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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Überstrom-Begrenzungsschaltung,
welche mit einer Last verbunden ist und einen Überstrom verhindert.
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In einem Kraftfahrzeug sind verschiedene Kraftfahrzeuglasten,
wie zum Beispiel eine Last bezüglich
eines Motors, eine elektrische Last bezüglich einer Karosserie oder
eine Last bezüglich
Daten vorhanden, und ist insbesondere eine große Anzahl von verschiedenen
elektrischen Einheiten, die als Kraftfahrzeuglasten wirken, durch
eine jüngste
Entwicklung der elektronischen Technologie eingebaut.
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Wie es in 3 gezeigt ist, sind bis jetzt durch Anordnen
einer Sicherung 4 in einem Strompfad 3, der eine
Last und eine Energieversorgungsquelle 2 verbindet, verschiedene Überstromschutzeinrichtungen
realisiert worden (erster Stand der Technik). In 3 bezeichnet das Bezugszeichen 5 ein
mechanisches Relais.
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Jedoch wird in dem Fall, dass die
vorhergehende Sicherung 4 für einen Überstromschutz verwendet wird,
wenn diese Sicherung 4 häufig durchbrennt, ein Aufwand
eines Austauschs der Sicherung 4 ebenso häufig durchgeführt. Weiterhin
wird im Allgemeinen ein Sicherungskasten verwendet, in welchem mehrere
Sicherungen 4 modularisiert sind, wobei ein Volumen dieses
Sicherungskastens groß ist, und
wird ein Einbauvolumen von anderen elektrischen Geräten des
Kraftfahrzeugs verringert. Weiterhin ist in dem Fall, dass der Austauschaufwand
der Sicherung 4 berücksichtigt
wird, eine Einbaulage des Sicherungskastens begrenzt.
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Im Hinblick auf diese Punkte wird
eine Überstrom-Begrenzungsschaltung
unter Verwendung eines Halbleiterrelais an Stelle des Sicherungskasten ebenso
verwendet.
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Genauer gesagt gibt es die folgenden
zwei Verfahren als Überstrom- Schutzverfahren.
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Als ein Verfahren wird der Überstrom
von einem Nebenschlusswiderstand, einem Abfrage- oder einem MOS-FET
erfasst und von einem Mikrocomputer oder in einer externen Schaltung
bewertet (zweiter Stand der Technik). In diesem Fall wird ein Rauschstrom
durch eine Referenzspannungsänderung
in der externen Schaltung oder ein Softwareprogramm des Mikrocomputers
berücksichtigt.
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Als das andere Verfahren wird, wie
es in 4 gezeigt ist,
eine sich selbst schützende
IPD bzw. intelligente Leistungsvorrichtung 6 verwendet, die
eine Stromerfassungsfunktion und eine Bewertungsfunktion aufweist
(dritter Stand der Technik).
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Die IPD 6 in diesem dritten
Stand der Technik weist, wie es in 5 gezeigt
ist, eine sich selbst schützende Überstrom-Schutzfunktion
eines Erfassens, dass der Überstrom
in der Überstrom-Schutzschaltung
selbst fließt
und dass die Temperatur übermäßig ansteigt,
und eines Ausschaltens des elektrischen Strom auf. In diesem Fall
kann die Sicherung 4 in 4 weggelassen
werden.
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In dieser IPD 6 wird, wie
es in 5 gezeigt ist,
ein Ein/Ausschalten für
ein Ansteuern einer Last 11 durch ein erstes Schaltelement
(einen Ansteuerschalter) 12 durchgeführt, das aus einem Leistungs-MOS-FET
besteht.
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Genauer gesagt erfasst, wenn ein
Benutzer einen Einschalt/Ausschaltvorgang unter Verwendung eines
Betriebsschalters 13 durchführt, eine Eingangsschnittstellenschaltung 15 einen
Ein/Aus-Zustand des Betriebsschalters 13. Wenn die Eingangsschnittstellenschaltung 15 den
Ein-Zustand des Betriebsschalters 13 erfasst, wird ein
zweites Schaltelement 17 als ein FET der eingeschaltet,
so dass einer Schutz-Logikschaltung 21 und einer Ladungspumpe 23 Energie
von einer Energieversorgungsquelle (+B) 19 zugeführt wird.
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In diesem Fall erhöht die Ladungspumpe 23 die
Spannung der Energieversorgungsquelle (+B) 19 unter Verwendung
eines N-Kanal-FET und eines Kondensators für eine Oszillation (zum Beispiel
auf das Doppelte), um ein Gate des ersten Schaltelements 12 an
einem höheren
elektrischen Potential als seine Source zu halten.
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Zu diesem Zeitpunkt bewertet ein
Strombegrenzer 25, ob ein Spannungsabfall zwischen einem Drain
und einer Source an dem ersten Schaltelement (dem Ansteuerschalter) 12 den
vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
In dem Fall, dass der Drain/Sourcespannungsabfall an dem ersten
Schaltelement 12 den vorbestimmten Schwellwert überschreitet,
schließt
der Strombegrenzer 25 Gate und Source intermittierend kurz,
um eine Eingangsspannung an dem Gate zu verringern, und verringert
den elektrischen Strom, der in dem ersten Schaltelement 12 fließt.
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Diese IPD 6 beinhaltet eine Überstrom-Erfassungsschaltung 29,
welche den Überstrom
erfasst und die Schutz-Logikschaltung 21 über den Überstrom
unterrichtet, und eine Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31,
welche die Übertemperatur
erfasst und die Schutz-Logikschaltung 21 über die Übertemperatur
unterrichtet. Die Schutz-Logikschaltung 21 sperrt oder
stoppt, wenn die Überstrom-Erfassungsschaltung 29 den Überstrom
erfasst oder die Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31 die Übertemperatur
erfasst, das Anlegen der Gatespannung des ersten Schaltelements 12 durch
die Ladungspumpe 23 intermittitierend, um dadurch den elektrischen
Strom und die Temperatur zu steuern.
