DE102021207545A1 - Device for determining a defective power supply and a system with such a device - Google Patents

Device for determining a defective power supply and a system with such a device Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Bestimmung einer defekten Stromversorgung (20, 30) aufweisend wenigstens eine erste Stromversorgung (20) mit einer ersten Hinleitung (21) und einer ersten Rückleitung (22) und eine zweite Stromversorgung (30) mit einer zweiten Hinleitung (31) und einer zweiten Rückleitung (32) jeweils zur elektrischen Verbindung der Energieversorgungseinheit (110) mit der Verbrauchereinheit (120), einen ringförmigen Magnetfeldkonzentrator (40) und einen Magnetfeldsensor (50) zum Erfassen von Magnetfeldwerten des vom Stromfluss der ersten und zweiten Stromversorgung (20, 30) erzeugten Magnetfeldes, wobei die erste Stromversorgung (20) und die zweite Stromversorgung (30) derartig durch den Magnetfeldkonzentrator (40) geführt sind, dass je nach Stromfluss durch die erste Stromversorgung (20) und/oder zweite Stromversorgung (30) Referenz-Magnetfeldwerte mit Hilfe des Magnetfeldkonzentrators (40) am Magnetfeldsensor (50) erzeugbar sind, eine Auswerteeinheit (60), welche dazu eingerichtet ist, einen Magnetfeldwert mittels des Magnetfeldsensors (50) zu erfassen und in Abhängigkeit vom erfassten Magnetfeldwert und den Referenz-Magnetfeldwerten zu bestimmen, ob ein Defekt der ersten Stromversorgung (20) oder der zweiten Stromversorgung (30) vorliegt.Die Erfindung betrifft zudem ein System (120) mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (10).The invention relates to a device (10) for determining a defective power supply (20, 30), having at least a first power supply (20) with a first forward line (21) and a first return line (22) and a second power supply (30) with a second Outgoing line (31) and a second return line (32), each for the electrical connection of the energy supply unit (110) to the consumer unit (120), an annular magnetic field concentrator (40) and a magnetic field sensor (50) for detecting magnetic field values from the current flow of the first and second Power supply (20, 30) generated magnetic field, wherein the first power supply (20) and the second power supply (30) are guided through the magnetic field concentrator (40) in such a way that, depending on the current flow through the first power supply (20) and/or second power supply ( 30) reference magnetic field values can be generated using the magnetic field concentrator (40) on the magnetic field sensor (50), an evaluation unit ( 60), which is set up to detect a magnetic field value using the magnetic field sensor (50) and to determine, depending on the detected magnetic field value and the reference magnetic field values, whether there is a defect in the first power supply (20) or the second power supply (30). The invention also relates to a system (120) with a device (10) according to the invention.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer defekten Stromversorgung.The invention relates to a device for determining a defective power supply.

Dem Fachmann sind redundante Stromversorgungen bekannt, welche jedoch typischerweise vollständig getrennte Pfade von zwei getrennten Energieversorgungseinheiten bis zu redundanten Anschlüssen auf Seite des Verbrauchers aufweisen. Hier werden die Stromversorgungen in der Regel direkt auf Seite des Verbrauchers bzgl. Ihrer Funktionalität einzeln überwacht.Redundant power supplies are known to those skilled in the art, but they typically have completely separate paths from two separate energy supply units to redundant connections on the consumer side. Here, the power supplies are usually individually monitored directly on the consumer side with regard to their functionality.

