DE10010544A1 - Energieversorgungssystem und Energieversorgungsverfahren - Google Patents
Energieversorgungssystem und EnergieversorgungsverfahrenInfo
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- H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
- H03K17/063—Modifications for ensuring a fully conducting state in field-effect transistor switches
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Abstract
Wenn eine Spannung, die größer als eine Spannung seitens einer 12V-Energieversorgung (11) und für eine An/Aus-Steuerung eines n-Kanals MOSFET (15) geeignet ist, einer zusammengehörigen An/Aus-Schaltung (19) zugeführt wird, so gibt die zusammengehörige An/Aus-Schaltung (19) an den Gate-Anschluss G ein Steuersignal aus, das ein Durchschalten und ein Sperren den n-Kanal MOSFET (15) durch die zugeführte Spannung steuert, wodurch eine An/Aus-Steuerung des n-Kanals MOSFET (15) durchgeführt wird und eine Steuerung der elektrischen Energie, die zu einer Last (13) seitens der 12V-Energieversorgung (11) zugeführt wird, ermöglicht wird. Die 36V-Energieversorgung (17) wird zur An/Aus-Steuerung des n-Kanals MOSFET (15) verwendet, um die Ausgangsspannung seitens der 12V-Energieversorgung (11) zu der Last (13) zuzuführen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Energieversorgungssystem und ein Energieversorgungsverfahren
und insbesondere ein Energieversorgungssystem, bei dem ein
Halbleiterschalter dazu vorgesehen ist, um die Zuführung der
elektrischen Energie von einer Energieversorgung zu einer
Last zu steuern und in Abhängigkeit von einem Steuersignal
angesteuert zu werden, und ein Energieversorgungsverfahren,
um die Versorgung elektrischer Energie von einer
Energieversorgung zu einer Last zu steuern. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Energieversorgungssystem und ein
Energieversorgungsverfahren für ein Fahrzeug.
Bei einem Halbleiterschalter, der für diesen Typ eines
Energieversorgungssystems verwendet wird, handelt es sich
beispielsweise um einen n-Kanal MOSFET (Metalloxid-
Halbleiter-Feldeffekttransistor). Aufgrund des sehr niedrigen
Durchlasswiderstands und den geringen Kosten dieses n-Kanal
MOSFET wird dieser für Automobilanwendungen verwendet.
Fig. 7 zeigt ein derartiges Energieversorgungssystem in einem
Fahrzeug, bei dem eine Ausgangsspannung einer 12 V-
Energieversorgung 101 einer Last 103 über den Drain-Anschluss
D und den Source-Anschluss S eines n-Kanal MOSFET 105
zugeführt wird, der als ein Halbleiterschalter dient und zur
Umschaltung angesteuert wird.
Zur Ansteuerung wird eine Ausgangsspannung seitens der 12 V-
Energieversorgung 101 über die An/Aus-Schaltung, wo eine An-
und Ausschaltung stattfindet, einer Stromquellenschaltung 109
zugeführt, die aus einer Spannungsaufwärtswandelschaltung 111
und einer Oszillatorschaltung 113 besteht. Die Schaltung 111
führt eine Aufwärtswandlung der zugeführten Spannung durch,
wobei die aufwärts gewandelte Spannung der Schaltung 113
zugeführt wird, wobei diese als Grundlage dafür dient, eine
oszillierende angehobene Spannung mit vorgeschriebener
Frequenz zu erzeugen, die als ein Steuersignal zu dem Gate-
Anschluss des n-Kanal MOSFET 105 ausgegeben wird, der
hierdurch an- und ausgeschaltet wird, wodurch elektrische
Energie seitens der 12 V-Energieversorgung 101 zu der Last 103
zugeführt wird.
In dieser Form wird der n-Kanal MOSFET für Automobilanwendung
in der Regel versorgungsseitig (oberhalb der Last) an- und
ausgeschaltet, wo demnach eine Gate-Source-Spannung vorliegt,
die üblicherweise oberhalb einer Durchlassspannung liegt,
wodurch es notwendig ist, eine Stromquellenschaltung
vorzusehen.
Obwohl ein derartiges Energieversorgungssystem den Vorteil
niedriger Kosten und eines niedrigen Durchlasswiderstandes
aufweist, werden bei Anwendungen, wie etwa im
Fahrzeugbereich, zusätzliche Elemente, wie etwa eine
Stromquellenschaltung, benötigt. Ein Beispiel einer
derartigen Anwendung ist ein intelligentes
Energieversorgungssystem (IPS = Intelligent Power System),
das einen n-Kanal MOSFET mit einer integrierten
Stromquellenschaltung und einer Schutzschaltung aufweist,
wobei dieses System teuer ist.
Darüber hinaus weist die Stromquellenschaltung eine
Oszillatorschaltung auf, die auf hohen Frequenzen (einige 100 KHz)
betrieben wird, um eine Verringerung der Größe des
Energieversorgungssystems im Fahrzeug zu erreichen. Aus
diesem Grund besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit dafür,
dass der Oszillator Störgeräusche in dem Radio des Fahrzeugs
erzeugt. Hierdurch wird eine Schaltung erforderlich, die
derartige Störgeräusche reduziert, wodurch sich die Kosten
des Energieversorgungssystems erhöhen.
Während ein p-Kanal MOSFET ebenso versorgungsseitig verwendet
werden kann, weist dieser p-Kanal MOSFET einen größeren Chip
als der n-Kanal MOSFET auf und ist zudem teurer als der n-
Kanal MOSFET, um die gleiche Leistung zu erreichen.
Fig. 8 zeigt ein Energieversorgungssystem mit mehreren
Spannungen, das in einem Fahrzeug noch nicht verwendet wurde.
Bei diesem Energieversorgungssystem wird eine durch einen
Generator 121 erzeugte Spannung (42 V) auf eine 36 V-Batterie
B1 über eine Diode D1 geladen, wobei elektrische Energie
seitens der 36 V-Batterie B1 der Last 123, wie etwa einem
Antriebsmotor, zugeführt wird. Die durch den Generator 121
erzeugte Spannung (42 V) wird ebenso durch einen DC/DC-Wandler
125 auf 14 V gewandelt und einer 12 V-Batterie B2 zugeführt,
wobei elektrische Energie seitens der 12 V-Batterie B2 der
anderen Last 127, wie etwa einer Lampe zugeführt wird.
Durch die Verwendung eines DC/DC-Wandlers zum Wandeln von 42 V
auf 14 V wird ein System mit mehreren Spannungen umfassend
eine Batterie für ein 36 V-System und eine Batterie für ein
12 V-System geschaffen, wodurch es möglich wird, elektrische
Energie sowohl einer Hochspannungslast, wie etwa einem
Antriebsmotor, als auch einer Niederspannungslast, wie etwa
einer Lampe zuzuführen. Die Spannung der 36 V-Batterie ist das
dreifache derjenigen der 12 V-Batterie B2, wobei der
zugeführte Strom der ersten ein Drittel von der letzten bei
der gleichen elektrischen Leistung beträgt, wodurch die
Querschnitte der Leiter bei der Verdrahtung in Verbindung mit
der 36 V-Batterie ungefähr ein Drittel von den Leitern der
Verdrahtung in Verbindung mit der 12 V-Batterie ausgeführt
werden können, wodurch nicht nur das Gewicht der Verdrahtung,
sondern auch der Lastwirkungsgrad verbessert werden kann.
Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Energieversorgungssystem und ein
Energieversorgungsverfahren an die Hand zu geben, das mehrere
Spannungen verwendet, um eine einfache
Schaltungskonfiguration zu niedrigen Kosten zu erlauben, um
so auf einfache Weise die An/Aus-Steuerung einer Last zu
ermöglichen.
Zur Lösung dieser oben genannten Aufgabe macht sich die
vorliegende Erfindung die folgende Konfiguration zu eigen.
Insbesondere umfasst ein Energieversorgungssystem nach einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine erste
Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung; eine
zweite Energieversorgung mit einer zweiten
Versorgungsspannung, die größer als die erste
Versorgungsspannung ist; einen Halbleiterschalter, der mit
der zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der
zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last
verbunden ist; und eine Ansteuerschaltung, um den
Halbleiterschalter unter Verwendung der zweiten
Versorgungsspannung als Ansteuersignal anzusteuern.
Gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht ein
Energieversorgungssystem mit mehreren Spannungen, dass ein
Halbleiterschalter mit einer einfachen und kostengünstigen
Konfiguration zur effektiven Energieversorgung einer Last
angesteuert wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist eine Energieversorgungssystem für ein eine Last
enthaltendes Fahrzeug vorgesehen, wobei das
Energieversorgungssystem umfasst: eine erste
Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung; eine
zweite Energieversorgung mit einer zweiten
Versorgungsspannung, die größer als die erste
Versorgungsspannung ist; einen Halbleiterschalter, der mit
der zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der
zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last
verbunden ist; und eine Ansteuerschaltung, um den
Halbleiterschalter unter Verwendung der zweiten
Versorgungsspannung als Ansteuersignal anzusteuern.