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Jedoch schaltet eine dynamische Klemmschaltung 27 das
erste Schaltelement 12, in dem Fall ein, dass ein Stoßstrom in
der Last 11 erzeugt wird, um einen Überlauf der Spannung auf Grund
des durch ein Ausschalten der Stromzufuhr zu der Last 11 erzeugten
negativen Stoßes
lediglich dann zu unterdrücken,
während
ein negativer Stoß erzeugt
wird, und schützt
jedes Teil in der Überstrom-Begrenzungsschaltung.
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Wenn die Überstrom-Erfassungsschaltung 29 den Überstrom
erfasst oder die Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31 die Übertemperatur
erfasst, bewertet eine ODER-Schaltung 33 eine ODER-Verknüpfung ihres
Ausgangssignals, schaltet ein drittes Schaltelement 37,
das der FET ist, ein und unterrichtet eine externe Alarmvorrichtung
(nicht gezeigt), wie zum Bei spiel eine Alarmlampe, unter Verwendung
eines Pull-Up-Widerstands über
den Überstrom
oder die Übertemperatur.
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Gemäß diesem zweiten und dritten
Stand der Technik wird die Anzahl eines Austauschs der Sicherung,
die bis jetzt erforderlich gewesen ist, stark verringert, und wird
der Austauschaufwand beseitigt. Weiterhin kann der Sicherungskasten
selbst weggelassen werden. In diesem Fall kann das erforderliche Einbauvolumen
verringert werden.
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Eine Druckschrift, die sich auf die
vorliegende Erfindung bezieht, ist die
JP-A-2000-312433 .
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In dem vorhergehenden zweiten Stand
der Technik verursachen die externe Schaltung und der Mikrocomputer
eine Kostenerhöhung
und eine Volumenerhöhung,
so dass sich der zweite Stand der Technik noch nicht in der Praxis
durchgesetzt hat.
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Andererseits werden bei dem dritten
Stand der Technik die verwendeten Komponenten als die IPD 6 modularisiert.
Deshalb ist ein Volumenwirkungsgrad sehr gut und sind die Kosten
niedrig.
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Jedoch wird in dem dritten Stand
der Technik in dem Fall, dass die Last 11 durch einen Kurzschluss in
dem Überlastzustand
ist, seine Überlast
nicht sicher erfasst werden und kann die IPD nicht vollständig geschützt werden.
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Genauer gesagt ist, wie es vorhergehend
beschrieben worden ist, in dem Fall, dass bewertet wird, ob der
Drain/Sourcespannungsabfall an dem ersten Schaltelement 12 (dem
Ansteuerschalter) den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, und die Eingangsspannung
an dem Gate in Übereinstimmung mit
diesem Bewertungsergebnis verringert wird, wenn der Überstrom
erzeugt wird, die Gatespannung des ersten Schaltelements 12 lediglich
bis jetzt abgefallen. Deshalb ist in dem Zustand, in dem der Abfall der
Drain/Sourcespannung zu der Lastkurzschlusszeit groß ist, die
Strombegrenzung auf Grund der Charakteristik des Drainstroms für die Drain/Sourcespannung
an dem Schaltelement 12 nicht ausreichend, so dass es eine
Gefahr einer Übersteuerungsunterbrechung
gibt.
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Weiterhin arbeitet in dem Fall des
dritten Standes der Technik, der Strombegrenzer 25 nicht, bevor
die Drain/Sourcespannung an dem ersten Schaltelement 12 höher als
die vorbestimmte Spannung wird. Deshalb wird, da die Drain/Sourcespannung
an dem ersten Schaltelement 12 bei einem sich auf halben
Wege befindenden Überstromzustand klein
ist, die Gatespannung nicht begrenzt. In dem Fall, dass eine lange
Zeit in diesem Zustand verstreicht, gibt es eine Gefahr, dass das
erste Schaltelement 12 durch den Überstrom beschädigt wird.
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Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Überstrom-Begrenzungsschaltung
zu schaffen, welche einen Überstrom ebenso
zweckmäßig in einem
Fall begrenzen kann, in dem eine Drain/Sourcespannung an einem Ansteuerschalter
verhältnismäßig klein
ist.
