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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungssteuerung
und betrifft insbesondere die Erkennung einer Drahtbruchanomalie.
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STAND DER TECHNIK
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Es
ist eine Energieversorgungssteuerung bekannt, bei der ein Hochleistungs-Halbleiterschaltelement
wie ein Leistungs-MOSFET in einer Stromversorgungsleitung angeordnet
ist, die zwischen einer Energiequelle und einer Last verläuft
und welche so konfiguriert ist, dass die Energieversorgung an die Last
durch Schalten des Halbleiterschaltelements zwischen EIN und AUS
gesteuert wird. Bei einer solchen Energieversorgungssteuerung ist
es bekannt, dass eine Selbstschutzfunktion zum Schutz ihres eigenen
Halbleiterschaltelements vorgesehen ist. Die Selbstschutzfunktion
schaltet das Halbleiterschaltelement durch Steuern des Potentials
am Steueranschluss (zum Beispiel im Fall eines MOSFET des Gates)
des Halbleiterschaltelements aus, wenn ein Überstrom (zum
Beispiel ein anormaler Strom) auf der Stromversorgungsleitung aufgrund
beispielsweise eines Kurzschlusses in der Last aufgetreten ist. Insbesondere
ist gemäß der
JP-A-2001-217696 ein Stromerkennungswiderstand
(Shunt-Widerstand) seriell mit dem Lastanschluss (zum Beispiel Source oder
Drain im Falle eines MOSFET) des Halbleiterschaltelements verbunden
und ein Laststrom, der durch das Halbleiterschaltelement fließt,
wird basierend auf der Zwischenanschlussspannung des Widerstands
erkannt. Wenn der Laststrom größer als ein bestimmter
Schwellenwert ist, wird das Auftreten einer Überstromanomalie
bestimmt, um das Halbleiterschaltelement abzuschalten, was zu einem
Abschaltzustand führt.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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(Von der Erfindung zu lösendes
Problem)
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Aufgrund
bestimmter Umstände kann beispielsweise ein Drahtbruch
in einer Energieversorgungsleitung auftreten, die zwischen dem Lastanschluss
des Halbleiterschaltelements und der Last verläuft. Die
Drahtbruchanomalie sollte in manchen Fällen erkannt werden.
Beispielsweise in dem Fall, dass die obige Energieversorgungssteuerung
verwendet wird, die Energieversorgung an eine Fahrzeuglampe zu steuern,
um Tagbeleuchtung (oder Tagfahrlicht) zu liefern, ist es für
einen Fahrzeugfahrer schwierig, bei Tageslicht herauszufinden, dass die
Fahrzeuglampe aufgrund eines Drahtbruchs nicht in der Lage ist,
normal einzuschalten. In diesem Fall ist es besonders wichtig, dass
die Drahtbruchanomalie erkannt wird. Wenn beispielsweise ein Drahtbruch am
gesamten oder einem Teil der obigen Stromversorgungsleitung aufgetreten
ist, nimmt der Lastwiderstand zu. Wenn somit der Lastwiderstand
einen bestimmten Wert übersteigt, kann auf der Grundlage hiervon
eine Drahtbruchanomalie bestimmt werden. Ein Aufbau für
diese Bestimmung kann beispielsweise ein Aufbau sein, bei dem eine
Drahtbruchanomalie bestimmt wird, wenn ein Laststrom unter einen
bestimmten Schwellenwert fällt. Bei diesem Aufbau ändert
sich jedoch ein Lastwiderstandswert, auf dessen Grundlage eine Drahtbruchanomalie
bestimmt wird, mit Schwankungen der Energieversorgungsspannung.
Dies führt zu dem Problem, dass die Erkennung einer Drahtbruchanomalie
nicht in der Lage sein kann, ein genaues Erkennungsergebnis zu liefern.
Angesichts hiervon werden üblicherweise die Energieversorungsspannung
und der Laststrom gemessen und die Drahtbruchanomalie wird bestimmt, indem
unter Verwendung eines Mikrocomputers die Messungen verarbeitet
werden.
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(Aufgabe)
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der voranstehenden Umstände
gemacht und es ist Aufgabe hiervon, eine Energieversorgungssteuerung
zu schaffen, die in der Lage ist, eine Drahtbruchanomalie ohne Verwendung
eines Mikrocomputers zu erkennen.
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(Mittel zur Lösung der Aufgabe)
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird bei einer Energieversorgungssteuerung
zur Steuerung der Energieversorgung an der Last durch das EIN/AUS-Schalten
eines Halbleiterschaltelements in einer Energieversorgungsleitung
zwischen einer Energiequelle und der Last ein Bruchanomaliesignal
ausgegeben, wenn ein durch das Halbleiterschaltelement fließender
Laststrom niedriger als ein Bruchanomalie schwellenwert ist. Der
Bruch wird gemäß der ausgangsseitigen Spannung
des Halbleiterschaltelements geändert.
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Es
sei festzuhalten, dass „die ausgangsseitige Spannung des
Halbleiterschaltelements" bei der vorliegenden Erfindung der Source-Spannung
entspricht, wenn ein Leistungs-MOSFET ein Beispiel des Halbleiterschaltelements
vom N-Kanal-Typ ist und der Drain-Spannung entspricht, wenn er vom P-Kanal-Typ
ist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung enthält eine Energieversorgungssteuerung
ein Halbleiterschaltelement, angeordnet in einer Stromversorgungsleitung
von einer Energiequelle zu einer Last, ein Stromerkennungselement,
das einen Laststrom zu erkennen vermag, der durch das Halbleiterschaltelement
fließt, und einem Bruchanomalieerkennungsschaltkreis, der
ein Bruchanomaliesignal auszugeben vermag, wenn basierend auf einem
Erkennungssignal von dem Stromerkennungselement bestimmt wird, das
ein durch das Halbleiterschaltelement fließender Laststrom
niedriger als ein Bruchanomalieschwellenwert ist, während
sich das Halbleiterschaltelement in dem EIN-Zustand befindet. Weiterhin
enthaltend ist ein Schwellenwerteinstellschaltkreis, der den Bruchanomalieschwellenwert
gemäß der ausgangsseitigen Spannung des Halbleiterschaltelements
zu ändern vermag.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird ein Bruchanomaliesignal ausgegeben,
wenn ein durch das Halbleiterschaltelement fließender Laststrom niedriger
als der Bruchanomalieschwellenwert ist. Weiterhin wird der Bruchanomalieschwellenwert
gemäß der ausgangsseitigen Spannung des Halbleiterschaltelements
geändert. Wenn der Bruchanomalieschwellenwert angenommener
Weise auf einen festen Wert gesetzt wird, ändert sich ein
Lastwiderstandswert, auf dessen Grundlage eine Drahtbruchanomalie
bestimmt wird, mit einer Änderung der Energieversorgungsspannung,
um ein Beispiel zu nennen. Im Gegensatz hierzu wird bei der vorliegenden Erfindung
der Bruchanomalieschwellenwert gemäß der ausgangsseitigen
Spannung des Halbleiterschaltelements geändert. Damit kann
ein Drahtbruch durchgehend basierend auf dem gleichen Lastwiderstandswert
erkannt werden, ungeachtet von Schwankungen der Energieversorgungsspannung.
Weiterhin ist ein Mikrocomputer oder dergleichen nicht notwendig.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung ist in einer Energieversorgungssteuerung
gemäß dem zweiten Aspekt der Schwellenwerteinstellschaltkreis
als ein Spannungsteilerschaltkreis vorgesehen, der die ausgangsseitige
Spannung des Halbleiterschaltelements zu teilen vermag. Ein Laststrom
entsprechend der geteilten Spannung hiervon wird als Bruchanomalieschwellenwert
verwendet.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird der Schaltkreisaufbau vereinfacht, da
der Schwellenwerteinstellschaltkreis alleine unter Verwendung von
Widerständen gebildet werden kann. Weiterhin ist im Falle
eines Aufbaues, bei dem ein Erkennungswiderstand, durch welchen
ein Strom entsprechend eines Laststroms fließt, so vorgesehen
ist, dass eine Drahtbruchanomalie basierend auf einem Vergleich
der Anschlussspannung des Erkennungswiderstandes mit der geteilten
Spannung des Spannungsteilerschaltkreises erkannt werden kann, der
Spannungsteilerschaltkreis bevorzugt auf einem einzelnen Chip oder
in einer Packung angeordnet, während der Erkennungswiderstand
als ein externes Element vorgesehen ist. Mit diesem Aufbau können
sich die Widerstandswerte der Spannungsteilerwiderstände,
die den Spannungsteilerschaltkreis bilden, sich in gleiche Richtung ändern
(d. h. in Erhöhungsrichtung oder Verringerungsrichtung
des Widerstandswertes), und zwar aufgrund von Herstellungsgründen
des Chips oder dergleichen und damit unterliegt das Widerstandsverhältnis
zwischen ihnen keinen Schwankungen. Folglich kann eine Anomalie
genau erkannt werden, wobei Unempfindlichkeit gegenüber
Herstellungsschwankungen vorliegt, wenn ein externes Element mit
einem geeigneten Widerstandswert als Erkennungswiderstand gewählt
wird, gemäß dem zu erkennenden anomalen Stromwert,
nach Vervollständigung des Chips oder dergleichen.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der Erfindung enthält eine Energieversorgungssteuerung
gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt weiterhin
einen Schaltsteuerschaltkreis, der das Halbleiterschaltelement basierend
auf einem Eingang eines N-Signals einschalten kann. Der Bruchanomalieerkennungsschaltkreis
enthält einen ersten Filterschaltkreis, der einen Ausgang
des Bruchanomaliesignals unterdrücken kann, bis die verstrichene
Zeit seit einer Eingabe des EIN-Signals zumindest eine erste Zeit
erreicht hat.
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Wenn
das EIN-Signal zum Beginn der Energieversorgung eingegeben wird,
kann der Laststrom anfänglich niedriger als der Bruchanomalieschwellenwert
sein, auch wenn eine Drahtbruchanomalie nicht aufgetreten ist. Angesichts
hiervon wird gemäß der vorliegenden Erfindung
die Ausgabe eines Bruchanomaliesignals zumindest eine erste Zeit
lang beginnend mit einer Eingabe des EIN-Signals unterdrückt.
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Gemäß einem
fünften Aspekt der Erfindung enthält bei einer
Energieversorgungssteuerung gemäß einem der zweiten
bis vierten Aspekte der Bruchanomalieerkennungsschaltkreis einen
Bestimmungsschaltkreis, der ein Anzeigesignal auszugeben vermag
gemäß der Größenbeziehung zwischen dem
Laststrom und dem Bruchanomalieschwellenwert und enthält
weiterhin einen zweiten Filterschaltkreis, der das Bruchanomaliesignal
auszugeben vermag, wenn der Bestimmungsschaltkreis ein Anomalieanzeigesignal
ausgibt, das anzeigt, dass der Laststrom niedriger als der Bruchanomalieschwellenwert ist,
und zwar durchgängig während wenigstens einer zweiten
Zeit.
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Gemäß einem
sechsten Aspekt der Erfindung gibt bei einer Energieversorgungssteuerung gemäß dem
fünften Aspekt der zweite Filterschaltkreis ein normales
Signal aus, wenn der Bestimmungsschaltkreis ein Normalanzeigesignal
ausgibt, das anzeigt, dass der Laststrom gleich oder höher
als der Bruchanomalieschwellenwert ist.
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Gemäß einem
siebten Aspekt der Erfindung enthält bei einer Energieversorgungssteuerung
gemäß dem sechsten Aspekt der zweite Filterschaltkreis
einen Timerschaltkreis, der wiederholt die zweite Zeit zu messen
vermag und ein Löschsignal am Ende einer jeden Messung
der zweiten Zeit ausgibt. Der zweite Filterschaltkreis enthält
weiterhin einen Zählerschaltkreis, der die Anzahl von Ausgängen
des Löschsignals vom Timerschaltkreis zu zählen
vermag, während der Bestimmungsschaltkreis das Anomalieanzeigesignal
ausgibt. Der Zählerschaltkreis gibt das Bruchanomaliesignal
aus, wenn die gezählte Anzahl eine Mehrzahl erreicht. Die
gezählte Anzahl wird zurückgesetzt, wenn der Bestimmungsschaltkreis
als Normalanzeigesignal ausgibt.