Ein Problem besteht jedoch darin, dass oftmals hauptsächlich die Stromversorgungen, sprich die elektrischen Leitungen zwischen den einzelnen Komponenten, eine Fehlerquelle darstellen. Hierbei wäre eine komplette redundante Auslegung des Systems überdimensioniert. Ein weiteres Problem bei mehreren Stromversorgungen ist schließlich die Bestimmung, ob ein Defekt vorliegt. Bisher wird diese Überwachung für jede der Stromversorgungen getrennt betrieben, was jedoch viel Bauraum benötigt und hohe Kosten erzeugt. Diese Probleme sollen durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst werden.One problem, however, is that the power supplies, i.e. the electrical lines between the individual components, are often the main source of error. A completely redundant design of the system would be oversized. Finally, another problem with multiple power supplies is determining if there is a fault. So far, this monitoring has been operated separately for each of the power supplies, which, however, requires a lot of space and generates high costs. These problems are to be solved by the device according to the invention.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer defekten Stromversorgung. Die Vorrichtung weist eine erste Stromversorgung mit einer ersten Hinleitung und einer ersten Rückleitung zur elektrischen Verbindung einer Energieversorgungseinheit mit einer Verbrauchereinheit und eine zweite Stromversorgung mit einer zweiten Hinleitung und einer zweiten Rückleitung zur elektrischen Verbindung der Energieversorgungseinheit mit der Verbrauchereinheit auf. Des Weiteren weist die Vorrichtung einen ringförmigen
Magnetfeldkonzentrator und einen Magnetfeldsensor zum Erfassen von Magnetfeldwerten des vom Stromfluss der ersten und zweiten Stromversorgung erzeugten Magnetfeldes, wobei die erste Stromversorgung und die zweite Stromversorgung derartig durch den Magnetfeldkonzentrator geführt sind, dass je nach Stromfluss durch die erste Stromversorgung und/oder zweite Stromversorgung Referenz-Magnetfeldwerte mit Hilfe des Magnetfeldkonzentrators am Magnetfeldsensor erzeugbar sind. Außerdem weist die Vorrichtung eine Auswerteeinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, einen Magnetfeldwert mittels des Magnetfeldsensors zu erfassen und in Abhängigkeit vom erfassten Magnetfeldwert und den Referenz-Magnetfeldwerten zu bestimmen, ob ein Defekt der ersten Stromversorgung oder der zweiten Stromversorgung vorliegt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache Möglichkeit darstellt, einen Defekt der Stromversorgungen zu erkennen. Durch die redundante Ausgestaltung der Stromversorgungen ist ein Ausfall einer der Stromversorgungen noch nicht sicherheitsrelevant, sollte aber zeitnah behoben werden. Sollte ein Defekt erkannt werden, kann dann entsprechend darauf reagiert werden, wobei zum Beispiel das System heruntergefahren und anschließend die defekte Stromversorgung repariert werden kann.
Hierbei wird angenommen, dass sich die Ströme im fehlerfreien Betrieb im Wesentlichen gleichmäßig auf die beiden Stromversorgungen aufteilen. Erfindungsgemäß wird also eine entsprechende Komponente aus einer einzelnen, nicht redundanten, Energieversorgungseinheit versorgt. Der Weg zwischen Energieversorgungseinheit und Verbrauchereinheit wird dabei redundant ausgelegt. Diese Architektur kann beispielsweise Verwendung finden, wenn die Ausfallrate der Stromversorgungen zwischen Energieversorgungseinheit und Verbrauchereinheit, also häufig relativ frei verlaufende Kabel, als wahrscheinlichste Störquelle erwartet wird, was z.B. der Fall sein kann, wenn Marderverbiss erwartet wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Strommessung nicht innerhalb der Verbrauchereinheit durchgeführt werden muss, wodurch dort entsprechend Bauraum verringert werden kann. Zudem können die Komponenten der Vorrichtung zur Bestimmung, ob ein Defekt vorliegt, für alle Stromversorgungen gemeinsam genutzt werden und es muss nicht für jede Stromversorgung eine eigene Strommessungseinheit genutzt werden, wodurch der aufbautechnische Aufwand und die Kosten der Vorrichtung gering gehalten werden können.The invention relates to a device for determining a defective power supply. The device has a first power supply with a first forward line and a first return line for electrically connecting a power supply unit to a consumer unit and a second power supply with a second forward line and a second return line for electrically connecting the power supply unit to the consumer unit. Furthermore, the device has an annular
Magnetic field concentrator and a magnetic field sensor for detecting magnetic field values of the magnetic field generated by the current flow of the first and second power supplies, the first power supply and the second power supply being guided through the magnetic field concentrator in such a way that, depending on the current flow through the first power supply and/or second power supply, reference magnetic field values can be generated using the magnetic field concentrator on the magnetic field sensor. The device also has an evaluation unit which is set up to detect a magnetic field value using the magnetic field sensor and, depending on the detected magnetic field value and the reference magnetic field values, to determine whether there is a defect in the first power supply or the second power supply.
The advantage here is that this represents a simple way of detecting a defect in the power supplies. Due to the redundant design of the power supplies, a failure of one of the power supplies is not safety-relevant, but should be rectified promptly. If a defect is detected, an appropriate response can then be made, for example shutting down the system and then repairing the defective power supply.
It is assumed here that the currents are distributed essentially equally between the two power supplies in error-free operation. According to the invention, a corresponding component is supplied from a single, non-redundant power supply unit. The path between the power supply unit and consumer unit is designed redundantly. This architecture can be used, for example, when the failure rate of the power supplies between the energy supply unit and consumer unit, ie often relatively freely running cables, is expected to be the most likely source of interference, which can be the case, for example, when marten bites are expected.
A further advantage is that the current measurement does not have to be carried out within the consumer unit, as a result of which installation space can be correspondingly reduced there. In addition, the components of the device for determining whether there is a defect can be used jointly for all power supplies and a separate current measuring unit does not have to be used for each power supply, which means that the structural complexity and the costs of the device can be kept low.

Unter Stromversorgung ist eine Zweidraht-Leitung zu verstehen, welche aus Hinleitung und Rückleitung gebildet ist, um die Verbrauchereinheit mit elektrischer Energie von der Energieversorgungseinheit zu versorgen. Hierbei ist typischerweise die Hinleitung mit dem positiven Anschluss der Energieversorgungseinheit verbunden und dann zur Verbrauchereinheit geführt. Die Rückleitung ist typischerweise von der Verbrauchereinheit zum Masseanschluss der Energieversorgungseinheit geführt.Power supply is to be understood as meaning a two-wire line, which is formed from a forward line and a return line, in order to supply the consumer unit with electrical energy from the energy supply unit. In this case, the outgoing line is typically connected to the positive connection of the energy supply unit and then routed to the consumer unit. The return line is typically routed from the consumer unit to the ground connection of the energy supply unit.

Als Energieversorgungseinheit kann beispielsweise ein Bordnetz eines Fahrzeugs dienen, welches beispielsweise eine Batterieeinheit aufweist.An on-board electrical system of a vehicle, for example, which has a battery unit, for example, can serve as the energy supply unit.

Die Verbrauchereinheit kann beispielsweise als Steuergerät oder auch als Sensoreinheit ausgestaltet sein, die von der Energieversorgungseinheit entsprechend mit Energie versorgt wird.The load unit can be designed, for example, as a control device or also as a sensor unit, which is supplied with energy accordingly by the energy supply unit.