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Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch
1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Um die vorhergehenden Aufgaben zu
lösen, weist
gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Überstrom-Begrenzungsschaltung
ein Hauptfunktionsteil, welches einen Ansteuerstrom für eine vorbestimmte
Last durch einen Einschalt/Ausschaltvorgang eines als ein Ansteuerschalter
verwendeten Leistungs-MOS-FET zwischen einem Ein- und Aus-Zustand
schaltet und welches den Leistungs-MOS-FET ansteuert und vor Überstrom schützt, und
ein Nebenschluss-Erfassungsteil auf, welches einen elektrischen
Strom teilt, der dem Ansteuerschalter von einer Seite einer Energieversorgungsquelle
zugeführt
wird, und den Überstrom
erfasst. Vorzugsweise weist das Hauptfunktionsteil in dem Fall,
dass die Spannung zwischen einem Drain des Leistungs-MOS-FET und
seiner Source mindestens niedriger als ein vorbestimmter Schwellwert
ist, eine Funktion eines Begrenzens des in dem Leistungs-MOS-FET
fließenden
elektrischen Stroms auf der Grundlage des von dem Nebenschluss-Erfassungsteil
erfassten Überstroms
auf.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 ein
Blockschaltbild einer Überstrom-Begrenzungsschaltung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Diagramm einer Beziehung zwischen einer Drain/Sourcespannung eines
ersten Schaltelements und eines Ansteuerstroms und einer Strombegrenzungsreferenz;
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3 ein
Blockschaltbild einer Überstrom-Begrenzungsschaltung
gemäß einem
ersten Stand der Technik;
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4 ein
Blockschaltbild einer Uberstrom-Begrenzungsschaltung gemäß einem
dritten Stand der Technik; und
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5 ein
Blockschaltbild einer IPD der Uberstrom-Begrenzungsschaltung gemäß dem dritten Stand
der Technik.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild, das eine Überstrom-Begrenzungsschaltung
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt. In diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind Teile, die zu denjenigen in dem dritten
Stand der Technik ähnlich
sind, der in 5 gezeigt
ist, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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In dieser Überstrom-Begrenzungsschaltung wird,
wie es in 1 gezeigt
ist, ein elektrischer Strom auf einer Drainseite des ersten Schaltelements
(der Ansteuerschaltung) 12 durch eine Nebenschlussschaltung 45 geteilt,
die zu dem ersten Schaltelement 12 parallel geschaltet
ist. Bezüglich
dieses Nebenschlussstroms wird durch eine Stromspiegelschaltung 43 bewirkt,
dass lediglich der elektrische Strom eines Spiegelverhältnisses
genau zu einem Konstantstrompfad 47 fließt, der
von einer anderen Konstantstromquelle 44 herkommt, und
das erste Schaltelement 12 wird in Übereinstimmung mit dem Zustand
eines Spannungsabfalls auf der Seite des Kon stantstrompfads 47 vor
einem Überstromzustand geschützt.
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Genauer gesagt weist diese Überstrom-Begrenzungsschaltung
zusätzlich
zu einem sich selbst schützenden Überstromschutz-Funktionsteil
(hier im weiteren Verlauf als ein Hauptfunktionsteil bezeichnet) 40,
das im dritten Stand der Technik beschrieben ist, die Nebenschlussschaltung 45,
die zu dem ersten Schaltelement 12 parallel geschaltet
ist, die Stromspiegelschaltung 43, die auf der nachgeschalteten Seite
dieser Nebenschlussschaltung 45 angeschlossen ist und die
Konstantstromquelle 44 auf, welche dem Konstantstrompfad 47 einen
Konstantstrom zuführt,
der sich an einer Endseite der Stromspiegelschaltung 43 befindet.
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Das Hauptfunktionsteil 40 erfasst
den Überstrom
und die Übertemperatur
innerhalb des Teils 40 und stellt einen Ansteuerstrom für eine Last 11 ein. Das
Hauptfunktionsteil 40 weist ähnlich dem in dem dritten Stand
der Technik ein erstes Schaltelement (einen Ansteuerschalter) 12,
eine Eingangsschnittstellenschaltung 15, ein zweites Schaltelement 17, eine
Schutz-Logikschaltung 21,
eine Ladungspumpe 23, einen Strombegrenzer 25,
eine dynamische Klemmschaltung 27, eine Uberstrom-Erfassungsschaltung 29,
eine Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31,
eine ODER-Schaltung 33 und ein drittes Schaltelement 37 auf.
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Das erste Schaltelement (der Ansteuerschalter) 12 verwendet
einen Leistungs-MOS-FET bzw. Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor
und führt
ein Ein/Ausschalten eines Ansteuerns für die Last 11 durch.
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Die Eingangsschnittstellenschaltung 15 erfasst
einen Ein/Aus-Zustand eines Betriebsschalters 13 zum Durchführen eines
Einschalt/Ausschaltvorgangs für
das Ansteuern der Last 11 durch einen Benutzer.
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Das zweite Schaltelement 17 verwendet
einen MOS-FET bzw. MOS-Feldeffekttransistor
und erreicht einen Ein-Zustand, wenn die Eingangsschnittstellenschaltung 15 den
Ein-Zustand des Betriebsschalters 13 erfasst.
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Die Schutz-Logikschaltung 21 arbeitet
auf ein Aufnehmen von Energie von einer Energieversorgungsquelle
(+B) 19 hin. Wenn die Überstrom-Erfassungsschaltung 29 den Überstrom
erfasst oder die Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31 die Übertemperatur
erfasst, sperrt oder stoppt die Schutz-Logikschaltung 21 intermittierend
bzw. zerhackend eine Zufuhr der Gatespannung des ersten Schaltelements 12 über die
Ladungspumpe 23 auf der Grundlage von intermittierenden
Signalen von jeder dieser Schaltungen 29 und 31,
um dadurch den Ansteuerstrom Id für die Last 11 und
die Temperatur einzustellen.
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Weiterhin stoppt die Schutz-Logikschaltung 21 das
Anlegen der Gatespannung des ersten Schaltelements 12 auf
der Grundlage von Informationssignalen, die von einem später beschriebenen
Nebenschluss-Erfassungsteil 41 ebenso, wenn irgendetwas ungewöhnliches
in dem Ansteuerstrom für
Last 11 erzeugt wird, und sperrt oder zerhackt den Ansteuerstrom
Id für
die Last 11.
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Die Ladungspumpe 23 erhöht unter
Verwendung eines N-Kanal-FET und eines Kondensators für eine Oszillation
die Spannung der Energieversorgungsquelle (+B) 19 (zum
Beispiel auf das Doppelte), um ein Gate des ersten Schaltelements 12 an
einem höheren
elektrischen Potential als seine Source zu halten.
