中不存在。在另一个实施例中，差异可以包括例如相对于电源、输入、比较器等对结构反转，以例如实现与第一输入相比第二输入的基本上相反的评估。在另一个实施例中，差异可以包括使用与输入信号或中间信号进行比较的不同参考值。通过以两个温度评估模块必须不同的方式设计安全电路，本发明人还实现了另一个安全相关的优点，因为模块中的差异降低了常见故障或弱点导致两个模块同时故障，从而消除了所需的冗余。

当所述第一和第二温度评估模块基于不同的技术(例如，比较器技术和微控制器技术)时，获得有利的实施例。

通过使用不同技术(例如比较器技术、微控制器技术等等)来实施两个评估模块，所以获得进一步的稳健性和可靠性，因为两个评估模块将具有不同的脆弱性和强度，以确保至少一个评估模块检测到任何错误状况。

当所述温度依赖型元件位于诸如马达的负载中并且所述温度是所述负载内的温度时，获得有利的实施例。

所述安全电路操作方法对于检测负载(特别是电负载，例如负载马达，例如作为压缩机或发电机的一部分实施)中的临界温度错误状况是特别有利的。温度依赖型元件例如可以安装在马达绕组或其它响应于故障、误用或过载而变热的部件附近。

当建立所述跳闸命令信号的所述步骤包括强制具有表示“高”的电压电平的跳闸信号输出改变为表示“低”的电压电平(小于1VDC)时，获得有利的实施例。

通过在跳闸信号输出端上将跳闸命令信号定义为“低”或低电压，并且由此在没有温度评估模块处于跳闸状态时保持“高”，实现关于安全性的特别有利的设置。除了由本安全电路测试的温度错误状况之外的错误状况将最经常导致信号丢失或功率损失，并由此导致跳闸信号输出和/或响应于跳闸命令信号而操作的后续继电器、电子开关或其他控制装置的输入端上的“低”。因此，安全电路本身中的大多数错误状况(例如功率损失、断线等)将防止跳闸信号达到“高”的正常状态，从而将防止马达、压缩机等的操作一个故障的温度安全电路。

在另一个实施例中，所述跳闸监测单元设置成当任何温度评估模块改变到跳闸状态时使跳闸命令信号变为“高”。这样的实施例优选地包括用于监测安全电路被供电并且正确连接的装置。

当该方法还包括基于所述跳闸命令信号操作诸如继电器等电操作开关的步骤时，获得有利的实施例。

所述电操作开关可以优选地是用于从整个装置中去除电力的主开关或应急开关，或者用于特别地断开有关的负载(例如，马达)的专门开关。所述电操作开关也可以是开关系统或操作另一个电操作开关(例如继电器)的开关。

当所述电操作开关设置成“常开(NO)”配置时，获得有利的实施例。

所述电操作开关(例如继电器)的设置是有利的，使得电路断开，除非从跳闸监测单元收到“高”。因此，如果安全电路失去供电，跳闸监测单元的连接丢失，或者发生其他与电路有关的故障，开关将切断负载的电源。

当所述温度依赖型元件位于诸如马达的电动负载中时，获得有利的实施例，并且其中所述方法包括响应于所述跳闸命令信号通过所述电动操作断开所述电动负载的步骤。

当所述方法还包括利用两个或更多个相应的温度依赖型元件提供从两个或更多个相应温度导出的两个或更多个第一和第二输入信号时，获得有利的实施例，使得每一对第一和第二输入信号涉及所述两个或更多个温度中的相同温度，并连接到所述两个或更多个温度依赖型元件中的相同温度依赖型元件的不同端子；每一对的第一和第二输入信号不同。

在诸如三相电动负载等复杂系统或在多个位置必须监测温度的负载中，所述安全电路操作方法可有利地支持在负载处设置两个或更多个温度依赖型元件，而不增加更多的安全电路。有利地，多个温度依赖型元件可以连接到第一和第二评估模块。评估模块可以包括用于这个目的的若干个第一输入端和若干个第二输入端，或者可以被配置成具有与单个第一输入端和单个第二输入端并联连接的更多的温度依赖型元件。