Unter Magnetfeldkonzentrator ist typischerweise ein Ring zu verstehen, welcher im Wesentlichen aus einem weichmagnetischen Material aufgebaut ist. Durch die physikalischen Eigenschaften des Materials werden in diesem Ring die Magnetfelder der in Leitern fließenden Ströme gebündelt, die durch diesen Ring führen. Folge dieser Bündelung ist eine physikalische, vorzeichenrichtige Summenbildung verschiedener Magnetfelder innerhalb des Ringes. Dieser Ring hat beispielsweise eine rechteckige Form. Prinzipiell kann jedoch jede Geometrie angenommen werden. Oftmals werden beispielsweise auch runde Ringe verwendet, sogenannte Ringkerne. Auch ovale Strukturen können jedoch zur Anwendung kommen.
Dabei müssen lediglich die Leiter entsprechend durch die Öffnung des Magnetfeldkonzentrators geführt und somit vom Magnetfeldkonzentrator zumindest teilweise umschlossen werden.Under magnetic field concentrator is typically understood to mean a ring which essentially Chen is made of a soft magnetic material. Due to the physical properties of the material, the magnetic fields of the currents flowing in the conductors that lead through this ring are bundled in this ring. The result of this bundling is a physical summation of different magnetic fields within the ring with the correct sign. For example, this ring has a rectangular shape. In principle, however, any geometry can be accepted. Often, for example, round rings are also used, so-called ring cores. However, oval structures can also be used.
In this case, the conductors only have to be guided through the opening of the magnetic field concentrator and thus at least partially surrounded by the magnetic field concentrator.

Der Magnetfeldsensor kann beispielsweise als Hallsensor ausgestaltet sein. Alternativ sind auch andere Sorten von Magnetfeldsensoren anwendbar, wie z.B. GMR Sensoren oder TMR Sensoren. Damit der Magnetfeldsensor das Feld im Kern des Magnetfeldkonzentrators messen kann, wird typisch der Magnetfeldkonzentrator mit einem Schlitz versehen, in den der Magnetfeldsensor zumindest teilweise eingeführt ist. An welcher Stelle des Magnetfeldkonzentrators dieser Schlitz ausgebildet ist, ist grundsätzlich egal. Durch externe Störfelder kann es jedoch präferierte Punkte geben, die die externen Hauptstörfelder möglichst weitgehend kompensieren.The magnetic field sensor can be designed as a Hall sensor, for example. Alternatively, other types of magnetic field sensors can also be used, such as GMR sensors or TMR sensors. So that the magnetic field sensor can measure the field in the core of the magnetic field concentrator, the magnetic field concentrator is typically provided with a slot into which the magnetic field sensor is at least partially inserted. In principle, it does not matter at which point of the magnetic field concentrator this slot is formed. Due to external interference fields, however, there can be preferred points that compensate for the main external interference fields as far as possible.

Die Auswerteeinheit kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgestaltet sein, welcher die Magnetfeldwerte vom Magnetfeldsensor abgreift und in welchem zudem beispielsweise die Referenz-Magnetfeldwerte abgespeichert sind. Als Defekt der Stromversorgung wird hierbei verstanden, dass durch wenigstens einen Leiter der Stromversorgungen kein Strom mehr fließen kann. Als Ursache hierfür ist beispielsweise ein fehlerhafter Anschluss der jeweiligen Stromversorgung gegenüber der Energieversorgungseinheit oder Verbrauchereinheit möglich oder auch ein Kabelbruch des Hin- bzw. Rückleiters der jeweiligen Stromversorgung.The evaluation unit can be designed, for example, as a microcontroller, which picks up the magnetic field values from the magnetic field sensor and in which, for example, the reference magnetic field values are also stored. A defect in the power supply is understood to mean that current can no longer flow through at least one conductor of the power supplies. A possible cause for this is, for example, a faulty connection of the respective power supply to the energy supply unit or consumer unit, or a broken cable in the forward or return conductor of the respective power supply.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, bei Bestimmung eines Defekts in Abhängigkeit vom erfassten Magnetfeldwert und den Referenz-Magnetfeldwerten zusätzlich zu bestimmen,
ob sich der Defekt in der ersten Stromversorgung oder in der zweiten Stromversorgung befindet, und insbesondere zu bestimmen, ob sowohl Hin- als auch Rückleitung vom Defekt betroffen sind.
Vorteilhaft ist hierbei, dass hierdurch noch bestimmt werden kann, in welcher der Stromversorgungen der Defekt vorliegt und insbesondere sogar, ob der Defekt
die komplette erste oder zweite Stromversorgung betrifft oder lediglich ein Hin- bzw. Rückleiter davon. Dies ermöglicht eine verbesserte Diagnosefähigkeit.One embodiment of the invention provides that the evaluation unit is set up to additionally determine, when determining a defect, depending on the detected magnetic field value and the reference magnetic field values,
whether the fault is in the first power supply or in the second power supply, and in particular to determine whether both the forward and return lines are affected by the fault.
It is advantageous here that it can still be determined in this way in which of the power supplies the defect is present and in particular even whether the defect is present
relates to the complete first or second power supply or only a forward or return conductor thereof. This enables improved diagnostic capability.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit
dazu eingerichtet ist, den erfassten Magnetfeldwert mit den Referenz-Magnetfeldwerten zu vergleichen und bei einer Übereinstimmung einen Zustand
der Vorrichtung bei dem entsprechend Referenz-Magnetfeldwert als tatsächlichen Zustand der Vorrichtung zu bestimmen.
Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache Möglichkeit der Bestimmung des Zustands der Vorrichtung bzw. der Stromversorgungen darstellt.A further embodiment of the invention provides that the evaluation unit
is set up to compare the detected magnetic field value with the reference magnetic field values and, if they match, a state
of the device at the corresponding reference magnetic field value as the actual state of the device.
The advantage here is that this represents a simple way of determining the state of the device or the power supplies.

