-
Die Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung für eine elektrische Last mit einem Ausgangstransistor, der einen Ansteuerstrom durch eine elektrische Last als Reaktion auf ein Ansteuersignal von außen führt. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ansteuervorrichtung für eine elektrische Last, dessen Ausgabemodus zwischen einem Hochseitenausgabemodus bzw. einem Hochpotentialseitenausgabemodus und einem Niedrigseitenausgabemodus bzw. einem Niedrigpotentialseitenausgabemodus geschaltet werden kann.
-
Eine an einem Kraftfahrzeug angebrachte elektronische Fahrzeugsteuereinheit wie etwa eine Kraftmaschinensteuereinheit oder eine Getriebe- bzw. eine Kraftübertragungssteuereinheit steuert jeweilige Steuerobjekte durch Ansteuerung verschiedener elektrischer Lasten wie etwa Relais oder Solenoide gemäß dem Fahrzustand des Fahrzeugs. In Abhängigkeit des Typs und des Zwecks der Last verwendet die elektronische Steuereinheit zu einer jeden elektrischen Last eine von zwei Ansteuermodi, um einen Ansteuerstrom zuzuführen, d. h. einen Hochseitenansteuermodus bzw. einen Hochpotentialseitenansteuermodus bzw. einen Niedrigseitenansteuermodus bzw. einen Niedrigpotentialseitenansteuermodus.
-
In bekannten elektronischen Fahrzeugsteuereinheiten ist an einer Schaltungsplatte nur eine Ansteuerschaltung (Hochseiten- bzw. Hochpotentialseitenansteuerschaltung oder Niedrigseiten- bzw. Niedrigpotentialseitenansteuerschaltung) vorgesehen, welche mit einem Hochseiten- bzw. einem Hochpotentialseitenansteuermodus oder einem Niedrigseiten- bzw. einem Niedrigpotentialseitenansteuermodus kompatibel ist. Wird folglich der Ansteuermodus der elektrischen Last geändert, werden umfangreiche Änderungen hinsichtlich der Hardware notwendig.
-
Um dies zu umgehen, schlägt die
US-A-5,828,247 eine Ansteuervorrichtung für eine elektrische Last vor, die seinen Ausgabemodus zwischen dem Hochpotentialseitenausgabemodus und dem Niedrigpotentialseitenausgabemodus schalten kann. Mit dieser Art einer Ansteuervorrichtung für eine elektrische Last können Ausgabemodi in freier Weise entweder für den Hochpotentialseitenausgabemodus oder den Niedrigpotentialseitenausgabemodus eingestellt werden und können Änderungen hinsichtlich der Ansteuermodi der elektrischen Lasten in flexibler Weise angepasst werden.
-
Wird bei einer an einer elektronischen Steuereinheit vorgesehenen Ansteuervorrichtung zur Zuführung eines Ansteuerstroms zu einer elektrischen Last die elektrische Last kurzgeschlossen und wird ein übermäßiger Strom durch einen Ausgangstransistor der Ansteuervorrichtung geführt, ist es für eine auszuführende ausfallsichere Maßnahme im Allgemeinen beispielsweise notwendig, diese Abnormalität zu erfassen und den Ausgangstransistor zwangsweise abzuschalten.
-
Für die Anmeldung relevanten Stand der Technik beschreiben die Druckschrift
EP 0 789 458 A1 , die eine Schaltung mit Überstromschutz für Leistungstransistoren offenbart, die Druckschrift
US 5 796 278 A , die eine Schaltung zur Steuerung eines Laststroms offenbart, und die Druckschrift
US 5 408 141 A , die eine sensorüberwachte Stromsteuereinrichtung offenbart.
-
An einem Kraftfahrzeug wird eine Speicherbatterie als eine Lastenergieversorgungsquelle des Ansteuerstroms der Last verwendet. Die Spannung der Batterie ändert sich bzw. schwankt. Folglich ist eine Überstrom-Erfassungsschaltung notwendig, die erfassen kann, dass der durch den Ausgangstransistor fließende Strom übermäßig hoch wird, selbst wenn sich die Spannung der Lastenergieversorgung ändert.
-
Zur Verwirklichung einer zweckmäßigen Ansteuervorrichtung für eine elektrische Last, die einen Ausgabemodus zwischen dem Hochpotentialseitenausgabemodus und dem Niedrigpotentialseitenausgabemodus schaltet, ist somit die Überstrom-Erfassungsschaltung erforderlich, um in korrekter Weise zu erfassen, dass der durch einen Ausgangstransistor fließende Strom übermäßig hoch geworden ist, sei es dass der Ausgabemodus auf den Hochpotentialseitenausgabemodus oder den Niedrigpotentialseitenausgabemodus eingestellt ist, und selbst wenn sich die Spannung der Lastenergieversorgung ändert.
-
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Ansteuervorrichtung für eine elektrische Last bereitzustellen, die unabhängig von einem Hochseiten- bzw. einem Hochpotentialseitenausgabemodus oder einem Niedrigseiten- bzw. einem Niedrigpotentialseitenausgabemodus oder von Spannungsänderungen einer Lastenergieversorgung in korrekter Weise erfassen kann, wenn der Ausgangstransistor sich in einem Überstromzustand befindet.
