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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Motorsteuervorrichtung zum Steuern einer an einen Motor angelegten
Spannung durch Steuern eines Halbleiterschaltelements in einem Pulsweitenmodulationsmodus
(PWM).
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JP-A-8-37789 (Patentdokument 1) legt ein Steuerungsverfahren
für einen
Wechselstrommotor offen, bei dem eine Schaltfrequenz entsprechend dem
Wert einer geglätteten
Gleichstromquellenspannung, einer Drehzahl des Wechselstrommotors,
einer primären
elektrischen Winkelfrequenz, der Intensität einer zuzuführenden
Ausgangsspannung oder dem Frequenzwert der Ausgangsspannung oder
des Ausgangsstroms variiert wird.
JP-A-10-229674 legt einen Gleichstromwandler
offen zum Ausführen
des Steuerns des Verringerns einer Schaltfrequenz in einem Überstromzustand.
JP-A-2001-161065
legt eine schaltende Stromversorgungsvorrichtung offen, bei der
die Oszillationsfrequenz der PWM-Steuerungseinrichtung
kontinuierlich verringert wird, wenn der Lastzustand verringert
wird, so dass der Leistungsverlust minimiert ist.
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Zum Beispiel wird bei einer Steuervorrichtung
für einen
Ventilatormotor zum Versorgen eines Ventilatormotors, der in einem
Fahrzeug montiert ist, mit einer gewünschten Spannung durch Steuern
eines Halbleiterschaltelements in einem PWM-Modus das Halbleitschaltelement überhitzt,
wenn die Temperatur der die Steuervorrichtung umgebenden Umwelt
abnormal erhöht
ist oder das Lastdrehmoment des Ventilatormotors abnormal erhöht ist.
Um das Halbleitschaltelement vor einem solchen Erhitzungszustand
zu schützen,
wurde bisher ein Verfahren verwendet, bei dem das Schaltelement
ausgeschaltet wird auf Grundlage eines Signals von einem Temperaturerfassungssensor
oder einem Stromerfassungssensor, oder aber auch durch Verringern
des Tastverhältnisses
der PWM.
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Wenn allerdings das Schaltelement
ausgeschaltet ist, ist der Ventilatormotor vollständig gestoppt,
und somit ist das Blasen der Kühlluft
ebenso gestoppt. Ferner ist, selbst wenn das Tastverhältnis der
PWM verringert ist, die Drehzahl des Ventilatormotors verringert,
und somit wird kein ausreichendes Blasen der Kühlluft erreicht. Demzufolge
tritt als ein sekundäres
Problem auf, dass eine Kühlungszielaufgabe
nicht erreicht wird oder Passagiere sich nicht wohlfühlen. Das
heißt,
es ist auf jeden Fall erforderlich, dass der Ventilatormotor kontinuierlich
mit festgesetzter Ausgangsleistung betrieben wird.
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Der vorliegende Erfindung wurde angesichts der
zuvor beschriebenen Situation gemacht und weist die Aufgabe auf,
eine Motorsteuervorrichtung bereitzustellen, die verhindern kann,
dass ein Halbleiterschaltelement überhitzt wird, oder das Halbleiterschaltelement
aus einem Überhitzungszustand wieder
zurückholen
kann, ohne die Drehzahl eines Motors zu beeinträchtigen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird, wenn eine Steuerschaltung ein Halbleiterschaltelement
in einem PWM-Modus gemäß einem
PWM-Signal steuert, das durch eine PWM-Steuereinheit erzeugt wird,
die Spannung entsprechend dem PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals an einen
Motor angelegt, um den Motor zu drehen. In diesem Fall gibt eine Überhitzungszustandserfassungseinheit
ein Überhitzungszustandssignal aus,
wenn die Temperatur des Halbleiterschaltelements einen vorbestimmten
Schwellenwert überschreitet,
so dass das Halbleiterschaltelement in einen Überhitzungszustand oder in
einen möglichen Überhitzungszustand
verfällt.
Hier ist der "mögliche" Überhitzungszustand als ein
Zustand definiert, bei dem die Wahrscheinlichkeit, dass das Halbleiterschaltelement
in den Überhitzungszustand
fällt,
höher ist
als ein Schwellenwert.
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Die Steuerschaltung bewirkt, dass
das Haltleiterschaltelement den Schaltbetrieb in mehreren Steuerzuständen ausführt. Wenn
das Überhitzungszustandserfassungssignal
ausgegeben wird, steuert die Ansteuerungssteuerschaltung den Ansteuerzustand
der Ansteuerschaltung so, dass die Anstiegs- und die Abfallzeit
des Halbleiterschaltelements verkürzt wird. Dementsprechend kann
während
der Periode, wenn das Überhitzungszustandserfassungssignal
ausgegeben wird, der Schaltverlust des Halbeiterschaltelements verringert
werden, obwohl das Schaltrauschen erhöht ist, und das Halbleiterschaltelement
kann von dem Überhitzungszustand
in den nicht überhitzenden
Zustand überführt werden,
oder das Halbleiterschaltelement kann im voraus davor geschützt werden,
in den Überhitzungszustand überzugehen.
