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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Motorsteuervorrichtung zur Steuerung eines Versorgungsstroms
eines Motors durch Ein-/Ausschalten einer Halbleiterschaltvorrichtung.
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Um Geräusche und den Energieverbrauch bei
einer Vorrichtung zur Steuerung eines Gebläsemotors zu verringern, der
beispielseweise in dem Motorkühlsystem
eines Kraftfahrzeuges verwendet wird, wird ein Steuermodul mit Pulsbreitenmodulation (PWM)
verwendet, um eine kontinuierliche oder proportionale Steuerung
der Drehzahl des Gebläsemotors
durchzuführen.
Wenn ein überhoher
Strom aufgrund eines Blockierzustandes des Gebläsemotors oder eines Kurzschlusses
auftritt, ist es sehr wahrscheinlich, daß eine Halbleiterschaltvorrichtung
in dem PWM-Steuermodul aufgrund von Überhitzung beschädigt oder
zerstört
wird.
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Als übliche Lösung wird daher ein Überstrom-Schutzschaltkreis
vorgesehen, der in der Lage ist, mit einem derartigen Überstrom
umzugehen. Wenn die Halbleiterschaltvorrichtung in einen Zustand
des kontinuierlichen Abgeschaltetseins gebracht wird, nachdem der überhohe
Strom erkannt worden ist, wird jedoch auch der Gebläsemotor
in einen Nicht-Drehzustand versetzt, was wiederum einen nachteiligen
Einfluß auf
die Funktion der Motorkühlung
hat. Um dieses Problem zu umgehen wurde bereits eine Motorsteuervorrichtun
vorgeschlagen, welche eine Mehrzahl von Überstrom-Schutzfunktionen hat.
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Beispielsweise wird ein Schaltkreis
vorgesehen, mit dem ein begrenzter Stromzustand geschaffen wird,
um den durch den Gebläsemotor
fließenden Strom
auf einen bestimmten Wert zu bechränken, so daß keine starke Hitze erzeugt
wird, welche den Durchbruch oder Zusammenbruch der Halbleiterschaltvorrichtung
bewirken würde,
wenn ein überhoher
Strom aufgrund eines Blockierzustandes des Gebläsemotors oder eines anderen
Grundes auftritt, wobei eine fortlaufende Zufuhr von Strom durch
den Gebläsemotor
beibehalten wird. Ein Beispiel findet sich in dem japanischen Patent
Nr. 3,102,355 (Patentdokument 1).
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Zusätzlich wird ein weiterer Schaltkreis
verwendet, um intermittierend den Ausgang des PWM-Steuermoduls fortzuführen, wenn
ein überhoher
Strom fließt.
Dieser Schaltkreis ist dafür
ausgelegt, eine Steuerkonfiguration bereitzustellen, bei der der
durch den Gebläsemotor
fließende
Strom in einen unterdrückten
Zustand versetzt wird, wenn ein überhoher
Strom erkannt wird. In diesem Stromunterdrückungszustand wird die Temperatur
innerhalb des PWM-Steuermoduls überwacht.
Wenn die Temperatur innerhalb des PWM-Steuermoduls einen oberen
Grenzwert übersteigt,
wird der Ausgang vom PWM-Steuermodul einmal unterbrochen. Wenn die Temperatur
innerhalb des PWM-Steuermoduls später niedriger als der vorabgesetzte
Wert wird, wird das PWM-Steuermodul
wieder in den Ausgangszustand zurückversetzt. Diese Vorgänge werden
wiederholt durchgeführt,
bis wieder ein normaler Zustand wiederhergestellt worden ist; offenbart
ist dies in der japanischen Patentoffenlegung Nr. HEI9 284,999 (Patentdokument
2).
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Die Steuerung gemäß dem genannten Patentdokument
1 ist wirksam beim Beibehalten des Betriebs des Gebläsemotors
und der Verhinderung des Durch- oder Zusammenbruchs der Halbleiterschaltvorrichtung.
Da die Stromleitung durch den Gebläsemotor fortgeführt wird,
ist es jedoch sehr wahrscheinlich, daß ein Lagen-Kurzschluß in dem
Gebläsemotor
abhängig
von der Lage des Grunds des überhohen
Stroms erzeugt wird.
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Im Fall der Steuerung gemäß Patentdokument
2 wird eine Überstrom-Schutzmaßnahme durchgeführt, in
dem der durch den Gebläsemotor fließende Strom
und die Temperatur im Inneren des PWM-Steuermoduls gleichzeitig
durchgeführt
werden. Somit entsteht insbesondere eine unvermeidliche Zeitverzögerung bei
dem Vorgang, den Ausgang des PWM-Steuermoduls
zu unterbinden, wenn die Temperatur im Inneren des PWM-Steuermoduls
den oberen Grenzwert übersteigt.
Wenn eine derartige Zeitverzögerung
auftritt, kann die Temperatur im Inneren des PWM-Steuermoduls sehr
wahrscheinlich aufgrund eines Kurzschlusses. stark ansteigen, der in
dem Gebläsemotor
erzeugt wird, oder aus einem anderen Grund. Die Unfähigkeit
mit einem derart starken Anstieg der Temperatur umzugehen, senkt die
Zuverlässigkeit
beim Schutz der Motorsteuervorrichtung und des Motors selber.
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Es ist somit Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, unter Berücksichtigung
der genannten Probleme eine Motorsteuervorrichtung zu schaffen zur Steuerung
eines Motors als eine Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Betrieb
oder Vorgang durchzuführen,
bei dem die Vorrichtung selbst und der Motor vor Schäden geschützt werden,
welche durch Hitze erzeugt werden, welche wiederum durch einen überhohen
Strom erzeugt wird, wobei ein hoher Grad von Zuverlässigkeit
gefordert ist, wenn der überhohe Strom
fließt,
wobei der Betriebszustand des Motors beibehalten wird.
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Die vorliegende Erfindung schafft
eine Motorsteuervorrichtung zur Steuerung eines Motors mit einem Überstromschutzschaltkreis,
wobei ein Zeitgeberbetrieb wiederholt durchgeführt wird, nachdem ein Strom
erkannt wird, der mit einer Größe überhalb eines
bestimmten Schwellenwertes durch den Motor fließt. Bei dem Zeitgeberbetrieb
wird, nachdem ein Anormalitätserkennungssignal zum
Unterbinden des Betriebs eines Treiberschaltkreises während einer EIN-Zeitdauer
unterbrochen worden ist, welche vorab gesetzt worden ist, das Anormalitätserkennungssignal
während
einer Aus-Zeitdauer ausgegeben, welche vorab gesetzt worden ist.