Als Zustand ist eine Eigenschaft der Vorrichtung zu verstehen, ob die Stromversorgungen fehlerfrei sind oder aber einen Defekt aufweisen. Hierbei kann der Zustand jedoch auch noch genauer definiert werden, beispielsweise wo der Defekt auftritt und ob die komplette Stromversorgung betroffen ist oder lediglich einer der elektrischen Leiter. Jede dieser Möglichkeiten kann als eigener Zustand der Vorrichtung betrachtet werden.A condition of the device is to be understood as meaning whether the power supplies are error-free or have a defect. However, the status can also be defined more precisely here, for example where the defect occurs and whether the entire power supply is affected or just one of the electrical conductors. Each of these possibilities can be considered as a separate state of the device.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Stromversorgung und die zweite Stromversorgung derartig durch den Magnetfeldkonzentrator durchgeführt sind, dass Stromflüsse der ersten Stromversorgung antiparallel zu Stromflüssen der zweiten Stromversorgung durch den Magnetfeldkonzentrator verlaufen.
Vorteilhaft ist hierbei, dass sich die Magnetfelder der Stromversorgungen im fehlerfreien Betrieb aufheben, wodurch eine Überprüfung und Auswertung des Zustands der Vorrichtung besonders einfach erfolgen kann.According to one embodiment of the invention, it is provided that the first power supply and the second power supply are passed through the magnetic field concentrator in such a way that current flows of the first power supply run antiparallel to current flows of the second power supply through the magnetic field concentrator.
It is advantageous here that the magnetic fields of the power supplies cancel each other out in error-free operation, as a result of which the status of the device can be checked and evaluated in a particularly simple manner.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Hinleitung mit der zweiten Hinleitung und/oder die erste Rückleitung mit der zweiten Rückleitung nach Durchführung durch den Magnetfeldkonzentrator in Richtung Verbrauchereinheit zusammengeführt ist.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die zusammengeführten Leitungen dann dem Verbraucher zugeführt werden können, wodurch wiederum der Verbraucher weniger Platz bzw. Bauraum für die entsprechenden Anschlüsse der Stromversorgungen benötigt.According to a further embodiment of the invention, it is provided that the first forward line is combined with the second forward line and/or the first return line with the second return line after passing through the magnetic field concentrator in the direction of the consumer unit.
The advantage here is that the lines that have been brought together can then be fed to the consumer, which in turn means that the consumer requires less space or installation space for the corresponding connections of the power supplies.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Hinleitung mit der ersten Rückleitung und/oder die zweite Hinleitung mit der zweiten Rückleitung in Richtung Energieversorgungseinheit in je einem Verbindungselement angeordnet sind.
Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine einfache Verbindungsmöglichkeit der Stromversorgungen gegenüber der Energieversorgungseinheit ermöglicht. According to a further embodiment of the invention, it is provided that the first forward line with the first return line and/or the second forward line with the second return line are each arranged in a connecting element in the direction of the power supply unit.
The advantage here is that this enables the power supplies to be connected in a simple manner to the energy supply unit.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die erste Stromversorgung und/oder die zweite Stromversorgung zumindest teilweise mehrfach derartig durch den Magnetfeldkonzentrator geführt sind, dass Stromflüsse im jeweiligen Hin- und/oder Rückleiter parallel verlaufen.
Vorteilhaft ist hierbei, dass hierdurch die Robustheit gegenüber externen Störfelder verbessert werden kann, da durch die mehrfache Durchführung der Leitungen das entsprechend erzeugte Magnetfeld verstärkt wird und dadurch ein externes Magnetfeld einen geringeren Einfluss auf die Messwert-Erfassung hat.According to a further embodiment of the invention, the first power supply and/or the second power supply are routed at least partially multiple times through the magnetic field concentrator in such a way that current flows in the respective forward and/or return conductor run parallel.
The advantage here is that the robustness against external interference fields can be improved as a result, since the correspondingly generated magnetic field is strengthened by the multiple passage of the lines and an external magnetic field thus has less influence on the measured value acquisition.

Die Erfindung betrifft zudem ein System aufweisend eine Energieversorgungseinheit, einen Verbraucher und eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Energieversorgungseinheit über die erste Stromversorgung und über die zweite Stromversorgung mit der Verbrauchereinheit elektrisch verbunden ist.The invention also relates to a system having an energy supply unit, a consumer and a device according to the invention, the energy supply unit being electrically connected to the consumer unit via the first power supply and via the second power supply.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer defekten Stromversorgung. 1 shows an embodiment of a system according to the invention with a device according to the invention for determining a defective power supply.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer defekten Stromversorgung. 1 shows an embodiment of a system according to the invention with a device according to the invention for determining a defective power supply.