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Bei
der Erfindung gemäß obiger Beschreibung wird das
Bruchanomaliesignal ausgegeben, wenn der Laststrom niedriger als
der Bruchanomalieschwellenwert durchgängig für
wenigstens die zweite Zeit lang bleibt. Damit können Auswirkungen
von Rauschen oder dergleichen unterdrückt werden, was zu
einer genauen Erkennung einer Drahtbruchanomalie führt.
Bevorzugt wird ein Normalsignal ausgegeben (d. h. das Bruchanomaliesignal
wird unterbrochen), wenn der Laststrom gleich oder höher
als der Bruchanomalieschwellenwert wird, wie beim sechsen Aspekt.
Weiterhin ist der Aufbau gemäß dem siebten Aspekt
als bestimmte Struktur hierfür bevorzugt.
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(Effekt der Erfindung)
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Der
Bruchanomalieschwellenwert wird gemäß der ausgangsseitigen
Spannung des Halbleiterschaltelements geändert und damit
kann ein Drahtbruch durchgängig basierend auf dem gleichen
Lastwiderstandswert ungeachtet von Änderungen der Energieversorgungsspannung
erkannt werden. Weiterhin ist ein Mikrocomputer oder dergleichen
nicht notwendig.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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[1]
ist ein Blockdiagramm, das den allgemeinen Aufbau einer Energieversorgungssteuerung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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[2]
ist ein Schaltkreisdiagramm eines internen Massegenerators;
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[3]
ist ein Schaltdiagramm einer Source-Potentialsteuerung, eines Schwellenwertspannungsgenerators
und eines Stromanomaliedetektors;
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[4]
ist eine Grafik zur Erläuterung von Einstellwerten eines
ersten Anomalieschwellenwertstroms und eines zweiten Anomalieschwellenwertstroms;
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[5]
ist ein Schaltkreisdiagramm eines Steuerlogikabschnitts;
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[6]
ist eine Tabelle, die eine entsprechende Beziehung zwischen Zählwerten
eines Schmelzzählers und eines FR-Zählers und
eines Schwellenwertwahlsignals zeigt;
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[7]
ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale zur Erläuterung
der Arbeitsweise der Energieversorgungssteuerung (im normalen Zustand);
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[8]
ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale zur Erläuterung
der Arbeitsweise der Energieversorgungssteuerung (während
eines Überstroms); und
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[9]
ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale zur Darstellung der Arbeitsweise
der Energieversorgungssteuerung (während eines Schmelzstroms).
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BESTE WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben.
In der Zeichnung ist ein Überstrich an einem Symbol die
Anzeige, dass bei jedem der verschiedenen Signale ein Signal dargestellt
ist, das ein niedriges aktives Signal ist.
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1. Aufbau der Energieversorgungssteuerung
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1 ist
ein Blockdiagramm, das den allgemeinen Aufbau einer Energieversorgungssteuerung 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Energieversorgungssteuerung 10 kann
in ein nicht gezeigtes Fahrzeug eingebaut werden und dient zur Steuerung
der Energieversorgung von einer Energieversorgungsquelle (nachfolgend
als „Energiequelle 12" bezeichnet) zu einer Last 11.
Die Last 11 kann ein Heizer zur Scheibenenteisung (als
lineare resistive Last), eine Fahrzeuglampe oder ein Motor (als
L-Last (oder induktive Last)) für ein Kühlgebläse oder
einen Scheibenwischer sein, um Beispiele zu nennen. Nachfolgend
bedeutet „Last" eine von der Energieversorgungssteuerung 10 zu
steuernde Vorrichtung und enthält nicht einen elektrischen
Draht 30, der zwischen die Energieversorgungssteuerung 10 und
die gesteuerte Vorrichtung gesetzt ist. Die Last 11 und
der elektrische Draht 30 werden gemeinsam als „externer
Schaltkreis" bezeichnet.
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Genauer
gesagt, die Energieversorgungssteuerung 10 enthält
einen Leistungs-MOSFET 14 (d. h. ein Beispiel für
ein „Halbleiterschaltelement") als einen Leistungs-FET
auf einer Stromversorgungsleitung 13, die zwischen der
Energiequelle 12 und der Last 11 verläuft.
In der Energieversorgungssteuerung 10 wird ein Steuersignal
On, beispielsweise ein Konstantspannungssignal oder ein PWM-Steuersignal
(pulsbreitenmoduliertes Signal) dem Gate des Leistungs-MOSFET 14 angelegt,
um den Leistungs-MOSFET zwischen EIN und AUS zu schalten. Damit
wird die Energiezufuhr an die Last 11, die mit der Ausgangsseite
des Leistungs-MOSFET 14 verbunden ist, gesteuert. Bei der
vorliegenden Ausführungsform ist ein Eingangsanschluss
P1 der Energieversorgungssteuerung 10 mit einem externen
Betätigungsschalter 15 verbunden und die Energieversorgungssteuerung
arbeitet, wenn der Betätigungsschalter 15 EIN
ist. Genauer gesagt, der Eingangsanschluss P1 ist über
einen Widerstand 15a mit dem Betätigungsschalter 15 verbunden
und der Verbindungspunkt zwischen dem Betätigungsschalter 15 und
dem Widerstand 15a ist über einen Widerstand 15b mit
der Energiequelle 12 verbunden. Somit wird der Eingangsanschluss
P1 auf die Seite der Energieversorgungsspannung Vcc hochgezogen,
wenn der Betätigungsschalter 15 AUS ist.
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Wie
in 1 gezeigt, ist die Energieversorgungssteuerung 10 als
eine Halbleitervorrichtung 17 (Halbleitervorrichtung) ausgebildet,
auf der der Eingangsanschluss P1, ein Energieversorgungsanschluss
P2 (Vcc) und ein Abgriffanschluss P3 zur Verwendung mit der Energiequelle 12,
ein Lastverbindungsanschluss P4 zur Verbindung mit der Last 11,
ein externen Anschluss P5 zur Verbindung mit Masse (GND) über
einen externen Widerstand 16 als Strom-Spannungs-Wandlerschaltkreis,
ein Masseanschluss P6 zur Direktverbindung mit Masse (GND) und ein
Diagnoseausgangsanschluss P7 vorhanden sind. Bei der vorliegenden
Ausführungsform sind der Leistungs-MOSFET 14,
ein Erfassungs-MOSFET 18 (als ein Beispiel eines „Stromerkennungselements"), der
ein Erfassungs-FET gemäß nachfolgender Beschreibung
ist und ein Temperatursensor 19 (beispielsweise eine Diode
in der vorliegenden Ausführungsform) als Temperaturerkennungselement
auf einem einzelnen Chip als Leistungschip 20 konfiguriert,
der auf einem Steuerchip 21 angeordnet ist.
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Eine
Mehrzahl von N-Kanal-MOSFETs ist auf dem Leistungschip 20 angeordnet.
Die Drains der MOSFETs sind gemeinsam miteinander verbunden und
sind weiterhin mit dem Abgriffanschluss P3 verbunden. Die Sources
der meisten MOSFETs sind gemeinsam mit einem Leistungs-FET-Eingang 51a einer
später zu beschreibenden Sourcepotentialsteuerung 51 und
dem Lastverbindungsanschluss P4 verbunden, so dass die MOSFETs den
Leistungs-MOSFET 14 gemäß 3 bilden.
Die Sources der restlichen MOSFETs sind gemeinsam mit einem Erfassungs-FET-Eingang 51b der
Sorcepotentialsteuerung 51 verbunden, so dass die MOSFETs
den Erfassungs-MOSFET 18 bilden. Das Verhältnis
der Anzahl von MOSFETs, die den Erfassungs-MOSFET 18 bilden,
zur Anzahl der MOSFETs, die den Leistungs-MOSFET 14 bilden,
entspricht annähernd einem Erfassungsverhältnis
k.
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Der
Steuerchip 21 weist im Wesentlichen eine Eingangsschnittstelle 22,
einen internen Massegenerator 23, einen Stromdetektor 24,
einen Überhitzungsdetektor 25, einen Diagnoseausgangsabschnitt 26,
einen Steuerlogikabschnitt 27 und einen Gatter-Treiber 28 auf.
Eine Diode 36, deren Kathodenseite mit der Seite höheren
Potentials verbunden ist und ein Widerstand 37 sind seriell
zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und dem Masseanschluss
P6 geschaltet, wie in 1 gezeigt. Der Verbindungspunkt
dazwischen ist als interne Masse GND1 vorgesehen. Wenn bei diesem
Aufbau fälschlicherweise die Seite des Masseanschluss P6
mit der Seite der Energieversorgungsspannung Vcc verbunden wird,
wird ein durch die Schaltkreise der Energieversorgungssteuerung 10 fließender
Strom aufgrund der Diode 36 auf gleich oder kleiner als
einen bestimmten Wert unterdrückt.
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(Eingangsschnittstelle)
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Die
Eingangsseite der Eingangsschnittstelle 22 ist mit dem
Eingansanschluss P1 verbunden. Damit wird ein hochpegeliges Steuersignal
On eingegeben, wenn der Betätigungsschalter 15 AUS
ist, während ein niedrigpegeliges (aktiv niedriges) Steuersignal
On eingegeben wird, wenn der Betätigungsschalter EIN ist.
Das Steuersignal On wird dann dem internen Massegenerator 23 und
dem Steuerlogikabschnitt 27 zugeführt. In einem
normalen Zustand, d. h., wenn weder eine Stromanomalie noch eine
Temperaturanomalie vorliegen, wie noch beschrieben wird, schaltet
die Energieversorgungssteuerung 10 den Leistungs-MOSFET 14 EIN
(resultierend in einem leitfähigen Zustand), was durch
den Gatter-Treiber 28 in Antwort auf das obige aktive (niedrigpegelige)
Steuersignal On erfolgt. Andererseits schaltet in Antwort auf ein
nicht aktives (hochpegeliges) Steuersignal On die Energieversorgungssteuerung
den Leistungs-MOSFET 14 durch den Gatter-Treiber 28 AUS,
was zu einem Abschaltzustand führt. In der vorliegenden
Ausführungsform entspricht ein niedrigpegeliges Steuersignal
On dem EIN-Signal (Last-EIN-Signal) während ein nicht aktives
Steuersignal On einem AUS-Signal entspricht. Der Gatter-Treiber 28 arbeitet
als „Schaltsteuerschaltkreis".
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(Interner Massegenerator)
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Der
interne Massegenerator 23 als interner Leistungsschaltkreis
arbeitet, wenn er ein aktives Steuersignal On (EIN-Signal) von der
Eingangsschnittstelle 22 oder ein niedrigpegeliges Ausgangssignal
Off (was anzeigt, dass ein Löschzähler 72 nicht
im Overflow ist) vom Steuerlogikabschnitt 27 gemäß nachfolgender
Beschreibung empfängt, um eine interne Masse GND2 zu erzeugen,
die um eine bestimmte Konstantspannung Vb niedriger als die Energieversorgungsspannung
Vcc ist. D. h., der interne Massegenerator 23 wird im Betriebszustand gehalten,
um die Erzeugung der internen Masse GND2 aufrechtzuerhalten, solange
ein niedrigpegeliges Ausgangssignal Off vom Steuerlogikabschnitt 27 empfangen
wird (oder so lange nicht und bis der Löschzähler 72 überläuft),
auch wenn ein nicht aktives Steuersignal On (AUS-Signal) nach dem
Einschalten von der Eingangsschnittstelle 22 empfangen
wird. Somit wird die Konstantspannung Vb entsprechend der Differenz,
die bestimmt wird durch Subtraktion der internen Masse GND2 von
der Energieversorgungsspannung Vcc für den Steuerlogikabschnitt 27 vorgesehen,
so dass der Steuerlogikabschnitt 27 arbeiten kann.