Gemäß dieser
Erfindung kann der Verlust der Halbleiterschaltelements unter dem
Zustand verringert werden, dass die Drehzahl des Motors so gut wie
möglich
einen Sollwert annimmt, und somit ergibt sich ein Vorteil, dass
ein sekundäres
Problem, das durch die Verringerung der Drehzahl verursacht wird, kaum
auftreten wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegende Erfindung steuert die Ansteuersteuereinheit die PWM-Steuereinheit,
wenn das Überhitzungszustandserfassungssignal
ausgegeben wird, um die PWM-Frequenz zu verringern, so dass der
Schaltverlust des Halbleiterschaltelements weiter verringert werden
kann. Ferner wird, wenn z. B. ein Motor, der in einem Fahrzeug montiert
ist, angesteuert wird, die Störung
bezüglich
der Funkfrequenz durch Verringerung der PWM-Frequenz unterdrückt. Daher
kann ein Effekt des Unterdrückens
von Rauschen erwartet werden, der zunehmen würde, wenn die Anstiegszeit und
die Abfallzeit des Halbleiterschaltelements verkürzt werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der
vorliegenden Erfindung kann die Steuerschaltung den Widerstandswert
eines Gatewiderstands ändern,
der mit dem Gate des Halbleiterschaltelements verbunden ist oder
den Widerstandswert eines Basis-Widerstands, der mit der Basis des
Halbleiterschaltelements verbunden ist, um dadurch die Anstiegszeit und
die Abfallzeit des Halbleiterschaltelements zu ändern.
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Gemäß einem vierten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird die Temperatur des Halbleiterschaltelements
durch eine Temperaturerfassungseinheit erfasst und ein Überhitzungszustandserfassungssignal
wird während
einer Periode ausgegeben, in der die erfasste Temperatur einen Schwellenwert überschreitet.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden
Erfindung erfasst die Überhitzungszustandserfassungseinheit
Strom, der in dem Halbleiterschaltelement fließt, durch Verwenden einer Stromerfassungseinheit,
und gibt das Überhitzungszustandserfassungssignal
während
einer Periode aus, in der der erfasste Strom einen Schwellenwert überschreitet. Demzufolge
kann in einem Vorüberhitzungszustand, in dem
die Wahrscheinlichkeit, dass das Halbleiterschaltelement in einen Überhitzungszustand übergeht,
hoch ist, der Verlust des Halbleiterschalelements verringert werden,
und der Übergang
zu dem Überhitzungszustand
vor dem Eintreten verhindert werden.
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Gemäß einem sechsten Aspekt der
vorliegenden Erfindung erfasst die Überhitzungszustandserfassungseinheit
eine Stromversorgungsspannung zum Anlegen einer Spannung an den
Motor unter Verwendung einer Stromversorgungsspannungserfassungseinheit,
und gibt ein Überhitzungszustandserfassungssignal
während
einer Periode aus, wenn die erfasste Stromversorgungsspannung einen Schwellenwert überschreitet.
Es gibt eine generelle Tendenz, dass der Verlust des Halbleiterschaltelements
erhöht
wird, wenn die Stromversorgungsspannung hoch ist. Gemäß diesem
Aspekt kann der Verlust des Halbleiterschaltelements in dem Vorüberhitzungszustand
verringert werden, in dem die Wahrscheinlichkeit, dass das Halbleiterschaltelement
in den Überhitzungszustand übergeht,
hoch ist, und der Übergang
in den Überhitzungszustand
kann vor dem Eintreten verhindert werden.
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Gemäß einem siebten Aspekt der
vorliegenden Erfindung gibt die Überhitzungszustandserfassungseinheit
ein Überhitzungszustandserfassungssignal
aus, während
einer Periode, wenn das Tastverhältnis
des PWM-Steuerbetriebs einen Schwellenwert überschreitet. Wenn das Tastverhältnis größer ist,
wird die an den Motor angelegte Spannung und der Motorstrom erhöht, und
somit wird der Verlust des Halbleiterschaltelements erhöht. Gemäß diesem Aspekt
kann der Verlust des Halbleiterschaltelements im Vorüberhitzungszustand
verringert werden, in dem die Wahrscheinlichkeit, dass das Halbleiterschaltelement
in den Überhitzungszustand übergeht, hoch
ist, und das Übergehen
in den Über hitzungszustand
kann verhindert werden, bevor es auftritt .
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Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden
Erfindung gibt die Überhitzungszustandserfassungseinheit
ein Überhitzungszustandserfassungssignal
aus, das eine Hysteresecharakteristik aufweist. Daher kann verhindert
werden, dass der Ansteuerzustand des Halbleisterschaltelements häufig in
der Ansteuerschaltung geschaltet wird, und somit kann eine stabilere
Ansteuerung durchgeführt
werden.
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Gemäß einem neunten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Motorspannung durch eine Motorspannungserfassungseinheit
erfasst, und eine Regelung wird durch die PWM-Steuereinheit durchgeführt, so
dass die so erfasste Motorspannung mit einer Sollmotorspannung übereinstimmt,
wodurch eine Sollspannung selbst dann an den Motor angelegt werden
kann, wenn eine Stromversorgungsspannung geändert wird.
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Gemäß einem zehnten Aspekt der
vorliegenden Erfindung kann der Verlust des Halbleiterschaltelements
verringert werden, während
die Luftblasleistung des Ventilators beibehalten wird. Daher besteht
der Vorteil, dass ein sekundäres
Problem, das durch die Verringerung der Kühlwirkung eines Wärmetauschers
in einem Fahrzeugkühlsystem
verursacht wird, kaum auftritt.
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Obige und andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
werden durch die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf
die beiliegenden Zeichnungen deutlicher.
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1 – ist ein
Schaltplan einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2a – 2b sind die Diagramme, die
eine Änderung
jedes Signals mit der Temperaturänderung und
der Stromänderung
eines MOS-Transistors zeigen;
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3 ist
ein Graph, der eine Charakteristik der Beziehung zwischen der Anstiegszeit,
der Abfallzeit des MOS-Transistors und der ansteigenden Temperatur
zeigt;
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4 ist
ein Schaltplan der Motorsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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5 ist
ein Schaltplan der Motorsteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform
und
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6 ist
ein Schaltplan der Dreiecksschwingungserzeugungsschaltung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden
Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
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[1. Ausführungsform]
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Ein erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die 1 – 3 beschrieben.