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Der Strombegrenzer 25 schließt in dem
Fall, in dem der Drain/Sourcespannungsabfall (Querachse Vds in 2) an dem ersten Schaltelement 12 den
vorbestimmten Schwellwert ch1 überschreitet, das
Gate intermittierend zu der Source kurz und verringert eine Eingangsspannung
an dem Gate, wodurch der elektrische Strom Id verringert wird, der
in dem ersten Schaltelement 12 fließt, wie es durch eine erste
Strombegrenzungskurve G3 in 2 gezeigt ist.
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Um in dem Fall, in dem ein Ausschalten
oder Zerhacken der Stromzufuhr zu der Last 11 durchgeführt wird,
wenn ein Stoßstrom
erzeugt wird, eine übermäßige Verringerung
der Spannung durch einen negativen Stoß zu unterdrücken, schaltet
die dynamische Klemmschaltung das Schaltelement 12 ein
und schützt
jedes Teil in der Überstrom-Begrenzungsschaltung.
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Die Überstrom-Erfassungsschaltung 29 erfasst
den Überstrom,
und fährt
fort, die vorbestimmten Signale intermittierend zu der Schutz-Logikschaltung 21 zu
senden, während
ihr Überstrom
fortfährt.
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Die Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31 erfasst
die Übertemperatur,
und fährt
fort, die vorbestimmten Signale intermittierend zu der Schutz-Logikschaltung 21 zu
senden, während
ihre Übertemperatur
fortfährt.
Als diese Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31 gibt
es einen Signalspeichertyp, welcher ein Rücksetzsignal zum Zurücksetzen
erfordert, wenn die Übertemperatur
abgegeben wird, und einen automatisch zurücksetzenden Typ, welcher in dem
Fall, in dem sich die Temperatur verringert, erneut ein Einschalten
durchführt.
Irgendeiner diesen Typen kann verwendet werden.
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Die ODER-Schaltung 33 erfasst,
wenn die Überstrom-Erfassungsschaltung 29 den Überstrom erfasst
hat oder die Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31 die Übertemperatur
erfasst hat, die logische Summe von seinem Ausgangssignal.
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Das dritte Schaltelement 37 verwendet
insbesondere einen MOS-FET bzw. MOS-Feldeffekttransistor, nimmt
den Ein-Zustand auf der Grundlage des Ausgangssignals aus der ODER-Schaltung 33 an,
wenn die Überstrom-Erfassungsschaltung 29 den Überstrom
erfasst hat oder die Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31 die Übertemperatur
erfasst hat, und unterrichtet eine externe Alarmvorrichtung (nicht
gezeigt), wie zum Beispiel eine Alarmlampe, unter Verwendung eines
Pull-Up-Widerstands über den Überstrom
oder die Übertemperatur.
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Die Nebenschlussschaltung 45 teilt
den elektrischen Strom auf der Sourceseite des ersten Schaltelements 12 in
dem vorbestimmten Nebenschlussverhältnis. Die Nebenschlussschaltung 45 weist
einen Abfrage-MOS-FET 51,
der zu dem ersten Schaltelement 12 parallel geschaltet
ist, das als die Ansteuerschaltung der Last 11 verwendet
wird, einen Differentialverstärker
(eine Spannungseinstellungseinheit) 52, in welchen ein
Ausgangssignal einr Source dieses Abfrage-MOS-FET 51 und
ein Ausgangssignal einer Source des ersten Schaltelements 12 eingegeben
werden, und einen Stromeinstellungs-MOS-FET 53 auf, welcher
das Ausgangssignal aus diesem Differentialverstärker 52 als eine Gatespannung
empfängt,
und führt
den elektrischen Strom von der Source des Abfrage-MOS-FET 51 der Stromspiegelschaltung 43 zu.
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Ein Teil des Leistungs-MOS-FET zum
Bilden von jedem Schaltelement 12, 17, 37 ist
definiert und der definierte Bereich wird dem Abfrage-MOS-FET 51 zugewiesen.
Das Flächenverhältnis des
Bereichs des Abfrage-MOS-FET 51 zu
dem Schaltelement 12 wird auf einen vorbestimmten Wert
festgelegt, wodurch der elektrische Strom auf der Drainseite des ersten
Schaltelements 12 in dem Nebenschlussverhältnis des
Abfrage-MOS-FET 51 zu dem ersten Schaltelement 12 geteilt
wird (zum Beispiel ein Zehntausendstel). Weiterhin ist die Energieversorgungsquelle
(+B) 19, die mit einem Drain des Abfrage-MOS-FET 51 verbunden
ist, die gleiche wie die Energieversorgungsquelle (+B) 19,
die mit einem Drain des ersten Schaltelements (dem Ansteuerschalter) 12 verbunden
ist. Deshalb erhöht
oder verringert sich, wenn sich der in dem ersten Schaltelement 12 fließende Ansteuerstrom 1d erhöht oder
verringert, ebenso der in dem Abfrage-MOS-FET 51 fließende elektrische
Strom (Nebenschlussstrom) ebenso in dem gleichen Verhältnis.
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Der Differentialverstärker 52 ändert die
Ausgangsspannung in Übereinstimmung
mit einer Differenz zwischen der Sourcespannung des Abfrage-MOS-FET 51 und
der Sourcespannung des ersten Schaltelements 12. In dem
Fall, in dem sich das Nebenschlussverhältnis von dem ersten Schaltelement 12 sich
instabil ändert,
arbeitet der Differentialverstärker 52 derart,
das er die Gatespannung des Stromeinstellungs-MOS-FET 53 einstellt,
um dadurch den Nebenschlussstrom I1 einzustellen.