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Genauer
gesagt, gemäß 2 enthält
der interne Massegenerator 23 einen FET 41 als
Schaltelement, das in Antwort auf ein niedrigpegeliges Steuersignal
On (EIN-Signal) einzuschalten ist, und einen FET 42 als
ein Schaltelement, das in Antwort auf ein niedrigpegeliges Ausgangssignal
Off einzuschalten ist. Die Ausgangsseiten der FETs 41, 42 sind
beide mit dem Steueranschluss eines FET 43 als Schaltelement
verbunden. Die Eingangsseite (d. h. die Drain-Seite) des FET 43 ist über
eine Zener-Diode 44 mit dem Energieversorgungsanschluss
P2 verbunden, während die Ausgangsseite (d. h. die Source-Seite)
hiervon über den Widerstand 37 mit dem Masseanschluss
P6 verbunden ist.
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Im
internen Massegenerator 23 wird der FET 43 in
Antwort auf ein aktives Steuersignal On oder ein niedrigpegeliges
Ausgangssignal Off eingeschaltet. Damit arbeitet der interne Massegenerator,
um die interne Masse GND2 zu erzeugen, die niedriger als die Energieversorgungsspannung
Vcc um eine Spannung ist, die der Zener-Spannung der Zener-Diode 44 entspricht.
Die erzeugte interne Masse wird über einen Operationsverstärker 45 als
Spannungsfolger dem Steuerlogikabschnitt 27 bereitgestellt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein FET 46,
in welchem eine Kurzschlussverbindung zwischen Source und Gate (d.
h. eine Diodenverbindung) ausgebil det ist, auf einer Stromversorgungsleitung
angeordnet, die zwischen der Zener-Diode und dem FET 43 verläuft.
Somit läuft ein Konstantstrom durch die Zener-Diode 44,
wenn der FET 43 eingeschaltet ist, und folglich kann eine
stabilere interne Masse GND2 erzeugt werden.
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(Stromdetektor)
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Der
Stromdetektor 24 enthält eine Source-Potentialsteuerung 51,
einen Schwellenwertspannungsgenerator 52 und einen Überstromanomaliedetektor 53,
wie in 1 gezeigt. 3 ist ein
Schaltkreisdiagramm, das im Wesentlichen die Source-Potentialsteuerung 51,
den Schwellenwertspannungsgenerator 52 und den Überstromanomaliedetektor 53 zeigt,
wobei der Rest des Schaltungsaufbaus teilweise weggelassen ist.
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a. Source-Potentialsteuerung
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Die
Source-Potentialsteuerung 51 dient zur Aufrechterhaltung
der ausgangsseitigen Potentiale (d. h. des Source-Potentials) des
Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 auf
gleichen Werten.
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Die
Source-Potentialsteuerung 51 enthält einen Operationsverstärker 56 und
einen FET 57 als ein Schaltelement. Das Paar von Eingangsanschlüssen
des Operationsverstärkers 56 ist mit dem Leistungs-FET-Eingang 51a (d.
h. der Source des Leistungs-MOSFET 14) und dem Erfassungs-MOSFET-Eingang 51b (d.
h. der Source des Erfassungs-MOSFET 18) entsprechend verbunden.
Der FET 57 ist zwischen den Erfassungs-FET-Eingang 51b und
dem externen Anschluss P5 geschaltet, und der Ausgang des Operationsverstärkers 56 wird
an den Steueranschluss hiervon angelegt. Genauer gesagt, der negative
Eingang des Operationsverstärkers 56 ist mit dem
Leistungs-FET-Eingang 51a verbunden, während der
positive Eingang des Operationsverstärkers 56 mit
dem Erfassungs-FET-Eingang 51b verbunden ist. Der Differentialausgang
des Operationsverstärkers 56 ist durch Gate und
Drain des FET 57 auf den positiven Eingang zurückgekoppelt.
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Der
Operationsverstärker 56 wird aufgrund der Rückkoppelung
des Differentialausgangs vom Operationsverstärker 56 in
einem imaginären Kurzschlusszustand gehalten, d. h. die
Potentiale vom positiven Eingang und negativem Eingang sind annä hernd
gleich zueinander gehalten. Damit sind die Potentiale der Drains
von Leistungs-MOSFET 14 und Erfassungs-MOSFET 18 gleich
zueinander gehalten und die Potentiale der Sources hiervon sind
ebenfalls gleich zu einander gehalten. Folglich kann ein Erfassungsstrom
Is (d. h. ein Beispiel eines „Erkennungssignals von einem
Stromerkennungselement"), der durch den Erfassungs-MOSFET 18 fließt,
stabil auf einem konstanten Verhältnis (d. h. im obigen
Erfassungsverhältnis k) zu einem Laststrom IL gehalten werden,
der durch den Leistungs-MOSFET 14 fließt. Der
Erfassungsstrom Is von der Source-Potentialsteuerung 51 läuft über
den externen Anschluss P5 in den externen Widerstand 16 und
damit ändert sich die Anschlussspannung Vo des externen
Anschlusses P5 mit dem Erfassungsstrom Is.
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b. Stromanomaliedetektor
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Der
Stromanomaliedetektor 53 enthält einen Komparator
oder eine Mehrzahl (zum Beispiel bei der vorliegenden Ausführungsform
drei) von Komparatoren 54, 58, 59 (zum
Beispiel Hysteresekomparatoren bei der vorliegenden Ausführungsform).
Die Anschlussspannung Vo des externen Anschlusses P5 wird an einem
Eingang eines jeden Komparators 54, 55, 58, 59 angelegt.
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Der
Komparator 58 empfängt eine erste Anomalieschwellenwertspannung
Voc am anderen Eingang hiervon, von dem Schwellenwertspannungsgenerator 52 und
gibt ein Überstromsignal OC von niedrigem Pegel (aktiv
niedrig) an den Steuerlogikabschnitt 27 aus, wenn die Anschlussspannung
Vo die erste Anomalieschwellenwertspannung Voc übersteigt.
Nachfolgend wird ein Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 fließt,
wenn die Anschlussspannung Vo die erste Anomalieschwellenwertspannung
Voc erreicht (d. h. während einer Stromanomalie) „erster
Anomalieschwellenwertstrom ILoc" genannt und diese Stromanomalie
wird „Überstrom" genannt.
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Der
Komparator 59 (d. h. ein Beispiel eines „Anormalstromerkennungsschaltkreises")
empfängt eine zweite Anomalieschwellenwertspannung Vfc
(< Voc) am anderen
Eingang hiervon von dem Schwellenwertspannungsgenerator 52 und
gibt ein Schmelzstromsignal FC von niedrigem Pegel (d. h. ein niedriges
aktives Signal und ein Beispiel eines „Stromanomaliesignals")
an den Steuerlogikabschnitt 27 aus, wenn die Anschlussspannung
Vo die zweite Anomalieschwellenwertspannung Vfc übersteigt.
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Nachfolgend
wird ein Lastrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 fließt,
wenn die Anschlussspannung Vo die zweite Anomalieschwellenwertspannung
Vfc erreicht, d. h. während einer Stromanomalie „zweiter
Anomalieschwellenwertstrom ILfc" gelangt (d. h. ein Beispiel eines „Stromanomalieschwellenwerts")
und diese Stromanomalie wird „Schmelzstrom" genannt.
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Der
Komparator 54 (d. h. ein Beispiel eines „Bestimmungsschaltkreises"
und eines „Bruchanomalieerkennungsschaltkreises") empfängt
eine dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop am anderen Eingang
hiervon vom Schwellenwertspannungsgenerator 52 und gibt
ein Bruchanzeigesignal OP von niedrigem Pegel (d. h. ein niedriges
aktives Signal und ein Beispiel eines „Anomalieanzeigesignals")
an den Steuerlogikabschnitt 27 aus, wenn die Anschlussspannung
Vo niedriger als die dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop ist.
Nachfolgend wird ein Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 fließt,
wenn die Anschlussspannung Vo die dritte Anomalieschwellenwertspannung
Vop erreicht, „dritter Anomalieschwellenwertstrom ILop"
genannt (d. h. ein Beispiel eines „Bruchanomalieschwellenwerts") und
diese Anomalie wird „Drahtbruchanomalie" genannt.
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c. Schwellenwertspannungsgenerator
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Gemäß 3 enthält
der Schwellenwertspannungsgenerator 52 (d. h. ein Beispiel
eines „Schwellenwerteinstellschaltkreises") im Wesentlichen
einen Stromausgabeschaltkreis 110, der einen Strom Ic ausgibt,
der die Differenz anzeigt, die bestimmt wird durch Subtraktion eines
Stroms Ids (< Ib) entsprechend
der Drain-zu-Source-Spannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 (d.
h. einer Eingangs-zu-Ausgangs-Spannung eines Halbleiterschaltelements)
von einem Strom Ib entsprechend einer bestimmten Konstantspannung
und enthält weiterhin einen Schwellenwertsetzwiderstand 60, durch
welchen der Ausgangsstrom Ic vom Stromausgabeschaltkreis 110 fließt.
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Insbesondere
ist der Stromausgabeschaltkreis 110 zwischen Drain und
Source des Leistungs-MOSFET 14 geschaltet, und bewirkt
damit, dass ein Strom Ids entsprechend der Drain-zu-Source-Spannung
Vds hiervon in den Masseanschluss P6 fließt. Weiterhin
sind ein FET 62, der sich in Antwort auf ein Vorspannungssignal
Bias gemäß nachfolgender Beschreibung einschaltet
und ein Konstantstromschaltkreis 65, der den Strom Ib veranlasst,
zwischen dem Eingangsanschluss am Stromausgabeschaltkreis 110 zum
Empfang des Stroms Ids und den Energieversorgungsanschluss P2 geschaltet.
Eine Mehrzahl von Schwellenwertsetzwiderständen (zum Beispiel
sieben Schwellenwertsetzwiderstände 60a–60g bei
der vorliegenden Ausführungsform) sind seriell zwischen
den Verbindungspunkt X zwischen dem obigen Eingabeanschluss und dem
Konstantstromschaltkreis 65 und dem Masseanschluss P6 geschaltet,
so dass der dritte Strom Ic durch die Schwellenwertsetzwiderstände 60a–60g fließen
kann. Abgeteilte Spannungen an den jeweiligen Verbindungspunkten
A–F zwischen den Schwellenwertsetzwiderständen 60a bis 60g ändern
sich proportional zu dem dritten Strom Ic (= Ib – Ids),
d. h. proportional zu einer Spannung entsprechend der Differenz,
bestimmt durch Subtraktion der Drain-zu-Source-Spannung Vds des
Leistungs-MOSFET 14 von der Konstantspannung. Bei diesem
Aufbau nimmt der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc bei einem
Anstieg der Drain-zu-Source-Spannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 ab
und nimmt bei einer Abnahme zu.
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Wenn
daher ein Kurzschluss in der Last 11 unmittelbar nach Einschaltung
des Leistungs-MOSFET 14 auftritt, wird der erste Anomalieschwellenwertstrom
ILoc dann auf einen relativ niedrigen Wert gesetzt, da die Drain-zu-Source-Spannung
Vds relativ hoch ist. Folglich kann der Laststrom IL den ersten Anomalieschwellenwertstrom
ILoc früh ohne Erreichung eines hohen Wertes erreichen,
d. h. wenn er auf relativ niedrigem Wert ist und damit kann der Stromdetektor 24 ein
aktives Signal OC früh ausgeben. Wenn weiterhin beispielsweise
die Energieversorgungsspannung Vcc abnimmt, bleibt der erste Anomalieschwellenwertstrom
ILoc im Wesentlichen gleich auf dem Wert vor der Abnahme der Energieversorgungsspannung
Vcc. Dies deshalb, da, selbst wenn die Energieversorgungsspannung
Vcc abnimmt, die Drain-zu-Source-Spannung Vds annähernd
aufrechterhalten wird, solange der Leistungs-MOSFET 14 EIN
ist. Somit kann der Energieversorgungsvorgang durch den Leistungs-MOSFET 14 in
diesem Fall ausreichend erhalten werden.