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1 zeigt
den elektrischen Aufbau einer Motorsteuervorrichtung. Eine Motorsteuervorrichtung 1 steuert
einen Ventilatormotor 2 (nachstehend als "Motor 2" bezeichnet)
für einen
Wärmetauscher in
einem Kühlsystem
für ein
Fahrzeug, und er funktioniert mit einer Batteriespannung, die als
eine Stromversorgungsspannung VB von einer Batterie 3 an
die Anschlüsse 1a, 1b angelegt
wird. Ein Anweisungssignal Sa wird von einer Motor-ECU 4 (elektronische Steuereinheit)
an einen Anschluss 1c zugeführt. Dieses Anweisungssignal
Sa besteht aus digitalen Daten, die einer Spannung entsprechen,
die an den Motor 2 angelegt wird oder ist ein analoges
Spannungssignal.
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Die ECU 4 führt konzentrisch
ein Reihe von Steueroperationen aus, die für einen Motor relevant sind,
z. B. Kraftstoffeinspritzsteuerung, Zündzeitpunktsteuerung, die Steuerung
der Leerlaufdrehzahl, etc.. Nicht dargestellt ist, dass der ECU 4 ein
Temperatursignal des Motorkühlwassers,
ein EIN-/AUS-Signal einer Magnetkupplung zum Übertragen der Motorantriebskraft
an den Kompressor eines Klimageräts,
ein Kühlmitteldruckerhöhungssignal,
das die Zunahme des Kühlmittels
des Kühlgerätes anzeigt,
etc. zugeführt
wird, und sie die Motorsteuerung und die Drehzahlsteuerung des Motors 2 unter
Verwendung dieser Signale durchführt.
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Eine Keramikplatte und eine Glättungsschaltung 5 sind
in der Motorsteuervorrichtung 1 untergebracht, eine integrierte
Schaltung (IC) 6, ein N-Kanal MOS-Transistor 7 (entspricht
einem Halbleiterschaltelement), eine Zirkulationsdiode 8 und
ein Löschkondensator 9 sind
auf der Keramikplatte befestigt. Die Keramikplatte wird verwendet,
um die IC 6 und den MOS-Transistor 7 in einem
engen, thermisch gekoppelten Zustand zu halten.
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Die Anschlüsse 1d und 1e sind
Motorverbindungsanschlüsse,
und der Anschluss 1d ist mit dem Anschluss 1a in
der Motorsteuervorrichtung 1 verbunden. Der Anschluss 1f ist
ein Masseanschluss für ein
Energieversorgungssystem und die Drain und die Source des MOS-Transistors 7 sind
jeweils an die Anschlüsse 1e bzw. 1f angeschlossen.
Ferner ist eine parasitäre
Diode 7a mit der in 1 gezeigten Polarität parallel
an den MOS-Transistor 7 angeschlossen.
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In der Motorsteuervorrichtung 1 sind
die Diode 8 mit der in 1 gezeigten
Polarität
und die Glättungsschaltung 5 zwischen
den Anschlüssen 1e und 1d in
Reihe geschaltet und ein Kondensator 9 ist mit der Diode 8 parallel
geschaltet. Die Glättungsschaltung 5 ist
mit einem π-Filter ausgestattet,
der eine Drosselspule 10 und Elektrolytkondensatoren 11, 12 umfasst.
Die Glättungsschaltung 5 und
der Kondensator 9 haben die Funktion das Rauschen zu absorbieren,
das zum Schaltungszeitpunkt des MOS-Transistors 7 auftritt.
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Der IC 6 weist eine Eingangssignalverarbeitungsschaltung 13 zum
Verarbeiten eines Anweisungssignals Sa auf, eine PWM-Steuerschaltung 14 zum
Erzeugen eines PWM-Signals
Sc, eine Steuerschaltung 15 zum Ansteuern des MOS-Transistors 7, eine Überhitzungserfassungsschaltung
16 zum Erfassen des Überhitzungszustandes,
et cetera des MOS-Transistors 7 und eine Ansteuerungssteuerschaltung 17 zum
Steuern der PWM-Frequenz und des Ansteuerzustandes der Ansteuerschaltung 15 auf.
Der Aufbau jeder dieser Schaltungen ist wie folgt:
Die Eingangssignalverarbeitungsschaltung 13 empfängt digitale
Daten (Anweisungssignal Sa), die von der ECU 4 übertragen
werden in einem Serienkommunikationsmodus, um eine Sollmotorspannung
zu erzeugen. Wenn das Anweisungs signal Sa in Form einer analogen
Spannung übertragen
wird, erzeugt die Eingangssignalverarbeitungsschaltung 13 eine Sollmotorspannung
Vr durch Pegelumwandlung oder Ähnliches.
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Die PWM-Steuerschaltung 14 (entspricht
der PWM-Steuereinheit)
ist eine Regelungsschaltung zum Regeln des PWM-Tastverhältnisses
des PWM-Signals Sc, so dass die Motorspannung Vm, die an den Motor 2 angelegt
wird, mit der Sollmotorspannung Vr zusammenfällt. Das heißt, die
Motorspannungserfassungsschaltung 18 (entspricht der Motorspannungserfassungseinheit)
erfasst die Motorspannung Vm auf Basis der Spannung, die zwischen
den Anschlüssen 1d (Anschluss 1a)
und dem Anschluss 1e angelegt ist, und ein Subtrahierglied 19 gibt
die Spannungsabweichung entsprechend der Subtraktionsspannung zwischen
der Sollmotorspannung Vr und der Motorspannung Vm aus. Diese Spannungsabweichung
wird in einen Eingangsanschluss eines Komparators 22 über einen
Integrator 20 eingegeben und ein Dreiecksignal, das von
der Dreieckwellenerzeugungsschaltung 21 ausgegeben wird,
wird in den anderen Eingangsanschluss des Komparators 22 eingegeben.