-
Erfindungsgemäß ist eine Ansteuervorrichtung für eine elektrische Last zur Erfassung eines Überstromzustands seines Ausgangstransistors unabhängig von seinem Betriebsmodus, d. h. seines Hochpotentialseitenausgabemodus oder seines Niedrigpotentialseitenausgabemodus, und unabhängig von Spannungsänderungen einer Lastenergieversorgung aufgebaut. Ist der Ausgangstransistor für eine Funktionsweise als Hochpotentialseitenansteuereinrichtung eingerichtet, wird an dieser Vorrichtung eine erhöhte Spannung, die höher als eine Batteriespannung ist, der Gateelektrode des Ausgangstransistors als Reaktion auf ein Ansteuersignal zugeführt. Ist der Ausgangstransistor für eine Funktionsweise als eine Niedrigpotentialseitenansteuereinrichtung eingerichtet, wird die Batteriespannung VB der Gateelektrode des Ausgangstransistors als Reaktion auf das Ansteuersignal zugeführt. In dem Hochpotentialseitenausgabemodus wird eine Überstromerfassung ausgeführt, indem eine erste Erfassungsspannung, die proportional zu dem durch den Ausgangstransistor fließenden Strom von der Batteriespannung verringert wird, mit einer ebenso zu der Batteriespannung in Bezug stehenden ersten Bestimmungsspannung verglichen. In einem Niedrigpotentialseitenausgabemodus wird die Überstromerfassung ausgeführt, indem eine zweite Erfassungsspannung, welche von einem Massepotential proportional zu dem durch den Ausgangstransistor fließenden Strom erhöht wird, mit einer ebenso zu dem Massepotential in Bezug stehenden zweiten Bestimmungsspannung verglichen wird.
-
Mit der Erfindung wird eine Ansteuervorrichtung für eine elektrische Last gemäß Patentanspruch 1 geschaffen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Das vorstehende und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
-
1 ein Schaltbild zur Veranschaulichung einer Ansteuervorrichtung für eine elektrische Last gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
2 ein Schaltbild zur Veranschaulichung einer Ausgabeschaltung, die in dem Ausführungsbeispiel zum Betrieb in einem Hochpotentialseitenausgabemodus verwendet wird, und
-
3 ein Schaltbild zur Veranschaulichung einer Ausgabeschaltung, die in dem Ausführungsbeispiel zum Betrieb in einem Niedrigpotentialseitenausgabemodus verwendet wird.
-
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet eine Ansteuervorrichtung 1 für eine elektrische Last gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Mikrocomputer (MC) 3 einer elektronischen Fahrzeugsteuereinheit zur Steuerung beispielsweise einer Kraftmaschine oder eines Getriebes bzw. der Kraftübertragung eines Kraftfahrzeugs. Gemäß einer Vielzahl von Ansteuersignalen Aa bis Ae, welche von dem Mikrocomputer 3 ausgegeben werden, führt die Ansteuervorrichtung 1 für eine elektrische Last Ansteuerströme durch elektrische Lasten 5a bis 5e wie beispielsweise Relais oder Solenoide entsprechend diesen Ansteuersignalen Aa bis Ae. Die Ansteuervorrichtung 1 für eine elektrische Last ist als eine einzelne integrierte Halbleiterschaltung (IC) ausgeführt.
-
Die Zahl der durch die Ansteuervorrichtung 1 für eine elektrische Last anzusteuernden Lasten 5a bis 5e entspricht fünf. Erfolgt in der nachstehenden Erläuterung keine Unterscheidung zwischen den Lasten 5a bis 5e, wird das Bezugzeichen 5 für eine jede dieser Lasten verwendet. Ein jedes der von dem Mikrocomputer 3 ausgegebenen Ansteuersignale Aa bis Ae ist als Hochpegelsignal aktiv und ein Strom wird durch die Last 5 geführt, wenn das jeweilige Ansteuersignal den Hochpegel aufweist.
-
Die Ansteuervorrichtung 1 für eine elektrische Last umfasst fünf Ausgabeschaltungen 7a bis 7e, eine Ladungspumpenschaltung 9, eine Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 und eine Auswahleinrichtung 13. Die Ausgabeschaltungen 7a bis 7e dienen zur Führung eines Stroms durch die Last 5 entweder in einem Hochpotentialseitenausgabemodus oder einem Niedrigpotentialseitenausgabemodus. Die Ladungspumpenschaltung 9 ist zur Anhebung bzw. Verstärkung einer Batteriespannung (Hochpotentialseite einer Lastenergieversorgung) VB eingerichtet. Das heißt, die Schaltung 9 hebt die Spannung VB des positiven Anschlusses der Batterie auf etwa das Zweifache der Batteriespannung VB an und gibt die angehobene Spannung VCP aus. Die Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 ist zur Speicherung von durch die Ausgabeschaltungen 7a bis 7e anzuwendende Ausgabemodi gemäß einem durch den Mikrocomputer 3 auf einen Startvorgang hin ausgegebenen Befehlssignal B eingerichtet. Die Auswahleinrichtung 3 ist zur Veranlassung der Ausgabeschaltungen 7a bis 7e zum Betrieb in dem in der Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 gespeicherten Ausgabemodus gemäß den Ansteuersignalen Aa bis Ae des Mikrocomputers 3 eingerichtet.
-
Das von dem Mikrocomputer 3 zu der Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 ausgegebene Befehlssignal B setzt sich aus Bits zusammen, die jeweils den Ausgabeschaltungen 7a bis 7e entsprechen. Es sind Daten von fünf Bits vorhanden, wobei der Bitwert „1” den Hochpotentialseitenausgabemodus angibt und „0” den Niedrigpotentialseitenausgabemodus angibt.
-
Die Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 beinhaltet einen Halbleiterspeicher wie beispielsweise ein flüchtiges Register. Es speichert die Bits des Befehlssignals B von dem Mikrocomputer 3 als durch die Ausgabeschaltungen 7a bis 7e anzuwendende Ausgabemodi und gibt Signale dieser gespeicherten Bits zu der Auswahleinrichtung 13 als Ausgabemodus-Einstellsignale Ca bis Ce aus, die jeweils den Ausgabeschaltungen 7a bis 7e entsprechen.