Mit anderen Worten, der Treiberschaltkreis unterbricht den Betrieb
einer Halbleiterschaltvorrichtung während der AUS-Zeitdauer, führt jedoch
den Betrieb der Halbleiterschaltvorrichtung während der EIN-Zeitdauer durch.
In Begleitung mit diesen Vorgängen
steigt die Temperatur der Halbleitervorrichtung während einer durchgeführten Antriebszeitdauer
oder -periode an, nimmt jedoch während
einer unterbrochenen Antriebszeitdauer ab, wobei schließlich eine
Sättigung auf
einen bestimmten Wert erfolgt.
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Zusätzlich wird während einer
Zeitdauer, in der die obigen Betriebsabläufe des Zeitgebers durchgeführt werden,
d. h., während
einer Zeitdauer eines Überstromschutzvorganges
eine Steuerung durchgeführt,
um die AUS-Zeitdauer
relativ länger
im Vergleich zu der EIN-Zeitdauer um einen derartigen Unterschied
zu machen, je größer dieser
Unterschied wird, um so größer der überhohe
Strom ist, der durch den Motor fließt. Insbesondere, wenn der
durch den Motor fließende
Strom ansteigt, steigt auch das Verhältnis der AUS-Zeitdauer zu
der EIN-Zeitdauer an. Somit kann während der Zeitdauer während der
der Überstromschutzvorgang
durchgeführt
wird, die Sättigungstemperatur,
bei der der Anstieg der Temperatur in der Halbleitervorrichtung
in den Sättigungsbereich
gerät,
auf einen relativ niedrigen Wert gedrückt werden, selbst wenn der
durch den Motor fließende Strom
ansteigt.
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Im Ergebnis kann die Sättigungstemperatur, die
durch den Überstromschutzvorgang
erzeugt wird, auf einen Wert gedrückt werden, bei welchem es möglich ist,
die Funktion der Halbleiterschaltvorrichtung beizubehalten, ungeach tet,
ob der durch den Motor fließende
Strom hoch oder niedrig ist. Somit kann die Zuverlässigkeit
des Überstromschutzvorganges
erhöht
werden. Zusätzlich
kann beim Betrieb der Überstromschutzfunktion
der Betriebszustand des Motors beibehalten werden, wenn auch intermittierend.
Somit ist die vorliegende Erfindung für Anwendungsfälle geeignet,
bei denen der Betrieb des Motors beibehalten werden muß, selbst
wenn die Überstromschutzfunktion
durchgeführt
wird.
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Weitere Einzelheiten, Aspekte und
Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der
folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 den
detaillierten Schaltkreisaufbau eines Überstromschutzschaltkreises
in der ersten Ausführungsform;
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3 einen
detaillierten Schaltkreisaufbau eines Eingangssignal-Wandlerschaltkreises
in der ersten Ausführungsform;
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4 ein
Zeitdiagramm von Signalwellenformen, welche an verschiedenen Meßpunkten
in der ersten Ausführungsform
auftreten;
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5A und 5B Zeitdiagramme von Temperaturänderungen
in der ersten Ausführungsform;
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6 ein
Blockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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7 den
detaillierten Schaltkreisaufbau eines Überstromschutzschaltkreises
in der zweiten Ausführungsform;
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8 ein
Zeitdiagramm von Signalwellenformen, welche an verschiedenen Meßpunkten
in der zweiten Ausführungsform
auftreten; und
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9 ein
Zeitdiagramm einer Stromänderung
in der zweiten Ausführungsform.
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Die vorliegende Erfindung wird unter
Bezugnahme auf Ausführungsformen
hiervon beschrieben, wobei die Motorsteuervorrichtung exemplarisch
bei einem elektrisch angetriebenen Gebläsesystem angewendet wird, das
als Kühlgerät für den Motor
eines Kraftfahrzeuges verwendet wird.
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(Erste Ausführungsform)
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Bezugnehmend auf 1, so dient ein Gleichstrommotor 1 als
Antrieb für
ein Lüftergebläse (nicht
gezeigt), mit welchem ein Motorkühlmittel
heruntergekühlt
wird, welches durch das Innere eines Wärmetauschers, beispielsweise
durch einen Radiator, fließt.
Eine Motorsteuervorrichtung 2 steuert die Drehzahl des
Motors 1. Eine Batterie 3 liefert Energie an die
Motorsteuervorrichtung 2 über einen Zündschalter (nicht gezeigt).
Es sei festzuhalten, daß bei manchen
Ausgestaltungen die Batterie 3 die Leistung direkt an die
Motorsteuervorrichtung 2 liefert.
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Die an dem Motor 1 anliegende
Spannung bestimmt die Drehzahl des Gebläses. Die Motorsteuervorrichtung 2 stellt
den Spannungspegel durch Verwendung einer Pulsbreitenmodulation
(PWM) ein, d.h. durch ein Steuerverfahren, mit dem der Ausgang der
Batterie an den Motor 1 geschaltet angelegt wird. Die Motorsteuervorrichtung 2 hat
eine Ausgestaltung, bei der ein Spannungsbefehlssignal Vc von einer
elektronischen Steuereinheit (ECU) 4 für eine Motorsteuerung (E/G)
empfangen wird. Das Spannungsbefehlssignal Vc ist ein Ausgangspegel-Befehlssignal,
welches den Spannungspegel anfordert, der an den Motor 1 auszugeben
ist. Es sei festzuhalten, daß Signale
jeweils zwischen der Motorsteuerungs-ECU 4 und der Motorsteuervorrichtung 2 über eine
Impulsverbindung ausgetauscht werden. Somit ist das Spannungsbefehlssignal
Vc ein Impulszugsignal.
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Die Motorsteuerungs-ECU 4 hat
einen bekannten Aufbau zum Durchführen von Vorgängen, mit
denen der Motor auf der Grundlage einer Vielzahl von Signalen gesteuert
wird, welche von Sensoren als für
diese Betriebsabläufe
notwendige Signale eingegeben werden. In diesem Fall verarbeitet
die Motorsteuerungs-ECU 4 die Sensorsignale unter einer Bedingung,
welche vorab festgesetzt worden ist, um das Spannungsbefehlssignal
Vc zu erzeugen, welches notwendig ist, um die Motorkühlmittelflüssigkeit auf
einem Zielsteuerwert zu halten und liefert dann dieses Spannungsbefehlssignal
Vc an die Motorsteuervorrichtung 2. Es sei festzuhalten,
daß die
Sensorsignale Signale beinhalten, welche von einem Temperatursensor
zur Erkennung der Temperatur des Motorkühlmittels, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
und einem A/C-Schalter empfangen worden sind.