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Die Dreieckswellenerzeugungsschaltung 21 erzeugt
ein Dreieckswellensignal mit einer Frequenz entsprechend dem Widerstandwert
( oder Kapazitätswert)
in einer CR-Lade/Entladeschaltung, die darin vorhanden ist. Wenn
ein Schaltsignal Sd, das von der Ansteuerungssteuerschaltung 17 zugeführt wird, auf
einen niedrigen Pegel (L) gesetzt wird, gibt die Dreieckswellenerzeugungsschaltung 21 ein
Dreieckswellensignal mit einer Frequenz von 19 kHz aus, und wenn
das Schaltsignal Sd auf einen hohen Pegel (H) gesetzt wird, gibt
sie ein Dreieckswellensignal mit einer Frequenz von 5 kHz aus.
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Bezugnehmend auf 6 wird eine beispielhafte Umsetzung der
Dreieckswellenerzeugungsschaltung 21 diskutiert. Diese
Schaltung 21 dient der Verringerung der PWM-Frequenz. Sie enthält einen Kondensator 213,
der an einen anderen Kondensator 211 parallel über ein
Schaltelement 212 angeschlossen ist, das durch die Ansteuerungssteuerschaltung 17 geöffnet/geschlossen
wird. Die Bezugszeichen 214, 215 stellen Widerstände dar,
und das Bezugszeichen 216 stellt einen Komparator dar.
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Bei oben beschriebener Ausführungsform wird
die PWM-Frequenz
während
der Ausgabeperiode des Überhitzungszustandserfassungssignals
auf 5 kHz höher
als das von Menschen hörbare
Frequenzband eingestellt. Allerdings kann die PWM-Frequenz so eingestellt
werden, dass sie innerhalb des hörbaren
Frequenzbandes von Menschen ist, (z. B. 500 Hertz für die menschliche
Wahrnehmung), um die PWM-Frequenz
als einen Buzzer-Ton zu verwenden. Dementsprechend kann eine Abnormalität einem
Anwender mittels des Tones mitgeteilt werden.
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Darüber hinaus kann statt des obigen
Verfahrens ein Verfahren des Erhöhens
des Stromwertes einer Konstantstromschaltung zum Laden/Entladen
des Gates des MOS-Transistors 7 verwendet werden,
um die Schaltgeschwindigkeit des MOS-Transistors 7 zu ändern.
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Wieder bezugnehmend auf 1 ist die Ansteuerschaltung 15 eine
Schaltung zum Aufnehmen des PWM-Signals und zum Ausgeben einer Gatespannung
G an den MOS-Transistor 7 und umfasst eine Gegentaktschaltung 23,
Gatewiderstände 24, 25 und
eine Schaltschaltung 26. Die Gegentaktschaltung 23 der
Ansteuerschaltung 15 umfasst Transistoren 27, 28,
Widerstände 29, 30 und
die Dioden 31, 32 und weist einen zusammengeschlossenen
Emitter der Transistoren 27 und 28 als einen Ausgangsknoten
Np auf.
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Ein Widerstand 24 ist zwischen
dem Ausgangsknoten Np und dem Anschluss des IC 6 an das Gate
des MOS-Transistors 7 angeschlossen.
Eine Serienschaltung des Widerstands 25 und eines Schalters 26 ist
parallel zu Widerstand 24 angeschlossen. Die Schaltschaltung 26 umfasst
zum Beispiel einen Transistor. Die Schaltschaltung 26 ist
ausgeschaltet, wenn ein Schaltsignal Se, das von der Ansteuerungssteuerschaltung 17 zugeführt wird,
auf einen L-Pegel
gesetzt wird und eingeschaltet, wenn das Schaltsignal Se auf einen
H-Pegel eingestellt ist.
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Die Überhitzungserfassungsschaltung 16 (entsprechend
der Überhitzungszustandserfassungseinheit)
setzt das Überhitzungszustandserfassungssignal
Sb von dem L-Pegel (normaler Zustand) auf den H-Pegel (Überhitzungszustand),
wenn die Temperatur des MOS-Transistors 7 aktuell einen Schwellenwert überschreitet
und in einem Überhitzungszustand
ist oder wenn ein Überstrom
in den MOS-Transistor 7 fließt und die Wahrscheinlichkeit, dass
der Halbleiter in naher Zukunft in dem Überhitzungszustand sein wird,
hoch ist, obwohl er aktuell noch nicht in dem Überhitzungszustand ist.
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Genauer gesagt ist ein Temperatursensor 33 (entspricht
der Temperaturerfassungseinheit) zum Ausgeben der Spannung Va entsprechend
der erfassten Temperatur T in die IC 6 eingebaut. Der Temperatursensor 33 erfasst
direkt die Temperatur T des betreffenden ICs 6. Allerdings
sind, wie oben beschrieben, der IC 6 und der MOS-Transistor 7 durch die
Keramikplatte thermisch eng miteinander verbunden, so dass der Temperatursensor
33 im wesentlichen die Temperatur T des MOS-Transistors 7 erfassen
kann. Der Temperatursensor kann so eingebaut sein, dass er außerhalb
des ICs 6 und in nächster Nähe zu dem MOS-Transistor 7 angesiedelt
ist. Alternativ kann er in den MOS-Transistor 7 eingebaut sein.