-
Auf der Grundlage der Ansteuersignale Aa bis Ae des Mikrocomputers 3 und der Ausgabemodus-Einstellsignale Ca bis Ce der Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 gibt die Auswahleinrichtung 13 erste Ansteuerbefehlssignale Da bis De für einen Hochpotentialseitenausgabemodusbetrieb und zweite Ansteuerbefehlssignale Ea bis Ee für einen Niedrigpotentialseitenausgabemodusbetrieb an die Ausgabeschaltungen 7a bis 7e aus. Die Auswahleinrichtung 13 gibt ebenso die Ausgabemodus-Einstellsignale Ca bis Ce von der Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 an die jeweiligen Ausgabeschaltungen 7a bis 7e als Schaltsignale für ein Schalten von Überstromerfassungsschaltungen aus.
-
In 1 geben die den Bezugszeichen der verschiedenen Signale hinzugefügten Symbole a bis e an, mit welchen der Ausgabeschaltungen 7a bis 7e die Signale korrespondieren.
-
Der Aufbau und der Betrieb der Auswahleinrichtung 13 wird nachstehend unter Verwendung des Teils erläutert, der das erste Ansteuerbefehlssignal Da, das zweite Ansteuerbefehlssignal Ea und das Ausgabemodus-Einstellsignal Ca an die Ausgabeschaltung 7a ausgibt.
-
Gemäß 2 weist dieser Teil der Auswahleinrichtung 13 ein UND-Gatter 15, ein UND-Gatter 17 und einen Zwischenspeicher 19 auf. Das UND-Gatter 15 dient zur Ausgabe eines Signals des logischen Produkts aus dem Ansteuersignal Aa des Mikrocomputers 3 und dem Ausgabemodus-Einstellsignal Ca der Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 als das erste Ansteuerbefehlssignal Da an die Ausgabeschaltung 7a. Das UND-Gatter 17 dient zur Ausgabe eines Signals des logischen Produkts aus dem Ansteuersignal Aa und einem durch eine logische Invertierung des Ausgabemodus-Einstellsignals Ca erlangten Signal als das zweite Ansteuerbefehlssignal Ea an die Ausgabeschaltung 7a. Der Zwischenspeicher 19 dient zur direkten Ausgabe des Ausgabemodus-Einstellsignals Ca der Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 an die Ausgabeschaltung 7a.
-
Entsprechend wirken das erste Ansteuerbefehlssignal Da, das zweite Ansteuerbefehlssignal Ea und das Ausgabemodus-Einstellsignal Ca, welche von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a ausgegeben werden, wie nachstehend beschrieben:
- [1] Weist zunächst das Ausgabemodus-Einstellsignal Ca von der Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 einen den Hochpotentialseitenausgabemodus angebenden Hochpegel („1”) auf, nimmt das von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a ausgegebene erste Ansteuerbefehlssignal Da den gleichen logischen Pegel wie das Ansteuersignal Aa von dem Mikrocomputer 3 an. Das von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a ausgegebene zweite Ansteuerbefehlssignal Ea wird auf einem niedrigen Pegel festgehalten.
- [2] Weist im Gegensatz dazu das Ausgabemodus-Einstellsignal Ca von der Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 einen den Niedrigpotentialseitenausgabemodus angebenden Niedrigpegel („0”) auf, ist das von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a ausgegebene Ausgabemodus-Einstellsignal Ca auf einen Niedrigpegel festgelegt. Das von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a ausgegebene zweite Ansteuerbefehlssignal Ea nimmt den gleichen logischen Pegel wie das Ansteuersignal Aa von dem Mikrocomputer 3 an.
- [3] In jedem der vorstehend angeführten Fälle [1] und [2] wird das Ausgabemodus-Einstellsignal Ca der Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a ohne Änderung seines logischen Pegels ausgegeben.
-
Obwohl in dieser Figur nicht dargestellt weist die Auswahleinrichtung 13 für jede der weiteren Ausgabeschaltungen 7b bis 7e ebenso den gleichen Schaltungsaufbau wie für die Ausgabeschaltung 7a auf. In der gleichen Weise wie in den vorstehend angeführten Fällen [1] bis [3] gibt die Auswahleinrichtung 13 für die weiteren Ausgabeschaltungen 7b bis 7e ebenso erste Ansteuerbefehlssignale Db bis De, zweite Ansteuerbefehlssignale Eb bis Ee und Ausgabemodus-Einstellsignale Cb bis Ce aus.
-
Gemäß 1 weist die Ansteuervorrichtung 1 für eine elektrische Last für eine jede der Ausgabeschaltungen 7a bis 7e ein Paar von Ausgabeanschlüssen auf, die einen hochpotentialseitigen Anschluss 20 und einen niedrigpotentialseitigen Anschluss 22 aufweisen.
-
Ist gemäß 1 die Last 5a durch die Ausgabeschaltung 7a von der Hochseite bzw. der Hochpotentialseite aus anzusteuern, ist der Anschluss der negativen Seite (–) der Last 5a mit einem Massepotential (der Niedrigpotentialseite der Lastenergieversorgung, d. h. dem Potential des negativen Anschlusses der Batterie) verbunden. Der positive Anschluss (+) bzw. der Hochpotentialseitenanschluß der Last 5a ist mit dem niedrigpotentialseitigen Anschluss 22 verbunden, welcher zu der Ausgangsschaltung 7a gehört. Der hochpotentialseitige Anschluss 20 ist mit der Batteriespannung VB verbunden. In diesem Fall fließt ein Ansteuerstrom von dem niedrigpotentialseitigen Anschluss 22 zu der Last 5a.
-
Ist die Last 5e durch die Ausgabeschaltung 7e über die Niedrigseite bzw. die Niedrigpotentialseite gemäß 1 anzusteuern, ist der positivseitige Anschluss der Last 5e mit der Batteriespannung VB verbunden. Der negativseitige Anschluss der Last 5e ist mit dem hochpotentialseitigen Anschluss 20 verbunden. Der niedrigpotentialseitige Anschluss 22 ist mit dem Massepotential verbunden. In diesem Fall wird ein Ansteuerstrom von der Seite der Last 5e zu dem hochpotentialsseitigen Anschluss 20 gezogen.