Dargestellt ist ein System 1. Das System 1 weist eine Energieversorgungseinheit 110, eine Verbrauchereinheit 120 und eine Vorrichtung 10 zur Bestimmung einer defekten Stromversorgung auf.A system 1 is shown. The system 1 has an energy supply unit 110, a consumer unit 120 and a device 10 for determining a defective power supply.

Die Vorrichtung 10 weist wiederum eine erste Stromversorgung 20 mit einer ersten Hinleitung 21 und einer ersten Rückleitung 22 und eine zweite Stromversorgung 30 mit einer zweiten Hinleitung 31 und einer zweiten Rückleitung 32 auf. Die erste Stromversorgung 20 und die zweite Stromversorgung 30 verbinden die Energieversorgungseinheit 110 elektrisch mit der Verbrauchereinheit 120. Hierbei ist typischerweise die erste Hinleitung 21 bzw. zweite Hinleitung 31 mit dem positiven Anschluss + der Energieversorgungseinheit verbunden und dann zur Verbrauchereinheit 120 geführt. Die erste Rückleitung 22 bzw. zweite Rückleitung 32 ist typischerweise von der Verbrauchereinheit 120 zum Masseanschluss GND der Energieversorgungseinheit 110 geführt. Im fehlerfreien Betrieb teilt sich der Strom im Wesentlichen gleichmäßig auf alle Hin- bzw. Rückleitungen 21, 22, 31, 32 auf und kann jeweils als Strom i bezeichnet werden. Aufgrund der redundanten Ausgestaltung der Stromversorgungen 20, 30 kommt folglich ein Strom von 2i bei der Verbrauchereinheit 120 an.The device 10 in turn has a first power supply 20 with a first forward line 21 and a first return line 22 and a second power supply 30 with a second forward line 31 and a second return line 32 . The first power supply 20 and the second power supply 30 electrically connect the power supply unit 110 to the consumer unit 120. Here, the first outgoing line 21 or second outgoing line 31 is typically connected to the positive terminal + of the energy supply unit and then led to the consumer unit 120. The first return line 22 or second return line 32 is typically routed from the load unit 120 to the ground connection GND of the energy supply unit 110 . In error-free operation, the current is divided essentially equally between all of the forward and return lines 21, 22, 31, 32 and can each be referred to as current i. Due to the redundant configuration of the power supplies 20, 30, a current of 2i consequently arrives at the load unit 120.

Des Weiteren weist die Vorrichtung 10 einen ringförmigen Magnetfeldkonzentrator 40 und einen Magnetfeldsensor 50 zum Erfassen von Magnetfeldwerten des vom Stromfluss der ersten und zweiten Stromversorgung 20, 30 erzeugten Magnetfeldes, wobei die erste Stromversorgung 20 und die zweite Stromversorgung 30 derartig durch den Magnetfeldkonzentrator 40 geführt sind, dass je nach Stromfluss durch die erste Stromversorgung 20 und/oder zweite Stromversorgung 30 Referenz-Magnetfeldwerte mit Hilfe des Magnetfeldkonzentrators 40 am Magnetfeldsensor 50 erzeugbar sind. Insbesondere sind die erste Stromversorgung 20 und die zweite Stromversorgung 30 hierbei derartig durch den Magnetfeldkonzentrator 40 durchgeführt, dass Stromflüsse der ersten Stromversorgung 20 antiparallel zu Stromflüssen der zweiten Stromversorgung 30 durch den Magnetfeldkonzentrator 40 verlaufen. Dies ist durch die Pfeile auf den Hinleitungen 21, 31 und Rückleitungen 22, 32 entsprechend angedeutet. Der Magnetfeldsensor 50 ist in einem Schlitz des Magnetfeldkonzentrators 40 angeordnet, um die im Magnetfeldkonzentrator 40 gebündelten Magnetfelder zu erfassen.Furthermore, the device 10 has an annular magnetic field concentrator 40 and a magnetic field sensor 50 for detecting magnetic field values of the magnetic field generated by the current flow of the first and second power supplies 20, 30, the first power supply 20 and the second power supply 30 being routed through the magnetic field concentrator 40 in such a way that that depending on the current flow through the first power supply 20 and/or second power supply 30, reference magnetic field values can be generated with the aid of the magnetic field concentrator 40 on the magnetic field sensor 50. In particular, the first power supply 20 and the second power supply 30 are passed through the magnetic field concentrator 40 in such a way that current flows of the first power supply 20 run antiparallel to current flows of the second power supply 30 through the magnetic field concentrator 40 . This is indicated by the arrows on the forward lines 21, 31 and return lines 22, 32 accordingly. The magnetic field sensor 50 is arranged in a slot of the magnetic field concentrator 40 in order to detect the magnetic fields concentrated in the magnetic field concentrator 40 .

Zudem können die erste Stromversorgung 20 und/oder die zweite Stromversorgung 30 zumindest teilweise mehrfach derartig durch den Magnetfeldkonzentrator 40 geführt sein, dass Stromflüsse im jeweiligen Hin- und/oder Rückleiter 21, 22, 31, 32 parallel verlaufen, was hier jedoch bildlich nicht dargestellt ist. Eine mehrfache Durchführung der Leitungen 21, 22, 31, 32 durch die Öffnungen des Magnetfeldkonzentrators 40 führt zu einem stärkeren Magnetfeld und kann durch eine entsprechende Wicklung der Leitungen 21, 22, 31, 32 erzielt werden.In addition, the first power supply 20 and/or the second power supply 30 can be routed at least partially multiple times through the magnetic field concentrator 40 in such a way that current flows in the respective forward and/or return conductors 21, 22, 31, 32 run in parallel, although this is not illustrated here is. Passing the lines 21, 22, 31, 32 through the openings of the magnetic field concentrator 40 several times leads to a stronger magnetic field and can be achieved by winding the lines 21, 22, 31, 32 appropriately.