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Die Spannung Va wird an den nicht
invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 34 angelegt
und eine Schwellenwertspannung Va1 oder Vag wird an den invertierenden
Eingangsanschluss des Komparators 34 angelegt. Die Schwellenwertspannungen
Va1 und Vag entsprechen jeweils der Temperatur T1, T2 (T1 > T2). Der Komparator 34 vergleicht
die Spannung Va mit der Schwellenwertspannung Va1, wenn die Ausgaben
davon auf den L-Pegel eingestellt wird (Zustand, in dem die Überhitzung nicht
erfasst wird) und vergleicht die Spannung Va mit der Schwellwertspannung
Vag, wenn der Ausgang davon auf einen H-Pegel gesetzt wird (Zustand, in
dem die Überhitzung
erfasst wird), wodurch ein Hysteresekomparator umgesetzt ist.
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Ferner erfasst die Stromerfassungsschaltung 35 (entspricht
der Stromerfassungseinheit) die Drain-Source-Spannung VDS des MOS-Transistors 7 auf
Basis des PWM-Signals
Sc, wenn der MOS-Transistor eingeschaltet wird, wodurch die Spannung
Vc ausgegeben wird, die dem Strom entspricht, der in dem MOS-Transistor 7 fließt.
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Eine Spannung Vc wird an den nicht
invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 36 angelegt,
und die Schwellenwertspannungen Vc1, Vc2 werden an den invertierenden
Eingangsanschluss des Komparators 36 angelegt. Die Schwellwertspannungen
Vc1, Vc2 entsprechen jeweils dem Strom I1, I2 (I1 > I2). Der Komparator 36 vergleicht
die Spannung Vc mit der Schwellenwertspannung Vc1, wenn die Ausgabe
davon auf einen L-Pegel gesetzt ist (Zustand, in dem Überstrom
nicht erfasst wird) und vergleicht die Spannung Vc mit der Schwellenwertspannung
Vc2, wenn die Ausgabe davon auf H-Pegel gesetzt wird (Zustand, in
dem der Überstrom
erfasst wird), wodurch ein Hysteresekomparator umgesetzt ist.
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Die jeweiligen Ausgangssignale der
Komparatoren 34 und 36 werden in ein ODER-Gatter 37 eingegeben,
und das Ausgangssignal des ODER-Gatters 37 wird als das Überhitzungszustandserfassungssignal
Sb gesetzt. Die Ansteuerungssteuerschaltung 17 (entspricht
der Ansteuersteuereinheit) steuert die Schaltsignale Sd, Se, so
dass die Schaltsignale Sd, Se auf den L-Pegel gesetzt sind, wenn das Überhitzungszustandserfassungssignal
Sb auf den L-Pegel
gesetzt wird (normaler Zustand) und auf den H-Pegel, wenn das Überhitzungszustandserfassungssignal
Sb auf den H-Pegel gesetzt ist (Überhitzungszustand).
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Als nächstes wird der Betrieb der
Ausführungsform
mit Bezug auf die 2A – 2B und 3 erläutert.
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Wenn mit der Stromversorgungsspannung VB
von der Batterie 3 versorgt, steuert die Motorsteuervorrichtung 1 das
Tastverhältnis
des PWM-Signals Sc mit der PWM-Steuerschaltung 14,
so dass die Sollmotorspannung Vr, die von der ECU 4 zugeführt wird,
mit der erfassten Motorspannung Vm übereinstimmt. Die Ansteuerschaltung 15 gibt
die Gatespannung Vg, die dem PWM-Signal Sc entspricht, an den MOS-Transistor 7 aus.
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Da die Gatekapazität Cgd, Cgs
in dem MOS-Transistor 7 existiert, wird der Ansteuerzustand des
MOS-Transistors 7 entsprechend der Stromansteuerfähigkeit
der Gegentaktschaltung 23 oder der Widerstandswerte des
Gatewiderstandes (Widerstände 24, 25)
geändert.
Im allgemeinen wird, da der Widerstandswert des Gatewiderstandes
verringert wird, die Lade-/Entladezeit der Gatekapazität Cgd, Cgd
verkürzt.
Daher werden die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf des MOS-Transistors 7 zur
Schaltzeit ver kürzt.
Dementsprechend wird für
die gleiche PWM-Frequenz der Schaltungsverlust merklicher verringert,
und somit kann die Zunahme der Temperatur des MOS-Transistors 7 besser
für den
Fall des kleineren Widerstandswertes des Gatewiderstands unterdrückt werden,
d. h. für
den Fall, in dem die Schaltschaltung 26 eingeschaltet wird
und der Gatewiderstandswert gleich dem Parallelwert der Widerstände 24 und 25 ist.
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3 ist
ein Graph, der eine gemessene Charakteristik der Beziehung zwischen
der Anstiegszeit tr ( = die Abfallzeit tf) des MOS-Transistors 7 und die
zunehmende Temperatur des betroffenen MOS-Transistors 7 zeigt.
Die drei Charakteristiklinien, die in dem Graph gezeichnet sind,
werden für PWM-Frequenzen
von 19 kHz, 15 kHz und 10 kHz von oben nach unten in 3 erhalten. Die Messung wurde
unter der Bedingung vorgenommen, dass die Stromversorgungsspannung
VB auf 15,1 V gesetzt war, die Nennkapazität des Motors 2 auf
120 W gesetzt war, die Motorspannung Vm auf 9,6 V und der Motorstrom
auf 8A gesetzt war.
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Wie aus 3 ersichtlich, kann die Temperaturzunahme
des MOS-Transistors 7 auf einen niedrigen Pegel gedrückt werden
durch Einstellen des Widerstandswertes des Gatewiderstandes auf
einen kleinen Wert, um die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf
zu verkürzen.