-
Die externen Verbindungen der Ansteuervorrichtung 1 für eine elektrische Last gemäß 1 zeigen einen Fall, bei dem die drei Lasten 5a bis 5c durch die Ausgabeschaltungen 7a bis 7c von der Hochpotentialseite bzw. von der positiven Seite aus angesteuert werden und die weiteren zwei Lasten 5d und 5e durch die Ausgabeschaltungen 7d und 7e von der Niedrigpotentialseite bzw. der negativen Seite aus angesteuert werden.
-
Gemäß 2 und 3 umfasst die Ausgabeschaltung 7a einen PNP-Transistor 21, einen PNP-Transistor 23, einen Widerstand 25, einen N-Kanal-MOSFET 27 und eine Diode 29. Eine Emitterelektrode des PNP-Transistors 21 empfängt die angehobene Spannung VCP, die von der Ladungspumpenschaltung 9 ausgegeben wird, und eine Basiselektrode und eine Kollektorelektrode des PNP-Transistors 21 sind miteinander verbunden. Eine Emitterelektrode und eine Basiselektrode des PNP-Transistors 23 ist jeweils mit der Emitterelektrode und der Basiselektrode des PNP-Transistors 21 verbunden, wobei der PNP-Transistor 23 eine Stromspiegelschaltung mit dem PNP-Transistor 21 bildet. Ein Ende des Widerstands 25 ist mit der Kollektorelektrode des PNP-Transistors 21 verbunden. Ein Drain-Bereich des N-Kanal-MOSFET 27 ist mit dem anderen Ende des Widerstands 25 verbunden, sein Source-Bereich ist mit dem Massepotential verbunden und sein Gate-Bereich empfängt das erste Ansteuerbefehlssignal Da von der Auswahlschaltung 13. Eine Anode der Diode 29 ist mit der Kollektorelektrode des PNP-Transistors 23 verbunden.
-
Die Ausgabeschaltung 7a weist ebenso einen PNP-Transistor 31, einen PNP-Transistor 33, einen Widerstand 35 und eine Diode 39 auf. Eine Emitterelektrode des PNP-Transistors 31 empfängt die Batteriespannung VB und eine Basiselektrode und eine Kollektorelektrode des PNP-Transistors 31 sind miteinander verbunden. Eine Emitterelektrode und eine Basiselektrode des PNP-Transistors 33 sind jeweils mit der Emitterelektrode und der Basiselektrode des PNP-Transistors 31 verbunden, wobei der PNP-Transistors 33 eine Stromspiegelschaltung mit dem PNP-Transistor 31 bildet. Ein Ende des Widerstands 35 ist mit der Kollektorelektrode des PNP-Transistors 31 verbunden. Ein Drain-Bereich des N-Kanal-MOSFET 37 ist mit dem weiteren Ende des Widerstands 35 verbunden, sein Source-Bereich ist mit dem Massepotential verbunden und sein Gate-Bereich empfängt das zweite Ansteuerbefehlssignal Ea von der Auswahlschaltung 13. Eine Anode der Diode 39 ist mit der Kollektorelektrode des PNP-Transistors 33 verbunden und seine Kathode ist gemeinsam mit der Kathode der Diode 29 verbunden.
-
Die Ausgabeschaltung 7a weist ebenso einen N-Kanal-Leistungs-MOSFET 41, einen ersten Widerstand 43, einen ersten MOSFET 45, einen zweiten Widerstand 47 und einen zweiten MOSFET 49 auf. Der als ein Ausgangstransistor dienender MOSFET 41 hat seinen einen ersten Ausgangsanschluss bildenden Drain-Bereich mit dem hochpotentialseitigen Anschluss 20 verbundenen und seinen einen zweiten Ausgangsanschluss bildenden Source-Bereich mit dem niedrigpotentialseitigen Anschluss 22 verbunden. Der erste Widerstand 43 zur Stromerfassung hat ein Ende mit dem Drain-Bereich des FET 41 verbunden. Der erste MOSFET 45 zur Stromerfassung (der erste Transistor zur Stromerfassung) hat seinen Drain-Bereich, der einen seiner Ausgangsanschlüsse darstellt, mit dem weiteren Ende des ersten Widerstands 43 zur Stromerfassung verbunden, hat seinen Source-Bereich, der seinen weiteren Ausgangsanschluss darstellt, mit dem Source-Bereich des FET 41 verbunden und hat seinen Gate-Bereich mit dem Gate-Bereich des FET 41 miteinander verbunden. Der MOSFET 45 führt durch den ersten Widerstand 43 einen Spiegelstrom mit einer Größe von 1/n (wobei n einer Zahl größer als 1 entspricht) des durch den FET 41 fließenden Stroms. Ein Ende des zweiten Widerstands 47 zur Stromerfassung ist mit dem Source-Bereich des FET 41 verbunden. Der zweite MOSFET 49 zur Stromerfassung (ein zweiter Transistor zur Stromerfassung) hat seinen Drain-Bereich, der einen seiner Ausgangsanschlüsse darstellt, mit dem Drain-Bereich des FET 41 verbunden, hat seinen Source-Bereich, der seinen weiteren Ausgangsanschluss darstellt, mit dem weiteren Ende des zweiten Widerstands 47 zur Stromerfassung verbunden und hat seinen Gate-Bereich mit dem Gate-Bereich des FET 41 miteinander verbunden. Der MOSFET 49 führt durch den zweiten Widerstand 47 zur Stromerfassung einen Spiegelstrom mit einer Größe von 1/N (wobei N einer Zahl größer als 1 entspricht) des durch den FET 41 fließenden Stroms.