Gemäß dieser Ausführungsform ist es in einem Fahrzeug mit
einer Last unter Verwendung eines Energieversorgungssystems
mit mehreren Spannungen möglich, dass ein Halbleiterschalter
mit einer einfachen und kostengünstigen Konfiguration zur
effektiven Energieversorgung der Last angesteuert wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ein
Energieversorgungssystem für ein einen Motor enthaltendes
Fahrzeug mit ersten und zweiten Elektroden verschiedener
Polarität und einem Erdverbindungsstromkreis vorgesehen,
wobei das Energieversorgungssystem umfasst: eine erste
Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung; eine
zweite Energieversorgung mit einer zweiten
Versorgungsspannung, die größer als die erste
Versorgungsspannung ist; einen ersten Halbleiterschalter, der
zwischen der ersten Energieversorgung und der ersten
Elektrode des Motors verbunden ist; einen zweiten
Halbleiterschalter, der zwischen der ersten Energieversorgung
und der zweiten Elektrode des Motors verbunden ist; einen
dritten Halbleiterschalter, der mit der zweiten
Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der zwischen der
zweiten Elektrode des Motors und dem Erdverbindungsstromkreis
verbunden ist; einen vierten Halbleiterschalter, der mit der
zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der zwischen
der ersten Elektrode des Motors und dem
Erdverbindungsstromkreis verbunden ist; eine erste
Ansteuerschaltung, um den ersten Halbleiterschalter
anzusteuern; eine zweite Ansteuerschaltung, um den zweiten
Halbleiterschalter anzusteuern; eine dritte
Ansteuerschaltung, um unter Verwendung der zweiten
Versorgungsspannung als Ansteuersignal den dritten
Halbleiterschalter anzusteuern; eine vierte
Ansteuerschaltung, um unter Verwendung der zweiten
Versorgungsspannung als Ansteuersignal den vierten
Halbleiterschalter anzusteuern; und eine Steuereinrichtung,
der dazu ausgelegt ist, die erste, zweite, dritte und vierte
Ansteuerschaltung synchron zu steuern, um eine Drehrichtung
des Motors zu steuern.
Gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht ein
Energieversorgungssystem mit mehreren Spannungen, dass bei
einem Fahrzeug, das einen Motor und einen
Erdverbindungsstromkreis aufweist, ein Satz mehrerer
Halbleiterschalter synchron mit einer einfachen und
kostengünstigen Konfiguration angesteuert werden kann, um den
Motor auf effektive Weise mit Energie zu versorgen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
betrifft ein Energieversorgungssystem, bei dem die An/Aus-
Steuerung eines Halbleiterschalters durchgeführt wird, um die
Energieversorgung seitens der ersten Energieversorgung zur
Last zu steuern. Dieses Energieversorgungssystem umfasst:
eine zweite Energieversorgung mit einer zweiten Spannung, die
größer als die erste Spannung der ersten Energieversorgung
und dazu geeignet ist, die An/Aus-Steuerung des
Halbleiterschalters durchzuführen; und einen Treiber, der auf
einen Steuereingangsanschluss des Halbleiterschalters eines
Steuersignals ausgibt, zum Durchführen einer An/Aus-Steuerung
des Halbleiterschalters durch die von der zweiten
Energieversorgung gelieferten zweiten Spannung.
Soweit gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung die zweite Spannung, die größer als die erste
Spannung der ersten Energieversorgung und dazu geeignet ist,
eine An/Aus-Steuerung des Halbleiterschalters durchzuführen,
der Steuereinrichtung der zweiten Energieversorgung zugeführt
wird, gibt die Ansteuerungseinheit ein Steuersignal zur
An/Aus-Steuerung des Halbleiterschalters der zweiten Spannung
aus, um den Eingang des Halbleiterschalters zu steuern. Dies
führt zu einer An/Aus-Steuerung des Halbleiterschalters und
zur Steuerung der Versorgung der elektrischen Energie zu der
Last seitens der ersten Energieversorgung. Durch Verwendung
der zweiten Energieversorgung zum Durchführen einer An/Aus-
Steuerung des Halbleiterschalters und durch Zuführen der
elektrischen Energie zu der Last seitens der ersten
Energieversorgung, um so die Versorgung der elektrischen
Energie dahin zu steuern, ist es insbesondere extrem einfach,
eine An/Aus-Steuerung der Last unter Verwendung einer
einfachen und kostengünstigen Schaltung durchzuführen, ohne
dass eine komplizierte Stromquellenschaltung erforderlich
ist, die in der Vergangenheit verwendet wurde.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Energieversorgungssystem vorgesehen,
umfassend: einen ersten Halbleiterschalter, der mit einer
ersten Energieversorgung und einem ersten Ende eines Motors
verbunden ist; einen zweiten Halbleiterschalter, der mit
einem zweiten Ende des Motors und mit Masse verbunden ist;
einen dritten Halbleiterschalter, der mit der ersten
Energieversorgung und dem zweiten Ende des Motors verbunden
ist; einen vierten Halbleiterschalter, der mit dem ersten
Ende des Motors und Masse verbunden ist; eine zweite
Energieversorgung mit einer zweiten Spannung, die größer als
die erste Spannung der ersten Spannungsversorgung und zur
An/Aus-Steuerung der ersten und dritten Halbleiterschalter
geeignet ist; einen ersten Treiber, der auf einen
Steuereingangsanschluss des ersten Halbleiterschalters ein
Signal ausgibt, zum Durchführen einer An/Aus-Steuerung des
ersten Halbleiterschalters durch die zweite Spannung; einen
zweiten Treiber, der eine An/Aus-Steuerung des zweiten
Halbleiterschalters durchführt, der mit der An/Aus-Steuerung
des ersten Halbleiterschalters verbunden ist; einen dritten
Treiber, der ein Signal an den Steuereingangsanschluss des
dritten Halbleiterschalters ausgibt, zum Durchführen einer
An/Aus-Steuerung des dritten Halbleiterschalters durch die
zweite Spannung; und einen vierten Treiber, der eine An/Aus-
Steuerung des vierten Halbleiterschalters durchführt, der mit
der An/Aus-Steuerung des dritten Halbleiterschalters
verbunden ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, ein
Energieversorgungssystem bereitzustellen, das die
Vorwärts/Rückwärts-Ansteuerung eines Motors mit einer
einfachen und kostengünstigen Konfiguration vereinfacht, ohne
dass eine Stromquellenschaltung erforderlich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Energieversorgungsverfahren vorgesehen,
umfassend: Bereitstellen einer ersten Energieversorgung mit
einer ersten Versorgungsspannung; Bereitstellen einer zweiten
Versorgungsspannung, die größer als die erste
Versorgungsspannung ist; Verbinden eines Halbleiterschalters
zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last, wobei
der Halbleiterschalter mit einer zweiten Versorgungsspannung
ansteuerbar ist; und Verwendung der zweiten
Versorgungsspannung als ein Ansteuersignal, um den
Halbleiterschalter anzusteuern.
Gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht ein
Energieversorgungssystem mit mehreren Spannungen ebenso, dass
ein Halbleiterschalter auf einfache und kostengünstige Weise
angesteuert wird, um auf effektive Weise Energie zu einer
Last zuzuführen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Energieversorgungsverfahren für ein eine
Last enthaltendes Fahrzeug vorgesehen, wobei das
Energieversorgungsverfahren umfasst: Bereitstellen einer
ersten Energieversorgung mit einer ersten
Versorgungsspannung; Bereitstellen einer zweiten
Versorgungsspannung, die größer als die erste
Versorgungsspannung ist; Verbinden eines Halbleiterschalters
zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last, wobei
der Halbleiterschalter mit einer zweiten Versorgungsspannung
ansteuerbar ist; und Verwendung der zweiten
Versorgungsspannung als ein Ansteuersignal, um den
Halbleiterschalter anzusteuern.
Gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht ein
Energieversorgungssystem mit mehreren Spannungen bei einem
eine Last aufweisenden Fahrzeug es ebenso, dass ein
Halbleiterschalter auf einfache und kostengünstige Weise
angesteuert wird, um die Last auf effektive Weise mit Energie
zu versorgen.