Ferner ist aus 3 ersichtlich,
dass, wenn die PWM-Frequenz niedriger ist, der Schaltverlust verringert
ist, so dass die Temperaturzunahme des MOS-Transistors 7 auf
den niedrigen Pegel gedrückt
werden kann. Obwohl nicht gezeigt, wird, wenn die PWM-Frequenz auf
5 kHz eingestellt wird, die Temperaturzunahme weiter gedrückt.
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Die PWM-Frequenz wird auf Basis der
folgenden vier Punkte eingestellt:
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(Untere Grenze)
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- (1) Es ist vorzuziehen, dass die PWM-Frequenz so eingestellt
wird, dass sie nicht niedriger als die Zeitkonstante (mehrere Kilohertz)
ist, die durch den Induktivitätswert
und den Widerstandswert des Motors 2 auf Basis der Bürstenabnutzung
des Motors 2, der Hitzeentwicklung des Motors 2 und
der Brummkomponente des Stroms bestimmt wird, der in den Motor 2 fließt.
- (2) Es ist vorteilhaft, dass die PWM-Frequenz auf einen Wert
eingestellt wird, der nicht kleiner ist als die Audiofrequenzen
von Menschen, so dass Magnettöne,
die durch die Induktivitätskomponente
des Motors 2 erzeugt werden, für das Gehör von Menschen nicht wahrnehmbar
sind. Allerdings kann, wie oben erwähnt, die Frequenz so gewählt werden,
dass sie für
Menschen wahrnehmbar ist, zum erzeugen einer Buzzer-Benachrichtigung.
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(Obere Grenze)
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- (3) Es ist vorzuziehen, dass die PWM-Frequenz maximal angesichts
von hochfrequentem Rauschen verringert wird.
- (4) Es ist vorzuziehen, dass die PWM-Frequenz maximal angesichts
der Hitzentwicklung des MOS-Transistors 7 verringert wird.
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2A und 2B zeigen die Änderung
jedes Signals bezüglich
der Änderung
der Temperatur T und des Stroms I des MOS-Transistors 7.
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2A zeigt
einen Fall, in dem der Motorstrom I relativ groß ist und die Temperatur T
einen Schwellenwert T1 aufgrund einer Zunahme der Temperatur der
Motorumgebung oder ähnlichem überschreitet,
so dass der MOS-Transistor 7 in
einen Überhitzungszustand
verfällt. 2B zeigt einen Fall, in
dem der Motor 2 teilweise in einen Überhitzungszustand verfällt und
der Strom I einen Schwellenwert I1 überschreitet, so dass der MOS-Transistor 7 in
einen Überstromzustand
verfällt.
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Zunächst werden in 2A die Ausgangssignale der Komparatoren 34 und 36 auf
einen L-Pegel gesetzt, und das Überhitzungszustandserfassungssignal
Sb und die Schaltsignale Sd und Se werden auf einen L-Pegel während einer
Zeitspanne (vor dem Zeitpunkt t1) gesetzt, wenn die Erfasste Temperatur T
kleiner ist als der Schwellenwert T1 ist. Daher wird die PWM-Frequenz
auf 19 kHz gesetzt, und nur der Widerstand 24 trägt zu dem
Gatewiderstand in der Ansteuerschaltung 15 bei. Danach
werden, wenn die erfasste Temperatur T den Schwellenwert T1 erreicht (Zeitpunkt
t1), das Überhitzungszustandserfassungssignal
Sb und die Schaltsignale Sd und Se auf einen H-Pegel gesetzt, die
PWM-Frequenz wird auf 5 kHz verringert und der Gatewiderstand in
der Ansteuerschaltung wird der Parallelwiderstand der Widerstände 24 und 25.
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Demzufolge werden die Anstiegszeit
tr und die Abfallzeit tf verkürzt,
und der Schaltungsverlust wird in Verbindung mit der Verringerung
der PWM-Frequenz verringert, so dass die Zunahme der Temperatur
des MOS-Transistors unterdrückt
wird. D. h., selbst wenn der MOS-Transistor in den Überhitzungszustand
fällt,
stoppt die Motorantriebsvorrichtung 1 weder unmittelbar
den Motor 2 noch verringert sie unmittelbar die Drehzahl
des Motors 2, sondern sie führt die Steuerung so aus, dass
die Motorspannung Vm höchstens
gleich der Sollmotorspannung Vr ist, und der MOS-Transistor 7 aus
dem Überhitzungszustand
geholt wird, wobei die Drehzahl des Motors beibehalten wird. Allerdings
kann sie, wenn die Temperatur T des MOS-Transistors 7 weiterhin zunimmt,
den Motor stoppen oder die Drehzahl davon verringern. Danach wird,
wenn die Tem peratur T auf den Schwellenwert T2 oder kleiner verringert wird,
die PWM-Frequenz auf 19 kHz gesetzt, und der Widerstand 24 trägt zu dem
Gatewiderstand in der Ansteuerschaltung 15 bei (Zeitpunkt
t2).
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Wenn der Motorstrom I den Schwellenwert
I1 in B2 erreicht, wird
das Überhitzungszustandserfassungssignal
Sb auf den H-Pegel gesetzt, unabhängig von der Ankunft der Temperatur
T bei dem Schwellenwert T1, so dass die PWM-Frequenz auf 5 kHz verringert
wird und der Gatewiderstand in der Ansteuerschaltung 15 gleich
dem parallelen Widerstand der Widerstände 24 und 25 ist
(Zeitpunkt t3). Das ist so, da die Wahrscheinlichkeit, dass der MOS-Transistor
in den Überhitzungszustand übergehen
wird, obwohl er noch nicht in dem Überhitzungszustand zum aktuellen
Zeitpunkt ist, unter der Bedingung hoch ist, dass der Strom I gleich
dem Schwellenwert I1 oder höher
ist. Das heißt,
das ist äquivalent der
Vorhersage, dass der MOS-Transistor in den Überhitzungszustand übergehen
wird. Demzufolge wird, der Schaltungsverlust verringert und die
Temperaturzunahme des MOS-Transistors 7 wird unterdrückt. Danach
wird, wenn der Strom I auf den Schwellenwert I2 verringert ist,
die PWM-Frequenz wieder auf 19 kHz eingestellt, und nur der Widerstand 24 trägt zu dem
Gatewiderstand in der Ansteuerschaltung 15 bei (Zeitpunkt
t4).