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Die Motorsteuervorrichtung 2 hat
einen n-Kanal-Leistungs MOSFET 5, der als Halbleiterschaltvorrichtung
zur Durchführung
der PWM-Steuerung dient. Der MOSFET 5 in einem Zustand
EIN bildet eine Verbindung eines Leitfähigkeitspfades von der Batterie 3 zu
dem Motor 1 über
einen Glättungsschaltkreis 6.
Es sei festzuhalten, daß der
Glättungsschaltkreis 6 auch
als eine Vorrichtung dient, um Übertragungsrauschen
zu unterdrücken,
welches bei den Schaltvorgängen
zum Schalten des MOSFET 5 erzeugt wird. Eine Freilaufdiode 7 ist
zwischen die Eingangsanschlüsse
des Motors 1 als eine Vorrichtung zum Absorbieren einer
elektromotorischen Gegenkraft geschaltet.
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Um den MOSFET 5 zu betreiben
und um die Motorsteuervorrichtung 2 und den Motor 1 vor
Beschädigungen
aufgrund von Hitze zu schützen,
welche durch einen überhohen
Strom erzeugt wird, der durch den Motor 1 fließt, ist
die Motorsteuervorrichtung 2 mit internen Schaltkreisen
versehen, welche unter anderem einen Eingangssignal-Wandlerschaltkreis 8,
einen Signalverarbeitungsschaltkreis 9, einen Motorspannungserkennungsschaltkreis 10,
einen Oszillatorschaltkreis 11, einen Treiberschaltkreis 12 und
einen Überstromschutzschaltkreis 13 umfassen.
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Der Eingangssignal-Wandlerschaltkreis 8 wirkt
als Eingabeschnittstelle zum Umwandeln des Impulszug-Spannungsbefehlssignales
Vc von der Motorsteuerungs-ECU 4 in ein Gleichspannungssignal
Vb und zu dessen Zufuhr an dessen Signalverarbeitungsschaltkreis 9.
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Der Motorspannungserkennungsschaltkreis 10 erkennt
eine zwischen den Anschlüssen
des Motors 1 anliegende Spannung und liefert ein Spannungserkennungssignal,
welches die erkannte Spannung wiedergibt, an den Signalverarbeitungsschaltkreis 9 und
den Überstromschutzschaltkreis 13.
Im Fall des Betriebs des Motors 1 durch die PWM-Steuerung
steigt und fällt
die Spannung zwischen den Anschlüssen
des Motors 1 abhängig
von den EIN- und AUS- Zuständen des
MOSFET 5 steil an bzw. ab. Anstelle der Erkennung derartiger
scharfer Spannungsänderungen
beinhaltet der Aufbau der Motorsteuervorrichtung 2 den
Glättungsschaltkreis 6 zum
Anlegen einer sich sanft ändernden
Spannung, welche von dem Motorspannungserkennungsschaltkreis 10 erkannt
wird, zwischen den Anschlüssen
des Motors 1.
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Der Oszillatorschaltkreis 11 erzeugt
ein Referenztaktsignal mit einer bestimmten Frequenz und liefert
dieses Signal an den Signalverarbeitungsschaltkreis 9 und
den Überstromschutzschaltkreis 13.
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Der Signalverarbeitungsschaltkreis 9 hat
bekannten Aufbau, wie er zur Erzeugung eines PWM-Signals mit einer
Impulszugwellenform auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses
zwischen dem Gleichspannungssignal Vb mit dem Spannungserkennungssignal
verwendet wird, welches von dem Motorspannungserkennungsschaltkreis 10 zurückgekoppelt
wird und dem Referenztaktsignal, welches vom Oszillatorschaltkreis 11 erzeugt
wird. Dieser Aufbau wird verwendet, das PWM-Signal dem Treiberschaltkreis 12 und
dem Überstromschutzschaltkreis 13 zuzuführen. Wie
oben erwähnt,
wird das Gleichspannungssignal Vb von der Motorsteuerungs-ECU 4 über den
Eingangssignal-Wandlerschaltkreis 8 empfangen, wobei das
Spannungserkennungssignal die Spannung wiedergibt, welche zwischen
den Eingangsanschlüssen
des Motors 1 anliegt.
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Der Treiberschaltkreis 12 verstärkt das PWM-Signal
zur Erzeugung eines Spannungssignales und legt dieses Spannungssignal
zwischen Gate und Source des MOSFET 5 an, um den MOSFET 5 EIN
und AUS zu schalten. Somit führt
der geschaltete MOSFET 5 an dem Motor 1 einen
PWM-Betriebsvorgang durch. Im Ergebnis dieses PWM-Betriebsvorganges
am Motor 1 kann die mittlere Spannung der an dem Motor 1 anliegenden
Spannung dazu verwendet werden, den Motor 1 zu steuern,
der somit mit einer veränderlichen
Drehzahl betrieben werden kann.
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Der Überstromschutzschaltkreis 13 ist
ein Schaltkreis für
einen Schutz des Motors 1 und der Motorsteuervorrichtung 2 gegenüber Beschädigungen
aufgrund von Hitze, welche durch einen überhohen Strom erzeugt wird,
der durch den Motor 1 aufgrund eines Blockierens des Motors 1 oder
eines Kurzschlusses einer Lastverkabelung erzeugt wird, indem ein
derartiger Strom erkannt wird.
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Der Überstromschutzschaltkreis 13 ist
genauer in 2 gezeigt.
Der Überstromschutzschaltkreis 13 empfängt eine
Spannung, welche zwischen Drain und Source des MOSFET 5 anliegt,
zusätzlich zu
den obengenannten Eingangssignalen, d.h. dem PWM-Signal, das vom
Signalverarbeitungsschaltkreis 9 erzeugt wird, dem Spannungserkennungssignal,
welches von dem Motorspannungserkennungsschaltkreis 10 erzeugt
wird und dem Referenztaktsignal, welches vom Oszillator 11 erzeugt
wird. Die zwischen Drain und Source des MOSFET 5 anliegenden
Spannung wird nachfolgend aus Gründen
der Einfachheit als Drainspannung bezeichnet. Der Überstromschutzschaltkreis 13 erkennt
einen Laststrom, der durch den Motor 1 fließt, auf
der Grundlage der am MOSFET 5 während einer Zeitdauer der, zu
der der MOSFET in einem Zustand EIN ist, anliegenden Drainspannung.