Insbesondere kann die erste Hinleitung 21 mit der zweiten Hinleitung 31 und die erste Rückleitung 22 mit der zweiten Rückleitung 32 nach Durchführung durch den Magnetfeldkonzentrator 40 in Richtung Verbraucher 120 zusammengeführt sein. Zudem ist bevorzugt die erste Hinleitung 21 mit der ersten Rückleitung 22 und die zweite Hinleitung 31 mit der zweiten Rückleitung 32 in Richtung Energieversorgungseinheit 110 in je einem Verbindungselement 115 angeordnet.In particular, the first outgoing line 21 can be brought together with the second outgoing line 31 and the first return line 22 with the second return line 32 after passing through the magnetic field concentrator 40 in the direction of the consumer 120 . In addition, the first forward line 21 with the first return line 22 and the second forward line 31 with the second return line 32 in the direction of the energy supply unit 110 are each arranged in a connecting element 115 .

Des Weiteren weist die Vorrichtung 10 eine Auswerteeinheit 60 auf, welche dazu eingerichtet ist, einen Magnetfeldwert mittels des Magnetfeldsensors 50 zu erfassen und in Abhängigkeit vom erfassten Magnetfeldwert und den Referenz-Magnetfeldwerten zu bestimmen, ob ein Defekt der ersten Stromversorgung 20 oder der zweiten Stromversorgung 30 vorliegt. Hierbei ist die die Auswerteeinheit 60 insbesondere dazu eingerichtet, den erfassten Magnetfeldwert mit den Referenz-Magnetfeldwerten zu vergleichen und bei einer Übereinstimmung einen Zustand der Vorrichtung 10 bei dem entsprechend Referenz-Magnetfeldwert als tatsächlichen Zustand der Vorrichtung 10 zu bestimmen. Stimmt beispielsweise der Magnetfeldwert mit einem Referenz-Magnetfeldwert überein, welcher bei einer fehlerfreien Stromversorgung 20, 30 erfasst wurde, kann angenommen werden, dass das System 1 zum Zeitpunkt der Erfassung des Magnetfeldwerts ebenfalls eine fehlerfreie Stromversorgung 20, 30 aufweist.
Bevorzugt ist die Auswerteeinheit 60 dazu eingerichtet, bei Bestimmung eines Defekts in Abhängigkeit vom erfassten Magnetfeldwert und den Referenz-Magnetfeldwerten zusätzlich zu bestimmen, ob sich der Defekt in der ersten Stromversorgung 20 oder in der zweiten Stromversorgung 30 befindet, und insbesondere zu bestimmen, ob sowohl Hin- als auch Rückleitung 21, 22, 31, 32 vom Defekt betroffen sind. Hierfür sind die entsprechenden Referenz-Magnetfeldwerte in der Auswerteeinheit 60 hinterlegt.Device 10 also has an evaluation unit 60, which is set up to detect a magnetic field value using magnetic field sensor 50 and, depending on the detected magnetic field value and the reference magnetic field values, to determine whether there is a defect in first power supply 20 or in second power supply 30 present. This is the evaluation unit 60 set up in particular to compare the detected magnetic field value with the reference magnetic field values and, if they match, to determine a state of the device 10 with the corresponding reference magnetic field value as the actual state of the device 10. For example, if the magnetic field value matches a reference magnetic field value that was detected with a fault-free power supply 20, 30, it can be assumed that the system 1 also has a fault-free power supply 20, 30 at the time the magnetic field value was detected.
When determining a defect, evaluation unit 60 is preferably set up to also determine, depending on the detected magnetic field value and the reference magnetic field values, whether the defect is in first power supply 20 or in second power supply 30, and in particular to determine whether both Forward and return lines 21, 22, 31, 32 are affected by the defect. The corresponding reference magnetic field values are stored in the evaluation unit 60 for this purpose.