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Der Stromeinstellungs-MOS-FET 53 empfängt, wie
es zuvor beschrieben worden ist, das Ausgangssignal aus dem Differentialverstärker 52 als
die Gatespannung und arbeitet derart, dass er den Nebenschlussstrom
I1, der von dem Abfrage-MOS-FET 51 eingegeben wird, in Übereinstimmung
mit der Gatespannung einstellt.
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Die Stromspiegelschaltung 43 bewirkt
unter Verwendung der Tatsache, dass der elektrische Strom des vorbestimmten
Verhältnisses
(zum Beispiel 1/1) zu einem Paar von symmetrisch ausgebildeten MOS-FETs
bzw. Feld effekttransistoren 55a und 55b fließt, dass
ein Spiegelstrom I2 des Spiegelverhältnisses zu dem von der Nebenschlussschaltung 45 fließenden elektrischen
Strom I1 zu dem MOS-FET 55b fließt.
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Solange die Konstantstromquelle 44 die
vorhandene Konstantstromquelle ist, die im Allgemeinen verwendet
wird, kann irgendeine Konstantstromquelle, zum Beispiel ein Anziehungskonstantstromtyp oder
ein Ausflusskonstantstromtyp, der einen Transistor verwendet, ein
Typ, der eine Konstantstromdiode verwendet, oder ein Typ verwendet
werden, der einen Regler mit drei Anschlüssen verwendet.
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Die Spannung eines Drain (Punkt P)
des MOS-FET 55b auf der Seite des Konstantstrompfads 47 in
der Stromspiegelschaltung 43 wird erfasst und es wird bewertet,
ob der Ansteuerstrom Id, der in dem ersten Schaltelement 12 fließt, der Überstrom
ist oder nicht, wodurch es möglich
ist, den Überstrom
Id des ersten Schaltelements 12 zu begrenzen. Genauer gesagt
wird die Spannung des Drains (Punkt P) des MOS-FET 55b in
die Schutz-Logikschaltung 21 und den Strombegrenzer 25 eingegeben
und steuert die Schutz-Logikschaltung 21 die Ladungspumpe 23,
um ein Zerhackungssteuern des ersten Schaltelements 12 durchzuführen, oder
der Strombegrenzer 25 schließt das Gate und die Source
des ersten Schaltelements 12 kurz, um dadurch den Überstrom
Id des ersten Schaltelements 12 zu begrenzen.
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Wie es zuvor beschrieben worden ist,
dienen die Nebenschlussschaltung 45, die Stromspiegelschaltung 43 und
die Konstantstromquelle 44 als ein Nebenschlusserfassungsteil,
welches den elektrischen Strom teilt, der dem ersten Schaltelement (dem
Ansteuerschalter) 12 von der Seite der Energieversorgungsquelle 19 zugeführt wird,
und den Überstrom
erfasst.
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Als Nächstes wird die Funktionsweise
dieser Überstrom-Begrenzungsschaltung
beschrieben.
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Zuerst erfasst die Eingangsschnittstellenschaltung 15,
wenn ein Benutzer einen Einschalt/Ausschaltvorgang mit dem Betriebsschalter 13 durchführt, den
Ein/Aus-Zustand des Betriebsschalters 13. Wenn die Eingangsschnittstellenschaltung 15 den
Ein-Zustand des Betriebsschalters 13 erfasst hat, nimmt
das zweite Schaltelement 17 als der MOS-FET den Ein-Zustand
an und wird Energie von der Energieversorgungsquelle (+B) 19 der Schutz-Logikschaltung und
der Ladungspumpe 23 zugeführt, um diese zu betreiben.
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In diesem Fall erhöht die Ladungspumpe
23, um das Gate des ersten Schaltelements 12 an einem höheren elektrischen
Potential als seine Source zu halten, die Spannung der Energieversorgungsquelle (+B) 19 (zum
Beispiel auf das Doppelte).
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In diesem Fall bewertet der Strombegrenzer 25,
ob der Drain/Sourcespannungsabfall (Querachse Vds in 2) in dem ersten Schaltelement 12 den vorbestimmten
Schwellwert Th1 überschreitet.
In dem Fall, dass der Drain/Sourcespannungsabfall in dem ersten
Schaltelement 12 den vorbestimmten Schwellwert Th1 überschreitet,
schließt
der Strombegrenzer 25 das Gate und die Source des ersten Schaltelements 12 intermittierend
kurz und verringert eine Eingangsspannung an dem Gate, wodurch der elektrische
Strom Id, der in dem ersten Schaltelement 12 fließt, verringert
wird, wie es durch die erste Strombegrenzungskurve G3 in 2 gezeigt ist.
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Die Überstrom-Erfassungsschaltung 29 erfasst
den Überstrom
in Übereinstimmung
mit der vorbestimmten Referenz auf der Grundlage des vorbestimmten
Stromschwellwerts. In dem Fall, dass der Ansteuerstrom der Überstrom
ist, gibt die Überstrom-Erfassungsschaltung 29 den Überstrom
anzeigende Signale zu der Schutz-Logikschaltung 21 aus.
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Parallel zu dem Betrieb der Überstrom-Erfassungsschaltung 29 erfasst
die Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31,
ob die Temperatur übermäßig ist
oder nicht. In dem Fall, dass die Temperatur übermäßig ist, gibt die Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31 die Übertemperatur
anzeigende Signale zu der Schutz-Logikschaltung 21 aus.