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Ein erster Überstromerkennung-Schwellenwertspannungssetzschaltkreis 14,
der das Spannungserkennungssignal empfängt, welches von dem Motorspannungserkennungsschaltkreis 10 erzeugt wird,
gibt eine erste Schwellenwertspannung Vth1 aus, welche auf einen
relativ kleinen Wert für
einen Bereich höherer
Pegel des Spannungserkennungssignales gesetzt wird. Ein erster Komparator 15 vergleicht
die erste Schwellenwertspannung Vth1 mit der Drainspannung und erzeugt
einen Ausgang in Form eines Signales, welches auf hohem Pegel liegt, wenn
die Drainspannung die erste Schwellenwertspannung Vth1 übersteigt.
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Ein zweiter Überstromerkennungs-Schwellenwertspannungssetzschaltkreis 16,
der das Spannungserkennungssignal erhält, das von dem Motorspannungserkennungsschaltkreis 10 erzeugt
wird, gibt eine zweite Schwellenwertspannung Vth2 aus, welche für einen
Bereich höherer
Werte des Spannungserkennungssignales auf einen relativ niedrigen Wert
gesetzt ist. Jedoch wird die zweite Schwellenwertspannung Vth2 auf
einen höheren
Wert als die erste Schwellenwertspannung Vth1 gesetzt, nämlich um
einen bestimmten Unterschied. Ein zweiter Komparator 17 vergleicht
die zweite Schwellenwertspannung Vth2 mit der Drainspannung und
erzeugt ein Ausgangssignal auf hohem Pegel, wenn die Drainspannung
die zweite Schwellenwertspannung Vth2 übersteigt.
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Der Ausgang des ersten Komparators 15 ist über einen
NPN-Bipolartransistor 15a auf Masse gelegt. Genauer gesagt,
der Kollektor des NPN-Bipolartransistors 15a ist mit dem
Ausgang des ersten Komparators 15 verbunden und der Emitter
des NPN-Bipolaren Transistors 15a ist mit Masse verbunden. Der
Ausgang des zweiten Komparators 17 ist über einen NPN-Bipolaren Transistor 17a mit
Masse verbunden. Hierbei ist der Kollektor des NPN-Bipolaren Transistors 17a mit
dem Ausgang des zweiten Komparators 17 verbunden und der
Emitter des NPN-Bipolaren Transistors 17a ist mit Masse
verbunden.
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Die Basen der NPN-Bipolaren Transistoren 15a und 17a empfangen
einen Signalausgang von einem Inverterschaltkreis 18 als
Ergebnis der Umwandlungen des PWN-Signals, welches vom Signalverarbeitungsschaltkreis 9 erzeugt
worden ist. Wenn somit das PWN-Signal auf niedrigem Pegel ist, d.h. während einer
Zeitdauer, in der der MOSFET 5 im Zustand AUS ist, sind
der NPN-Bipolare Transistor 15a und der NPN-Bipolare Transistor 17a eingeschaltet
und die EIN-Zustände
der NPN-Bipolaren Transistoren 15a und 17a ziehen
zwangsweise die Ausgänge
des ersten Komparators 15 und des zweiten Komparators 17 auf
niedrigen Pegel.
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Während
einer Zeitdauer, in der der MOSFET 5 im Zustand EIN ist,
wird andererseits der Ausgang des ersten Komparators 15 abhängig vom
Vergleichsergebnis gesetzt. Genauergesagt, wenn der Pegel des Laststroms,
der durch den MOSFET 5 fließt, einen ersten Überstrompegel
entsprechend der ersten Schwellenwertspannung Vth1 übersteigt, gibt
der erste Komparator 15 ein Signal auf hohem Pegel aus. Ähnlich wird
während
der Zeitdauer, während
der der MOSFET 5 im Zustand EIN ist, der Ausgang des zweiten
Komparators 17 abhängig
vom Vergleichsergebnis gesetzt. Genauer gesagt, wenn der Pegel eines
Laststroms, der durch den MOSFET 5 fließt, einen zweiten Überstrompegel
entsprechend der zweiten Schwellenwertspannung Vth2 übersteigt, gibt
der zweite Komparator 17 ein Signal auf hohem Pegel aus.
Die zweite Schwellenwertspannung Vth2 ist auf einen höheren Pegel
als die erste Schwellenwertspannung Vth1 gesetzt.
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Während
einer Zeitdauer, während
der der MOSFET 5 im Zustand AUS ist, wird der Anstieg der Drainspannung
bei den Abläufen
ignoriert, welche vom ersten Komparator 15 und zweiten
Komparator 17 durchgeführt
werden, welche einen überhohen Strom
erkennen, der durch den MOSFET 5 fließt. Während der Zeitdauer, während der
der MOSFET 5 im Zustand EIN ist, gibt andererseits der
erste Komparator 15 ein Signal auf hohem Pegel abhängig von dem
Laststrom aus, der durch den MOSFET 5 fließt und den
ersten Überstrompegel
entsprechend der ersten Schwellenwertspannung Vth1 übersteigt. Ähnlich gibt
während
der Zeitdauer, in der der MOSFET 5 im Zustand EIN ist,
der zweite Komparator 17 ein Signal auf hohem Pegel abhängig von
dem Laststrom aus, der durch den MOSFET 5 fließt und den zweiten Überstrompegel
entsprechend der zweiten Schwellenwertspannung Vth2 übersteigt.
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Das Referenztaktsignal, welches von
dem Oszillatorschaltkreis 11 erzeugt wird, wird einem Takt-Anschluß CK eines
ersten EIN-Zeitgebers 19 und einem Takt-Anschluß CK eines
ersten AUS-Zeitgebers 20 eingegeben. Der erste EIN-Zeitgebers 19 hat
einen Aufbau, um einen ersten EIN-Zeitgeberbetrieb zu beginnen,
mit welchem die Anzahl vom Impulsen während einer EIN-Zeitdauer t1
an der steigenden Flanke eines Signales zu zählen ist, welches einem Triggeranschluß T zugeführt wird.