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Der
Schwellenwertspannungsgenerator 52 enthält weiterhin
eine Mehrzahl von FETs 61a–61f als Schaltelemente
zur Verbindung des anderen Eingangsanschlusses des Komparators 58 selektiv
mit dem Verbindungspunkten A–F zwischen den Widerständen 60a–60g.
Damit kann die erste Anomalieschwellenwertspannung Voc stufenweise
durch selektives und sequentielles Einschalten der FETs 61a–61f verringert
werden. Das EIN-AUS-Schalten der FETs 61a–61f wird
durch den Steuerlogikabschnitt 27 gesteuert, wie nachfolgend
beschrieben.
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Andererseits ändern
sich die zweiten und dritten Anomalieschwellenwertspannungen Vfc
und Vop mit der Source-Spannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 (d.
h. als ein Beispiel von „ausgangsseitige Spannung eines
Halbleiterschaltelements"). Insbesondere ist eine Mehrzahl von spannungsteilenden
Widerständen (zum Beispiel drei Schwellenwertsetzwiderstände 64a–64c bei
der vorliegenden Ausführungsform) seriell zwischen die Source
des Leistungs-MOSFET 14 und dem Masseanschluss P6 geschaltet.
Die geteilte Spannung am Verbindungspunkt Y zwischen den Schwellenwertsetzwiderständen 64a und 64b wird
als dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop ausgegeben, während
die geteilte Spannung am Verbindungspunkt Z zwischen den Schwellenwertsetzwiderständen 64b und 64c als
zweite Anomalieschwellenwertspannung Vfc ausgegeben wird.
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In
dem Fall, in dem ein Schmelzstrom unmittelbar nach Einschalten des
Leistungs-MOSFET 14 auftritt, wird daher der zweite Anomalieschwellenwertstrom
ILfc auf relativ niedrigen Pegel gesetzt, da die Drain-zu-Source-Spannung
Vds relativ hoch ist. Folglich kann der Laststrom IL den zweiten
Anomalieschwellenwertstrom ILfc früh ohne Erreichung des hohen
Pegels erreichen (d. h. wenn er auf relativ niedrigem Pegel ist)
und damit kann der Stromdetektor 24 früh ein aktives
Signal FC ausgeben.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform sind der FET 62,
der ein Schaltelement ist, das in Antwort auf niedrigpegeliges Vorspannungssignal
Bias vom Steuerlogikabschnitt 27 einschaltet und ein Widerstand 63 zwischen
dem Energieversorgungsanschluss P2 und dem Verbindungspunkt Z vorgesehen
und damit werden die zweiten und dritten Anomalieschwellenwertströme
ILfc und ILop so vorgespannt, dass sie nicht bei einer Änderung
des Lastwiderstands der Last 11 auf einen Negativwert absinken.
Wenn der FET 62 einschaltet, fließt ein Strom durch
den Widerstand 63 und damit werden die zweiten und dritten
Anomalieschwellenwertspannungen Vfc und Vop zur Seite der Energieversorgungsspannung
Vcc durch eine Spannung entsprechend einem Spannungsabfall am Widerstand 63 hochgezogen. Das
niedrigpegelige Vorspannungs signal Bias wird vom Steuerlogikabschnitt 27 zum
Einschalten des FET 62 ausgegeben, wenn das Steuersignal
On Aktiv ist oder das Löschsignal CLR aktiv ist. Insbesondere
ist, wie nachfolgend beschrieben wird, ein NICHT-ODER-Schaltkreis 69,
dem ein pegelinvertiertes Signal vom Steuersignal On und ein Löschsignal
CLR vom Löschzähler 72 eingegeben werden,
im Steuerlogikabschnitt 27 angeordnet, wie in 5 gezeigt
und der NICHT-ODER-Schaltkreis 69 kann ein niedrigpegeliges
(niedrig aktives) Vorspannungssignal Bias ausgeben. Andererseits
kann der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc vorgespannt werden, indem
die Auslegung so gemacht wird, dass 'Ib – Ids > 0' erfüllt
ist. Damit kann der zweite Strom Ib als eine Vorspannung dienen.
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4 ist
eine Grafik zur Erläuterung von Konfigurationswerten des
ersten, zweiten und dritten Anomalieschwellenwertstromes ILoc, ILfc
und ILop. Die Grafik bezieht sich auf die Rauchemissionscharakteristik
eines elektrischen Drahtes 30 (zum Beispiel eines Überzugmaterials
des elektrischen Drahts), der mit der Energieversorgungssteuerung 10 verbindbar
ist, wobei die Rauchemissionscharakteristikkurve L1 die Beziehung
zwischen einem ersten Konstantstromwert und einer Stromanlegezeit
(d. h. eine Zeit nötig zum Durchschmelzen) zeigt. D. h. die
Rauchemissionscharakteristikkurve L1 stellt die Beziehung zwischen
einem beliebigem Konstantstrom (Stoßstrom) und einer Zeit
dar, die das Überzugsmaterial des elektrischen Drahtes 30 benötigt, um
zu brennen zu beginnen, während der Konstantstrom an den
elektrischen Draht 30 angelegt wird. In der Grafik ist
auch eine Selbstzerstörungscharakteristikkurve 12 gezeigt,
welche die Beziehung zwischen einem beliebigen konstanten Strom
(Stoßstrom) und einer Zeit darstellt, die der Leistungs-MOSFET 14 benötigt,
durchzubrechen, während der Konstantstrom am MOSFET 14 anliegt.
Der zweite Anomalieschwellenwertstrom ILfc wird auf einen Wert innerhalb
des Bereiches gesetzt, wo ein Stromwert niedriger als die Rauchemissionscharakteristikkurve
L1 und die Selbstzerstörungscharakteristikkurve 12 ist.
Der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc wird auf einen Wert innerhalb
des Bereichs gesetzt, wo ein Stromwert niedriger als die Rauchemissionscharakteristikkurve
L1 und die Selbstzerstörungscharakteristikkurve 12 ist,
und zwar für ein Zeitfenster entsprechend einer Referenz-Ansprech-Zeit
gemäß nachfolgender Beschreibung, beginnend mit
dem Start einer Zählung vom Ausgangswert durch einen FUSE-Zeitzähler 73.
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Es
sei festzuhalten, dass die Rauchemissionscharakteristik, die in
der Grafik gezeigt ist, auf einen elektrischen Draht 30 zutrifft,
der aus elektrischen Drähten 30 gewählt
wurde, die auf ähnliche Weise mit der Energieversorgungssteuerung 10 verbunden
sind. Die Rauchemissionscharakteristik hängt vom externen
Schaltkreis (zum Beispiel einem Verdrahtungsteil, wie einem elektrischen
Draht oder einer Last) ab, der mit der Energieversorgungssteuerung 10 zu
verbinden ist. Daher sollten Werte des Laststroms IL und des Erfassungsstrom
Is, auf der Basis die obigen niedrigpegeligen Ausgangssignale FC,
OC ausgegeben werden, und auch in Abhängigkeit hiervon
geändert werden. Dies kann jedoch problemlos erreicht werden,
indem der Widerstandswert des oben beschriebenen externen Widerstands 16 eingestellt
wird.
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In
der Grafik bezeichnet ILmax den Nennstrom der Last 11 (d.
h. einen Stromwert entsprechend der Gebrauchsgrenze der Vorrichtung,
bis zu der der die Ausführung garantiert ist). Io stellt
den kritischen Gleichgewichtsstrom dar, der angelegt werden kann,
während ein thermischer Gleichgewichtszustand beibehalten
wird, bei dem Wärmeerzeugung und Abstrahlung im elektrischen
Draht 30 sich die Waage halten. Wenn ein Strom eines höheren
Wertes als der kritische Gleichgewichtsstrom Io angelegt wird, betrifft
dieser einen überthermischen Widerstandsbereich, in welchem
ein Stromwert und eine Zeit zum Durchbrennen im Wesentlichen umgekehrt proportional
zueinander sind. Der zweite Anomalieschwellenwertstrom ILfc wird
auf einen Wert etwas höher als der Grenzstrom ILmax der
Last 11 gesetzt, wie in 4 gezeigt.
Der Komparator 59 erkennt einen Schmelzstrom, bei dem der
Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenwertstrom ILfc erreicht und
gibt ein niedrigpegeliges Ausgangssignal FC aus. Wenn der Laststrom
IL um den zweiten Anomalieschwellenwertstrom ILfc herum liegt, muss
der Leistungs-MOSFET 14 nicht sofort ausgeschaltet werden.
Er sollte nur dann ausgeschaltet werden, wenn der Schmelzstromzustand über
eine längere Zeit hinweg andauert, wie nachfolgend beschrieben.
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Der
dritte Anomalieschwellenwertstrom ILop wird auf einen weiter niedrigeren
Pegel als der Nennstrom ILmax gesetzt. Der Komparator 54 erkennt eine
Drahtbruchanomalie, wenn der Laststrom IL den dritten Anomalieschwellenwertstrom
ILop erreicht und gibt ein aktives Bruchanzeigesignal OP aus.
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Im
Gegensatz hierzu wird der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc
auf einen höheren Wert als der zweite Anomalieschwellenwertstrom
ILfc gesetzt. Der Komparator 58 erkennt einen Überstrom, wenn
der Laststrom IL den ersten Anomalieschwellenwert ILoc erreicht
und gibt ein niedrigpegeliges Ausgangssignal OC aus. Wenn der Laststrom
IL einen derart hohen Wert hat, dass der erste Anomalieschwellenwerstrom
ILoc überstiegen wird, sollte der Leistungs-MOSFET 14 sofort
ausgeschaltet werden, wie nachfolgend beschrieben wird. In Vorbereitung des
Einschaltstoßstroms setzt der Schwellenwertgenerator 52 zuerst
den ersten Anomalieschwellenwertstrom ILoc auf einen Anfangswert,
der höher als der Einschaltstoßstrom ist, wie
in 4 gezeigt. Wenn danach ein Schmelzstrom erkannt
wird, wie nachfolgend beschrieben wird, wird der erste Anomalieschwellenwertstrom
stufenweise über die Zeit hinweg verringert.
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(Überhitzungsdetektor)
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Der Überhitzungsdetektor 25 empfängt
ein Temperatursignal S4 entsprechend einer Temperatur des Leistungschips 20 von
dem Temperatursensor 19, der an dem Leistungschip 20 angebracht
ist. Der Überhitzungsdetektor 25 erkennt eine
Temperaturanomalie, wenn das empfangene Temperatursignal S4 eine
bestimmte Schwellenwerttemperatur übersteigt und liefert
ein niedrigpegeliges (niedrig aktives) Temperaturanomaliesignal
OT an den Steuerlogikabschnitt 27.
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(Steuerlogikabschnitt)
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5 ist
ein Schaltkreisdiagramm des Steuerlogikabschnitts 27. Der
Steuerlogikabschnitt 27 enthält im Wesentlichen
einen FR-Zähler (Freilaufzähler) 71,
den Löschzähler 72, den Schmelzzähler (FC-Zähler) 73,
einen Oszillator 74, einen Reset-Signalgenerator 75 etc.
Der Steuerlogikabschnitt 27 empfängt das Steuersignal
On von der Eingabeschnittstelle 22, die Signale OC, FR,
OP vom Stromdetektor 24 und das Temperaturanomaliesignal
OT vom Überhitzungsdetektor 25, wie oben beschrieben.
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a. Oszillator und Reset-Signalgenerator
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Der
Oszillator 74 erzeugt ein Taktsignal CLK und gibt dieses
aus (mit einer Dauer von beispielsweise 25 Mikrosekunden). Der Reset-Signalgenerator 75 erzeugt
eine Konstantspannung ausreichend für den internen Massegenerator 23 und
den vorhandenen Steuerlogikabschnitt 27, damit diese arbeiten können.