Nach einer, weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zum Zuführen elektrischer Energie
von einer ersten Energieversorgung zu einer Last vorgesehen,
indem eine An/Aus-Steuerung eines Halbleiterschalters
durchgeführt wird. Dieses Verfahren umfasst die Schritte
Zuführen einer zweiten Spannung von einer zweiten
Energieversorgung zu einem Treiber, wobei die zweite Spannung
größer als eine erste Spannung der ersten Energieversorgung
und dazu geeignet ist, eine An/Aus-Steuerung des
Halbleiterschalters durchzuführen; und Ausgeben eines
Steuersignals auf einen Steuerungseingangsanschluss eines
Halbleiterschalters zur An/Aus-Steuerung des
Halbleiterschalters durch die zweite Spannung, die von der
zweiten Energieversorgung dem Treiber zugeführt wurde.
Dies bedeutet, dass es durch Verwendung einer zweiten
Energieversorgung zur Durchführung einer An/Aus-Steuerung des
Halbleiterschalters und ebenso durch Steuerung der Versorgung
der elektrischen Energie zu einer Last durch Zuführen der
elektrischen Energie hierzu seitens der ersten
Energieversorgung extrem einfach ist, eine An/Aus-Steuerung
der Last unter Verwendung einer einfachen und kostengünstigen
Schaltung durchzuführen, und zwar ohne dass eine komplexe
Stromquellenschaltung benötigt wird, wie diese in der
Vergangenheit verwendet wurde.
Die obigen sowie weitere Aufgaben und die neuen Merkmale der
vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit den
beigefügten Zeichnungen weiter ersichtlich:
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines
Energieversorgungssystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines
Fahrzeugs, das mit einem Energieversorgungssystem
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines
Fahrzeugs, das mit einem Energieversorgungssystem
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines
Energieversorgungssystems gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines hybriden
Energieversorgungssystems gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung als Modifikation
des Energieversorgungssystems gemäß Fig. 4;
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines
Energieversorgungssystems gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als
eine weitere Modifikation des
Energieversorgungssystems gemäß Fig. 4;
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung eines
umfassenden Beispiels eines
Energieversorgungssystems, das herkömmliche
Komponenten enthält; und
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung eines
weiteren umfassenden Beispiels eines
Energieversorgungssystems, das herkömmliche
Komponenten enthält.
Im folgenden werden im einzelnen die bevorzugten
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die
gleichen Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
Fig. 1 zeigt ein Energieversorgungssystem S1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das
Energieversorgungssystem S1 versorgt eine geerdete Last 13
und enthält eine 12 V-Energieversorgung 11, eine 36 V-
Energieversorgung 17 mit einer hohen Versorgungsspannung Vs,
einen schaltenden n-Kanal MOSFET (Metalloxid-
Halbleiterfeldeffekttransistor) 15, der zwischen der
Energieversorgung 11 und der Last 13 verbunden ist, und eine
Treiber-An/Aus-Schaltung 19, die zwischen der 36 V-
Energieversorgung 17 und dem MOSFET 15 verbunden ist. Die
An/Aus-Schaltung 19 wird seitens der 36 V-Energieversorgung
mit Energie versorgt. Der MOSFET 15 ist als nicht
angereicherter FET-Typ mit einer Substratelektrode G'
vorgesehen, die intern mit dem Gate-Anschluss G verbunden
ist, kann allerdings auch vom angereicherten Typ sein.
Bei dem Energieversorgungssystem S1 sind verschiedene hohe
und niedrige Spannungen gegenüber den 12 V- und 36 V-
Energieversorgungen 11 und 17 derart vorgesehen, dass ein
12 V-Spannungsausgang seitens der 12 V-Spannungsversorgung 11
über den n-Kanal MOSFET 15 verteilt wird, wobei der Gate-
Anschluss G ein An/Aus-Ansteuerungssignal Sd seitens der
An/Aus-Schaltung 19 aufnimmt, dessen Wirkungsweise auf
versorgte Energie seitens der 36 V-Energieversorgung 17 und
einem An/Aus-Steuersignal Sc beruht, das seitens einer
Steuersignalerzeugungsschaltung Ct eingespeist wird, wobei
die Versorgung der elektrischen Energie zu der Last 13
gesteuert wird.
Bei dem System S1 wird elektrische Energie seitens 12 V-
Energieversorgung 11 zu der Last 13 über einen Drain-
Anschluss D und einen Source-Anschluss S des n-Kanal MOSFET
15 zugeführt, der als ein Halbleiterschalter dient. Bei dem
MOSFET 15 weist der Drain-Anschluss D eine Drain-Spannung VDS
im Verhältnis zu dem Source-Anschluss S auf, und der Gate-
Anschluss G weist eine Gate-Spannung VGS im Verhältnis zu dem
Source-Anschluss S auf. Die Last 13 umfasst eine Vorrichtung
oder eine Einrichtung, wie etwa eine Rücklampe oder eine
Vorderlampe, bei der elektrische Energie eingespeist wird,
wenn der MOSFET 15 mit dem Ansteuerungssignal Sd seitens der
An/Aus-Schaltung 19 durchgeschaltet wird. Die
zusammengehörige An/Aus-Schaltung 19 enthält eine Zehnerdiode
ZD, die zwischen dem Gate-Anschluss G und dem Source-
Anschluss S des n-Kanal MOSFET 15 verbunden ist. Die
Zehnerdiode ZD wird als Einwegdiode hinsichtlich der Gate-
Spannungen VGS betrieben, die eine spezifizierte
Zehnerspannung nicht überschreiten, sowie als Bypass für jede
überschreitende Spannung VGS, die zwischen dem Gate-Anschluss
G und dem Source-Anschluss S auftreten kann und die die Gate-
Spannung VGS auf ungefähr 10 V hält. Die Zehnerspannung ist im
Verhältnis zu einer erlaubten maximalen Gate-Spannung VGS
ausreichend klein, die für den MOSFET 15 spezifiziert ist.
Die zusammengehörige An/Aus-Schaltung 19, die als ein
schaltender Treiber arbeitet, enthält eingangsseitig einen
Eingangstransistor Q2, der einen Emitter E aufweist, der mit
einem geerdeten Leiter verbunden ist, einen Kollektor C, der
mit einem Ende eines Eingangswiderstands R2 verbunden ist,
und eine Basis B zum Aufnehmen des An/Aus-Steuersignals Sc,
das zum An- und Ausschalten des Transistors Q2 eingespeist
wird. Die An/Aus-Schaltung 19 weist ausgangsseitig einen
Ausgangstransistor Q1 auf, der mit einer Basis B und dem
anderen Ende des Eingangswiderstands R2 verbunden ist, dessen
Emitter E mit dem Ausgangsanschluss der 36 V-Energieversorgung
17 und dessen Kollektor C mit dem einen Ende des
Ausgangswiderstands R1 verbunden ist. Dieser Transistor Q1
wird in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Transistors Q2
an- und ausgeschaltet, wodurch die Versorgungsspannung Vs der
36 V-Energieversorgung 17 über den Widerstand R1 zu dem Gate-
Anschluss G des n-Kanal MOSFET 15 weitergeleitet wird.
Bei dem Energieversorgungssystem S1 stellt die
zusammengehörige An/Aus-Schaltung 19 somit ein
schaltgesteuertes Treibersignal Sd zu dem n-Kanal MOSFET 15
zur Verfügung. Der MOSFET 15 kann durch einen thermischen FET
ersetzt werden, der für eine thermische Schutzfunktion
ausgelegt ist.
Die Arbeitsweise des Energieversorgungssystems S1 wird
nunmehr unten beschrieben.
Wenn beispielsweise das Steuersignal Sc mit einem An-Zustand
(im folgenden manchmal als "An-Signal" bezeichnet) der Basis
B des Eingangstransistors Q2 zugeführt wird, wird dadurch der
Transistor Q2 durchgeschaltet, was den Ausgangstransistor Q1
dazu veranlasst, ebenfalls durchzuschalten.
Als Ergebnis davon wird eine seitens der Energieversorgung 17
zugeführte 36 V-Spannung auf den Gate-Anschluss G des n-Kanal
MOSFET 15 über den Ausgangswiderstand R1 beaufschlagt. Diese
beaufschlagte Spannung auf dem Gate-Anschluss G ist
ausreichend größer als die 12 V-Versorgungsspannung für die
Last 13 und schaltet somit den n-Kanal MOSFET 15 durch,
wodurch die 12 V-Versorgungsspannung zu der Last 13
weitergeleitet werden kann.
Das Energieversorgungssystem S1 kann vorzugsweise auf Systeme
mit mehreren Spannungen, wie etwa mit einem 12 V-Subsystem und
einem 36 V-Subsystem in einem Fahrzeug angewendet werden, da
die 36 V-Energieversorgung 17 dazu verwendet wird, um die
An/Aus-Steuerung der Spannung VGS zwischen dem Gate-Anschluss
G und dem Source-Anschluss S des n-Kanal MOSFET 15
durchzuführen, wobei die Versorgungsspannung seitens der
herkömmlich verwendeten 12 V-Energieversorgung 11 zu der Last
13 mit einer herkömmlichen An/Aus-Steuerung weitergeleitet
wird. Bei dieser Anwendung kann auf einfache Weise eine
An/Aus-Steuerung der 12 V-Versorgung ohne die Notwendigkeit
einer aufwendigen Stromquellenschaltung (109) erreicht
werden, wie dies in der Vergangenheit der Fall war. Somit
kann eine einfache und kostengünstige Konfiguration verwendet
werden.