Wenn der Betrieb des ersten EIN-Zeitgebers beendet ist, gibt der
erste EIN-Zeitgeber 19 ein Signal mit hohem Pegel an seinem
Ausgangsanschluß Q
aus. Die gezählten
Pulse sind ein Signal, welches als Ergebnis der Teilung der Frequenz
des Referenztaktsignales erzeugt worden ist.
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Auf ähnliche Weise hat der erste
AUS-Zeitgeber 20 einen Aufbau zum Beginn eines Betriebs des
ersten AUS-Zeitgebers zum Zählen
der Anzahl von Pulsen während
einer AUS-Zeitdauer t2, die hierin gesetzt ist, an der steigenden
Flanke eines Signales, welches einem Triggeranschluß T zugeführt wird. Wenn
der Betrieb des ersten AUS-Zeitgebers beendet ist, gibt der erste
AUS-Zeitgeber 20 ein Signal mit hohem Pegel von einem Ausgangsanschluß Q aus. Die
gezählten
Impulse sind ein Signal, welches als Ergebnis der Teilung der Frequenz
des Referenztaktsignales erzeugt worden ist.
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Es sei festzuhalten, daß der erste
EIN-Zeitgeber 19 und der erste AUS-Zeitgeber 20 jeweils
einen Disable-Anschluß N
haben. Wenn ein Signal mit hohem Pegel diesem Disable-Anschluß N zugeführt wird,
werden die ersten EIN- und
AUS-Zeitgeberbetriebe unterbunden. Die Disable-Anschlüsse N sowohl
des ersten EIN-Zeitgebers 19 als auch des ersten AUS-Zeitgebers 20 sind
mit dem Ausgangsanschluß 19 des
zweiten Komparators 17 verbunden.
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In dem ersten Ein-Zeitgeber 19 ist
der Trigger-Anschluß T
mit dem Ausgangsanschluß des
ersten Komparators 15 verbunden und der Ausgangsanschluß Q ist
mit einem Setzeingangsanschluß S
eines R-S-Flip/Flop-Schaltkreises verbunden, der als erster Zwischenspeicherschaltkreis 21 ("latch") verwendet wird.
Wenn somit der erste Komparator 15 einen überhohen
Strom erkennt, beginnt der erste EIN-Zeitgeber 19 seinen ersten
EIN-Zeitgeberbetrieb während
der EIN-Zeitdauer t1. Wenn der erste EIN-Zeitgeberbetrieb beendet
ist, wird der erste Zwischenspeicherschaltkreis 21 gesetzt,
um den Überstromzustand
zwischenzuspeichern.
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In einem stabilen oder eingeschwungenen Zustand,
in welchem der erkannte Überstromzustand von
dem ersten Zwischenspeicherschaltkreis 21 freigegeben worden
ist, gibt der erste Zwischenspeicherschaltkreis 21 ein
Signal aus, welches auf niedrigem Pegel ist. Wenn jedoch der erkannte Überstromzustand
in dem ersten Zwischenspeicherschaltkreis 21 zwischengespeichert
ist, gibt der erste Zwischenspeicherschaltkreis 21 ein
Signal mit hohem Pegel als Anormalitätserkennungssignal aus. Das
von dem ersten Zwischenspeicherschaltkreis 21 ausgegebene
Signal wird dem Triggeranschluß T
des ersten AUS-Zeitgebers 20 zugeführt. Dieses Signal wird auch
dem Treiberschaltkreis 12 und dem Eingangssignal-Wandlerschaltkreis 8 über ODER-Gatter 22a bzw. 22b zugeführt. Der
Ausgangsanschluß Q
des ersten AUS-Zeitgebers 20 ist mit dem Reset-Eingangsanschluß R des
ersten Zwischenspeicherschaltkreises 21 verbunden.
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Wenn somit der erste Zwischenspeicherschaltkreis 21 gesetzt
wird und das Anormalitätserkennungssignal
ausgibt, beginnt der erste AUS-Zeitgeber 20 mit dem ersten
AUS-Zeitgeberbetrieb während
der AUS-Zeitdauer t2. Wenn der erste AUS-Zeitgeberbetrieb beendet
ist, wird der erste Zwischenspeicherschaltkreis 21 zurückgesetzt,
um den erkannten Überstromzustand
aufzuheben.
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Das Referenztaktsignal, welches von
dem Oszillatorschaltkreis 11 erzeugt wird, wird auch einem
Taktanschluß CK
eines zweiten EIN-Zeitgebers 23 und einem Taktanschluß CK eines
zweiten AUS-Zeitgebers 24 zugeführt. Der zweite EIN-Zeitgeber 23 hat
einen Aufbau, mit welchem er einen zweiten Zeitgebervorgang beginnt,
um die Anzahl von Impulsen während
einer EIN-Zeitdauer t1' zu zählen, welche
kürzer
als die EIN-Zeitdauer t1 ist, welche in dem ersten EIN-Zeitgeber 19 gesetzt
ist, und zwar an der steigenden Flanke eines Signals, welches an
einem Triggeranschluß T
zugeführt
wird. Wenn der zweite Zeitgeberbetrieb beendet ist, gibt der zweite
EIN-Zeitgeber 23 ein Signal mit hohem Pegel an einen Ausgangsanschluß Q aus.
Die gezählten
Impulse sind ein Signal, welches als Ergebnis der Teilung der Frequenz
des Referenztaktsignales erzeugt worden ist.
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Auf ähnliche Weise hat der zweite
AUS-Zeitgeber 24 einen Aufbau derart, daß ein zweiter AUS-Zeitgeberbetrieb
begonnen wird, um die Anzahl der Impulse während einer AUS-Zeitdauer t2' zu zählen, welche
länger
als die AUS-Zeitdauer
t2 ist, welche im ersten AUS-Zeitgeber 20 gesetzt ist,
was an der steigenden Flanke eines Signals erfolgt, welches einem
Triggeranschluß T
zugeführt
wird. Wenn der zweite AUS-Zeitgeberbetrieb beendet ist, gibt der zweite
AUS-Zeitgeber 24 ein Signal mit hohem Pegel an einem Ausgangsanschluß Q aus.
Die gezählten Impulse
sind ein Signal, welches als Ergebnis der Teilung der Frequenz des
Referenztaktsignales erzeugt wird.