Weiterhin gibt er ein Reset-Signal RST von niedrigem Pegel (aktiv
niedrig) aus, solange nicht und bis die Taktzeugung vom Oszillator 74 stabilisiert ist.
Nachdem die Takterzeugung stabilisiert ist, wird ein Reset-Signal
RST von hohem Pegel ausgegeben.
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b. Überstromschutzschaltkreis
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Wenn
wenigstens entweder das aktive Überstromsignal OC vom Stromdetektor 24 oder
ein aktives Temperaturanomaliesignal OT vom Überhitzungsdetektor 25 empfangen
wird, führt der Überstromschutzschaltkreis im
Wesentlichen einen Zwangsabschaltvorgang des Leistungs-MOSFET 14 während
einer bestimmten Referenz-AUS-Dauer durch und gibt danach den Zwangsabschaltzustand wieder
frei. Genauer gesagt, der Überstromschutzschaltkreis enthält
den FR-Zähler 71, einen OC-Speicher 76,
einen FRC-Reset-Generator 77, einen FC-Speicher 78 etc.
In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet „Zwangsabschaltung",
dass der Leistungs-MOSFET 14 zwangsweise ausgeschaltet wird,
obgleich die Energieversorgungssteuerung 10 ein aktives
Steuersignal On empfängt (EIN-Signal).
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Der
Steuerlogikabschnitt 27 enthält einen NICHT-ODER-Schaltkreis 79,
der die pegelinvertierten Signale der Signale OC, OT empfängt
und enthält weiterhin einen NICHT-UND-Schaltkreis 80,
der das pegelinvertierte Signal eines Eingangssignals vom NICHT-ODER-Schaltkreis 79 empfängt.
Das pegelinvertierte Signal eines Setzsignals OC1 vom NICHT-UND-Schaltkreis 80 wird
dem Setzanschluss des OC-Speichers 76 (d. h. einem RS-Flip-Flop)
eingegeben. Das pegelinvertierte Signal eines Ausgangssignals vom
NICHT-UND-Schaltkreis 81 wird ebenfalls dem NICHT-UND-Schaltkreis 80 eingegeben.
Das pegelinvertierte Signal eines Steuersignals On und ein Zwangsabschaltesignal
Inhibit (das von niedrigem Pegel ist, wenn die Zwangsabschaltung des
Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt werden sollte),
was nachfolgend beschrieben wird, werden dem NICHT-UND-Schaltkreis 81 eingegeben.
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Wenn
bei diesem Aufbau ein aktives Steuersignal On eingegeben wird, gibt
der NICHT-UND-Schaltkreis 80 ein Setzsignal OC1 mit niedrigem
Pegel (aktiv niedrig) aus, wenn wenigstens entweder ein aktives Überstromsignal
OC vom Stromdetektor 24 oder ein aktives Temperaturanomaliesignal
OT vom Überhitzungsdetektor 25 dem Steuerlogikabschnitt 27 eingegeben
wird und das Zwangsabschaltesignal Inhibit hohen Pegel hat. D. h.,
während ein EIN-Signal eingegeben wird, gibt der NICHT-UND-Schaltkreis 80 ein
aktives Setzsignal OC1 aus, so dass der OC-Speicher 76 in
den Setzzustand versetzt wird, wenn ein Überstrom oder
eine Temperaturanomalie erkannt wird und der Leistungs-MOSFET 14 nicht
im Zwangsabschaltzustand ist.
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Der
Steuerlogikabschnitt 27 enthält weiterhin einen
NICHT-UND-Schaltkreis 82, dem das pegelinvertierte Signal
eines Ausgangssignal vom NICHT-UND-Schaltkreis 81 und das
pegelinvertierte Signal eines Schmelzstromsignals FC eingegeben werden.
Das pegelinvertierte Signal eines (aktiv niedrigen) Setzsignals
FC1 vom NICHT-UND-Schaltkreis 82 wird dem Setzanschluss
vom FC-Speicher 78 (d. h. einem RS-Flip-Flop) eingegeben.
Wenn bei diesem Aufbau ein niedrigpegeliges Steuersignal On eingegeben
wird, gibt der NICHT-UND-Schaltkreis 82 ein Setzsignal
FC1 von niedrigem Pegel (aktiv niedrig) aus, wenn ein aktives Schmelzstromsignal FC
vom Stromdetektor 24 dem Steuerlogikabschnitt 27 eingegeben
wird und das Zwangsabschaltesignal Inhibit auf hohem Pegel ist.
D. h., während ein EIN-Signal eingegeben wird, gibt der NICHT-UND-Schaltkreis
ein aktives Setzsignal FC1 aus, so dass der FC-Speicher 78 in
den Setzzustand versetzt wird, wenn ein Schmelzstrom erkannt wird und
der Leistungs-MOSFET 14 nicht im Zwangsabschaltezustand
ist.
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Der
FR-Zähler 71 zählt normalerweise wiederholt
eine bestimmte Zeit und wird auf „1" zurückgesetzt
(d. h. das Bit mit geringstem Stellenwert wird auf „1"
und die anderen Bits werden auf „0" gesetzt), wenn eine
der nachfolgenden Reset-Bedingungen 1–3 erfüllt
sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist der FR-Zähler 71 ein
8-Bit-Freilaufzähler, um ein Beispiel zu nennen, und inkrementiert
seinen Zählwert zu Zeiten entsprechend den fallenden Flanken des
Taktsignals CLK vom Oszillator 74 (d. h. in Perioden von
125 Mikrosekunden) um eins. Der FR-Zähler hat alle 32 Millisekunden
Overflow, bis er zurückgesetzt wird.
- Reset-Bedingung
1: Der Reset-Signalgenerator 75 gibt ein aktives Reset-Signal
RST aus;
- Reset-Bedingung 2: Der NICHT-UND-Schaltkreis 80 gibt
ein aktives Setzsignal OC1 aus (d. h., eine Überstrom-
oder eine Temperaturanomalie werden entdeckt und der Leistungs-MOSFET 14 ist
nicht im Zwangsabschaltezustand); und
- Reset-Bedingung 3: Das Ausgangssignal FCM vom FC-Speicher 78 geht
von hohem Pegel auf niedrigen Pegel (d. h. der FRC-Reset-Generator 77 erkennt eine
fallende Flanke vom Ausgangssignal FCM).
-
Wenn
eine der obigen Reset-Bedingungen erfüllt ist, gibt der
FRC-Reset-Generator 77 ein Reset-Signal Res von niedrigem
Pegel (aktiv niedrig) aus, so dass der FR-Zähler 71 vorübergehend
in den Reset-Zustand versetzt wird. Der FR-Zähler 71 gibt ein
Zählsignal OvF7 von niedrigem Pegel (aktiv niedrig) aus,
wenn die sieben unteren Bits des Zählers überfließen
(d. h. alle Bits sind „1"). Weiterhin gibt er ein Abschaltfreigabesignal
MCL von niedrigem Pegel (aktiv niedrig) aus, wenn alle sieben unteren
Bits des Zählers „0" sind. D. h., der FR-Zähler 71 gibt
ein aktives Zählsignal OvF7 in einem bestimmten Zeitintervall
(z. B. in einem Intervall von 60 Millisekunden) aus, bis er zurückgesetzt
wird. Weiterhin gibt er ein aktives Abschaltfreigabesignal MCL bei
dem obigen vorbestimmten Zeitintervall aus oder genauer gesagt zu
einer bestimmten Zeit (einem Zählwert bei der vorliegenden
Ausführungsform) später als der Ausgang vom Zählsignal
OvF7.
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Das
pegelinvertierte Signal eines Ausgangssignals vom NICHT-ODER-Schaltkreis 83 wird
dem Reset-Anschluss des OC-Speichers 76 eingegeben. Das
pegelinvertierte Signal eines Reset-Signals RST vom Reset-Signalgenerator 75 und
das pegelinvertierte Signal eines Abschaltfreigabesignals MCL vom FR-Zähler 71 werden
dem NICHT-ODER-Schaltkreis 83 eingegeben. Mit diesem Aufbau
geht der OC-Speicher 76 in den Setzzustand in Antwort auf ein
aktives Setzsignal OC1, wie oben beschrieben, um eine erstes Zwangsabschaltesignal
OCM von niedrigem Pegel (aktiv niedrig) auszugeben. Er gibt ein
erstes Zwangsabschaltesignal OCM von hohem Pegel aus, wenn das Reset-Signal
RST und das Abschaltfreigabesignal MCL aktiv sind.
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Ein
NICHT-ODER-Schaltkreis 84 empfängt das pegelinvertierte
Signal vom ersten Zwangsabschaltesignal OCM und das pegelinvertierte
Signal eines zweiten Zwangsabschaltesignals Fuse vom Schmelzzähler 73 gemäß nachfolgender
Beschreibung und gibt ein Zwangsabschaltesignal Inhibit von niedrigem
Pegel (aktiv niedrig) aus, wenn das erste Zwangsabschaltesignal
OCM oder zweite Zwangsabschaltesignal Fuse aktiv sind.
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Bei
diesem Aufbau gibt der Überstromschutzschaltkreis ein aktives
erstes Zwangsabschaltesignal OCM vom OC-Speicher 76 aus,
wenn das Überstromsignal OC oder das Temperaturanomaliesignal
OT aktiv ist, so dass die Zwangsabschaltung des Leistungs-MOSFET 14 sofort
durchgeführt wird. Gleichzeitig wird der FR-Zähler 71 zurückgesetzt,
um das Zählen neu zu beginnen, und danach (zum Beispiel
16 Millisekunden später) gibt er ein aktives Abschaltfreigabesignal
MCL aus, so dass der OC-Speicher 76 ein hochpegeliges erstes
Zwangsabschaltesignal OCM ausgibt und damit der Zwangsabschaltzustand
(erste Zwangsabschaltung) des Leistungs-MOSFET 14 aufgehoben
wird. Der Leistungs-MOSFET 14 kann somit in den leitfähigen
Zustand zurückversetzt werden, solange die Energieversorgungssteuerung 10 ein
aktives Steuersignal On empfängt. Eine solche Zwangsabschaltung,
die am Leistungs-MOSFET 14 durch den Überstromschutzschaltkreis
unmittelbar durchgeführt wird und bei der der leitfähige
Zustand nach einer bestimmten Referenz-AUS-Dauer später
wiederhergestellt wird, wird als „erste Zwangsabschaltung"
bezeichnet.
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Das
pegelinvertierte Signal eines Ausgangssignals vom NICHT-ODER-Schaltkreis 85 wird
dem Reset-Anschluss des FC-Speichers 78 eingegeben. Das
pegelinvertierte Signal eines Reset-Signals RST vom Reset-Signalgenerator 75 und
das pegelinvertierte Signal eines Abschaltfreigabesignals MCL vom FR-Zähler 71 werden
dem NICHT-ODER-Schaltkreis 85 eingegeben. Bei diesem Aufbau
geht der FC-Speicher 78 in den Setzwiderstand in Antwort
auf ein aktives Setzsignal FC1, wie oben beschrieben, um ein Ausgangssignal
FCM von niedrigem Pegel (aktiv niedrig) auszugeben. Weiterhin gibt
er ein Ausgangssignal FCM von hohem Pegel aus, wenn das Reset-Signal
RST oder das Abschaltfreigabesignal MCL aktiv sind. Der FC-Speicher 78 fährt
fort, ein aktives Ausgangssignal FCM auszugeben, solange das Setzsignal
FC1 aktiv ist, auch wenn das Reset-Signal RST aktiv ist.