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Wenn die Überstrom-Erfassungsschaltung 29 den Überstrom
erfasst oder die Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31 die Übertemperatur
erfasst, sperrt oder stoppt die Schutz-Logikschaltung 21 die
Zufuhr der Gatespannung des ersten Schaltelements 12 über die
Ladungspumpe 23 in termittierend, um dadurch den elektrischen
Strom und die Temperatur einzustellen.
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Jedoch dient die dynamische Klemmschaltung 27 in
dem Fall, dass der Stoßstrom
in der Last 11 erzeugt wird, um in dem Fall eine übermäßige Verringerung
der Spannung durch den negativen Stoß zu unterdrücken, dass
ein Ausschalten oder Zerhacken der Stromzufuhr zu der Last 11 durchgeführt wird,
dazu, das Schaltelement 12 lediglich einzuschalten, während der
negative Stoß erzeugt
wird, um dadurch jedes Teil in der Überstrom-Begrenzungsschaltung
zu schützen.
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Wenn die Überstrom-Erfassungsschaltung 29 den Überstrom
erfasst hat oder die Übertemperatur-Erfassungsschaltung 31 die Übertemperatur
erfasst hat, bewertet die ODER-Schaltung 33 eine ODER-Verknüpfung ihres
Ausgangssignals und wird das dritte Schaltelement 37 eingeschaltet,
um dadurch eine externe Alarmvorrichtung (nicht gezeigt), wie zum
Beispiel eine Alarmlampe, unter Verwendung des Pull-Up-Widerstands 35 über den Überstrom
oder die Übertemperatur
zu unterrrichten.
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Bei dem vorhergehenden Betrieb wird
die Begrenzung des Ansteuerstroms Id auf der Grundlage der Spannung
Vds (des Drain/Sourcespannungsabfalls in dem ersten Schaltelement 12)
von dem Strombegrenzer 25 lediglich in dem Fall ausgeführt, dass
der Drain/Sourcespannungsabfall Vds des ersten Schaltelements 12 über dem
vorbestimmten Schwellwert Th1 ist. Jedoch führt in dem Fall, dass der Drain/Sourcespannungsabfall
Vds des ersten Schaltelements 12 niedriger als der vorbestimmte Schwellwert
Th1 ist (oder Th1 oder niedriger ist), der Strombegrenzer 25 die
Begrenzung des Ansteuerstroms Id nicht aus.
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Genauer gesagt zeigt 2 eine Beziehung zwischen der Drain/Sourcespannung
Vds des ersten Schaltelements 12 in der Schaltungsstruktur
von 1 und den Ansteuerstrom
Id und die Strombegrenzungsreferenz. In 2 stellt eine Querachse die Drain/Sourcespannung
Vds des ersten Schaltelements 12 dar und stellt eine vertikale
Achse den Ansteuerstrom Id, der in dem erste Schaltelement 12 fließt, in Beziehung
zu der Drain/Sourcespannung Vds dar. Das heißt, eine gestrichelte Linie
G1 (Lastideallinie) in 2 zeigt
eine ideale Beziehung zwischen der Drain/Sourcespannung Vds des
ersten Schaltelements 12 und dem Ansteuerstrom Id in dem Fall,
dass die Haltbarkeit des Schaltelements 12 und der Last 11 berücksichtigt
wird. Weiterhin zeigt eine Linie G2 (Durchlasswiderstandslinie)
eine Durchlasswiderstandscharakteristik des ersten Schaltelements 12.
Hierbei wird es angenommen, dass der Ansteuerstrom Id die Durchlasswiderstandslinie
G2 in 2 grundsätzlich nicht überschreitet.
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Ein stabiler Punkt der Drain/Sourcespannung
Vds und des Ansteuerstroms Id, wenn das erste Schaltelement 12 eingeschaltet
wird, wird ein Schnittpunkt der Lastideallinie G1 und der Durchlasswiderstandslinie
G2. Das heißt,
in dem Fall, dass die Haltbarkeit des ersten Schaltelements 12 und
der Last 11 berücksichtigt
wird, ändert
sich der Wert der Drain/Sourcespannung Vds des ersten Schaltelements
und der Wert des Ansteuerstroms Id, wenn der Einschaltzustand des
ersten Schaltelements 12 eingenommen wird, von einem Punkt
B (Vds = Vcc (zum Beispiel 12 V), Id = 0) entlang der Lastideallinie
G1 in die Richtung eines Pfeils Q und diese werden stabilisiert,
wenn sie den stabilen Punkt A erreichen.
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Die Begrenzung des Ansteuerstroms
Id durch den Strombegrenzer 25 ist durch die erste Strombegrenzungskurve
G3 in 2 gezeigt, wie
es zuvor beschrieben worden ist. Die erste Strombegrenzungskurve
G3, wie sie zuvor beschrieben worden ist, wird lediglich in dem
Fall angewendet, dass der Drain/Sourcespannungsabfall Vds des ersten Schaltelements 12 über dem
vorbestimmten Schwellwert Th1 ist. Demgemäß stoppt der Strombegrenzer 25 in
dem Fall, dass der Drain/Sourcespannungsabfall Vds des ersten Schaltelements 12 niedriger
als der vorbestimmte Schwellwert Th1 ist (oder gleich Th1 oder niedriger
ist), die Funktion eines Begrenzens des Ansteuerstroms Id.
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Jedoch ist es, wie es zuvor beschrieben
worden ist, Idealerweise wünschenswert,
dass sich der Wert der Drain/Sourcespannung Vds des ersten Schaltelements 12 und
der Wert des Ansteuerstroms Id, wenn der Ein-Zustand des ersten
Schaltelements 12 eingenommen wird, von dem Punkt B entlang
der Lastideallinie G1 in die Richtung des Pfeils Q ändert und
diese stabilisiert werden, wenn sie den stabilen Punkt A erreichen.