Bei Durchführung einer einfachen An/Aus-Steuerung unter
Verwendung der An/Aus-Schaltung 19 ist eine statische
Betriebsweise möglich, ohne dass eine Oszillatorschaltung
(113) als eine Stromquellenschaltung (109) vorgesehen werden
muss, wodurch fast vollständig die Probleme, wie etwa der
Störgeräusche eliminiert werden können.
Aufgrund einer extrem niedrigen Ausgangsimpedanz der 36 V-
Energieversorgung 17 ist es zusätzlich möglich, eine
Hochgeschwindigkeits-An/Aus-Steuerung unter Verwendung einer
einfachen An/Aus-Schaltung 19 beispielsweise als PWM-
Steuerung durchzuführen, bei der das Schaltverhältnis
zwischen An- und Auszeiten gesteuert wird. Die PWM-Steuerung
kann beispielsweise dazu verwendet werden, um die Helligkeit
der Last 13 oder eine lineare Steuerung eines Motors
durchzuführen.
Die oben genannten zwei Energieversorgungen werden
vorzugsweise in einem elektrischen Verteilerkasten
(Anschlusskasten) eines Fahrzeugs installiert, wodurch ein
extrem einfaches und kompaktes Energieversorgungssystem
realisiert werden kann.
Indem in dem Energieversorgungssystem S1 der MOSFET 15 oder
ein thermischer FET mit einem integrierten thermischen Schutz
vorgesehen wird, ist es zusätzlich möglich, kontaktlose und
wartungsfreie Relais vorzusehen, während zur Zeit mechanische
Relais, wie etwa ISO-Relais und Mikrorelais verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines thermischen FET
mit einem integrierten thermischen Schutz besteht darin, dass
es hierdurch überflüssig wird, getrennte Elemente, wie etwa
Sicherungen, vorzusehen.
Fig. 2 zeigt ein Energieversorgungssystem S2, das gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Fahrzeug
21 installiert ist.
Im Vorbau 23 des Fahrzeugs 21 sind vorgesehen: ein Motor 27,
ein Generator 29, der in Antwort auf die Antriebsleistung
seitens des Motors 27 eine Wechselspannung erzeugt, einen
DC/DC-Wandler 31, der eine durch den Generator 29 erzeugte
Spannung (z. B. 42 V) in eine Gleichspannung 14 V wandelt, eine
36 V-Batterie B1 (entsprechend der 36 V-Energieversorgung 17 in
dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel S1) mit einer hohen
Versorgungsspannung Vs und eine 12 V-Batterie B2 (entsprechend
der 12 V-Energieversorgung 11 in dem vorangegangenen
Ausführungsbeispiel S1).
Im Rückteil des Fahrzeugs 21 ist ein Anschlusskasten 35
angeordnet, der mit einer Spannung seitens der 12 V-Batterie
B2 über ein Versorgungskabel 33a und einer Spannung seitens
der 36 V-Batterie B1 über ein Versorgungskabel 33b versorgt
wird, sowie Rücklampen 13a als Last. Der Anschlusskasten 35
enthält eine zusammengehörige An/Aus-Schaltung 19, der eine
Spannung seitens der 36 V-Batterie B1 zugeführt wird, und
einen n-Kanal MOSFET 15, dem eine Spannung seitens der 12 V-
Batterie B2 über eine Sicherung 37 zugeführt wird. Die
An/Aus-Schaltung 19 wird mit einem Steuersignal Sc gesteuert,
das seitens einer Steuersignalerzeugungsschaltung zugeführt
wird.
Das Energieversorgungssystem S2 umfasst insgesamt den
Anschlusskasten 35, die Energieversorgungen B1, B2
(einschließlich der damit verbundenen Elemente 27, 29, 31)
sowie eine damit verbundene Verdrahtung (einschließlich der
Kabel 33a, 33b und einer Signalleitung) und stellt somit ein
einfaches, kostengünstiges sowie ein effektiv kleinbauendes
System dar.
Fig. 3 zeigt ein in einem Fahrzeug 21 installiertes
Energieversorgungssystem S3 gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der
unterschiedliche Aufbau gegenüber dem vorangegangenen
Ausführungsbeispiel S2 besteht darin, dass das
Energieversorgungssystem S3 einen DC/DC-Wandler 31 und eine
12 V-Batterie B2 aufweist, die beide in dem Rückteil 25 des
Fahrzeugs 21 angeordnet sind.
Zusätzlich zu den erreichten Wirkungen gemäß dem
vorangegangenen Ausführungsbeispiel S2 hat das
Ausführungsbeispiel S3 gemäß Fig. 3 den weiteren Vorteil,
dass die 36 V-Batterie B1 in dem Vorbau 23 des Fahrzeugs 21
verbleibt, wodurch ein effektiver Gewichtsausgleich in dem
Fahrzeug 21 erreicht werden kann, da die 12 V-Batterie B2 in
dem rückwärtigen Teil 25 installiert ist.
Fig. 4 zeigt ein in einem Fahrzeug 21 gemäß Fig. 2 oder 3
installiertes Energieversorgungssystem S4 gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das dazu
vorgesehen ist, einen Gleichspannungsservomotor 41 zu
steuern, der ein Fensterenergiesystem bildet, das die
Fensterscheiben des Fahrzeugs auf- und abbewegt, wofür eine
Ansteuerung sowohl in der Vorwärts- als auch in der
Rückwärtsrichtung notwendig ist.
Das Energieversorgungssystem S4 weist einen ersten n-Kanal
MOSFET 15a auf, der zwischen einer 12 V-Energieversorgung 11
und einer ersten externen Steuerelektrode 41a des Motors 41
mit positiver Polarität verbunden ist, einen zweiten n-Kanal
MOSFET 15b, der zwischen der 12 V-Energieversorgung 11 und
einer zweiten externen Steuerelektrode 41B des Motors 41 mit
negativer Polarität verbunden ist, einen dritten n-Kanal
MOSFET 15c, der zwischen der zweiten Elektrode 41b des Motors
41 und einen geerdeten Leiter verbunden ist, und einen
vierten n-Kanal MOSFET 15d, der zwischen der ersten Elektrode
41a des Motors 41 und einem geerdeten Leiter verbunden ist.
Die 12 V-Energieversorgung 11 ist für die vier n-Kanal MOSFETs
15a-15d gemeinsam vorgesehen, kann allerdings auch getrennt
zur individuellen Verwendung vorgesehen sein.
Das Energieversorgungssystem S4 enthält weiterhin eine
gemeinsame 36 V-Energieversorgung 17, die eine ausreichend
hohe Spannung Vs aufweist, um zum Treiben jedes der MOSFETs
15a-15d verwendet zu werden, eine erste zusammengehörige
An/Aus-Schaltung 19a, die zwischen der 36 V-Energieversorgung
17 und dem ersten n-Kanal MOSFET 15a verbunden ist, eine
zweite zusammengehörige An/Aus-Schaltung 19b, die zwischen
der 36 V-Energieversorgung 17 und dem zweiten n-Kanal MOSFET
15b vorgesehen ist, eine dritte zusammengehörige An/Aus-
Schaltung 19c, die zwischen der 36 V-Energieversorgung 17 und
dem dritten n-Kanal MOSFET 15c verbunden ist, eine vierte
zusammengehörige An/Aus-Schaltung 19d, die zwischen der 36 V-
Energieversorgung 17 und dem vierten n-Kanal MOSFET 15d
verbunden ist, und eine Steuersignalerzeugungsschaltung Ct,
die in einer Energiefenster-Steuereinheit vorgesehen ist und
parallel zu den ersten bis vierten An/Aus-Schaltungen 19a bis
19d verbunden ist. Die 36 V-Energieversorgung 17 ist für die
zusammengehörigen An/Aus-Schaltungen 19a bis 19d gemeinsam
vorgesehen, kann allerdings zur individuellen Verwendung auch
getrennt vorgesehen sein.