-
Die Ausgabeschaltung 7a umfasst ebenso einen Gate-Schutz-Widerstand 51, eine Zener-Diode bzw. Z-Diode 53 und eine Diode 55. Der Widerstand 51 ist zwischen den Kathoden der zwei Dioden 29, 39 und dem Gate-Bereich des FET 41 angeschlossen. Die Zener-Diode 53 hat ihre Kathode mit dem Gate-Bereich des FET 41 verbunden. Eine Anode der Diode 55 ist mit einer Anode der Zener-Diode 53 verbunden und eine Kathode der Diode 55 ist mit dem Source-Bereich des FET 41 verbunden. Die Zener-Diode 53 ist vorgesehen, um eine Zufuhr einer Überspannung zu dem Gate-Bereich des FET 41 zu verhindern. Die Diode 55 ist vorgesehen, um zu verhindern, dass der Gate-Source-Bereich des FET 41 umgekehrt vorgespannt (reverse-biased) werden.
-
Die Ausgabeschaltung 7a weist ebenso einen Widerstand 57, eine Konstantstromschaltung 59, einen Widerstand 61, einen Widerstand 63, zwei Vergleichseinrichtungen 65, 67 und eine Signalspeicherschaltung bzw. Halteschaltung 69 auf. Ein Ende des Widerstands 57 ist mit der Batteriespannung VB verbunden. Die Konstantstromschaltung 59 ist zwischen dem anderen Ende des Widerstands 57 und dem Massepotential angeschlossen, um einen vorbestimmten konstanten Strom durch den Widerstand 57 zu führen. Ein Ende des Widerstands 61 ist mit einer durch einen (nicht dargestellten) Energieversorgungsteil erzeugten festen Spannung VD (5 V) verbunden. Die Widerstand 63 ist zwischen dem weiteren Ende des Widerstands 61 und dem Massepotential angeschlossen. Die Widerstände 61 und 63 teilen die feste Spannung VD.
-
Die Vergleichseinrichtung 65 vergleicht eine Spannung (erstes Stromerfassungssignal) V1 des Verbindungspunktes zwischen dem Drain-Bereich des ersten MOSFET 45 und dem ersten Widerstand 43 mit einer Spannung (erste Überstrombestimmungsspannung) Vref1. des Verbindungspunktes zwischen dem Widerstand 57 und der Konstantstromschaltung 59. Die Vergleichseinrichtung 65 gibt ein Hochpegelsignal aus, wenn die Spannung V1 unter die Spannung Vref1 fällt.
-
Die Vergleichseinrichtung 67 vergleicht eine Spannung (zweites Stromerfassungssignal) V2 des Verbindungspunktes zwischen dem Source-Bereich des zweiten MOSFET 49 und dem zweiten Widerstand 47 mit einer Spannung (zweite Überstrombestimmungsspannung) Vref2 des Verbindungspunktes zwischen dem Widerstand 61 und dem Widerstand 63. Die Vergleichseinrichtung 67 gibt ein Hochpegelsignal aus, wenn die Spannung V2 über die Spannung Vref2 steigt.
-
Die Signalspeicherschaltung bzw. Halteschaltung 69 speichert bzw. hält das Hochpegelsignal von der Vergleichseinrichtung 65 und gibt es aus, wenn das Ausgabemodus-Einstellsignal Ca von der Auswahleinrichtung 13 einen hohen Pegel aufweist, wobei der Hochpotentialseitenausgabemodus angegeben wird. Ebenso speichert bzw. hält es das Hochpegelsignal von der Vergleichseinrichtung 67 und gibt es aus, wenn das Ausgabemodus-Einstellsignal Ca einen niedrigen Pegel aufweist, wobei der Niedrigpotentialseitenausgabemodus angegeben wird.
-
Die Ausgabeschaltung 7a weist ebenso einen Widerstand 71 und einen N-Kanal-MOSFET 73 auf. Der Widerstand 71 hat ein Ende mit dem Gate-Bereich des FET 41 verbunden. Der N-Kanal-MOSFET 73 für einen Überstromschutz hat seinen Source-Bereich mit dem Massepotential verbunden und hat seinen Gate-Bereich mit dem Ausgangsanschluss der Signalspeicherschaltung bzw. Halteschaltung 69 verbunden.
-
Wird die Last 5 (5a) von der Hochpotentialseite angesteuert, d. h. wird der Hochpotentialseitenausgabemodus verwendet, ist in der Ausgabeschaltung 7a gemäß 2 der Drain-Bereich des FET 41 über den hochpotentialseitigen Anschluss 20 mit der Batteriespannung VB verbunden. Der Source-Bereich des FET 41 ist über den niedrigpotentialseitigen Anschluss 22 mit dem positivseitigen Anschluss der Last 5 verbunden, dessen negativseitiger Anschluss mit dem Massepotential verbunden ist. In diesem Verbindungszustand dient das FET 41 als Hochseiten- bzw. Hochpotentialseitenansteuereinrichtung.
-
In diesem Fall ist das der Ausgabeschaltung 7a entsprechende Bit der Bits des von dem Mikrocomputer 3 an die Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 ausgegebenen Befehlssignals B auf einen Wert „1” eingestellt, der den Hochpotentialseitenausgabemodus angibt. Dem gemäß wird das von der Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 an die Auswahleinrichtung 13 ausgegebene Ausgabemodus-Einstellsignal Ca der Ausgabeschaltung 7a hochpegelig.
-
Während das von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a ausgegebene zweite Ansteuerbefehlssignal Ea auf dem niedrigen Pegel festgelegt ist, nimmt dann das von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a ausgegebene erste Ansteuerbefehlssignal Da den gleichen logischen Pegel wie das Ansteuersignal Aa von dem Mikrocomputer 3 an.
-
Während der FET 37 bedingungslos ausgeschaltet wird, schaltet folglich in der Ausgabeschaltung 7a der FET 27 gemäß dem Ansteuersignal Aa von dem Mikrocomputer 3 ein, wenn das Ansteuersignal Aa einen hohen Pegel aufweist.