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Wie oben beschrieben ist die Motorsteuervorrichtung
der Ausführungsform
mit der Überhitzungserfassungsschaltung 16 ausgestattet
zum Erfassen des Überhitzungszustandes
des MOS-Transistors 7. Wenn der MOS-Transistor 7 aktuell
in den Überhitzungszustand übergeht
oder wenn der MOS-Transistor 7 in den Überhitzungszustand verfällt, wird
der Gatewiderstand der Ansteuerschaltung 15 verringert,
um die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf zum Schaltzeitpunkt
zu verkürzen
und weiter die PWM-Frequenz zu verringern.
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Dementsprechend kann der Schaltungsverlust
des MOS-Transistors 7 verringert
werden und ebenso kann der MOS-Transistor 7 aus
dem Überhitzungszustand
in einen Nichtüberhitzungszustand übergeführt werden
oder es kann verhindert werden, dass er in den Überhitzungszustand übergeht.
Ferner kann die angelegte Spannung (Drehzahl) des Motors 2 auf
einer Spannung gehalten werden, die dem Sollwert (der Solldrehzahl)
so gut wie möglich entspricht.
Daher besteht der Vorteil, dass ein sekundäres Problem, das durch die
Verringerung der Drehzahl des Motors 2 verursacht wird,
z. B. Verringerung der Kühlfähigkeit
des Kühlsystems,
kaum auftritt.
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Wenn die Anstiegszeit tr und die
Abfallzeit tf verkürzt
werden, würde
befürchtet
werden, dass unkontrolliertes Schwingen zum Schaltzeitpunkt intensiviert
wird und somit das Schaltrauschen (Hochfrequenzrauschen) erhöht wird.
Allerdings kann, da die PWM-Frequenz in Kombination mit dem Verkürzen der
Anstiegszeit tr und der Abfallzeit tf verringert wird, das Frequenzband
des Rauschens von dem hochfrequenten Band abweichen, und somit kann
Hochfrequenzrauschen maximal unterdrückt werden.
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Da die Überhitzungserfassungsschaltung 16 das Überhitzungszustandserfassungssignal
Sb mit der Hysteresecharakteristik ausgibt, kann das Phänomen (Nachlaufphänomen),
dass der Gatewiderstand der Ansteuerschaltung 15 und die
PWM-Frequenz häufig
geschaltet werden, unterdrückt
werden und die stabile Ansteueroperation kann durchgeführt werden.
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Die PWM-Steuerschaltung 14 führt die
Regelung aus, so dass die erfasste Motorspannung Vm mit der Sollmotorspan nung
Vr übereinstimmt.
Daher kann, selbst wenn die Stromversorgungsspannung VB geändert wird,
die Sollspannung an den Motor 2 angelegt werden.
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[2. Ausführungsform]
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Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die Schaltung in 4 beschrieben. In 4 werden dieselben Elemente wie in 1 durch dieselben Bezugszeichen
dargestellt. Eine Motorsteuervorrichtung 38, wie sie in 4 gezeigt ist, unterscheidet
sich von der Motorsteuervorrichtung 1, wie sie in 1 gezeigt ist, durch den
Aufbau der Überhitzungserfassungsschaltung 39.
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Die Überhitzungserfassungsschaltung 39 ist mit
einer Stromversorgungsspannungserfassungsschaltung 40 ausgestattet
(entspricht der Stromversorgungsspannungserfassungseinheit) zum
Teilen der Stromversorgungsspannung VB, die in den Anschluss 1a eingegeben
wird und zum Erfassen der so geteilten Spannung. Die Spannung Vb entspricht
der Stromversorgungsspannung VB und wird in den nichtinvertierenden
Eingangsanschluss des Komparators 36 eingegeben, und die
Schwellenwertspannungen Vb1, Vb2 werden in den invertierenden Eingangsanschluss
des Komparators 36 eingegeben. Die Schwellenwertspannungen
Vb1, Vb2 entsprechen den Stromversorgungsspannungen VB1, VB2 (VB1 > VB2). Die Motorsteuervorrichtung 38 kann
zum Überstromschutz
mit einer Stromerfassungsschaltung zum Erfassen des Stroms ausgestattet
sein, der in den MOS-Transistor 7 fließt.
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Es gibt eine allgemeine Tendenz,
dass, wenn die Stromversorgungsspannung höher ist, der Schaltverlust
des MOS-Transistors erhöht
ist. Gemäß der Motorsteuervorrichtung 38 dieser
Ausführungsform
wird das Überhitzungszustandserfassungssignal
Sb ebenso auf den H-Pegel einge stellt, um den Gatewiderstand der
Ansteuerschaltung 15 zu verringern und die Anstiegszeit
tr und die Abfallzeit tf zum Schaltungszeitpunkt zu verringern,
um dadurch die PWM-Frequenz weiter nicht nur in dem Fall zu verringern,
in dem der Überhitzungszustand
des MOS-Transistors erfasst ist, sondern ebenso in dem Fall, in
dem die Stromversorgungsspannung VB, die von der Batterie 3 zugeführt wird,
gleich dem Schwellenwert VB1 oder mehr ist.