当所述方法包括由所述第一温度评估模块处理所述两个或更多个第一输入信号时，获得有利的实施例，所述处理包括：当所述两个或更多个第一输入信号中的至少一个评估为所述跳闸状态时，将所述第一温度状态确定为所述跳闸状态；以及由所述第二温度评估模块处理所述两个或更多个第二输入信号，所述处理包括：当所述两个或更多个第二输入信号中的至少一个第二输入信号评估为所述跳闸状态时，将所述第二温度状态确定为所述跳闸状态。

当将所述安全电路操作方法应用于具有两个或更多个温度依赖型元件的系统时，一旦所述温度依赖型元件中的任何一个超过所述温度阈值，将所述评估模块配置成发信号通知跳闸状态是有利的。因此，在一个优选实施例中，即使仅仅一个温度依赖型元件被至少两个评估模块中的仅一个认为过热，跳闸监测单元也激活跳闸命令信号。

当所述温度依赖型元件位于诸如马达的电动三相负载中时，获得有利的实施例，并且其中所述方法包括以下步骤：响应于所述跳闸命令信号利用所述电操作开关断开所述相中的一个或多个，优选所有三个相。

当所述温度依赖型元件与包括三个子负载的电动三相负载(例如马达)的子负载相关联时，获得有利的实施例，每个子负载具有关联的温度依赖型元件，并且其中所述方法包括从所述三个温度依赖型元件中的每一个导出所述第一和第二输入信号。

这样的系统可以例如是设置成每个相为单独的子负载供电的马达或其他负载，从而具有三个可以单独故障的子负载，因此需要单独的温度监测。通过本实施例，这样的系统可以由三个温度依赖型元件和一个包括两个评估模块的安全电路来监测，两个评估模块均接收来自每个温度依赖型元件的输入信号。

本发明还涉及一种电动马达，该电动马达包括根据上述任一项的用于具有冗余的温度跳闸的安全电路和至少一个温度依赖型元件，其中一个端子连接到所述安全电路的所述第一输入端，另一个端子连接到所述安全电路的所述第二输入端。

当电动马达包括电操作开关时，获得有利的实施例，所述电操作开关设置成响应于所述安全电路的所述跳闸命令信号而将所述马达从一个或多个供电相，优选所有供电相断开。

附图说明

下面参照附图描述本发明。

图1示出了根据本发明的安全电路的实施例，

图2示出了具有分压器的安全电路的另一个实施例，

图3示出了具有参考源的安全电路的另一个实施例，

图4示出了具有比较器技术的安全电路的一个实施例的一部分，

图5示出了具有微控制器技术的安全电路的一个实施例的一部分，

图6示出了具有比较器技术和微控制器技术的安全电路的一个实施例的一部分，

图7示出了具有比较器技术的安全电路的一个实施例的一部分，

图8示出了具有马达作为负载的安全电路的实施例的一部分，

图9示出安全电路的跳闸监测单元的实施例，

图10示出了安全电路的跳闸监测单元的另一个实施例，

图11示出了安全电路的跳闸监测单元的另一个实施例，

图12示出了安全电路的另一个实施例，

图13示出了具有多个温度依赖型元件的安全电路的另一个实施例，

图14示出了安全电路的多个分压器的实施例，以及

图15示出了具有三相负载的安全电路的另一个实施例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的安全电路1的实施例。安全电路实施例包括第一温度评估模块20和第二温度评估模块30。每个温度评估模块具有输入端22、32和输出端24、34。在输入端22、32上接收第一和第二输入信号21、31。两个输入信号21、31不同，但是源自相同的温度依赖型元件11，其经历并受到温度T(例如执行工作的负载内的温度)的影响。输入信号可以优选地是具有或不具有线性关系随着温度的增加而正或负变化的模拟信号，但是，可替代地，可以在两个或更多个电平例如通过A/D转换器或数字输出温度依赖型元件来量化。两个输入信号之间的差异可以通过基本上建立与温度或温度变化的关系不同的信号来保证，或者由不同的信号编码引起。可以在图1的实施例中使用的与温度相关的元件的其它实施例在下面提供。