-
Schaltet der FET 27 ein, schalten die zwei die Stromspiegelschaltung ausbildenden zwei Transistoren 21, 23 ein, und wird die angehobene Spannung VCP von der Ladungspumpenschaltung 9 von der Kollektorelektrode des PNP-Transistors 23 über die Diode 29 und den Gate-Schutz-Widerstand 51 zu dem Gate-Bereich des FET 41 zugeführt. Der FET 41 wird somit eingeschaltet. Das heißt, wird das Ansteuersignal Aa von dem Mikrocomputer 3 hochpegelig, wird die erhöhte Spannung VCP, die etwa den zweifachen Wert der Batteriespannung VB aufweist, dem Gate-Bereich des FET 41 zugeführt, welcher mit der Plusseite bzw. der Hochpotentialseite der Last 5, d. h. der Seite der Last 5 mit dem höheren Potential, verbunden ist. Der FET 41 wird somit eingeschaltet. Ist der FET 41 eingeschaltet, fließt ein Ansteuerstrom von dem Source-Bereich des FET 41 zu der Last 5 über den niedrigpotentialseitigen Anschluss 22.
-
Dient der FET 41 dabei wie angeführt in dieser Weise als Hochpotentialseitenansteuereinrichtung, wird die Spannung V1 (erste Erfassungsspannung V1) des Verbindungspunktes zwischen dem Drain-Bereich des ersten MOSFET 45 zur Stromerfassung und dem ersten Widerstand 43 zur Stromerfassung zu einer Spannung, die von der Batteriespannung VB um eine Spannung abfällt, die proportional zu dem durch den FET 41 fließenden Strom Iaus ist. Die erste Erfassungsspannung V1 ergibt sich wie aus der nachstehenden Gleichung (1) angegeben. Dabei entspricht R43 einem Widerstandswert des ersten Widerstands 43 und entspricht n dem Verhältnis zwischen dem durch den FET 41 fließenden Strom Iaus zu dem durch den ersten MOSFET 45 fließenden Strom, d. h. dem Spiegelverhältnis des FET 41 zu dem FET 45. V1 = VB – Iaus × R43/n (1)
-
Entspricht der Widerstandswert des Widerstands 57 einem Wert R57 und entspricht der mittels der Konstantstromschaltung 59 durch den Widerstand 57 fließende konstante Strom einem Wert Icnst, dann entspricht in der Ausgabeschaltung 7a die Spannung Vref1 (erste Bestimmungsschaltung Vref1) des Verbindungspunktes zwischen dem Widerstand 57 und der Konstantstromschaltung 59 einer Spannung (= VB – Icnst × R57), die von der Batteriespannung VB durch die feste Spannung Icnst × R57 abfällt. Entspricht der Überstrombestimmungswert des durch den FET 41 fließenden Stroms Iaus einem Wert Ith, dann sind der Widerstandswert R57 des Widerstands 57 und der konstante Strom Icnst so eingestellt, dass die erste Bestimmungsspannung Vref1 der nachstehenden Gleichung (2) genügt. Vref1 = VB – Ith × R43/n (2)
-
Dient der FET 41 als Hochpotentialseitenansteuereinrichtung erlangt das Ausgabemodus-Einstellsignal Ca von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a einen hohen Pegel. Die Signalspeicherschaltung bzw. Halteschaltung 69 speichert bzw. hält das Hochpegelsignal von der Vergleichsschaltung 65 und gibt es aus.
-
Wenn folglich aufgrund eines Fehlers wie etwa eines Kurzschlusses der Last 5 (beispielsweise eines Kurzschlusses des niedrigpotentialseitigen Anschlusses 22 mit Masse) der durch den FET 41 fließende Strom Iaus über den Überstromerfassungswert Ith ansteigt und die erste Erfassungsspannung V1 unter die erste Bestimmungsspannung Vref1 fällt und ein Hochpegelsignal von der Vergleichseinrichtung 65 ausgegeben wird, erlangt das Ausgangssignal der Signalspeicherschaltung bzw. Halteschaltung 69 einen hohen Pegel. Der Überstromschutz-FET 73 wird angeschaltet. Der Gate-Bereich des FET 41 erlangt somit zwangsweise einen niedrigen Pegel und der FET 41 wird abgeschaltet. Durch diesen Vorgang wird ein durch einen Überstrom verursachter Fehler bzw. Defekt des FET 41 verhindert, wenn der FET 41 als eine Hochpotentialseitenansteuereinrichtung dient.
-
Steuert andererseits die Ausgabeschaltung 7a die Last 5 von der Niedrigseite bzw. der Niedrigpotentialseite an, d. h. wird sie in dem Niedrigpotentialseitenausgabemodus gemäß 3 verwendet, ist der Drain-Bereich des FET 41 über den hochpotentialseitigen Anschluss 20 mit dem negativseitigen Anschluss der Last 5 verbunden, dessen positivseitiger Anschluss mit der Batteriespannung VB verbunden ist. Der Source-Bereich des FET 41 ist über den niedrigpotentialseitigen Anschluss 22 mit dem Massepotential verbunden. In diesem Verbindungszustand dient der FET 41 als Niedrigpotentialseitenansteuereinrichtung.
-
In diesem Fall ist das der Ausgabeschaltung 7a entsprechende Bit der Bits des von dem Mikrocomputer 3 an die Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 ausgegebenen Befehlssignals B auf einen Wert „0” eingestellt, was den Niedrigpotentialseitenausgabemodus angibt. Dem gemäß erlangt das von der Ausgabemodus-Speicherschaltung 11 an die Auswahleinrichtung 13 ausgegebene Ausgabemodus-Einstellsignal Ca der Ausgabeschaltung 7a einen niedrigen Pegel.
-
Während das von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a ausgegebene erste Ansteuerbefehlssignal Da auf einem niedrigen Pegel festliegt, nimmt dann das von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a ausgegebene zweite Ansteuerbefehlssignal Ea den gleichen logischen Pegel wie das Ansteuersignal Aa von dem Mikrocomputer 3 an.