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In dem zweiten EIN-Zeitgeber 23 ist
der Triggeranschluß T
mit dem Ausgangsanschluß des
zweiten Komparators 17 verbunden und der Ausgangsanschluß Q ist
mit einem Setzeingangsanschluß S
eines RS-Flip/Flops verbunden, welches als zweiter Zwischenspeicherschaltkreis 25 verwendet
wird. Wenn somit der zweite Komparator 17 einen Überstrom
erkennt, beginnt der zweite EIN-Zeitgeber 23 mit dem zweiten
Zeitgeberbetrieb während
der EIN-Zeitdauer t1' (< t1). Wenn der zweite
Zeitgeberbetrieb beendet ist, wird der zweite Zwischenspeicherschaltkreis 25 gesetzt,
um einen erkannten Überstromzustand
zwischenzuspeichern.
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In einem stabilen Zustand oder Dauerzustand,
wo der erkannte Überstromzustand
von dem zweiten Zwischenspeicherschaltkreis 25 gehalten wird,
gibt der zweite Zwischenspeicherschaltkreis 25 ein Signal
auf niedrigem Pegel aus. Wenn jedoch der erkannte Überstromzustand
in dem zweiten Zwischenspeicherschaltkreis 25 zwischengespeichert wird,
gibt der zweite Zwischenspeicherschaltkreis 25 ein Signal
auf hohem Pegel als ein Anormalitätserkennungssignal aus. Das
von dem zweiten Zwischenspeicherschaltkreis ausgegebene Signal wird dem
Triggeranschluß T
des zweiten AUS-Zeitgebers 24 zugeführt. Das Signal wird auch dem
Treiberschaltkreis 12 und dem Eingangssignal-Wandlerschaltkreis 8 über die
ODER-Gatter 22a bzw. 22b zugeführt. Der Ausgangsanschluß Q des
zweiten AUS-Zeitgebers 24 ist mit einem Reset-Anschluß R des
zweiten Zwischenspeicherschaltkreises 25 verbunden.
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Wenn somit der zweite Zwischenspeicherschaltkreis 25 gesetzt
wird und das Anormalitätserkennungssignal
ausgibt, beginnt der zweite AUS-Zeitgeber 24 mit dem zweiten
AUS-Zeitgeberbetrieb während
der AUS-Zeitdauer t2' (> t2). Wenn der zweite
AUS-Zeitgeberbetrieb beendet ist, wird der zweite Zwischenspeicherschaltkreis 25 zurückgesetzt,
um den erkannten Überstromzustand
aufzuheben.
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Der Treiberschaltkreis 12 hat
einen Aufbau, um den MOSFET 5 quasi gewaltsam abzuschalten, wenn
der Anormalitätserkennungstrom
empfangen wird und den zwangsmäßig ausgeschalteten
Zustand des MOSFET 5 aufzuheben, wenn das Anormalitätserkennungsignal
später
verschwindet. Wie noch beschrieben wird, hat der Eingangssignal-Wandlerschaltkreis 8 einen
Aufbau mit einer Funktion, bei der das Anormalitätserkennungssignal als ein
Signal verwendet wird, welches beim Betrieb zur Unterdrückung eines
Stoßstromes
verwendet wird.
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Bei dem Eingangssignal-Wandlerschaltkreis 8 gemäß 3 ist ein Energieversorgungsanschluß +Vcc mit
einem Ausgangsanschluß der
Motorsteuerungs-ECU über
einen pull-up-Widerstand 26 verbunden.
Der Ausgangsanschluß der
Motorsteuerungs-ECU 4 ist in Form eines offenen Kollektors ausgelegt,
jedoch in der Figur nicht dargestellt. Das Impulszug-Spannungsbefehlssignal
Vc, welches von der Motorsteuerungs-ECU 4 erzeugt wird,
wird einem invertierenden Eingangsanschluß (-) eines Komparators 27 zugeführt. Weiterhin
wird eine Referenzspannung Vref einem nicht invertierenden Eingangsanschluß (+) des
Komparators 27 zugeführt.
Der Komparator 27 hat einen Aufbau, mit welchem das Spannungsbefehlssignal
mit der Referenzspannung Vref verglichen wird. Während einer Zeitdauer, in der
das Pulszugspannungsbefehlssignal Vc von der Motorsteuerungs-ECU die Referenzspannung
Vref übersteigt,
gibt der Komparator 27 ein Signal mit niedrigem Pegel aus.
-
Der Signalausgang vom Komparator 27 ist ein
Signal, welches ein Vergleichsergebnis darstellt und wird der Basis
eines NPN-Bipolartransistors 29 zugeführt, nachdem es durch einen
Inverter 28 invertiert worden ist. Somit wird der NPN-Bipolartransistor 29 während einer
Zeitdauer EIN-geschaltet,
in der das Impulszug-Spannungsbefehlssignal Vc von der Motorsteuerungs-ECU 4 die
Referenzspannung Vref übersteigt.
-
Der Kollektor und der Emitter des
NPN-Bipolartransistors 29 sind jeweils mit einer Energieversorgung
+Vcc über
einen Widerstand 30 bzw. Masse über einen Widerstand 31 verbunden.
Somit gibt der Emitter des NPN-Bipolartransistors 29 eine
Impulszugspannung Va abgängig
von den EIN- und AUS-Zuständen
des NDN-Bipolartransistors 29 aus, d. h. von dem Impulszug-Spannungsbefehlssignal Vc,
das von der Motorsteuerungs-ECU 4 erzeugt wird. Die Impulszugspannung
Va hat einen Spitzenwert, der durch den Spannungspegel des Energieversorgungsanschlusses
+Vcc und dem Teilverhältnis
des Widerstands 30 zum Widerstandswert des Widerstands 31 bestimmt
ist.
-
Die auf diese Weise ausgegebene Impulszugspannung
Va wird einem Integrierschaltkreis zugeführt, der einen Widerstand 32 und
einen Kondensator 33 aufweist, um hier in eine Gleichspannung
Vb umgewandelt zu werden. Das Gleichspannungssignal Vb wird dann
dem Signalverarbeitungsschaltkreis 9 zugeführt. Ein
Serienschaltkreis aus einem Widerstand 34 und einem NPN-Bipolartransistor 35 ist
parallel zu dem Kondensator 33 geschaltet. Genauer gesagt,
der Kollektor und der Emitter des NPN-Bipolartransistors 35 sind
mit dem Widerstand 34 bzw. Masse verbunden. Die von den
Ausgangsanschlüssen
Q des ersten Zwischenschaltspeicherschaltkreises 21 und
zweiten Zwischenspeicherschaltkreis 25 erzeugten Signale
welche die Ausgangsstufe des Überstromschutzschaltkreises 13 bilden,
werden der Basis des NPN-Bipolartransistors 35 über ein ODER-Gatter 22b in
dem Überstromschutzschaltkreis 13 zugeführt, wie
in 2 gezeigt. Jedes
der von den Ausgangsanschlüssen
Q des ersten Zwischenspeicherschaltkreises 21 und des zweiten
Zwischenspeicherschaltkreises erzeugten Signale kann ein Anormalitätserkennungssignal
auf hohem Pegel oder ein Signal auf niedrigem Pegel sein.