-
c. Schmelzanomalieschutzschaltkreis
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Ein
Schmelzanomalieschutzschaltkreis sammelt im Wesentlichen eine Anomaliezeit
(nachfolgend als „FUSE-Zeit" bezeichnet), während
ein aktives Schmelzstromsignal FC vom Stromdetektor 24 empfangen
wird oder ein erster Zwangsabschaltvorgang des Leistungs-MOSFET 14 vom Überstromschutzschaltkreis
durchgeführt wird. Der Schmelzanomalieschutzschaltkreis
verursacht einen Zwangsabschaltevorgang am Leistungs-MOSFET 14,
wenn die gesammelte Zeit eine bestimmte Referenz-FUSE-Zeit erreicht
(länger als die obige Referenz-AUS-Dauer). Nachfolgend
wird die Zwangsabschaltung aufgrund des Schmelzanomalieschutzschaltkreises
als „zweite Zwangsabschaltung" bezeichnet. Insbesondere
enthält der Schmelzanomalieschutzschaltkreis den Schmelzzähler 73,
einen FCC-Reset-Generator 86 etc.
-
Der
Schmelzzähler 73 ist beispielsweise ein 6-Bit-Zähler
und inkrementiert seinen Zählwert um 1 zu Zeiten entsprechend
den fallenden Flanken des Zählsignals OvF7 vom FR-Zähler 71 (Beispiel).
Solange der Schmelzzähler nicht zurückgesetzt
ist, fließt er über, wenn 1024 Millisekunden erreicht
sind und gibt ein zweites Zwangsabschaltesignal Fuse mit niedrigem
Pegel (aktiv niedrig) aus. Genauer gesagt, das pegelinvertierte
Signal eines Ausgangssignals von einem UND-Schaltkreis 89 wird
dem Takteingangsanschluss des Schmelzzählers 73 eingegeben.
Das zweite Zwangsabschaltsignal Fuse vom Schmelzzähler 73 und
ein Ausgangssignal von einem NICHT-UND-Schaltkreis 90 werden
dem UND-Schaltkreis 89 eingegeben. Das pegelinvertierte
Signal eines Zählersignals OvF7 vom FR-Zähler 71 und
das pegelinvertierte Signal eines Anomaliemitteilungssignals Fail
von einem NICHT-ODER-Schaltkreis 91 werden dem NICHT-UND-Schaltkreis 90 eingegeben.
-
Das
pegelinvertierte Signal eines ersten Zwangsabschaltesignals OCM
und das pegelinvertierte Signal eines Ausgangssignal FCM werden
dem NICHT-ODER-Schaltkreis 91 eingegeben, das ein Anomaliemitteilungssignal
Fail von niedrigem Pegel (aktiv niedrig) ausgibt, wenn das erste
Zwangsabschaltesignal OCM oder das Ausgangssignal FCM aktiv sind.
D. h., der NICHT-ODER-Schaltkreis 91 ist vorgesehen, dem
Schmelzzähler 73 oder einem CLC-Reset-Generator 92 gemäß nachfolgender
Beschreibung mitzuteilen, dass die erste Zwangsabschaltung aufgrund
eines Überstroms oder einer Temperaturanomalie durchgeführt
wurde, oder dass ein Schmelzstrom aufgetreten ist (d. h. die zweite Zwangsabschaltung
könnte später durchgeführt werden).
-
Wenn
das Anomaliemitteilungssignal Fail aktiv ist, inkrementiert der
Schmelzzähler 73 seinen Zählwert um 1
zu Zeiten entsprechend den fallenden Flanken des Zählsignals
OvF7, solange das zweite Zwangsabschaltesignal Fuse nicht aktiv
ist (d. h. solange nicht und bis es überfließt).
Wenn der Zähler überfließt, gibt er ein
aktives zweites Zwangsabschaltesignal Fuse aus, so dass ein Zwangsabschaltevorgang
für den Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt
wird. Gleichzeitig endet der Zählvorgang gemäß dem
Zählsignal OvF7 und der Zwangsabschaltezustand wird aufrechterhalten
(dies ist die zweite Zwangsabschaltung).
-
Andererseits
setzt der FCC-Reset-Generator 86 den Zählwert
des Schmelzzählers 73 auf „0" zurück,
wenn die folgende Reset-Bedingung 4 oder 5 erfüllt ist.
- Reset-Bedingung 4: Der Reset-Signalgenerator 75 gibt
ein aktives Reset-Signal RST aus; und
- Reset-Bedingung 5: Das zweite Zwangsabschaltesignal Fuse ist
nicht aktiv (hochpegelig) oder das Löschsignal CLR ist
aktiv (d. h. der Löschzähler 72 hat Overflow).
-
Ein
OC-Schwellenwertwahlgenerator 93 erhält den Zählwert
vom Schmelzzähler 73 und vom FR-Zähler 71 und
gibt aufeinanderfolgend Schwellenwertwahlsignale OCL0–OCL5
von niedrigem Pegel (aktiv niedrig) basierend auf dem Zählwert
der höheren 6 Bits des FR-Zählers 71 aus
(d. h. der Zeit, die vom FR-Zähler gezählt wurde),
wie in 6 gezeigt. Damit werden die FETs 61a–61f des
Schwellenwertspannungsgenerators 52 selektiv und sequentiell eingeschaltet,
so dass die erste Anomalieschwellenwertspannung Voc (und auch der
erste Anomalieschwellenwerstrom ILoc) stufenweise über
die Zeit hinweg verändert werden (d. h. gemäß der
gezählten Zeit). Wenn der Zählwert des Schmelzzählers 73 gleich
oder größer als acht ist, gibt der OC-Schwellenwertwahlgenerator 93 unvariabel
ein aktives Schwellenwertwahlsignal OCL5 aus, so dass die erste
Anomalieschwellenwertspannung Voc (und auch der erste Anomalieschwellenwertstrom
ILoc) auf niedrigstem Pegel gehalten werden.
-
d. Löschzähler
-
In
einem normalen Zustand, in dem weder eine Stromanomalie noch eine
Temperaturanomalie erkannt werden (d. h. der Laststrom IL ist auf
einem normalen Wert unter dem zweiten Anomalieschwellenwertstrom
ILfc und dem ersten Anomalieschwellenwertstrom ILoc), und dies eine
bestimmte Referenz-NORMAL-Dauer andauert, ohne dass Overflow erreicht
wird, nachdem der Schmelzzähler 73 mit dem Zählen
begonnen hat, gibt der Löschzähler 72 als
Normaldauersammlerschaltkreis im Wesentlichen ein Löschsignal
CLR von niedrigem Pegel (aktiv niedrig) aus, so dass die FUSE-Zeit
(d. h. der Zählwert) des Schmelzzählers 73 auf
den Anfangswert „0" zurückgesetzt wird. Die Referenz-NORMAL-Dauer
wird basierend auf der Zeit bestimmt, die zur Beseitigung des Überhitzungszustandes
der Last oder dergleichen nach Entfernen eines Schmelzstrom- oder Überstromzustandes,
um Beispiele zu nennen, benötigt wird.
-
Genauer
gesagt, der Löschzähler 72 ist beispielsweise
ein 5-Bit-Zähler und inkrementiert seinen Zählwert
um eins zu Zeiten entsprechend den fallenden Flanken beispielsweise
des Löschsignals OvF7 vom FR-Zähler 71.
Solange der Löschzähler zurückgesetzt
ist, fließt er über und gibt ein aktives Löschsignal
CLR aus, wenn 512 Millisekunden (d. h. ein Beispiel der Referenz-NORMAL-Dauer,
einer ersten Zeit und einer zweiten Zeit) erreicht sind. Der CLC-Reset-Generator 92 setzt
den Zählwert des Löschzählers 72 auf „0"
zurück, wenn eine der folgenden Reset-Bedingungen 6 bis
8 erfüllt ist.
- Reset-Bedingung 6: Der Reset-Signalgenerator 75 gibt
ein aktives Reset-Signal RST aus;
- Reset-Bedingung 7: Das zweite Zwangsabschaltesignal Fuse ist
nicht aktiv (d. h. eine zweite Zwangsabschaltung wurde noch nicht
durchgeführt) und das Anomaliemitteilungssignal Fail ist
aktiv; und
- Reset-Bedingung 8: Das zweite Zwangsabschaltesignal Fuse ist
aktiv (d. h. eine zweite Zwangsabschaltung wurde durchgeführt)
und das Steuersignal On ist aktiv.
-
Der
Steuerlogikabschnitt 27 enthält weiterhin einen
ODER-Schaltkreis 87 zur Ausgabe des Ausgangssignals Off,
dem das invertierte Signal eines Löschsignals CLR und das
invertierte Signal eines Reset-Signals RST eingegeben werden. Der ODER-Schaltkreis 87 gibt
ein Ausgangssignal Off von hohem Pegel aus, so dass der interne
Massegenerator 23 mit seinem Betrieb stoppt, wenn das Löschsignal
CLR oder das Reset-Signal RST aktiv sind.
-
f. Ungültigkeitsschaltkreis
-
Wie
oben beschrieben empfängt der NICHT-UND-Schaltkreis 81 das
pegelinvertierte Signal eines Steuersignals On und das oben beschrieben
Zwangsabschaltesignal Inhibit (das auf niedrigem Pegel ist), wenn
die Zwangsabschaltung des Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt
werden sollte. Das Ausgangssignal hiervon wird pegelinvertiert und den
NICHT-UND-Schaltkreisen 80 und 82 eingegeben.
Bei diesem Aufbau gibt der NICHT-UND-Schaltkreis 81 ein
hochpegeliges Ausgangssignal aus, wenn ein nicht aktives Steuersignal
On (AUS-Signal) empfangen wird. Damit werden die Ausgänge
der NICHT-UND-Schaltkreise 80, 82 auf hohem Pegel gehalten,
so dass der OC-Speicher 76 oder FC-Speicher nicht in den
Setzzustand einschalten, selbst wenn der Stromanomaliedetektor 53 ein
aktives Überstromsignal OC oder ein aktives Schwellstromsignal
FC ausgibt oder der Überhitzungsdetektor 25 ein
aktives Temperaturanomaliesignal OT ausgibt. D. h., das aktive Überstromsignal
OC, das Schmelzstromsignal FC und das Temperaturanomaliesignal OT
werden ungültig gemacht (oder maskiert).
-
Für
den Fall, dass die Last 11 beispielsweise eine L-Last ist,
kann die Source-Spannung des Leistungs-MOSFET 14 aufgrund
er Stoßspannung der Last 11 zur negativen Seite
gezogen werden, wenn der Leistungs-MOSFET 14 in Antwort
auf ein nicht aktives Steuersignal On (AUS-Signal) ausgeschaltet wird.
Daher können die zweiten und dritten Anomalieschwellenwertspannungen
Vfc und Vop, die basierend auf der Source-Spannung erzeugt werden, ebenfalls
negativ werden. Dann kann ein aktives Schmelzstromsignal FC oder
ein Bruchanzeigesignal OP als Anomaliesignal vom Stromanomaliedetektor 53 ausgegeben
werden, selbst wenn ein Schmelzstrom oder eine Drahtbruchanomalie
nicht aufgetreten sind. In der vorliegenden Ausführungsform
macht jedoch der Ungültigkeitsschaltkreis ein aktives Schmelzstromsignal
FC ungültig, wenn ein nicht aktives Steuersignal On eingegeben
wird. Somit wird der Schmelzzähler 73 gehindert,
den Zählwert zu inkrementieren und somit kann ein zweiter
Zwangsabschaltevorgang an der Durchführung gehindert werden.
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g. Filterschaltkreis
-
Ein
Filterschaltkreis enthält einen Zählerschaltkreis,
aufweisend eine Mehrzahl von Speicherschaltkreisen (zum Beispiel
bei der vorliegenden Ausführungsform zwei Speicherschaltkreise 100, 101 (zum
Beispiel ein D-Flip-Flops)), die seriell miteinander verbunden sind.
Die interne Masse GND2 wird an dem D-Anschluss des Speicherschalt kreises 100 angeschlossen
und der Q-Anschluss hiervon ist mit dem D-Anschluss des nächsten
Speicherschaltkreises 101 verbunden. Das Löschsignal
CLR wird den Set-Anschlüssen beider Schaltkreise 100, 101 eingegeben
und ein Ausgangssignal von einem NICHT-ODER-Schaltkreis 102 wird
den Reset-Anschlüssen eingegeben. Das pegelinvertierte
Signal eines Reset-Signals RST vom Reset-Signalgenerator 75 und
das Bruchanzeigesignal OP werden dem NICHT-ODER-Schaltkreis 102 eingegeben.