Die Steuersignalerzeugungsschaltung Ct versorgt die vier
zusammengehörigen An/Aus-Schalter 19a bis 19d mit vier
synchronisierten Motorsteuersignalen: einem ersten
Steuersignal Sc1 zum Steuern der ersten An/Aus-Schaltung 19a,
um hiervon ein Hochspannungssteuerungssignal Sd1 zu dem Gate-
Anschluss G des ersten n-Kanal MOSFET 15a auszugeben, der
hierdurch an- und ausgeschaltet wird, ein zweites
Steuersignal Sc2 zum Steuern der zweiten An/Aus-Schaltung
19b, um hiervon ein Hochspannungsansteuerungssignal Sd2 an
den Gate-Anschluss G des zweiten n-Kanal MOSFET 15b
auszugeben, der hierdurch an- und ausgeschaltet wird, ein
drittes Steuersignal Sc3, das mit dem ersten Steuersignal Sc1
zum Steuern der dritten An/Aus-Schaltung 19c zusammenwirkt,
um hiervon ein Ansteuerungssignal Sd3 zu dem Gate-Anschluss G
des dritten n-Kanal MOSFET 15c auszugeben, der hierdurch in
Synchronisation mit dem MOSFET 15a an- und ausgeschaltet
wird, und ein viertes Steuersignal Sc4, das mit dem zweiten
Steuersignal Sc2 zum Steuern der vierten An/Aus-Schaltung 19d
zusammenwirkt, um hiervon ein Ansteuerungssignal Sd4 zu dem
Gate-Anschluss G des vierten n-Kanal MOSFET 15d auszugeben,
der hierdurch in Synchronisation mit dem zweiten MOSFET 15b
an- und ausgeschaltet wird. Die dritten und vierten An/Aus-
Schaltungen 19c und 19d können vorzugsweise mit der
Energieversorgung niedriger Spannung anstelle der 36 V-
Energieversorgung 17 verbunden sein.
Zum Zeitpunkt, wenn der erste MOSFET 15a zum Durchschalten
angesteuert wird, wird bei dem Energieversorgungssystem S4
der dritte MOSFET 15c ebenso durchgeschaltet, so dass ein
Vorwärtsstrom seitens der 12 V-Energieversorgung 11 über den
ersten MOSFET 15a, die Elektrode positiver Polarität 41a des
Motors 41, die Elektrode negativer Polarität 41b des Motors
41 und den dritten MOSFET 15c in dieser Reihenfolge fließt,
wodurch eine Drehung des Motors 41 in Vorwärtsrichtung
bewirkt wird.
Dementsprechend wird zu einem anderen Zeitpunkt, wenn der
zweite MOSFET 15b zum Durchschalten angesteuert wird, der
vierte MOSFET 15d ebenso durchgeschaltet, so dass ein
umgekehrter Strom von der 12 V-Energieversorgung 11 zu Masse
über den zweiten MOSFET 15b die Elektrode 41b mit negativer
Polarität des Motors 41, die Elektrode 41a mit positiver
Polarität des Motors 41 und den vierten MOSFET 15d in dieser
Reihenfolge fließt, wodurch eine Drehung des Motors 41 in
umgekehrter Richtung bewirkt wird.
Es ist daher möglich, ein kostengünstiges
Energieversorgungssystem mit einem einfachen Schaltungsaufbau
bereitzustellen, ohne dass eine komplexe
Stromquellenschaltung (109) verwendet werden muss, so dass
der Motor 41 auf einfache Weise sowohl in Vorwärts- als auch
in Rückwärtsrichtung angesteuert werden kann. Darüber hinaus
ist es möglich, anstatt der FETs in dem
Energieversorgungssystem S4 thermische FETs vorzusehen.
Fig. 5 zeigt ein hybrides Energieversorgungssystem S5, das in
dem Fahrzeug 21 gemäß Fig. 2 oder Fig. 3 gemäß dem fünften
Ausführungsbeispiel der Erfindung als eine teilweise
Modifikation des Energieversorgungssystems S4 installiert
ist.
Bei diesem hybriden Energieversorgungssystem S5 sind die
ersten und zweiten zusammengehörigen An/Aus-Schaltungen 19a
und 19b des vorangegangenen Systems S4 auf der
Versorgungsseite des Motors 41 durch eine Kombination einer
ersten An/Aus-Schaltung 107a ersetzt worden, die ein erstes
Steuersignal Sc1 seitens einer
Steuersignalerzeugungsschaltung Ct und einer 12 V-
Energieversorgung 11 aufnimmt, und einer ersten
Stromquellenschaltung 109a, die mit der ersten An/Aus-
Schaltung 107a zusammenwirkt, um ein erstes Ansteuersignal
Sd1 an dem Gate-Anschluss G des ersten n-Kanal MOSFET 15a in
Übereinstimmung mit dem ersten Steuersignal Sc1
bereitzustellen, sowie einer Kombination einer zweiten
An/Aus-Schaltung 107b, die ein zweites Steuersignal Sc2
seitens der Steuersignalerzeugungsschaltung Ct und der
Versorgungsspannung seitens der 12 V-Energieversorung 11
aufnimmt, und einer zweiten Stromquellenschaltung 109b, die
mit der zweiten An/Aus-Schaltung 107b zusammenwirkt, um ein
zweites Ansteuersignal Sd2 an dem Gate-Anschluss G des
zweiten n-Kanal MOSFET 15b in Abhängigkeit von dem zweiten
Steuersignal Sc2 bereitzustellen, um jeweils eine komplexe
Steuerung zu vorgeschriebenen Kosten zu ermöglichen. Auf der
geerdeten Seite des Motors 41 weist das System S5 einen
identischen Aufbau wie das System S4 auf, wobei eine
Energieversorgung 57 mit einer niedrigen Spannung hierfür
vorgesehen ist. Diese Energieversorgung 57 hat eine
Versorgungsspannung zwischen 12 V und 36 V, kann allerdings
auch durch eine 36 V-Energieversorgung ersetzt werden.
Fig. 6 zeigt ein Energieversorgungssystem S6, das in einem
Fahrzeug 21 gemäß Fig. 2 oder 3 gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer teilweisen
Modifikation des Energieversorgungssystems S4 installiert
ist.
Dieses Energieversorgungssystem S6 sieht anstatt des ersten
n-Kanal MOSFET 15a des Systems S4 einen ersten p-Kanal MOSFET
16a vor, der zwischen einer 12 V-Energieversorgung 11 und
einer Elektrode 41a mit positiver Polarität des Motors 41
verbunden ist, sowie anstatt des zweiten n-Kanal MOSFET 15b
des Systems S4 einen zweiten p-Kanal MOSFET 16b, der zwischen
der 12 V-Energieversorgung 11 und einer Elektrode 41b mit
negativer Polarität des Motors 41 verbunden ist.
Bei dem Energieversorgungssystem S6 sind auf der
Versorgungsseite des Motors 41 die ersten und zweiten
zusammengehörigen An/Aus-Schaltungen 19a und 19b des Systems
S4 durch eine Kombination einer ersten Zehnerdiode ZD1, die
zwischen einem Source-Anschluss S und einem Gate-Anschluss G
des ersten p-Kanal MOSFET 16a verbunden ist, und einem ersten
Transistor Q3, der zwischen dem Gate-Anschluss G des MOSFET
16a und einem geerdeten Leiter verbunden ist und ein erstes
Steuersignal Sc1 seitens einer
Steuersignalerzeugungsschaltung Ct aufnimmt, sowie einer
Kombination aus einer zweiten Zehnerdiode ZD2, die zwischen
einem Source-Anschluss S und einem Gate-Anschluss G des
zweiten p-Kanal MOSFET 16b verbunden ist, und einem zweiten
Trransistor Q4, der zwischen dem Gate-Anschluss G des MOSFET
16b und einem geerdeten Leiter verbunden ist und ein zweites
Steuersignal Sc2 seitens der Steuersignalerzeugungsschaltung
Ct empfängt, ersetzt worden, um eine komplexe Steuerung zu
vorgegebenen Kosten zu ermöglichen. Die ersten und zweiten
Transistoren Q3 und Q4 sind mit Ausgangswiderständen R3 und
R4 versehen. Auf der geerdeten Seite des Motors 41 weist das
System S6 einen identischen Aufbau wie das System S4 auf,
wobei eine Energieversorgung 57 mit niedriger Spannung
hierfür vorgesehen ist. Die Energieversorgung 57 kann
allerdings ebenso durch eine 36 V-Energieversorgung
ausgewechselt werden.
Sobald das erste Steuersignal Sc1 sich aufschaltet, wird der
erste Transistor Q3 durchgeschaltet und leitet einen
umgeleiteten Strom durch die erste Zehnerdiode ZD1 und stellt
ein erstes Ansteuersignal Sd1 an dem Gate-Anschluss G des
ersten p-Kanal MOSFET 16a in Abhängigkeit von dem
Steuersignal Sc1 bereit. Ebenso wird mit dem aufgeschalteten
zweiten Steuersignal Sc2 der zweite Transistor Q4
durchgeschaltet, leitet einen umgeleiteten Strom durch die
zweite Zehnerdiode ZD2 und stellt ein zweites Ansteuersignal
Sd2 an dem Gate-Anschluss G des zweiten p-Kanal MOSFET 16b in
Abhängigkeit von dem Steuersignal Sc2 bereit.