-
Wenn somit ein Signal auf hohem Pegel
gesetzt wird, um als Anormalitätssignal
zu dienen und von dem Überstromschutzschaltkreis
ausgegeben wird, wird der MOSFET 5 zwangsweise in einen AUS-Zustand
versetzt und der NPN-Bipolartransistor 35 wird durch das
Anormalitätserkennungssignal
eingeschaltet. Im Ergebnis wird das Gleichspannungssignal Vb, welches
dem Signalverarbeitungsschaltkreis 9 zugeführt wird,
auf einen Pegel von 0V entsprechend Masse heruntergezogen. Wenn
der Überstromschutzschaltkreis 13 die
Ausgabe des Anormalitätserkennungssignales
beendet, d. h. wenn der Überstromschutzschaltkreis 13 ein
Signal ausgibt, welches auf niedrigem Pegel ist, wird andererseits der
NPN-Bipolartransistor 35 in den AUS-Zustand zurückversetzt.
Nachdem somit der Treiberschaltkreis 12 den MOSFET 5 zwangsweise
abgeschaltet hat, beendet der Überstromschutzschaltkreis 13 mit der
Ausgabe des Anormalitätssignales
und der Treiberschaltkreis 12 schaltet den MOSFET 5 wieder
ein. Wenn der MOSFET 5 wieder eingeschaltet wird, läuft der
Motor 1 wieder an, wobei das Gleichspannungssignal Vb,
welches dem Signalverarbeitungsschaltkreis 9 zugeführt wird,
allmählich
wieder von 0V aus ansteigt.
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4 ist
eine Darstellung eines Modells typischer Wellenformen von Spannungen
und Strömen in
der Ausgestaltung von 1.
Genauer gesagt (a) zeigt die Wellenform eines Spannungsausganges
+B der Batterie 3. (b) zeigt die Wellenform eines Gleichspannungssignals
Vb, welches von dem Eingangssignal-Wandlerschaltkreis 8 an
den Signalverarbeitungsschaltkreis 9 geliefert wird. (c)
zeigt die Wellenform einer Drainspannung VDS des MOSFET 5.
(d) zeigt die Wellenform der Motorspannung VM, welche eine Spannung
ist, welche zwischen den Anschlüssen
des Motors 1 anliegt. (e) zeigt die Wellenform eines Motorstroms
IM, der ein Laststrom ist, der durch den Motor 1 fließt. Es sei
festzuhalten, daß (c)
lediglich ein Modell der Wellenform der Drainspannung VDS unter
Ignorierung der Zeitbasis zeigt. In der Realität hat die Wellenform eine weitaus
kompliziertere Wellenform, welche eine Schaltfrequenz des MOSFET 5 wiedergibt.
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Eine Zeitperiode A in 4 ist ein bestimmtes Zeitintervall,
welches dem Beginn des Impulszugspannungs-Befehlssignal Vc folgt,
welches von der Motorsteuerungs-ECU 4 ausgegeben wird,
wenn von der Batterie 3 Leistung zugeführt wird. Während der Zeitdauer A steigt
das Gleichspannungssignal Vb in dem Eingangssignal-Wandlerschaltkreis 8 abhängig von
einer Zeitkonstante, welche vom Widerstand 32 und dem Kondensator 33 bestimmt
wird, allmählich an
und wird auf einem Spannungspegel stabilisiert, der von dem Impulszugspannungs-Befehlssignal
Vc festgesetzt wird. Der Signalverarbeitungsschaltkreis 9 erzeugt
ein PWM-Signal auf der Grundlage des Gleichspannungsignales Vb und
des Referenztaktsignales von dem Oszillatorschaltkreis 11.
Genauer gesagt, das erzeugte PWM-Signal hat ein Taktverhältnis, welches
allmählich
ansteigt, um einem Spannungsbefehlswert zu folgen, der durch das
Gleichspannungssignal Vb angegeben wird.
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Der Signalverarbeitungsschaltkreis 9 liefert das
PWM-Signal an den
Treiberschaltkreis 12. Der Treiberschaltkreis 12 verstärkt das
PWM-Signal, um ein verstärktes
Signal zu erzeugen, welches zum Schalten des MOSFET 5 verwendet
wird. Durch das verstärkte
PWM-Signal geschaltet zeigt der MOSFET 5 eine Drainspannung
VDS, deren Wellenform sich gemäß dem Modell
von (c) ändert.
Wenn der MOSFET 5 auf diese Weise geschaltet wird, steigt die
Motorspannung VM allmählich
an und wird auf einem Span nungspegel stabilisiert, der durch das
Impulszugspannungs-Befehlssignal Vc gesetzt wird. Zusätzlich steigt
auch der Motorstrom IM allmählich an,
bevor er stabilisiert wird.
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Eine Zeitdauer B von 4 ist ein Zeitintervall, während dem
die Motorspannung VM auf einem Spannungspegel stabilisiert ist,
der durch das Impulszuspannungs-Befehlssignal Vc gesetzt wird, das von
der Motorsteuerungs-ECU 4 ausgegeben
wird und der Motorstrom IM bleibt ebenfalls aufgrund der Stabilisierung
der Motorspannung VM auf einem stabilen Wert.
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Eine Zeitdauer C in 4 ist ein Zeitintervall, welches mit
dem Fluß eines überhohen
Stroms aufgrund einer Anormalität
beginnt, beispielsweise einer Blockierung des Motors oder einem
Kurzschlußzustand
der Last in einem derart stabilen Zustand und welche mit dem Verschwinden
des Überstroms
oder überhohen
Stroms endet.