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Während
bei diesem Aufbau das Reset-Signal RST nicht aktiv ist und das Anzeigesignal
OP aktiv ist, gibt der Filterschaltkreis ein Bruchanomaliesignal
OPF von niedrigem Pegel (aktiv niedrig) vom Q-Anschluss des Speicherschaltkreises 101 aus, wenn
er ein aktives Löschsignal CLR zwei- oder mehrmals (d.
h. zweimal bei der vorliegenden Ausführungsform) empfangen
hat. Andererseits wird der Filterschaltkreis zurückgesetzt,
wenn die folgenden Reset-Bedingungen 9 oder 10 erfüllt
sind.
- Reset-Bedingung 9: Der Reset-Generator 75 gibt
ein aktives Reset-Signal RST aus; und
- Reset-Bedingung 10: Das Bruchanomaliesignal OPF ist nicht aktiv
(oder hochpegelig).
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D.
h., das Bruchanomaliesignal OPF wird nicht unmittelbar auf aktiv
gebracht, wenn der Stromdetektor 24 ein aktives Bruchanzeigesignal
OP erkennt. Es wird aktiv gemacht, wenn ein aktives Löschsignal
CLR zweimal vom Löschzähler 72 empfangen
wurde (d. h., wenn wenigstens die Referenz-NORMAL-Dauer seit der
Ausgabe des aktiven Bruchanzeigesignals OP verstrichen ist). Somit
arbeiten der Löschzähler 72, die Speicherschaltkreise 100, 101 (etc.)
als „erste und zweite Filterschaltkreise".
-
Das
Bruchanomaliesignal OPF, das vom Q-Anschluss des Speicherschaltkreises 101 ausgegeben
wird, wird pegelinvertiert und einem NICHT-UND-Schaltkreis 103 eingegeben.
Ein Bit-Signal entsprechend einem Bit des FR-Zählers 71 wird dem
NICHT-UND-Schaltkreis 103 eingegeben, so dass der NICHT-UND-Schaltkreis 103 ein
gepulstes Bruchanomaliesignal OPF ausgibt, das gemäß dem invertierten
Pegel des Bit-Signals gepulst ist, wenn das Bruchanomaliesignal
OPF aktiv ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird
das Bit-Signal FRC7 entsprechend dem Bit mit höchstem Stellenwert
dem NICHT-UND-Schaltkreis 103 eingegeben und damit wird
das gepulste Bruchanomaliesignal OPFP in einer Periode von 32 Millisekunden
mit einem Schaltzyklus von 50% ausgegeben.
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Wenn
andererseits das Bruchanomaliesignal OPFP nicht aktiv geht, gibt
der Filterschaltkreis unmittelbar ein nicht aktives (hochpegeliges)
Bruchanomaliesignal OPFP (als normales Signal) aus, das einen normalen
Zustand anzeigt. Das pegelinvertierte Signal des Bruchanomaliesignals
OPFP und das pegelinvertierte Signal eines Zwangsabschaltesignals Inhibit
vom NICHT-ODER-Schaltkreis 84 werden als Diagnosesignal
Diag über einen NICHT-ODER-Schaltkreis 104 für
den Diagnoseausgabeabschnitt 26 bereitgestellt. Der Diagnoseausgabeabschnitt 26 liefert
einen gepulsten Diagnoseausgang am Diagnoseausgangsanschluss P7,
wenn das Bruchanomaliesignal OPF aktiv ist. Er liefert einen gestuften
Diagnoseausgang, wenn das Zwangsabschaltesignal Inhibit aktiv ist.
Mit diesem Aufbau kann eine Bruchanomalie von anderen Anomalien
(zum Beispiel Überstrom, Schmelzstrom und Temperaturanomalie)
mit dem Diagnoseausgang unterschieden werden.
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(Gattertreiber)
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Das
Steuersignal On, das Ausgangssignal FCM und das Zwangsabschaltesignal
Inhibit werden vom Steuerlogikabschnitt 27 an den Gatter-Treiber 28 ausgegeben.
Der Gatter-Treiber 28 enthält eine Ladungspumpe
(nicht gezeigt), die zwischen dem Energieversorgungsanschluss P2
und die Gates des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet
sind und enthält weiterhin einen Entladungs-FET (nicht
gezeigt), der zwischen die Gates und Sources des Leistungs-MOSFET 14 und des
Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet ist.
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Wenn
der Gatter-Treiber 28 ein aktives Steuersignal On (EIN-Signal)
vom Steuerlogikabschnitt 27 empfängt, arbeitet
die Ladungspumpe 90 ausschließlich so, dass eine
höhere Spannung, erzeugt aus der Energieversorgungsspannung
Vcc zwischen Gate und Source eines jeden von Leistungs-MOSFET 14 und
Erfassungs-MOSFET 18 angelegt wird. Somit erfolgt ein Ladungsvorgang,
um den Leistungs-MOSFET und den Erfassungs-MOSFET einzuschalten,
was zu einem leitfähigen Zustand führt. Wenn andererseits
der Gatter-Treiber 28 ein hochpegeliges Steuersignal On
(AUS-Signal) vom Steuerlogikabschnitt 27 empfängt
oder wenn er ein aktives Zwangsabschaltsignal Inhibit empfängt
(das anzeigt, dass der erste oder der zweite Zwangsabschaltvorgang
durchzuführen sind), unterbricht die Ladungspumpe 90 die
Erzeugung einer höheren Spannung, während alleine
der Entladungs-FET eingeschaltet wird, so dass die Ladung zwischen
Gate und Source sowohl vom Leistungs-MOSFET 14 als auch
vom Erfassungs-MOSFET 18 aufgehoben wird. Somit wird ein
Entladungsvorgang oder Abschaltvorgang durchgeführt.
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2. Arbeitsweise gemäß der
vorliegenden Ausführungsform
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Die 7 bis 9 sind
Zeitdiagramme verschiedener Signale zur Erläuterung der
Arbeitsweise der Energieversorgungssteuerung 10. 7 betrifft die
Arbeitsweise in einem normalen Zustand. 8 betrifft
die Arbeitsweise während eines auftretenden Überstroms. 9 betrifft
die Arbeitsweise während des Auftretens eines Schmelzstroms.
In den Zeichnungen bezeichnet [FRC] den Zählwert der höheren 5
Bits des FR-Zählers 71. [FCC] bezeichnet den Steuerwert
des Schmelzzählers 73 [CLC] bezeichnet den Zählwert
des Löschzählers 72. Die Zählwerte sind
hexadezimal dargestellt (zum Beispiel A = 10, B = 11, C = 12 etc.).
Weiterhin bezeichnet FRC7 das Bit mit höchstem Stellenwert
des FR-Zählers 71 und es ist gezeigt, wie sich
dieses Bit mit höchstem Stellenwert zwischen hohen und
niedrigen Pegeln ändert. FRC6 bezeichnet das zweitwichtigste
Bit vom FR-Zähler 71 und wie sich das zweitwichtigste
Bit zwischen hohen und niedrigen Pegeln ändert. „R"
in der Zeichnung bedeutet „Reset".
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(Normale Arbeitsweise)
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Wenn
die Energieversorgungssteuerung 10 ein aktives Steuersignal
On empfängt, erzeugt der interne Massegenerator 23 eine
interne Masse GND2. Wenn die interne Masse GND2 stabilisiert ist,
schaltet das vom Reset-Signalgenerator 75 ausgegebene Reset-Signal
RST von aktiv auf nicht aktiv, so dass die Reset-Zustände
der Zähler 71 bis 73 aufgehoben werden.
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Das
aktive Steuersignal On ist für den Gatter-Treiber 28 über
den Steuerlogikabschnitt 27 vorgesehen. Dann gehen der
Leistungs-MOSFET 14 etc. in den Zustand EIN, was zu einem
leitfähigen Zustand führt. Der FR-Zähler 71 beginnt
gemäß dem Taktsignal CLK vom Oszillator 74 zu
zählen. Während des normalen Betriebs wird ein
aktives Setzsignal OC1 vom NICHT-UND-Schaltkreis 80 nicht
ausgegeben (d. h. die Reset-Bedingung 2 ist nicht erfüllt) und
das Ausgangssignal FCM vom FC-Speicher 78 wird nicht vom
hohen nach den niedrigen Pegel invertiert (d. h., die Reset-Bedingung 3 ist
nicht erfüllt). Daher zählt der FR-Zähler 71 wiederholt
auf 32 Millisekunden, ohne in der Mitte des Zählvorgangs
zurückgesetzt zu werden (siehe [FRC] in 7). Gleichzeitig
gibt der OC-Schwellenwertwahlgenerator 93 sequentiell aktive
Schwellenwertwahlsignale OCL0–OCL5 abhängig vom
Zählwert der höheren 5 Bits des FR-Zählers 71 aus.
Damit wird eine Arbeitsweise, welche den ersten Anomalieschwellenwertstrom
ILoc stufenweise über die Zeit beginnend mit einem Anfangswert
höher als ein Einschaltstoßstrom verringert, in
Perioden von 32 Millisekunden wiederholt.
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Wenn
ein aktives Steuersignal On eingegeben wird, kann ein Einschaltstoßstrom
höher als der zweite Anomalieschwellenwertstrom ILfc in
dem Leistungs-MOSFET 14 laufen. Jedoch wird der erste Anomalieschwellenwertstrom
ILoc dann auf einen Anfangswert höher als der Einschaltstoßstrom
gesetzt und damit kann ein erster Zwangsabschaltevorgang aufgrund
des Einschaltstoßstroms daran gehindert werden, am Leistungs-MOSFET 14 etc.
durchgeführt zu werden.
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Während
des normalen Betriebs ist das Anomaliemitteilungssignal Fail nicht
aktiv und damit beginnt der Schmelzzähler 73 nicht
mit dem Zählen (siehe [FCC] in 7). Andererseits
inkrementiert der Löschzähler 72 seinen
Zählwert um eins zu Zeiten der Eingabe des Zählsignals
OvF7 vom FR-Zähler 71. Er wird in der Mitte des
Zählverlaufs nicht zurückgesetzt, da das Anomaliemitteilungssignal
Fail nicht aktiv gehalten bleibt. Wenn 512 Millisekunden (d. h.
die Referenz-NORMAL-Dauer) erreicht sind, hat der Zähler
Overflow und gibt ein aktives Löschsignal CLR aus (siehe
[CLC] und [CLR] in 7).
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Wenn
das Steuersignal On von aktiv auf nicht aktiv geht, wartet der interne
Massegenerator 23 auf Overflow des Löschzählers 72 wie
oben beschrieben, wenn zu diesem Zeitpunkt der Zähler noch
kein Overflow hat. Dann wird die Erzeugung der internen Masse GND2
beendet.
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(Arbeitsweise während Überstrom
oder Schmelzstrom)
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Wenn
in der Last 11 ein Kurzschluss auftritt, kann der Laststrom
IL den zweiten Anomalieschwellenwerstrom ILfc übersteigen,
wie in 8 gezeigt. Zu dieser Zeit geht das Schmelzstromsignal
FC nach aktiv, so dass das Ausgangssignal FCM vom FC-Speicher 78 vom
hohen nach dem niedrigen Pegel pegelinvertiert wird und der Zählwert
des FR-Zählers 71 zurückgesetzt wird.
Damit wird der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc auf den Anfangswert zurückgestellt
und wird danach stufenweise wieder über die Zeit hinweg
gemäß dem Zählwert des FR-Zählers 71 verringert,
der nach dem Reset mit dem Zählen begonnen hat.
-
Wenn
der Laststrom IL danach den ersten Anomalieschwellenwertstrom ILoc übersteigt,
geht das Überstromsignal OC nach aktiv und das Setzsignal
OC1 vom NICHT-UND-Schaltkreis 80 geht nach aktiv. Damit
geht das erste Zwangsabschaltesignal OCM vom OC-Speicher 76 nach
aktiv. Dann wird ein erster Zwangsabschaltvorgang des Leistungs-MOSFET 14 in
Antwort auf das aktive Zwangsabschaltesignal Inhibit durchgeführt.