Das heißt,
es ist wünschenswert, dass
dann, wenn sich der Ein-Zustand des ersten Schaltelements 12 um
einen Grad einschaltet, der Drain/Sourcespannungsabfall Vds des
ersten Schaltelements 12 niedriger als der vorbestimmte
Schwellwert Th1 (oder mindestens der vorbestimmte Schwellwert Th1)
wird. Jedoch tritt zu diesem Zeitpunkt die Situation auf, in welcher
die Strombegrenzung auf der Grundlage der Spannung Vds durch den Strombegrenzer 25 nicht
wirksam arbeitet.
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- Deshalb wird in diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung besonders in dem Fall, dass der Drain/Sourcespannungsabfall
Vds des ersten Schaltelements 12 niedriger als der vorbestimmte
Schwellwert Th1 (oder mindestens Th1) ist, die Spannung an dem Punkt
P in 1 (Drainspannung
des MOS-FET 55b auf der Seite des Konstantstrompfads) von
der Nebenschlussschaltung 45, der Konstantstromquelle 44 und
der Stromspiegelschaltung 43 erfasst und steuert die Schutz-Logikschaltung 21 die
Ladungspumpe 23 auf der Grundlage dieses Erfassungsergebnisses,
um dadurch ein Zerhackungssteuern des ersten Schaltelements 12 durchzuführen, oder
schließt
der Strombegrenzer 25 das Gate und die Source des ersten
Schaltelements 12 kurz, wodurch der Überstrom Id des ersten Schaltelements 12 begrenzt
wird.
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Genauer gesagt fließt in Übereinstimmung mit
dem Ansteuerstrom Id, der in dem ersten Schaltelement 12 fließt, der
Nebenschlussstrom I1 in Übereinstimmung
mit dem vorbestimmten Nebenschlussverhältnis in dem Abfrage-MOS-FET 51.
Zu diesem Zeitpunkt stellt der Differentialverstärker 52, während der
Differentialverstärker 52 die
Ausgangsspannung entsprechend der Differenz zwischen der Quellenspannung
des Abfrage-MOS-FET 51 und der Quellenspannung des ersten
Schaltelements 12 in dem Fall ändert, dass sich das Nebenschlussverhältnis von
dem ersten Schaltelement 12 instabil ändert, die Gatespannung des
Stromeinstellungs-MOS-FET 53 ein. Der Stromeinstellungs-MOS-FET 53 nimmt
das Ausgangssignal aus dem Differentialverstärker 52 als die Gatespannung
auf und stellt den Nebenschlussstrom I1 ein, der aus dem Abfrage-MOS-FET 51 eingegeben
wird.
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Dieser Nebenschlussstrom I1 wird
einem MOS-FET 55a der Strom spiegelschaltung 43 zugeführt.
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Zu diesem Zeitpunkt wird dem anderen MOS-FET 55b auf
der Seite des Konstantstrompfads 47 der Spiegelstrom I2
des zuvor für
den Nebenschlussstrom I1 eingestellten Spiegelverhältnisses zugeführt.
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Da die Konstantstromquelle 44,
die auf der vorgeschalteten Seite des Konstantstrompfads 47 angeordnet
sind, lediglich eine feste Stromaufnahme aufweist, fällt dann,
wenn der Spiegelstrom I2 der Überstrom
ist, wenn der andere MOS-FET 55b bewirkt, dass der große Spiegelstrom
I2 unter diesem Überstromzustand
fließt,
die Drainspannung (Spannung an dem Punkt P) des anderen MOS-FET 55b von
der Spannung +B ab.
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Deshalb kann, wenn die Drainspannung
des anderen MOS-FET 55b überwacht wird, der Überstromzustand
des Nebenschlussstroms I1 erfasst werden, so dass der Überstrom
Id erfasst werden kann, der in dem ersten Schaltelement 12 und
der Last 11 fließt.
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Durch Bewerten unter Verwendung dieser Spannung
an dem Punkt P, ob der Ansteuerstrom Id, der in dem ersten Schaltelement 12 fließt, der Überstrom
ist, ist es möglich,
den Überstrom
Id des ersten Schaltelements 12 zu begrenzen. Genauer gesagt wird
die Spannung des Drain (des Punkts P) des MOS-FET 55b in
die Schutz-Logikschaltung 21 und den Strombegrenzer 25 eingegeben
und steuert die Schutz-Logikschaltung 21 die Ladungspumpe 23,
um ein Zerhackungssteuern des ersten Schaltelements 12 durchzuführen, oder
schließt
der Strombegrenzer 25 das Gate und die Source des ersten
Schaltelements 12 kurz, wodurch der Überstrom Id des ersten Schaltelements 12 begrenzt
wird.
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Eine Kurve G4 (zweite Strombegrenzungskurve)
in 2 stellt eine Steuerkurve
des Überstroms
Id auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses der Spannung an dem
Punkt P dar. In diesem Fall wird in der Schutz-Logikschaltung 21 und dem Strombegrenzer 25 vorhergehend
die Beziehung zwischen der Spannung an dem Punkt P und dem Ansteuerstrom
Id in dem ersten Schaltelement 12 als Daten aufgenommen.
Die zweite Strombegrenzungsschaltung G4 in 2 wird derart eingestellt, dass sie durch
den Punkt A, das heißt
durch den idealen stabilen Punkt, geht, den höheren Ansteuerstrom Id als
die Lastideallinie G1 realisiert und den niedrigeren Ansteuerstrom
Id als die Durchlasswiderstandslinie G2 realisiert.