每个温度评估模块20、30基于它们各自的输入信号21、31来确定温度状态。温度状态可以例如包括表示“过热”和“可接受”的状态。

由于两个输入信号不同，所以冗余温度评估模块不仅仅是彼此的简单拷贝，而是必须相应地以某种方式彼此不同。评估模块之间的差异可以通过不同的参考值、不同的评估技术、镜像电路、不同的部件值、滤波器、增益等来引入。以任何方式，每个差异典型地改进了安全电路的可靠性，因为减小了在两个评估模块中同一个子系统同时故障的风险。而且，使用两个不同的输入信号使安全电路不易受噪声引起的错误的影响，因为从环境(例如从开关模式频率控制)引入到有时相对较长的导线到温度依赖型元件的噪声可能与两个不同的输入信号有不同的干扰。换句话说，本发明实施例的安全电路的冗余效果比仅使用电路的副本提供冗余的系统更加稳健。

用于建立温度状态的输入信号的评估可以通过几种常用方式中的任何一种来进行，例如将信号值与参考阈值进行比较，具有或不具有滞后机制，监测输入信号值的发展和分析峰值、趋势、陡坡等。可以在图1的实施例中使用的温度评估模块的进一步的实施例在下面提供。

所确定的温度状态分别经由第一输出端24和第二输出端34被输出作为输出信号23、33。例如，具有“高”或“5V”等值的输出信号可表示其中之一可能的状态，例如“可接受的”，以及“低”或“0V”等信号值可表示可能状态中的另一个状态，例如，“过热”。其他可能的信号编码(模拟或数字)是本领域技术人员已知的。鉴于评估模块中的大多数内部故障(例如，电力供应损失等)，将最关键的状态(在该示例中“过热”)映射到大多数无源信号编码(在本示例中为“低”或“0V”)是有利的，从而将输出默认为临界状态定义，从而将错误用信号发出。

安全电路1还包括跳闸监测单元40，其接收两个输出信号23、33，并确定是否建立跳闸命令信号41。在优选实施例中，如果两个输出信号23、33中的至少一个表示温度状态“过热”，跳闸监测单元建立跳闸命令信号41以指示报警。通过使指示报警的评估模块中的一个跳闸，安全电路可以通过即使其中一个评估模块发生故障也能够发出警报来满足冗余安全电路的各种要求。

优选地，跳闸命令信号由跳闸电路、继电器、控制器或设置成响应于接收到跳闸命令信号41而关断过热负载的其他单元来接收。与输出信号23、33一样，跳闸也是跳闸监测单元优选被设计成使得大多数无源输出被定义为跳闸命令信号，从而导致使跳闸监测单元回到其默认例如非供电状态的故障将使其输出被识别为错误或警报。可以在图1的实施例中使用的跳闸监测单元和跳闸命令信号的进一步的实施例在下面提供。

图2示出了根据本发明的安全电路的一个实施例。该实施例包括与以上参照图1所描述的相同的元件，但是公开了一个有利的温度依赖型元件的具体示例，其可以根据相同的温度T建立两个不同的输入信号21、31。

输入信号21、31从由第一电阻112、热敏电阻111和第二电阻113组成的分压器抽头。如图2所示，电阻-热敏电阻-电阻串联在正DC电压和地之间，从而形成具有两个抽头的分压器，两个抽头的变化电势取决于热敏电阻111的随温度变化的电阻。在一个优选实施例中，使用了PTC热敏电阻，意味着当温度超过预定温度时电阻急剧增大。因此，在PTC热敏电阻111上方抽头的第一输入信号21的电压将随着温度T的升高而增加，并接近对应于+VDC电势的上限。相反，在PTC热敏电阻下方抽头的第二输入信号31的电压将随着温度T的升高而降低，并接近对应于接地电势的下限。通过实现安全电路使得一个评估模块触发上升电压而另一个评估模块触发下降电压，稳健性和冗余效应被进一步改善。

本领域的普通技术人员将认识到，可以基于其他电阻性温度依赖型元件(例如NTC热敏电阻)来建立类似的分压器，但是通常在特定温度下没有电阻跳变，或者一系列若干温度相关电阻元件或温度相关电阻元件和其他电阻元件的混合被用于热敏电阻111，或者第一和/或第二电阻112、113被其他电路元件代替。在其他实施例中，第一和第二输入信号可以传导温度相关电流而不是温度相关电压等。

在优选实施例中，第一电阻112和第二电阻113与评估模块20、30一起位于一起作为其电路的集成部分，典型地在共用印刷电路板上，并且从评估模块的输入端到热敏电阻111牵引电线，热敏电阻优选位于要保护以防止太高的温度的物体(例如电动机的绕组)内部或上面。