Das System S6 verwendet sowohl n-Kanal als auch p-Kanal
MOSFETs und ist dazu ausgelegt, den Motor 41 in Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung anzusteuern.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es alternativ
möglich, beispielsweise eine 24 V-Energieversorgung für eine
An/Aus-Steuerung des n-Kanal MOSFET zu verwenden.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich, ist
gemäß einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung ein
Halbleiterschalter durch Verwendung eines n-Kanal MOSFET
realisiert, der eine An/Aus-Steuerung der Versorgung einer
Last mit einer niedrigen Versorgungsspannung durchführt
(Fig. 1-4) oder in zusammenwirkender Weise beeinflusst
(Fig. 4-6).
Eine Energieversorgung mit einer hohen Spannung (B1) ist in
dem Vorbau (23) des Fahrzeugs (Fig. 2) angeordnet, und ein
Halbleiterschalter (15) ist in dem rückwärtigen Teil (25) des
Fahrzeugs angeordnet, wodurch eine Gewichtsreduktion der
Verdrahtung erreicht werden kann.
Durch Anordnung einer Energieversorgung (B2) mit einer
niedrigen Spannung in einem rückwärtigen Teil (25) des
Fahrzeugs (Fig. 3) und mit der Anordnung einer
Energieversorgung (B1) mit einer hohen Spannung im Vorbau
(23) des Fahrzeugs kann erreicht werden, dass das Fahrzeug in
seinem Gewicht ausgeglichen ist.
Ein Energieversorgungssystem (Fig. 4) weist einen ersten
Halbleiterschalter (15a) auf, der mit einer ersten
Energieversorgung (11) und einem ersten Ende (41a) eines
Motors (41) verbunden ist, einen zweiten Halbleiterschalter
(15c, ein dritter in dem Ausführungsbeispiel), der mit dem
anderen Ende (41b) des Motors und mit Masse verbunden ist,
einen dritten Halbleiterschalter (15b, ein zweiter in dem
Ausführungsbeispiel), der mit der ersten Energieversorgung
(11) und dem anderen Ende (41b) des Motors verbunden ist,
einen vierten Halbleiterschalter (15d), der mit dem einen
Ende (41a) des Motors und Masse verbunden ist, eine zweite
Energieversorgung (17) mit einer zweiten Spannung (36 V), die
größer als die erste Spannung (12 V) der ersten
Spannungsversorgung und zur An/Aus-Steuerung der ersten und
dritten Halbleiterschalter (15a, 15b) geeignet ist, einen
ersten Treiber (19a), der auf einen Steuereingangsanschluss
(G) des ersten Halbleiterschalters (15a) ein Signal (Sd1)
ausgibt, zum Durchführen einer An/Aus-Steuerung des ersten
Halbleiterschalters (15a) durch die zweite Spannung (36 V),
einen zweiten Treiber (19c, einen dritten in dem
Ausführungsbeispiel), der eine An/Aus-Steuerung des zweiten
Halbleiterschalters (15c) durchführt, der mit der An/Aus-
Steuerung des ersten Halbleiterschalters (15a) verbunden ist,
einen dritten Treiber (19b, einen zweiten in dem
Ausführungsbeispiel), der ein Signal (Sd2) an den
Steuereingangsanschluss (G) des dritten Halbleiterschalters
(15b) ausgibt, zum Durchführen einer An/Aus-Steuerung des
dritten Halbleiterschalters (15b) durch die zweite Spannung
(36 V), und einen vierten Treiber (19d), der eine An/Aus-
Steuerung des vierten Halbleiterschalters (15d) durchführt,
der mit der An/Aus-Steuerung des dritten Halbleiterschalters
(15b) verbunden ist. Durch Verwendung der zweiten
Energieversorgungsspannung (36 V) zum Durchschalten des ersten
Halbleiterschalters (15a) unter Verwendung des ersten
Treibers (19a) sowie nachfolgender Durchschaltung des zweiten
Halbleiterschalters (15c) mit gemeinsamer Durchschaltung des
ersten Halbleiterschalters (15a) fließt dementsprechend Strom
seitens der ersten Energieversorgung (11) zu dem ersten
Halbleiterschalter (15a), dem Motor (41), dem zweiten
Halbleiterschalter (15c) und Masse, wodurch der Motor (41)
beispielsweise dazu bewegt wird, sich in Vorwärtsrichtung zu
drehen. Durch Verwendung der zweiten
Energieversorgungsspannung (36 V) zum Durchschalten des
dritten Halbleiterschalters (15b) mit dem dritten Treiber
(19c) sowie durch gemeinsame Durchschaltung des vierten
Halbleiterschalters (15d) mit dem Durchschalten des dritten
Halbleiterschalters (15b) fließt in entsprechender Weise
Strom seitens der ersten Energieversorgung (11) zu dem
dritten Halbleiterschalter (15b), dem Motor (41), dem vierten
Halbleiterschalter (15d) und Masse, wodurch der Motor (41)
dazu veranlasst wird, sich beispielsweise in
Rückwärtsrichtung zu drehen.
Es ist somit möglich, ein Energieversorgungssystem (S4)
bereitzustellen, das die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung eines
Motors mit einer einfachen und kostengünstigen Konfiguration
ermöglicht, ohne dass dazu eine Stromquellenschaltung
erforderlich wäre. Aufgrund der Konfiguration (S4) wird ein
Energieversorgungssystem bereitgestellt, das eine einfache
Ansteuerung eines Motors in sowohl Vorwärts- als auch
Rückwärtsrichtung ermöglicht.
Die ersten und dritten Halbleiterschalter (15a, 15b) sind
durch Verwendung von n-Kanal MOSFETs realisiert, die dazu
verwendet werden, um eine An/Aus-Steuerung der Versorgung der
ersten Versorgungsspannung (11) durchzuführen.
Eine zweite Energieversorgung (36 V) wird dazu verwendet, um
eine An/Aus-Steuerung eines Halbleiterschalters (15)
durchzuführen, wobei eine Ausgangsspannung (12 V) seitens
einer ersten Energieversorgung (11) einer Last (13) derart
zugeführt wird, dass die Versorgung elektrischer Energie zu
der Last gesteuert wird. Diese Konfiguration (S1) macht das
Erfordernis zum Bereitstellen einer komplexen
Ladungsquellenschaltung, wie diese in der Vergangenheit
verwendet wurde, hinfällig, während eine extrem einfache
An/Aus-Steuerung einer Last unter Verwendung einer einfachen
und kostengünstigen Schaltungskonfiguration an die Hand
gegeben wird.
Die Verwendung eines n-Kanal MOSFET (15) als ein
Halbleiterschalter ermöglicht eine An/Aus-Steuerung der
ersten Energieversorgung (11) durch einen n-Kanal MOSFET.
Während bevorzugte Ausführungsbeispiele von
Energieversorgungssystem und -verfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung unter Verwendung von speziellen
Begriffen beschrieben wurden, ist es ersichtlich, dass diese
Beschreibung nur dem Zwecke der Erläuterung dient und dass
Änderungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne
den Grundgedanken und den Schutzbereich der folgenden
Ansprüche zu verlassen.
Claims (17)
1. Energieversorgungssystem, umfassend:
eine erste Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung;
eine zweite Energieversorgung mit einer zweiten Versorgungsspannung, die größer als die erste Versorgungsspannung ist;
einen Halbleiterschalter, der mit der zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last verbunden ist; und
eine Ansteuerschaltung, um den Halbleiterschalter unter Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als Ansteuersignal anzusteuern.
eine erste Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung;
eine zweite Energieversorgung mit einer zweiten Versorgungsspannung, die größer als die erste Versorgungsspannung ist;
einen Halbleiterschalter, der mit der zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last verbunden ist; und
eine Ansteuerschaltung, um den Halbleiterschalter unter Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als Ansteuersignal anzusteuern.
2. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei die
Ansteuerschaltung einen Schaltkreis umfasst, der
zwischen der zweiten Energieversorgung und dem
Halbleiterschalter verbunden ist.
3. Energieversorgungssystem nach Anspruch 2, wobei der
Halbleiterschalter einen n-Kanal Feldeffekttransistor
umfasst, der einen mit der ersten Energieversorgung
verbundenen Drain-Anschluß, einen mit der Last
verbundenen Source-Anschluß und einen mit dem
Schaltkreis verbundenen Gate-Anschluß aufweist.
4. Energieversorgungssystem nach Anspruch 3, wobei der
Halbleiterschalter weiterhin eine Zenerdiode umfasst,
die zwischen dem Source-Anschluß und dem Gate-Anschluß
des n-Kanal Feldeffekttransistors verbunden ist.