-
Während der FET 27 bedingungslos ausgeschaltet wird, wird in der Ausgabeschaltung 7a folglich der FET 37 gemäß dem Ansteuersignal Aa von dem Mikrocomputer 3 angeschaltet, wenn das Ansteuersignal Aa einen hohen Pegel aufweist.
-
Wird der FET 37 angeschaltet, schalten die die Stromspiegelschaltung ausbildenden zwei Transistoren 31, 33 ein. Die Batteriespannung VB wird von der Kollektorelektrode des Transistors 33 über die Diode 39 und den Widerstand 51 zu dem Gate-Bereich des FET 41 geführt und der FET 41 schaltet ein. Das heißt, wenn das Ansteuersignal Aa von dem Mikrocomputer 3 einen hohen Pegel erlangt, wird die Batteriespannung VB dem Gate-Bereich des mit der Niedrigpotentialseite der Last 5, d. h. der Seite der Last 5 mit dem geringeren Potential, verbundenen FET 41 zugeführt. Somit wird der FET 41 angeschaltet. Schaltet der FET 41 an, wird ein Ansteuerstrom von der Last 5 über den hochpotentialseitigen Anschluss 20 zu dem Drain-Bereich des FET 41 gezogen.
-
Dient dabei der FET 41 als Niedrigpotentialseitenansteuereinrichtung, erlangt die Spannung V2 (die zweite Erfassungsspannung V2) des Verbindungspunktes zwischen dem Source-Bereich des zweiten MOSFET 49 für eine Stromerfassung und dem zweiten Widerstand 47 für eine Stromerfassung eine Spannung, die von dem Massepotential (= 0 V) durch eine Spannung erhöht wird, die proportional zu dem durch den FET 41 fließenden Strom Iaus ist.
-
Im Einzelnen entspricht die zweite Erfassungsspannung V2 dabei der nachstehenden Gleichung (3). Dabei entspricht ein Wert R47 einen Widerstandswert des zweiten Widerstands 47 und entspricht ein Wert N dem Verhältnis des durch den FET 41 fließenden Stroms Iaus zu dem durch den zweiten MOSFET 49 fließenden Strom, d. h. einem Spiegelverhältnis des FET 41 zu dem FET 49. V2 = Iaus × R47/N (3)
-
In der Ausgabeschaltung 7a entspricht die Spannung Vref2 (die zweite Bestimmungsspannung Vref2) des Verbindungspunktes zwischen dem Widerstand 61 und dem Widerstand 63 einer durch die Widerstände 61 und 63 geteilten mit 5 V konstanten Spannung VD. Entspricht der Widerstandswert des Widerstands 61 einem Wert R61 und entspricht der Widerstandswert des Widerstands 63 einem Wert R63, dann entspricht die zweite Bestimmungsspannung Vref2 einer Spannung, die von dem Massepotential durch die feste Spannung VD × R63/(R61 + R63) angehoben ist. Entspricht der Überstromerfassungswert des durch den FET 41 fließenden Stroms Iaus einem Wert Ith, dann sind die Widerstandswerte R61, R63 der Widerstände 61 und 63 so eingestellt, dass die zweite Bestimmungsspannung Vref2 der nachstehenden Gleichung (4) entspricht. Vref2 = Ith × R47/N (4)
-
Dient der FET 41 als Niedrigpotentialseitenansteuereinrichtung, erlangt das Ausgabemodus-Einstellsignal Ca von der Auswahleinrichtung 13 an die Ausgabeschaltung 7a einen niedrigen Pegel. Die Signalspeicherschaltung bzw. Halteschaltung 69 speichert bzw. hält das Hochpegelsignal von der Vergleichseinrichtung 67 und gibt es aus.
-
Wenn folglich aufgrund eines Fehlers wie etwa eines Kurzschlusses der Last 5 (beispielsweise eines Kurzschlusses des hochpotentialsseitigen Anschlusses 20 mit der Batteriespannung VB) der durch den FET 41 fließende Strom Iaus über den Überstromerfassungswert Ith ansteigt, die zweite Erfassungsspannung V2 über die zweite Bestimmungsspannung Vref2 ansteigt und das Hochpegelsignal von der Vergleichseinrichtung 67 ausgegeben wird, erlangt das Ausgangssignal der Signalspeicherschaltung bzw. Halteschaltung 69 einen hohen Pegel und wird der Überstromschutz-FET 73 eingeschaltet. Der Gate-Bereich des FET 41 wird zwangsweise auf einen niedrigen Pegel gebracht und der FET 41 wird abgeschaltet. Durch diesen Vorgang wird ein durch einen Überstrom verursachter Fehler bzw. Defekt des FET 41 verhindert, wenn der FET 41 als Niedrigpotentialseitenansteuereinrichtung dient.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wirken die Auswahleinrichtung 13, die FET 27, 37, die Widerstände 25, 35, die Transistoren 21, 23, 31, 33 und die Dioden 29, 39 zum Schalten von Ausgabemodi. Der erste Widerstand 43 zur Stromerfassung und der erste MOSFET 45 zur Stromerfassung werden zur Erzeugung des ersten Stromerfassungssignals betrieben. Der Widerstand 57 und die Konstantstromschaltung 59 dienen zur Erzeugung der ersten Überstrombestimmungsspannung. Der zweite Widerstand 47 zur Stromerfassung und der zweite MOSFET 49 zur Stromerfassung dienen zur Erzeugung des zweiten Stromerfassungssignals. Der Widerstand 61 und der Widerstand 63 dienen zur Erzeugung der zweiten Überstrombestimmungsspannung. Die Vergleichseinrichtungen 65, 67 und die Signalspeicherschaltung bzw. Halteschaltung 69 dienen zur Ausgabe des Überstromerfassungssignals. Das von der Halteschaltung 69 ausgegebene Hochpegelsignal entspricht dem Überstromerfassungssignal. Der Widerstand 71 und der FET 73 dienen zum Schutz vor dem Überstrom.