在具体实施例中，第一电阻112和第二电阻113可以各自具有1kΩ的电阻，并且热敏电阻111可以是具有根据DIN 44081的电阻特性的PTC热敏电阻。示例性的+VDC为5V，当温度低于热敏电阻的标称响应温度5℃时，即低于θ_NAT-5℃时，第一输入信号21可以例如包括大约2.5V的电势，并且第二输入信号31大约2.5V。当温度超过例如θ_NAT+5℃时，第一输入信号21可以增加到至少高于3.5V并且接近5V的+VDC，而第二输入信号31可以降低到低于1.5V接近0V。值得注意的是，在某些实施例中，第一和第二电阻可以具有不同的电阻值。

在另一个示例性实施例中，两个或更多个PTC热敏电阻串联耦合在第一和第二电阻112、113之间。由于在热敏电阻的感测温度下电阻的特性急剧增加，所以一旦只有一个PTC热敏电阻超过其感测温度，多个PTC热敏电阻的累积电阻在感测温度以下仍可能明显小于累积电阻。这种行为使得可以在串联电路中简单地添加PTC热敏电阻，只要它们安装在第一和第二输入信号的抽头点之间，并且由此以简单的方式提供不同位置的温度跳闸功能提供单个安全电路。

安全电路也可以对故障热敏电阻或与温度依赖型元件相关的其他电路故障作出反应。在一个实施例中，例如图2的分压器实施例，安全电路将以与无限大的电阻相同的方式(即非常高的温度)经受热敏电阻或电线，该热敏电阻或电线被断开使得电路断开，安全电路将建立跳闸命令信号41。在一个实施例中，例如图2的分压器实施例，以使电路短路(即直接有效地连接两个抽头点)的方式断开的热敏电阻或导线将导致第一和第二输入信号21、31上的电势相等，这可以被检测为例如分别太低或太高，或者通过测试两个输入信号的等效性被检测到。

而且，通过使通过电阻器112连接的热敏电阻提供并通过电阻器113接地，实现有效的高电流保护或降低。如果热敏电阻的导电部分(例如可能安装在用于监测其温度的高电流负载马达绕组上)偶然被这种高电流导线短路，则来自马达电源的电流不能直接连接到地，但必须经过例如分压器的电阻器113。虽然在一些实施例中电阻器113将由此断开，但是其仍然用于保护装置的其他可能更昂贵的部分。

此外，在一个优选实施例中，两个不同的输入信号21、31均具有对电源和地的电容解耦，从而补偿解耦或滤波电容器中的DC偏置故障，因为在优选实施例中两个不同的输入信号具有不同的DC电势，优选在平均DC电势附近平衡。

图3示出了根据本发明的安全电路的一个实施例。这些部件如上面参照图1和图2所描述的那样，但是图3的实施例还包括分别经由第一和第二参考输入端27、37为每个温度评估模块20、30提供的第一和第二参考值25、35。参考值25、35被示为分别从第一以及第二参考源26、36导出。当温度超过预定限度时，在优选实施例中，参考值可以包括分别与在第一和第二输入端21、31接收的电压相当的电压。因此，参考值应该优选地可用于与输入信号比较以确定所述温度状态。在一个示例中，温度依赖型元件由两个相等的电阻器和PTC热敏电阻形成，如上面参考图2所述的一个示例，第一参考值25应当优选地高于第二参考值35。在一个实施例中，输入信号和/或参考值在它们被比较或以其他方式应用于每个参考值之前经历处理、滤波、增益或其他变换，以此参考值应该反映这一点，而不一定接近分压器在检测温度下的电压。

在各种实施例中，参考源26、36可以被实现为评估模块20、30的一部分或作为外部源。参考源可以例如作为分压器、电压调节器、电压参考等来实现。在温度依赖型元件通过除了模拟电压以外的其它特性(例如，电压、电流、电压等)来建立具有温度的其他指示的输入信号的情况下，例如通过改变电流或量化或数字信号，参考值应该优选地是相似的类型。

图4示出了安全电路的一个实施例的一部分，例如，如上面参考图1-3描述的那样，其中第一评估模块20和第二评估模块30均基于比较器技术并且包括用于比较输入信号和参考值或其代表的比较器51以确定温度状态。在一个实施例中，比较器51可以被设计成具有分立的部件，例如比较器技术领域的技术人员所知的晶体管和支持电路。在一个实施例中，比较器51优选为集成的比较器电路，每个封装中具有一个或多个比较器。在一个实施例中，每个评估模块的比较器51可以是在两个评估模块之间共享的多比较器封装的一部分。