5. Energieversorgungssystem nach Anspruch 3, wobei der
Schaltkreis einen ersten Transistor mit einem Emitter,
der mit der zweiten Energieversorgung verbunden ist, und
mit einem Kollektor, der mit dem Gate-Anschluß des n-
Kanal Feldeffekttransistors verbunden ist, umfasst.
6. Energieversorgungssystem nach Anspruch 5, wobei der
Schaltkreis weiterhin einen zweiten Transistor mit einem
Kollektor, der mit der Basis des ersten Transistors
verbunden ist, mit einem Emitter, der mit Masse
verbunden ist, und mit einer Basis zum Abnehmen eines
Steuerschaltsignals umfaßt.
7. Energieversorgungssystem für ein eine Last enthaltendes
Fahrzeug, wobei das Energieversorgungssystem umfasst:
eine erste Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung;
eine zweite Energieversorgung mit einer zweiten Versorgungsspannung, die größer als die erste Versorgungsspannung ist;
einen Halbleiterschalter, der mit der zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last verbunden ist; und
eine Ansteuerschaltung, um den Halbleiterschalter unter Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als Ansteuersignal anzusteuern.
eine erste Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung;
eine zweite Energieversorgung mit einer zweiten Versorgungsspannung, die größer als die erste Versorgungsspannung ist;
einen Halbleiterschalter, der mit der zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last verbunden ist; und
eine Ansteuerschaltung, um den Halbleiterschalter unter Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als Ansteuersignal anzusteuern.
8. Energieversorgungssystem nach Anspruch 7, wobei die Last
eine Schlussleuchte des Fahrzeugs umfasst und wobei die
zweite Energieversorgung eine Batterie umfasst, die im
Vorbau des Fahrzeugs angeordnet ist.
9. Energieversorgungssystem nach Anspruch 8, wobei die
erste Energieversorgung eine Batterie umfasst, die im
rückwärtigen Teil des Fahrzeugs angeordnet ist.
10. Energieversorgungssystem für ein einen Motor
enthaltendes Fahrzeug mit ersten und zweiten Elektroden
verschiedener Polarität und einem
Erdverbindungsstromkreis, wobei das
Energieversorgungssystem umfasst:
eine erste Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung;
eine zweite Energieversorgung mit einer zweiten Versorgungsspannung, die größer als die erste Versorgungsspannung ist;
einen ersten Halbleiterschalter, der zwischen der ersten Energieversorgung und der ersten Elektrode des Motors verbunden ist;
einen zweiten Halbleiterschalter, der zwischen der ersten Energieversorgung und der zweiten Elektrode des Motors verbunden ist;
einen dritten Halbleiterschalter, der mit der zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der zwischen der zweiten Elektrode des Motors und dem Erdverbindungsstromkreis verbunden ist;
einen vierten Halbleiterschalter, der mit der zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der zwischen der ersten Elektrode des Motors und dem Erdverbindungsstromkreis verbunden ist;
eine erste Ansteuerschaltung, um den ersten Halbleiterschalter anzusteuern;
eine zweite Ansteuerschaltung, um den zweiten Halbleiterschalter anzusteuern;
eine dritte Ansteuerschaltung, um unter Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als Ansteuersignal den dritten Halbleiterschalter anzusteuern;
eine vierte Ansteuerschaltung, um unter Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als Ansteuersignal den vierten Halbleiterschalter anzusteuern; und
eine Steuereinrichtung, der dazu ausgelegt ist, die erste, zweite, dritte und vierte Ansteuerschaltung synchron zu steuern, um eine Drehrichtung des Motors zu steuern.
eine erste Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung;
eine zweite Energieversorgung mit einer zweiten Versorgungsspannung, die größer als die erste Versorgungsspannung ist;
einen ersten Halbleiterschalter, der zwischen der ersten Energieversorgung und der ersten Elektrode des Motors verbunden ist;
einen zweiten Halbleiterschalter, der zwischen der ersten Energieversorgung und der zweiten Elektrode des Motors verbunden ist;
einen dritten Halbleiterschalter, der mit der zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der zwischen der zweiten Elektrode des Motors und dem Erdverbindungsstromkreis verbunden ist;
einen vierten Halbleiterschalter, der mit der zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist und der zwischen der ersten Elektrode des Motors und dem Erdverbindungsstromkreis verbunden ist;
eine erste Ansteuerschaltung, um den ersten Halbleiterschalter anzusteuern;
eine zweite Ansteuerschaltung, um den zweiten Halbleiterschalter anzusteuern;
eine dritte Ansteuerschaltung, um unter Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als Ansteuersignal den dritten Halbleiterschalter anzusteuern;
eine vierte Ansteuerschaltung, um unter Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als Ansteuersignal den vierten Halbleiterschalter anzusteuern; und
eine Steuereinrichtung, der dazu ausgelegt ist, die erste, zweite, dritte und vierte Ansteuerschaltung synchron zu steuern, um eine Drehrichtung des Motors zu steuern.
11. Energieversorgungssystem nach Anspruch 10,
wobei der erste Halbleiterschalter einen ersten n-Kanal Feldeffekttransistor mit einem Drain-Anschluß, der mit der ersten Energieversorgung verbunden ist, und mit einem Source-Anschluß, der mit der ersten Elektrode des Motors verbunden ist, umfasst, und wobei der zweite Halbleiterschalter einen zweiten n-Kanal Feldeffekttransistor mit einem Drain-Anschluß, der mit der ersten Energieversorgung verbunden ist, und einen Source-Anschluß, der mit der zweiten Elektrode des Motors verbunden ist, umfasst, und
wobei die erste Ansteuerschaltung einen ersten Schaltkreis, der seitens der ersten Energieversorgung gespeist und seitens der Steuereinrichtung gesteuert wird, und eine erste Stromquelle, die zwischen dem ersten Schaltkreis und einem Gate-Anschluß des ersten n- Kanal Feldeffekttransistors verbunden ist, umfasst, und wobei die zweite Ansteuerschaltung einen zweiten Schaltkreis, der seitens der ersten Energieversorgung gespeist und seitens der Steuereinrichtung gesteuert wird, und eine zweite Stromquelle, die zwischen dem zweiten Schaltkreis und einem Gate-Anschluß des zweiten n-Kanal Feldeffekttransistors verbunden ist, umfasst.
wobei der erste Halbleiterschalter einen ersten n-Kanal Feldeffekttransistor mit einem Drain-Anschluß, der mit der ersten Energieversorgung verbunden ist, und mit einem Source-Anschluß, der mit der ersten Elektrode des Motors verbunden ist, umfasst, und wobei der zweite Halbleiterschalter einen zweiten n-Kanal Feldeffekttransistor mit einem Drain-Anschluß, der mit der ersten Energieversorgung verbunden ist, und einen Source-Anschluß, der mit der zweiten Elektrode des Motors verbunden ist, umfasst, und
wobei die erste Ansteuerschaltung einen ersten Schaltkreis, der seitens der ersten Energieversorgung gespeist und seitens der Steuereinrichtung gesteuert wird, und eine erste Stromquelle, die zwischen dem ersten Schaltkreis und einem Gate-Anschluß des ersten n- Kanal Feldeffekttransistors verbunden ist, umfasst, und wobei die zweite Ansteuerschaltung einen zweiten Schaltkreis, der seitens der ersten Energieversorgung gespeist und seitens der Steuereinrichtung gesteuert wird, und eine zweite Stromquelle, die zwischen dem zweiten Schaltkreis und einem Gate-Anschluß des zweiten n-Kanal Feldeffekttransistors verbunden ist, umfasst.
12. Energieversorgungssystem nach Anspruch 10, wobei
wobei der erste Halbleiterschalter einen ersten p-Kanal Feldeffekttransistor mit einem Source-Anschluß, der mit der ersten Energieversorgung verbunden ist, und mit einem Drain-Anschluß, der mit der ersten Elektrode des Motors verbunden ist, umfasst, und wobei der zweite Halbleiterschalter einen zweiten p-Kanal Feldeffekttransistor mit einem Source-Anschluß, der mit der ersten Energieversorgung verbunden ist, und einen Drain-Anschluß, der mit der zweiten Elektrode des Motors verbunden ist, umfasst, und
wobei die erste Ansteuerschaltung eine erste Zenerdiode, die zwischen einem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des ersten p-Kanal Feldeffekttransistors angeschlossen ist, und einen ersten Schalttransistor, der zwischen dem Gate-Anschluß des ersten p-Kanal Feldeffekttransistors und dem Erdverbindungsstromkreis angeschlossen und durch die Steuereinrichtung gesteuert ist, umfasst und wobei die zweite Ansteuerschaltung eine zweite Zenerdiode, die zwischen einem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des zweiten p-Kanal Feldeffekttransistors und einen zweiten Schalttransistor, der zwischen dem Gate-Anschluß des zweiten p-Kanal Feldeffekttransistors und dem Erdverbindungsstromkreis angeschlossen und durch die Steuereinrichtung ist, umfasst.