Durch die entsprechende Führung der Stromversorgungen 20, 30 heben sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel im fehlerfreien Betrieb des Systems 1 die durch die Stromflüsse der Stromversorgungen 20, 30 im Magnetfeldkonzentrator 40 erzeugten Magnetfelder auf. Dies liegt darin begründet, dass der Stromfluss der ersten Stromversorgung 20 antiparallel zum Stromfluss der zweiten Stromversorgung 30 durch die Öffnung des Magnetfeldkonzentrators 40 verläuft. Es ergibt sich quasi ein für das Magnetfeld verantwortlicher effektiver Gesamtstrom Si = Strom erster Hinleiter 21 + Strom erster Rückleiter 22+ Strom zweiter Hinleiter 31 + Strom zweiter Rückleiter 32 = +i +i -i -i =0.
Im Fall, dass eine Stromversorgung 20, 30 nicht angeschlossen ist oder beide Leiter der jeweiligen Stromversorgung 20, 30 unterbrochen sind, fließt der komplette Strom entsprechen durch die andere nicht defekte Stromversorgung. Daraus ergibt sich bei einem entsprechenden Defekt der zweiten Stromversorgung 30 ein für das Magnetfeld verantwortlicher effektiver Gesamtstrom Si = +2i + 2i + 0 + 0 = +4i. Liegt dagegen ein Defekt der ersten Stromversorgung 20 vor, ergibt sich ein für das Magnetfeld verantwortlicher effektiver Gesamtstrom Si = +0 + 0 - 2i -2i = -4i. Diese Ströme erzeugen ein entsprechendes positives bzw. negatives Magnetfeld, welches jeweils erfasst und als Referenz-Magnetfeldwert in der Auswerteeinheit 60 hinterlegt werden kann. Wird nun während des Betriebs der Vorrichtung 10 ein Magnetfeldwert erfasst, welcher mit einem der hinterlegten Referenz-Magnetfeldwert übereinstimmt, kann auf den jeweiligen Zustand der Vorrichtung 10 bzw. Fehlerfall geschlossen werden, welcher bei dem Referenz-Magnetfeldwert vorlag. Fällt lediglich ein Hinleiter 21, 31 bzw. ein Rückleiter 31, 32 aus, fließt der Strom noch durch die funktionsfähigen Leiter und es ergeben sich folgende für das Magnetfeld verantwortliche effektive Gesamtströme Si:

  • • Bei Ausfall des ersten Hinleiters 21: Si = 0 + I -2i -I = -2i
  • • Bei Ausfall des ersten Rückleiters 22: Si = +I +0 -I -2i = -2i
  • • Bei Ausfall des zweiten Hinleiters 31: Si = +2i +I -0 -I = +2i
  • • Bei Ausfall des zweiten Rückleiters 32: Si = +i +2i -i -0 = +2i
Due to the appropriate management of the power supplies 20, 30, the magnetic fields generated by the current flows of the power supplies 20, 30 in the magnetic field concentrator 40 cancel out in the exemplary embodiment shown in error-free operation of the system 1. This is because the current flow of the first power supply 20 runs anti-parallel to the current flow of the second power supply 30 through the opening of the magnetic field concentrator 40 . The result is an effective total current Si that is responsible for the magnetic field, so to speak,=current of first forward conductor 21+current of first return conductor 22+current of second forward conductor 31+current of second return conductor 32=+i+i−i−i=0.
In the event that a power supply 20, 30 is not connected or both conductors of the respective power supply 20, 30 are interrupted, the complete current flows through the other non-defective power supply. In the event of a corresponding defect in the second power supply 30, this results in an effective total current Si=+2i+2i+0+0=+4i which is responsible for the magnetic field. If, on the other hand, there is a defect in the first power supply 20, the result is an effective total current Si=+0+0−2i−2i=−4i that is responsible for the magnetic field. These currents generate a corresponding positive or negative magnetic field, which can be recorded in each case and stored in the evaluation unit 60 as a reference magnetic field value. If a magnetic field value is now detected during operation of the device 10 which matches one of the stored reference magnetic field values, the respective state of the device 10 or error case which was present in the reference magnetic field value can be inferred. If only one forward conductor 21, 31 or one return conductor 31, 32 fails, the current still flows through the functional conductor and the following effective total currents Si responsible for the magnetic field result:
  • • If the first forward conductor 21 fails: Si = 0 + I -2i -I = -2i
  • • If the first return conductor 22 fails: Si = +I +0 -I -2i = -2i
  • • If the second forward conductor 31 fails: Si = +2i +I -0 -I = +2i
  • • If the second return conductor 32 fails: Si = +i +2i -i -0 = +2i

Auch hier ergeben sich folglich durch den entsprechenden Stromfluss signifikante Magnetfeldwerte, welche als Referenz-Magnetfeldwerte hinterlegt und durch die Auswerteeinheit 60 bei der Bestimmung herangezogen werden können, ob ein Defekt der Stromversorgungen 20, 30 vorliegt und insbesondere auch, wie sich dieser Defekt gestaltet.Here, too, the corresponding current flow results in significant magnetic field values, which are stored as reference magnetic field values and can be used by evaluation unit 60 to determine whether there is a defect in power supplies 20, 30 and, in particular, what the nature of this defect is.

Natürlich wäre auch eine andere Führung der Stromversorgungen 20, 30 denkbar, was lediglich zu anderen Referenz-Magnetfeldwerten führen würde.Of course, a different routing of the power supplies 20, 30 would also be conceivable, which would only lead to different reference magnetic field values.

Claims (8)