图5示出了安全电路的一个实施例的一部分，例如，如上面参考图1-3所述，其中第一评估模块20和第二评估模块30都基于微控制器技术并且包括用于评估输入信号和参考值的微控制器52或其代表，以确定温度状态。在一个实施例中，参考值可以在微控制器本身内预定义或建立。术语“微控制器”指的是任何类型和规模的微控制器、DSP、可编程门阵列、CPU等，但是优选地使用小而简单的微控制器。在一个实施例中，微控制器在两个评估模块和/或具有处理任务的外部模块之间共享。在一个实施例中，每个评估模块配备有单独的微控制器以确保完全冗余。

图6示出了安全电路的一个实施例的一部分，例如，如上面参考图1-3所述，其中第一评估模块20和第二评估模块30基于不同的技术，例如，一个基于比较器技术51的评估模块，例如上面参考图4进一步详细描述的，和一个基于微控制器技术52的评估模块，例如上面参考图5进一步详细描述的。

图7示出了基于比较器技术51的评估模块20的一个实施例的示例，例如，如上面参考图1-5描述的实施例中可以使用的。参考源26建立参考值25，该参考值由参考输入端27接收，所有例如如上参考图1所述。比较器51接收参考值25和输入信号21，并建立输出信号23。比较器领域的普通技术人员将认识到，用于建立比较器功能的其他部件和实现是必要的并且在本领域中是已知的。因此，比较器技术51优选地被实现为比较参考值和输入信号，并且输出指示比较结果的信号。

例如，为了用于接收响应于升高的温度而升高电压的输入信号21的第一评估模块20，如参考图2所描述的，比较器技术应当优选地被实施以便当输入信号超过参考值时在输出信号23上建立“低”值，即参考图1所述的信号警报。相反，当用于接收响应于升高的温度而降低电压的输入信号31的第二评估模块30时，如参考图2所描述的，比较器技术应当优选地被实施以便当输入信号低于参考值时在输出信号33上建立“低”值，即参考图1所述的信号警报。

在各种实施例中，输入信号准备器511和/或参考值准备器512可以如图所示提供，以便在某些实施方式中例如增益、转换、滤波、反转等信号以使得输入信号和参考值兼容。在各种实施例中，可以将温度状态评估器513应用于所示出的输出信号，以便例如对比较器输出进行反转、缓冲、增益、转换、滤波等，以使得输出信号与随后的跳闸监测单元40或其他接收者兼容。

图8示出了安全电路的一个实施例的一部分，如上面参考图1-7所述，其中温度依赖型元件11被安装在电动负载60(例如马达)中。马达或其他负载可以例如由所示的单个交流相驱动，但是可以替代地由任何直流电驱动、由开关模式电源进行频率控制等等。

图9更详细地示出根据例如以上参照图1-8所描述的安全电路的实施例的跳闸监测单元40及其输出42和跳闸命令信号41的示例。如图所示，跳闸监测单元接收第一和第二输出信号23、33，并且如果其中任何一个指示临界温度状态，例如“太高”，优选地定义为“低”信号，跳闸监测单元建立跳闸命令信号作为整个冗余系统的单一输出。在优选实施例中，跳闸命令信号被定义为跳闸信号输出42为“低”，而可接受或安全状态被定义为跳闸信号输出42为“高”。这是优选的，因为非工作跳闸监测单元例如由于功率损失在输出上通常默认为“低”，从而不会错误地指示一切正常。在各种实施例中，跳闸命令信号41可以具有其他编码或信号格式。

图10示出了如上面参考图1-9所述的安全电路1的跳闸监测单元40的另一个实施例。跳闸监测单元例如由两个晶体管43实现，其基极分别耦合到第一和第二输出信号23、33，并且被配置成用作在基极上具有正电势时通过跳闸命令信号负载44将电路从+VDC闭合到地的开关。在上述优选实施例中，在温度依赖型元件处的非报警温度导致来自两个评估模块的“高”输出，由此激活两个晶体管并闭合电路以允许电流流过跳闸命令信号负载44。在跳闸信号输出42上也出现“高”值。一旦基极中的一个或两个的输入变为“低”，相应的晶体管打开，跳闸信号输出变为“低”，由此建立跳闸命令信号41，意思是报警。在各种实施例中，可以在晶体管周围实现其他部件，以支持晶体管开关应用领域的技术人员所理解的电路可靠性和稳健性。