wobei der erste Halbleiterschalter einen ersten p-Kanal Feldeffekttransistor mit einem Source-Anschluß, der mit der ersten Energieversorgung verbunden ist, und mit einem Drain-Anschluß, der mit der ersten Elektrode des Motors verbunden ist, umfasst, und wobei der zweite Halbleiterschalter einen zweiten p-Kanal Feldeffekttransistor mit einem Source-Anschluß, der mit der ersten Energieversorgung verbunden ist, und einen Drain-Anschluß, der mit der zweiten Elektrode des Motors verbunden ist, umfasst, und
wobei die erste Ansteuerschaltung eine erste Zenerdiode, die zwischen einem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des ersten p-Kanal Feldeffekttransistors angeschlossen ist, und einen ersten Schalttransistor, der zwischen dem Gate-Anschluß des ersten p-Kanal Feldeffekttransistors und dem Erdverbindungsstromkreis angeschlossen und durch die Steuereinrichtung gesteuert ist, umfasst und wobei die zweite Ansteuerschaltung eine zweite Zenerdiode, die zwischen einem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des zweiten p-Kanal Feldeffekttransistors und einen zweiten Schalttransistor, der zwischen dem Gate-Anschluß des zweiten p-Kanal Feldeffekttransistors und dem Erdverbindungsstromkreis angeschlossen und durch die Steuereinrichtung ist, umfasst.
13. Energieversorgungssystem, bei dem die An/Aus-Steuerung
eines Halbleiterschalters durchgeführt wird, um die
Energieversorgung seitens der ersten Energieversorgung
zur Last zu steuern, umfassend:
eine zweite Energieversorgung mit einer zweiten Spannung, die größer als die erste Spannung der ersten Energieversorgung und dazu geeignet ist, die An/Aus- Steuerung des Halbleiterschalters durchzuführen; und
einen Treiber, der auf einen Steuereingangsanschluß des Halbleiterschalters eines Steuersignals ausgibt, zum Durchführen einer An/Aus-Steuerung des Halbleiterschalters durch die von der zweiten Energieversorgung gelieferten zweiten Spannung.
eine zweite Energieversorgung mit einer zweiten Spannung, die größer als die erste Spannung der ersten Energieversorgung und dazu geeignet ist, die An/Aus- Steuerung des Halbleiterschalters durchzuführen; und
einen Treiber, der auf einen Steuereingangsanschluß des Halbleiterschalters eines Steuersignals ausgibt, zum Durchführen einer An/Aus-Steuerung des Halbleiterschalters durch die von der zweiten Energieversorgung gelieferten zweiten Spannung.
14. Energieversorgungssystem, umfassend:
einen ersten Halbleiterschalter, der mit einer ersten Energieversorgung und einem ersten Ende eines Motors verbunden ist;
einen zweiten Halbleiterschalter, der mit einem zweiten Ende des Motors und mit Masse verbunden ist;
einen dritten Halbleiterschalter, der mit der ersten Energieversorgung und dem zweiten Ende des Motors verbunden ist;
einen vierten Halbleiterschalter, der mit dem ersten Ende des Motors und Masse verbunden ist;
eine zweite Energieversorgung mit einer zweiten Spannung, die größer als die erste Spannung der ersten Spannungsversorgung und zur An/Aus-Steuerung der ersten und dritten Halbleiterschalter geeignet ist;
einen ersten Treiber, der auf einen Steuereingangsanschluß des ersten Halbleiterschalters ein Signal ausgibt, zum Durchführen einer An/Aus- Steuerung des ersten Halbleiterschalters durch die zweite Spannung;
einen zweiten Treiber, der eine An/Aus-Steuerung des zweiten Halbleiterschalters durchführt, der mit der An/Aus-Steuerung des ersten Halbleiterschalters verbunden ist;
einen dritten Treiber, der ein Signal an den Steuereingangsanschluß des dritten Halbleiterschalters ausgibt, zum Durchführen einer An/Aus-Steuerung des dritten Halbleiterschalters durch die zweite Spannung; und
einen vierten Treiber, der eine An/Aus-Steuerung des vierten Halbleiterschalters durchführt, der mit der An/Aus-Steuerung des dritten Halbleiterschalters verbunden ist.
einen ersten Halbleiterschalter, der mit einer ersten Energieversorgung und einem ersten Ende eines Motors verbunden ist;
einen zweiten Halbleiterschalter, der mit einem zweiten Ende des Motors und mit Masse verbunden ist;
einen dritten Halbleiterschalter, der mit der ersten Energieversorgung und dem zweiten Ende des Motors verbunden ist;
einen vierten Halbleiterschalter, der mit dem ersten Ende des Motors und Masse verbunden ist;
eine zweite Energieversorgung mit einer zweiten Spannung, die größer als die erste Spannung der ersten Spannungsversorgung und zur An/Aus-Steuerung der ersten und dritten Halbleiterschalter geeignet ist;
einen ersten Treiber, der auf einen Steuereingangsanschluß des ersten Halbleiterschalters ein Signal ausgibt, zum Durchführen einer An/Aus- Steuerung des ersten Halbleiterschalters durch die zweite Spannung;
einen zweiten Treiber, der eine An/Aus-Steuerung des zweiten Halbleiterschalters durchführt, der mit der An/Aus-Steuerung des ersten Halbleiterschalters verbunden ist;
einen dritten Treiber, der ein Signal an den Steuereingangsanschluß des dritten Halbleiterschalters ausgibt, zum Durchführen einer An/Aus-Steuerung des dritten Halbleiterschalters durch die zweite Spannung; und
einen vierten Treiber, der eine An/Aus-Steuerung des vierten Halbleiterschalters durchführt, der mit der An/Aus-Steuerung des dritten Halbleiterschalters verbunden ist.
15. Energieversorgungsverfahren, umfassend:
Bereitstellen einer ersten Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung;
Bereitstellen einer zweiten Versorgungsspannung, die größer als die erste Versorgungsspannung ist;
Verbinden eines Halbleiterschalters zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last, wobei der Halbleiterschalter mit einer zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist; und
Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als ein Ansteuersignal, um den Halbleiterschalter anzusteuern.
Bereitstellen einer ersten Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung;
Bereitstellen einer zweiten Versorgungsspannung, die größer als die erste Versorgungsspannung ist;
Verbinden eines Halbleiterschalters zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last, wobei der Halbleiterschalter mit einer zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist; und
Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als ein Ansteuersignal, um den Halbleiterschalter anzusteuern.
16. Energieversorgungsverfahren für ein eine Last
enthaltendes Fahrzeug, wobei das
Energieversorgungsverfahren umfaßt:
Bereitstellen einer ersten Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung;
Bereitstellen einer zweiten Versorgungsspannung, die größer als die erste Versorgungsspannung ist:
Verbinden eines Halbleiterschalters zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last, wobei der Halbleiterschalter mit einer zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist; und
Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als ein Ansteuersignal, um den Halbleiterschalter anzusteuern.
Bereitstellen einer ersten Energieversorgung mit einer ersten Versorgungsspannung;
Bereitstellen einer zweiten Versorgungsspannung, die größer als die erste Versorgungsspannung ist:
Verbinden eines Halbleiterschalters zwischen der ersten Energieversorgung und einer Last, wobei der Halbleiterschalter mit einer zweiten Versorgungsspannung ansteuerbar ist; und
Verwendung der zweiten Versorgungsspannung als ein Ansteuersignal, um den Halbleiterschalter anzusteuern.
17. Verfahren zum Zuführen elektrischer Energie von einer
ersten Energieversorgung zu einer Last, indem eine
An/Aus-Steuerung eines Halbleiterschalters durchgeführt
wird, umfassend:
Zuführen einer zweiten Spannung von einer zweiten Energieversorgung zu einem Treiber, wobei die zweite Spannung größer als eine erste Spannung der ersten Energieversorgung und dazu geeignet ist, eine An/Aus- Steuerung des Halbleiterschalters durchzuführen;
und Ausgeben eines Steuersignals auf einen Steuerungseingangsanschluss eines Halbleiterschalters zur An/Aus-Steuerung des Halbleiterschalters durch die zweite Spannung, die von der zweiten Energieversorgung dem Treiber zugeführt wurde.
Zuführen einer zweiten Spannung von einer zweiten Energieversorgung zu einem Treiber, wobei die zweite Spannung größer als eine erste Spannung der ersten Energieversorgung und dazu geeignet ist, eine An/Aus- Steuerung des Halbleiterschalters durchzuführen;
und Ausgeben eines Steuersignals auf einen Steuerungseingangsanschluss eines Halbleiterschalters zur An/Aus-Steuerung des Halbleiterschalters durch die zweite Spannung, die von der zweiten Energieversorgung dem Treiber zugeführt wurde.
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