-
Wenn in dem vorstehend angeführten Ausführungsbeispiel der als Ausgangstransistor wirkende FET 41 als Hochpotentialseitenansteuereinrichtung arbeitet, werden zur Erfassung eines jeden Überstromes durch den FET 41 die erste Erfassungsspannung V1, die proportional zu dem durch den FET 41 fließenden Strom Iout von einer Batteriespannung VB als Bezug verringert wird, und die um die feste Spannung (= Ith × R43/n) im Vergleich zu der Batteriespannung VB geringere erste Bestimmungsspannung Vref1 verglichen. Arbeitet im umgekehrten Fall der FET 41 als Niedrigpotentialseitenansteuereinrichtung, werden zur Erfassung eines jeden Überstroms durch den FET 41 die zweite Erfassungsspannung V2, die proportional zu dem durch den FET 41 fließenden Strom Iaus von dem Massepotential als Bezug erhöht wird, und die um eine feste Spannung (= Ith × R47/N) im Vergleich zu dem Massepotential höhere zweite Bestimmungsspannung Vref2 verglichen. Folglich kann sowohl für den Fall des Hochpotentialseitenausgabemodus als auch für den Fall des Niedrigpotentialseitenausgabemodus der Überstromzustand des FET 41 in korrekter Weise auf der Grundlage der ersten Erfassungsspannung V1 oder der zweiten Erfassungsspannung V2 erfasst werden, welche proportional zu dem tatsächlich durch den FET 41 fließenden Strom Iaus sind, selbst wenn die Batteriespannung VB sich ändert. Insbesondere wird die Überstromerfassung möglich, selbst wenn die Batteriespannung VB sich im Falle des Hochpotentialseitenausgabemodus ändert und das Massepotential sich durch ein Störsignal bzw. durch Rauschen und dergleichen beeinflusst im Falle des Niedrigpotentialseitenausgabemodus ändert.
-
Da der FET 41 gemäß dem Ausführungsbeispiel zum Abschalten gezwungen wird, wenn der Überstrom erfasst wird, kann ein Fehler bzw. Defekt hinsichtlich des FET 41 sicher verhindert werden, der durch den einen Kurzschluss der Last 5 begleitenden Überstrom verursacht wird.
-
Da ferner sowohl die erste Erfassungsspannung V1 als auch die zweite Erfassungsspannung V2 ohne Schaltungselemente zur Stromerfassung wie etwa Shunt-Widerstände, welche in dem Stromversorgungspfad in Reihenschaltung zu der Last 5 vorgesehen sind, erzeugt werden können, existiert kein Abfall hinsichtlich der der Last 5 zugeführten Spannung und ergibt sich kein folglicher Anstieg der minimalen Batteriespannung, unter der die Ansteuerung der Last 5 unmöglich ist.
-
Das vorstehend angeführte Ausführungsbeispiel kann in vielfacher Weise modifiziert werden.
-
Während beispielsweise die Ansteuervorrichtung 1 für eine elektrische Last des vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels fünf Ausgabeschaltungen 7a bis 7e aufweist, ist die Zahl der Ausgabeschaltungen nicht auf fünf beschränkt und können beispielsweise eine oder zwei vorgesehen sein. Falls nicht zu erwarten ist, dass alle Ausgabeschaltungen 7a bis 7e gleichzeitig in dem Hochpotentialseitenausgabemodus verwendet werden, kann die Ausgabekapazität hinsichtlich der erhöhten Spannung VCP der Ladungspumpenschaltung 9 auf einen minimalen Wert eingestellt werden, der zur Zuführung von Ansteuerspannungen, d. h. von Gate-Spannungen zum Anschalten der FET 41, zu den FET 41 mit der maximalen Zahl an gleichzeitig in dem Hochpotentialseitenausgabemodus verwendeten Ausgabeschaltungen notwendig ist. Eine einzelne Vergleichseinrichtung kann für die Überstrombestimmungsvergleichseinrichtungen 65, 67 verwendet werden. Dabei ist ein Umstellungsschalter bzw. Wechselschalter zum Schalten der Eingabe der Vergleichseinrichtung gemäß dem Ausgabemodus-Einstellsignal Ca zwischen der ersten Erfassungsspannung V1 und der ersten Bestimmungsspannung Vref1 sowie der zweiten Erfassungsspannung V2 und der zweiten Bestimmungsspannung Vref2 vorgesehen. Ferner können die Erfassungsspannungen V1 und V2 und die Ausgangssignale der Halteschaltungen 69 von den Ausgabeschaltungen 7a bis 7e an den Mikrocomputer 3 als Überwachungssignale ausgegeben werden.
-
Darüber hinaus sind weitere Modifikationen ohne einem Abweichen von dem durch die angefügten Patentansprüche angegebenen Schutzbereich die Erfindung möglich.
-
Wie vorstehend angeführt ist eine Ansteuervorrichtung für eine elektrische Last zur genauen Erfassung eines Überstromzustands entweder in einem Hochpotentialseitenausgabemodus oder einem Niedrigpotentialseitenausgabemodus unabhängig von Spannungsänderungen einer Lastenergieversorgung eingerichtet. Der Überstrom wird in dem Hochpotentialseitenausgabemodus durch eine mit einer Bestimmungsspannung Vref1 zu vergleichenden Erfassungsspannung V1 erfasst, die proportional zu einem durch einen Ausgangstransistor 41 fließenden Strom von einer Batteriespannung VB reduziert wird. In dem Niedrigpotentialseitenausgabemodus wird der Überstrom durch eine mit einer Bestimmungsspannung Vref2 zu vergleichenden zweiten Erfassungsspannung V2 erfasst, welche proportional zu dem durch den Ausgangstransistor 41 fließenden Strom von einem Massepotential angehoben wird.