Weiterhin wird der Zählwert vom FR-Zähler 71 in
Antwort auf das aktive Setzsignal OC1 zurückgesetzt. Danach
wird ein aktives Zählsignal OvF7 ausgegeben, wenn eine
Zeit etwas weniger als 16 Millisekunden verstrichen ist. In Antwort
hierauf inkrementiert der Schmelzzähler 73 seinen
Zählwert um eins (siehe [FCC] in 8). Ein
aktives Abschaltefreigabesignal MCL wird ausgegeben, wenn der FR-Zähler 71 16
Millisekunden gezählt hat. Dann gibt der OC-Speicher 76 ein
nicht aktives erstes Zwangsabschaltesignal OCM aus, so dass der Leistungs-MOSFET 14 EIN-geschaltet
wird und der Zwangsabschaltezustand aufgehoben wird.
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Wenn
der Kurzschlusszustand in der Last 11 danach nicht beseitigt
worden ist, beginnt der Löschzähler 72 nicht
mit dem Zählen und die erste Zwangsabschaltung wird wiederholt
durchgeführt. Während dieser Zeit inkrementiert
der Schmelzzähler 73 seinen Zählwert
nach und nach jeweils um eins. Wenn der Zählwert [FCC]
sieben erreicht (d. h. wenn die erste Zwangsabschaltung siebenmal
durchgeführt wurde) hält der OC-Schwellenwertwahlgenerator 93 danach
die Ausgabe eines aktiven Schwellenwertwahlsignals OCL5 aufrecht,
so dass der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc auf dem niedrigsten Wert
gehalten wird.
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Wenn
der Schmelzzähler 73 Overflow hat, gibt er ein
aktives zweites Zwangsabschaltesignal Fuse aus, so dass die Zwangsabschaltung
für den Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt
wird. Hierbei wird der Zählvorgang gemäß dem
Zählsignal OvF7 unterbrochen, so dass der Zwangsabschaltzustand (aufgrund
der zweiten Zwangsabschaltung) beibehalten wird. Es sei festzuhalten,
dass der zweite Anomalieschwellenwertstrom ILfc auf einen Wert etwas höher
als der Nennstrom ILmax der Last 11 gemacht wird. Die Referenz-FUSE-Zeit
wird auf eine Zeit kürzer als die Zeit gesetzt, die der
elektrische Draht 30 benötigt, Rauch abzugeben,
wenn ein Schmelzstrom (d. h. ein Strom höher als der zweite
Anomalieschwellenwertstrom ILfc) intermittierend in Intervallen
kürzer als die Referenz-NORMAL-Dauer erkannt wird. Somit
kann ein Streukurzschluss (d. h. ein anormaler Strom, der in einem
Teil der verlitzten Drähte des elektrischen Drahts 30 in
Intervallen kürzer als die Referenz-NORMAL-Dauer aufgrund
eines Kurzschlusses in einem Teil der verlitzten Drähte
auftritt) erkannt werden, ohne dass der elektrische Draht 30 die
Rauchemission erreicht, so dass die zweite Zwangsabschaltung für
den Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt werden kann.
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Wenn
dann noch das Steuersignal On von aktiv nach nicht aktiv geht, wie
in 9 gezeigt, wird der Reset-Zustand des Löschzählers 72 aufgehoben. Dieser
Löschzähler unterbindet die Ausgabe des nicht
aktiven Löschsignals CLR bis Overflow, so dass die Erzeugung
der internen Masse GND2 aufrechterhalten wird. Wenn der Löschzähler
einen Overflow hat, wird die Erzeugung der internen Masse GND2 beendet.
Damit wird der zweite Zwangsabschaltezustand beibehalten, auch wenn
das Steuersignal On nach aktiv zurückkehrt, bevor der Löschzähler 72 Overflow
hat.
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(Arbeitsweise während einer Drahtbruchanomalie)
-
Wenn
der dritte Anomalieschwellenwertstrom ILop angenommener Weise auf
einen festen Wert gesetzt wird, ändert sich ein Lastwiderstandswert
(d. h. ein Widerstandswert des externen Schaltkreises), auf dessen
Grundlage ein aktives Bruchanzeigesignal OP ausgegeben wird, mit
einer Änderung in der Energieversorgungsspannung Vcc. Jedoch sollte
eine Drahtbruchanomalie durchgängig basierend auf den gleichem
Lastwiderstandswert bestimmt werden, ungeachtet von Änderungen
der Energieversorgungsspannung Vcc, um die Drahtbruchanomalie korrekt
erkennen zu können.
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Daher
sind bei der vorliegenden Ausführungsform der dritte Anomalieschwellenwertstrom ILop
(und die dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop) so gesetzt, dass
es sich proportional zur Source-Spannung Vs (oder der Energieversorgungsspannung
Vcc) des Leistungs-MOSFET 14 in den EIN-Zustand wie oben
beschrieben verändert. Mit diesem Aufbau verringert sich
der dritte Anomalieschwellenwertstrom ILop um die Hälfte,
wenn sich die Energieversorgungsspannung Vcc um die Hälfte
verringert, um ein Beispiel zu nennen. D. h., der Lastwiderstandswert,
basierend auf dem eine Drahtbruchanomalie erkannt wird (und der
gleich einen Wert bestimmt durch Division der Energieversorgungsspannung
Vcc durch den dritten Anomalieschwellenwertstrom ILop ist), ist
ungeachtet von Änderungen der Energieversorgungsspannung
Vcc gleich. Damit kann eine Drahtbruchanomalie mit Genauigkeit erkannt
werden. Weiterhin ist ein Mikrocomputer oder dergleichen nicht nötig.
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<Andere
Ausführungsformen>
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen
begrenzt, die in der obigen Beschreibung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen erläutert wurden. Die nachfolgenden Ausführungsformen
können im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung
als Beispiele aufgenommen werden.
- (1) In den
obigen Ausführungsformen ist der Leistungs-MOSFET 14 als
Halbleiterschaltelement enthalten. Die vorliegende Erfindung ist
jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Ein unipolarer
Transistor, anders als der obige oder Alternativ ein bipolarer Transistor
können anstelle hiervon enthalten sein.
- (2) In den obigen Ausführungsformen wird als Stromerkennungselement
der Erfassungs-MOSFET 18 verwendet. D. h., eine Stromerkennung erfolgt
durch ein Erfassungsverfahren. Jedoch ist die vorliegende Erfindung
nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Die Stromerkennung
kann durch ein Shunt-Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise
ist ein Shunt-Widerstand in einer Stromversorgungsleitung angeordnet,
so dass er Laststrom basierend auf dem Spannungsabfall hieran erkannt
werden kann.
- (3) In der obigen Ausführungsform werden verschiedene
Stromanomalien mittels Spannungsvergleich erkannt. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt.
Die Stromanomalien können auch Stromvergleich erkannt werden.
Beispielsweise wird ein FET so vorgesehen, dass das Ausgangsende
des Erfassungsstroms Is (d. h. die Ausgangsseite der Source-Potentialsteuerung 51)
mit der Eingangsseite (zum Beispiel Drain im Falle eines N-Kanal-Typs) des
FET verbunden wird. Die Schwellenwertspannung Voc (oder Vfc oder
Vop) wird an das Gate des FET angelegt, so dass ein Strom (Schwellenwertstrom)
entsprechend der Schwellenwertspannung Voc (oder Vfc oder Vop) hindurchfließen kann.
Mit diesem Aufbau wird ein Strom als ein Anomaliesignal vom Verbindungspunkt
zwischen der Eingangsseite des FET und dem Ausgangsende des Erfassungsstroms
Is ausgegeben, wenn der Erfassungsstrom Is den Schwellenwertstrom übersteigt
oder darunter fällt.
- (4) In der obigen Ausführungsform wird ein Spannungsteilerschaltkreis
mit den Schwellenwertsetzwiderständen 64a–64c als
Schwellenwerteinstellschaltkreis verwendet. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, sondern
kann vielmehr jeglichen Aufbau haben, bei dem die Schwellenwerte
abhängig von der ausgangsseitigen Spannung des Halbleiterschaltelements
geändert werden. Beispielsweise werden Schaltelemente vorgesehen
und die ausgangsseitige Spannung des Halbleiterschaltelements wird
an die Steueranschlüsse der Schaltelemente angelegt, so
dass ein Strom entsprechend der ausgangsseitigen Spannung durch
jedes Schaltelement fließen kann. Dieser Strom kann als
ein Schwellenwertstrom verwendet werden. Weiterhin können
zusätzlich Widerstände vorgesehen werden, so dass
die Ströme von den obigen Schaltelementen durch die Widerstände fließen.
Die Anschlussspannung eines jeden Widerstands kann dann als Schwellenwertspannung verwendet
werden.
- (5) In der obigen Ausführungsform verwenden die ersten
und zweiten Filterschaltkreise die vom Löschzähler 72 gezählte
Zeit. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau
beschränkt. Zusätzliche Zählerschaltkreise
können separat vorgesehen werden, um die erste und zweite
Zeit zu zählen, so dass die gezählte Zeit hiervon
anstelle hiervon verwendet werden kann.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Ein
Komparator (54) empfängt an seinem zweiten Eingangsanschluss
eine dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop von einem Schwellenwertgenerator
(52) und gibt ein niedrigpegeliges Bruchanzeigesignal OP
an einen Steuerlogikabschnitt (27) aus, wenn eine Anschlussspannung
Vo unter die dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop fällt.
Drei Schwellenwertsetzwiderstände (64a–64c) sind
in Serie in Verbindung zwischen der Source eines Leistungs-MOSFET 14 und
einem Masseanschluss P6. Eine geteilte Spannung an dem Verbindungspunkt
Y zwischen den Schwellenwertsetzwiderständen (64a und 64b)
wird als dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop ausgegeben.
-
- 10
- Energieversorgungssteuerung
- 11
- Last
- 12
- Energiequelle
- 13
- Stromversorgungsleitung
- 14
- Leistungs-MOSFET
(Halbleiterschaltelement)
- 18
- Erfassungs-MOSFET
(Stromerkennungselement)
- 28
- Gattertreiber
(Schaltsteuerschaltkreis)
- 52
- Schwellenwertspannungsgenerator (Schwellenwerteinstellschaltkreis)
- 54
- Komparator
(Bestimmungsschaltkreis)
- 59
- Komparator
(Anomaliestromerkennungsschaltkreis)
- 64a–64c
- Schwellenwertsetzwiderstand
(Spannungsteilerschaltkreis)
- 72
- Löschzähler
(Timer-Schaltkreis, Normaldauersammelschaltkreis)
- 73
- Schmelzzähler
(Anomaliezeitsammelschaltkreis)
- 100,
101
- Speicherschaltkreis
(Zählerschaltkreis)
- CLR
- Niedrigpegeliges
Löschsignal (Löschsignal)
- FR
- Niedrigpegeliges
Schmelzstromsignal (Stromanomaliesignal)
- IL
- Laststrom
- ILfc
- Zweiter
Anomalieschwellenwertstrom (Stromanomalieschwellenwert)
- ILop
- Dritter
Anomalieschwellenwertstrom (Bruchanomalieschwellenwert)
- Is
- Erfassungsstrom
(Erkennungssignal)
- OP
- Niedrigpegeliges
Bruchanzeigesignal (Anomalieanzeigesignal)
- OP
- Hochpegeliges
Anzeigesignal (Normalanzeigesignal)
- OPF
- Niedrigpegeliges
Bruchanomaliesignal (Bruchanomaliesignal)
- OPF
- Hochpegeliges
Bruchanomaliesignal (Normalsignal)
- On
- Niedrigpegeliges
Steuersignal (EIN-Signal)
- Vop
- Dritte
Anomalieschwellenwertspannung (geteilte Spannung)
- Vs
- Source-Spannung
(ausgangsseitige Spannung)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2001-217696
A [0002]