Vorrichtung (10) zur Bestimmung einer defekten Stromversorgung (20, 30) aufweisend wenigstens - eine erste Stromversorgung (20) mit einer ersten Hinleitung (21) und einer ersten Rückleitung (22) zur elektrischen Verbindung einer Energieversorgungseinheit (110) mit einer Verbrauchereinheit (120), - eine zweite Stromversorgung (30) mit einer zweiten Hinleitung (31) und einer zweiten Rückleitung (32) zur elektrischen Verbindung der Energieversorgungseinheit (110) mit der Verbrauchereinheit (120), - einen ringförmigen Magnetfeldkonzentrator (40) und einen Magnetfeldsensor (50) zum Erfassen von Magnetfeldwerten des vom Stromfluss der ersten und zweiten Stromversorgung (20, 30) erzeugten Magnetfeldes, wobei die erste Stromversorgung (20) und die zweite Stromversorgung (30) derartig durch den Magnetfeldkonzentrator (40) geführt sind, dass je nach Stromfluss durch die erste Stromversorgung (20) und/oder zweite Stromversorgung (30) Referenz-Magnetfeldwerte mit Hilfe des Magnetfeldkonzentrators (40) am Magnetfeldsensor (50) erzeugbar sind, - eine Auswerteeinheit (60), welche dazu eingerichtet ist, einen Magnetfeldwert mittels des Magnetfeldsensors (50) zu erfassen und in Abhängigkeit vom erfassten Magnetfeldwert und den Referenz-Magnetfeldwerten zu bestimmen, ob ein Defekt der ersten Stromversorgung (20) oder der zweiten Stromversorgung (30) vorliegt.Device (10) for determining a defective power supply (20, 30) comprising at least - a first power supply (20) with a first outgoing line (21) and a first return line (22) for electrically connecting an energy supply unit (110) to a consumer unit (120), - a second power supply (30) with a second outgoing line (31) and a second return line (32) for the electrical connection of the energy supply unit (110) to the consumer unit (120), - an annular magnetic field concentrator (40) and a magnetic field sensor (50) for detecting magnetic field values of the magnetic field generated by the current flow of the first and second power supplies (20, 30), the first power supply (20) and the second power supply (30) being connected in this way by the Magnetic field concentrator (40) that, depending on the current flow through the first power supply (20) and/or second power supply (30), reference magnetic field values can be generated using the magnetic field concentrator (40) on the magnetic field sensor (50), - an evaluation unit (60), which is set up to detect a magnetic field value by means of the magnetic field sensor (50) and to determine, depending on the detected magnetic field value and the reference magnetic field values, whether there is a defect in the first power supply (20) or the second power supply ( 30) is available. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (60) dazu eingerichtet ist, bei Bestimmung eines Defekts in Abhängigkeit vom erfassten Magnetfeldwert und den Referenz-Magnetfeldwerten zusätzlich zu bestimmen, ob sich der Defekt in der ersten Stromversorgung (20) oder in der zweiten Stromversorgung (30) befindet, und insbesondere zu bestimmen, ob sowohl Hin- als auch Rückleitung (21, 22, 31, 32) vom Defekt betroffen sind.Device (10) after claim 1 , characterized in that the evaluation unit (60) is set up to additionally determine, when a defect is determined as a function of the detected magnetic field value and the reference magnetic field values, whether the defect is in the first power supply (20) or in the second power supply (30 ) is located, and in particular to determine whether both the forward and return lines (21, 22, 31, 32) are affected by the defect. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (60) dazu eingerichtet ist, den erfassten Magnetfeldwert mit den Referenz-Magnetfeldwerten zu vergleichen und bei einer Übereinstimmung einen Zustand der Vorrichtung (10) bei dem entsprechend Referenz-Magnetfeldwert als tatsächlichen Zustand der Vorrichtung (10) zu bestimmen.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (60) is set up to compare the detected magnetic field value with the reference magnetic field values and, if they match, a state of the device (10) with the corresponding reference magnetic field value as the actual state of the device (10). Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromversorgung (20) und die zweite Stromversorgung (30) derartig durch den Magnetfeldkonzentrator (40) durchgeführt sind, dass Stromflüsse der ersten Stromversorgung (20) antiparallel zu Stromflüssen der zweiten Stromversorgung (30) durch den Magnetfeldkonzentrator (40) verlaufen.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first power supply (20) and the second power supply (30) are passed through the magnetic field concentrator (40) in such a way that current flows of the first power supply (20) are antiparallel to current flows of the second Run power supply (30) through the magnetic field concentrator (40). Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hinleitung (21) mit der zweiten Hinleitung (31) und/oder die erste Rückleitung (22) mit der zweiten Rückleitung (32) nach Durchführung durch den Magnetfeldkonzentrator (40) in Richtung Verbrauchereinheit (120) zusammengeführt ist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first outgoing line (21) with the second outgoing line (31) and/or the first return line (22) with the second return line (32) after passing through the magnetic field concentrator (40 ) is brought together in the direction of consumer unit (120). Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hinleitung (21) mit der ersten Rückleitung (22) und/oder die zweite Hinleitung (31) mit der zweiten Rückleitung (32) in Richtung Energieversorgungseinheit (110) in je einem Verbindungselement (115) angeordnet sind.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first forward line (21) with the first return line (22) and/or the second forward line (31) with the second return line (32) in the direction of the energy supply unit (110) in each one connecting element (115) are arranged. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromversorgung (20) und/oder die zweite Stromversorgung (30) zumindest teilweise mehrfach derartig durch den Magnetfeldkonzentrator (40) geführt sind, dass Stromflüsse im jeweiligen Hin- und/oder Rückleiter (21, 22, 31, 32) parallel verlaufen.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first power supply (20) and/or the second power supply (30) are guided at least partially multiple times through the magnetic field concentrator (40) in such a way that current flows in the respective outward and/or or return conductors (21, 22, 31, 32) run parallel. System (100) aufweisend eine Energieversorgungseinheit (110), eine Verbrauchereinheit (120) und eine Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieversorgungseinheit (110) über die erste Stromversorgung (20) und über die zweite Stromversorgung (30) mit der Verbrauchereinheit (120) elektrisch verbunden ist.System (100) having an energy supply unit (110), a consumer unit (120) and a device (10) according to one of the preceding claims, wherein the energy supply unit (110) via the first power supply (20) and via the second power supply (30). the consumer unit (120) is electrically connected.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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