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Wie oben beschrieben, wird in dem Überhitzungsvorstadium,
in dem die Wahrscheinlichkeit, dass der MOS-Transistor 7 in den Überhitzungszustand übergeht,
hoch ist, der Verlust des MOS-Transistors 7 verringert,
und somit kann verhindert werden, dass der Übergang zur Überhitzung
aufgrund der Zunahme der Stromversorgungsspannung VB auftritt. Der
weitere Betrieb und die Wirkungsweise sind wie in der ersten Ausführungsform.
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[3. Ausführungsform]
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5 zeigt
den elektrischen Aufbau einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Dieselben Elementkomponenten wie in 1 sind mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet. Die in 5 gezeigte
Motorsteuervorrichtung 41 unterscheidet sich von der Motorsteuervorrichtung 1,
wie sie in 1 gezeigt
ist, beim Aufbau der Überhitzungserfassungsschaltung 42.
Das heißt,
die Überhitzungserfassungsschaltung 42 ist
mit einer Tastverhältniserfassungsschaltung 43 ausgestattet
zum Erfassen des Tastverhältnisses
des PWM-Signals Sc. Die Spannung Vd, die einem Tastverhältnis entspricht,
wird in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 36 eingegeben,
und die Schwellenwertspannungen Vd1, Vd2 werden in den invertierenden Eingangsanschluss
des Komparators 36 eingegeben. Die Schwellenwertspannungen
Vd1, Vd2 entsprechen den Tastverhältnisses D1, D2 (D1 > D2). Die Motorsteuervor richtung 41 kann
zum Schutz vor Überstrom
mit einer Stromerfassungsschaltung ausgestattet sein zum Erfassen
des Storms, der in dem MOS-Transistor 7 fließt.
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Es gibt eine allgemeine Tendenz,
dass, wenn das Tastverhältnis
größer ist,
der Verlust des MOS-Transistors erhöht ist. Entsprechend der Motorsteuervorrichtung 41 wird
das Überhitzungszustandserfassungssignal
Sb auf den H-Pegel gesetzt, um den Gatewiderstand der Ansteuerschaltung 15 zu verringern,
und die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf zum Schaltzeitpunkt
zu verringern, wodurch die PWM-Frequenz nicht nur in dem Fall, in
dem der Überhitzungszustand
des MOS-Transistors 7 erfasst ist, weiter verringert wird,
sondern auch in dem Fall, in dem das Tastverhältnis des PWM-Signals Sc gleich
dem Schwellenwert D1 oder mehr ist.
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Wie oben beschrieben, wird der Verlust
des MOS-Transistors 7 in
dem Überhitzungsvorstadium verringert,
in dem die Wahrscheinlichkeit, dass der MOS-Transistor 7 in
den Überhitzungszustand übergeht,
hoch ist, und somit wird der Übergang
in den Überhitzungszustand
aufgrund der Zunahme der Stromversorgungsspannung VB verhindert.
Der restliche Betrieb und die Wirkungsweise sind gleich der ersten
Ausführungsform.
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[Andere Ausführungsformen]
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf obige Ausführungsformen
beschränkt,
die mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurden, und folgende Modifikationen
oder Erweiterungen können
vorgenommen werden.
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Zum Beispiel kann, um den Ansteuerzustand des
MOS-Transistors 7 zu ändern, um
die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf zu steuern, ein Verfahren des
Veränderns
der Stromsteuerfähigkeit
der Gegentaktschaltungen 23 oder des Änderns der Gatesspannung anstatt
der Änderung
des Gatewiderstandes angenommen werden. Ferner wird in jeder der oben
beschriebenen Ausführungsformen
der Ansteuerzustand der Ansteuerschaltung 15 in zwei Stufen geändert durch
den Anschlussstil der Gatewiderstände 24, 25,
allerdings kann dieser in drei Stufen geändert werden. Ferner kann in
jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der Aufbau zum
Verringern der PWM-Frequenz wenn erforderlich hinzugefügt werden.
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Der Temperatursensor 33 oder
die Stromerfassungsschaltung 35 kann in der ersten Ausführungsform
Anwendung finden, der Temperatursensor 33 oder die Stromversorgungsspannungserfassungsschaltung 40 kann
in der zweiten Ausführungsform
verwendet werden und der Temperatursensor 33 oder die Tastverhältniserfassungsschaltung 43 kann
in der dritten Ausführungsform
verwendet werden.
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Die Regelung um die Motorspannung
Vm mit der Soll-Motorspannung
Vr in Übereinstimmung
zu bringen, kann entsprechend einer Situation ausgeführt werden,
dass die Änderung
der Stromversorgungsspannung VB groß ist oder Ähnliches. Das Anweisungssignal
Sa kann direkt das Tastverhältnis
des PWM-Signals S anweisen ohne die Motorspannung vorzugeben.
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In der dritten Ausführungsform
kann, wenn das Anweisungssignal Sa direkt das Tastverhältnis des
PWM-Signals Sc anweist, das Anweisungssignal Sa (ein Signal, das
in die Spannung konvertiert wird, die dem Tastverhältnis entspricht)
direkt in den Komparator 36 eingegeben werden.
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Das Halbleiterschaltelement muss
kein MOS-Transistor sein, sondern kann ebenso ein Bipolartransistor
oder ähnliches
sein.
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Der Motor 2 ist nicht auf
einen Ventilatormotor für
einen Wärmetauscher
in einem Kühlsystem
für ein
Fahrzeug beschränkt.
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Die Beschreibung der Erfindung ist
lediglich beispielhaft und somit sind Änderungen, die nicht vom Wesen
der Erfindung abweichen im Schutzbereich der Erfindung. Solche Änderungen
sollen nicht als abweichend von dem Wesen und dem Schutzbereich
der Erfindung erachtet werden.