图11更详细地示出了例如在以上参考图1-10描述的任何实施例中应用特定跳闸命令信号负载44的实施例。基于跳闸监测单元40将“低”输出定义为指示温度警报，例如如图10所示实施，跳闸命令信号负载44例如可以是具有常开触点的继电器。当电流流过时，这种继电器闭合次级电路，即跳闸信号输出为“高”，并且当无源时打开次级电路，即通过在输出上施加“低”建立跳闸命令信号。继电器开关例如可以用在驱动器电路中，只要跳闸信号输出为“低”，即温度是可接受的，就只允许电驱动设备运行。继电器开关还可以包括开关或其他电子控制开关(例如继电器)的系统。例如，继电器开关44可以仅包括低电压、低电流开关，其继而控制重型单相或多相继电器或其他开关。如上参考图8所述，温度依赖型元件优选安装在电驱动设备中。

图12示出了如上参考图1-11中的任一个所描述的安全电路的实施例，并具体地组合了参照图8的实施例和以上图11的实施例。在一个优选实施例中，由安全电路利用温度依赖型元件11监测的电动负载60通过继电器开关44被供电，并且由此在任何一个或多个评估模块20、30将其温度状态改变为例如“太高”时立即从供电电流断开。

图13示出了取决于多个温度T1、T2、Tn的具有多个温度依赖型元件114、115、111n的安全电路的实施例。每个评估模块20、30提供用于从多个温度依赖型元件接收输入信号211、212、21n、311、312、31n的多个输入221、222、22n、321、322、32n。每个温度依赖型元件建立两个不同的温度相关信号，并且将两个信号中的一个信号耦合到第一评估模块20上的输入端，并且将另一个信号耦合到第二评估模块30上的输入端。因此，通过缩放上面参考图1-12描述的原理到多个输入信号来维持冗余。在评估模块内部，多个输入信号可以在一个实施例中被单独评估，并且每当输入信号中的一个或多个指示过高的温度时，选择“过高”或类似的温度状态。在一个实施例中，只有最关键的输入信号，例如，在上述分压器实施例的情况下评估到第一评估模块的最高输入信号和到第二评估模块的最低输入信号。在各种实施例中，不同的温度依赖型元件114、115、111n可以相同或不同，并且评估模块因此实现或接收一个或多个参考值。

图14示出了上面参考图13描述的实施例的分压器实施方式的实施例，具有使用三个第一电阻112测量三个温度T1、T2、T3的三个热敏电阻111以及三个第二电阻113。分压器可以根据以上参考图2描述的原理来实现。

图15示出了具有三相负载61的安全电路的实施例，并且其中继电器开关44可以在建立跳闸命令信号时断开全部三相。实施例的各个部分可以例如以上参照图1-14所描述的那样来实现。

列表

1 安全电路

11 温度依赖型元件

111 PTC热敏电阻

112 电阻#1

113 电阻#2

114 温度依赖型元件#1

115 温度依赖型元件#2

lln 温度依赖型元件#n

20 第一温度评估模块

21 第一输入信号

211 第一输入信号#1

212 第一输入信号#2

213 第一输入信号#3

21n 第一输入信号#n

22 第一输入端

221 第一输入端#1

222 第一输入端#2

22n 第一输入端#n

23 第一输出信号

24 第一输出端

25 第一参考值

26 第一参考源

27 第一参考输入

30 第二温度评估模块

31 第二输入信号

311 第二输入信号#1

312 第二输入信号#2

313 第二输入信号#3

31n 第二输入信号#n

32 第二输入端

321 第二输入信号#1

322 第二输入信号#2

32n 第二输入信号#n

33 第二输出信号

34 第二输出端

35 第二参考值

36 第二参考源

37 第二参考输入

40 跳闸监测单元

41 跳闸命令信号

42 跳闸信号输出

43 晶体管

44 跳闸命令信号负载

51 比较器技术

511 输入信号准备器

512 参考值准备器

513 温度状态评估器

52 微控制器技术

60 电动负载

61 电动三相负载

T 温度

T1 温度#1

T2 温度#2

T3 温度#3

Tn 温度#n