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In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird zusätzlich
zu der Strombegrenzung durch den Strombegrenzer 25 auf
der Grundlage des Drain/Sourcespannungsabfalls Vds des ersten Schaltelements 12 die
Strombegrenzung auf der Grundlage der Spannung an dem Punkt P, die von
der Nebenschlussschaltung 45, der Stromspiegelschaltung 43 und
der Konstantstromquelle 44 erfasst wird, ebenso in dem
Bereich einer verhältnismäßig niedrigen
Spannung Vds ausgeführt,
welcher im dritten Stand der Technik nicht erfasst werden konnte.
Deshalb kann die Überstrombegrenzung
unter Berücksichtigung
des ersten Schaltelements 12 und der Last 11 zweckmäßig durchgeführt werden.
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In dem Fall, dass der Drain/Sourcespannungsabfall
Vds in dem ersten Schaltelement 12 groß ist, gibt es lediglich durch
die Strombegrenzung in der zweiten Strombegrenzungskurve G4 eine
Gefahr, dass einer großer
elektrischer Strom in dem ersten Schaltelement 12 fließt. Deshalb
ist es zusätzlich zu
der Strombegrenzung durch den Strombegrenzer 25 auf der
Grundlage der Spannung Vds, welche in dem dritten Stand der Technik
ausgeführt
wird, insbesondere in dem Fall, dass die Spannung Vds der Schwellwert
Th1 oder niedriger ist, wirksam, dass die Strombegrenzung in der
zweiten Strombegrenzungskurve G4 ausgeführt wird. In diesem Fall kann,
wenn der Drain/Sourcespannungsabfall Vds in dem ersten Schaltelement 12 über dem
Schwellwert Th1 ist, die Strombegrenzung auf der Grundlage der Spannung an
dem Punkt P, die von der Nebenschlussschaltung 45, der
Stromspiegelschaltung 43 und der Konstantstromquelle 44 erfasst
wird, fortgesetzt werden oder gestoppt werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird, wenn das Einschalten/Ausschalten des Ansteuerstroms
für die
vorbestimmte Last durch den Einschalt/Ausschaltvorgang des Leistungs-MOS-FET
durchgeführt
wird, der als der Ansteuerschalter verwendet wird, der elektrische
Strom, der dem Ansteuerschalter von der Seite der Energieversorgungsquelle
zugeführt
wird, dadurch geteilt, um den Überstrom
zu erfassen und wird der elektrische Strom. der in dem Leistungs-MOS-FET
fließt, auf
der Grundlage dieses Überstroms
begrenzt. Deshalb kann ebenso in dem Bereich einer verhältnismäßig niedrigen
Spannung, welcher in dem dritten Stand der Technik nicht erfasst
werden konnte, die Strombegrenzung ausgeführt werden. Demgemäß kann die Überstrombegrenzung
zweckmäßig bezüglich des
Ansteuerschalters und der Last durchgeführt werden.
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In diesem Fall kann in dem Fall,
dass die Drain/Sourcespannung des Leistungs-MOS-FET über dem
vorbestimmten Schwellwert ist, wenn der in dem Leistungs-MOS-FET
fließende
elektrische Strom zusätzlich
beschränkt
wird, der Überstrom
genauer begrenzt werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung fließt,
wenn der Nebenschlussstrom, der durch die Nebenschlussschaltung
geteilt wird, einer Seite der Stromspiegelschaltung zugeführt wird,
der Spiegelstrom des Spiegelverhältnisses,
der vorhergehend für
den Nebenschlussstrom eingestellt wird, zu der anderen Seite. In
dem Pfad auf dieser anderen Seite kann, da die Konstantstromquelle
lediglich eine feste Stromaufnahme aufweist, wenn der Spiegelstrom
der Überstrom
ist, wenn die Konstantstromquelle bewirkt, dass der große Spiegelstrom
unter diesem Überstromzustand
fließt,
die Spannung an dem Erfassungspunkt nicht zu einem Abfall beitragen.
Deshalb ist es möglich,
den Überstromzustand
des Nebenflussstroms auf der Grundlage der Spannung an diesem Erfassungspunkt
zu erfassen und weiterhin einfach den Überstrom zu erfassen, der in
dem Ansteuerschalter und der Last fließt.
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In der Nebenschlussschaltung kann
das Nebenschlussverhältnis
einfach durch das Flächenverhältnis eines
Paars von Leistungs-MOS-FETs bestimmt werden, die den Leistungs-MOS-FET
beinhalten, der zu dem Ansteuerschalter parallel geschaltet ist.
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Eine erfindungsgemäße Überstrom-Begrenzungsschaltung
weist ein Hauptfunktionsteil, welches einen Ansteuerstrom für eine vorbestimmte
Last durch einen Einschalt/Ausschaltvorgang eines als ein Ansteuerschalter
verwendeten Leistungs-MOS-FET zwischen einem Ein- und Aus-Zustand
schaltet und welches den Leistungs-MOS-FET ansteuert und vor Überstrom schützt, und
ein Nebenschluss-Erfassungsteil auf, welches einen elektrischen
Strom teilt, der dem Ansteuerschalter von einer Seite einer Energieversorgungsquelle
zugeführt wird,
und welches den Überstrom
erfasst, wobei das Hauptfunktionsteil in dem Fall, dass die Spannung zwischen
einem Drain des Leistungs-MOS-FET und seiner Source mindestens niedriger
als ein vorbestimmter Schwellwert ist, eine Funktion eines Begrenzens
des in dem Leistungs-MOS-FET fließenden elektrischen Stroms
auf der Grundlage des von dem Nebenschluss-Erfassungsteil erfassten Überstroms
aufweist.