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Im Fall einer Anormalität, beispielsweise
einer Blockierung des Motors oder eines Kurzschlußzustandes
in der Last steigt der Wert des Motorstromes IM, d. h. der Wert
des durch den MOSFET 5 fließenden Laststromes an. Wenn
der Motorstrom IM einen oberen Grenzwert Imax gemäß 4 zu einer Zeit T0 übersteigt,
gibt der erste Komparator 15 ein Signal auf hohem Pegel
aus. Der obere Grenzwert Imax ist der erste Überstromwert entsprechend der ersten
Schwellenwertspannung Vth1.
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Das auf hohem Pegel liegende Signal
wird dem Triggeranschluß T
des ersten EIN-Zeitgebers 19 eingegeben und steuert den
ersten EIN-Zeitgeber 19 an, um den oben genannten ersten
EIN-Zeitgebervorgang zu beginnen. Wenn der erste EIN-Zeitgebervorgang
später
zum Ende der EIN-Zeitdauer t1 beendet wird, gibt der erste EIN-Zeitgeber 19 ein
Signal aus, um den ersten Zwischenspeicherschaltkreis 21 zu
setzen, so daß ein
erkanter Überstromzustand zwischengespeichert
oder gehalten wird.
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Der erste Zwischenspeicherschaltkreis 21, der
den erkannten Überstromzustand
hält, gibt
ein Anormalitätserkennungssignal über das
ODER-Gatter 22a an den Treiberschaltkreis 12 aus.
Wenn er das Anormalitätserkennungssignal
empfängt,
schaltet der Treiberschaltkreis 12 den MOSFET 5 zwangsweise
ab. Somit wird der Motorstrom IM unterbrochen.
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Wenn der Ausgang des Anormalitätserkennungssignales
bewirkt, daß der
MOSFET 5 zwangsweise abgeschaltet wird, schaltet das Anormalitätserkennungssignal
auch den NPN-Bipolartransistor 35 in
dem Eingangssignal-Wandlerschaltkreis 8 ein, was bewirkt,
daß das
Gleichspannungssignal Vb, welches von dem Eingangssignal-Wandlerschaltkreis 8 dem
Signalverarbeitungsschaltkreis 9 zugeführt wird, auf 0V entsprechend
dem elektrischen Potential von Masse heruntergezogen wird.
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Später, wenn das Anormalitätserkennungssignal
verschwindet, steigt das Gleichspannungssignal Vb wieder von dem
Wert von 0V mit einer bestimmten Zeitkonstante auf einen Wert an,
der durch das Spannungsbefehlssignal Vc angegeben wird. Das Taktverhältnis des
PWM-Signals, welches von dem Signalverarbeitungsschaltkreis 9 dem
Treiberschaltkreis 12 zugeführt wird, steigt ebenfalls
allmählich
auf einen Wert an, der durch das Gleichspannungssignal Vb angegeben
wird, d. h., auf einen Wert, der durch das Spannungsbefehlssignal
Vc angegeben wird. Im Ergebnis steigt auch der Motorstrom IM von
einem Unterbrechungszustand allmählich
an, in welchen der Motorstrom IM vorher versetzt worden ist.
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Wie oben beschrieben gibt der erste
Zwischenspeicherschaltkreis 21 das Anormalitätserkennungssignal
auch an den Triggeranschluß T
des ersten AUS-Zeitgebers 20 aus, so daß der erste AUS-Zeitgeber 20 getriggert
wird, um den ersten AUS-Zeitgeberbetrieb zu starten. Wenn der erste AUS-Zeitgeberbetrieb
später
am Ende der Aus-Zeitdauer t2 beendet wird, gibt der erste AUS-Zeitgeber 20 ein
Signal zum Zurücksetzen
des ersten Zwischenspeicherschaltkreises 21 aus. Wenn der
erste Zwischenspeicherschaltkreis 21 zurückgesetzt
wird, wird der hierin zwischengespeicherte erkannte Überstromzustand
aufgehoben. Hierdurch beendet der erste Zwischenspeicherschaltkreis 21 die
Ausgabe des Anormalitätserkennungssignales
an den Treiberschaltkreis 12.
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Die EIN-Zeitdauer t1, die als Zeitdauer
gesetzt ist, während
der der erste EIN-Zeitgeber 19 den ersten EIN-Zeitgeberbetrieb
durchführt,
dient auch als Zeitperiode oder -dauer zur Überwachung des Motorstroms
IM. Wenn der Motorstrom IM einen zweiten Überstrompegel entsprechend
der zweiten Schwellenwertspannung Vth2 während dieses Stromüberwachungszeitraumes
nicht übersteigt,
invertiert der zweite Komparator 17 den Ausgang hiervon
nicht auf ein Signal mit hohem Pegel.
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Es sei festzuhalten, daß der zweite Überstrompegel
höher als
der erste Überstrompegel
ist. Da der zweite Komparator 17 seinen Ausgang nicht auf
ein Signal mit hohem Pegel invertiert, beginnt der zweite EIN-Zeitgeber 23 nicht
mit dem zweiten Zeitgeberbetrieb und der zweite Zwischenspeicherschaltkreis 25 hält einen
angehobenen Verriegelungs- oder Zwischenspeicherzustand (d. h.,
einen Zustand, in welchem der erkannte Überstromzustand vom zweiten
Zwischenspeicherschaltkreis 25 aufgehoben worden ist) und
zwar unverändert.
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Wenn somit der Motorstrom IM den
zweiten Überstrompegel
nicht übersteigt,
hebt zum Ende der AUS-Zeitdauer t2, welche dem Vorgang zum Zwangsabschalten
MOSFET 5 folgt, das vom ersten AUS-Zeitgeber 20 ausgegebene
Signal den erkannten Überstromzustand
auf, der im ersten Zwischenspeicherschaltkreis 21 zwischengespeichert
worden ist, was bewirkt, daß der
erste Zwischenspeicherschaltkreis 21 die Ausgabe des Anormalitätserkennungssignales
beendet. Somit nimmt der Treiberschaltkreis 12 einen Betrieb
zum Schalten des MOSFET 5 wieder auf, d. h. die PWM-Betriebssteuerung wird
am Motor 1 durchgeführt.
Wenn der Motorstrom IM erneut den ersten Überstrompegel überschreitet, gibt
der erste Komparator 15 ein Signal auf hohem Pegel an den
Triggeranschluß T
des ersten EIN-Zeitgebers 19 aus, was den ersten EIN-Zeitgeber 19 ansteuert,
um den ersten EIN-Zeitgeberbetrieb wieder aufzunehmen.
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Wenn somit der Motorstrom IM ansteigt
und den ersten Überstrompegel überschreitet,
jedoch nicht den zweiten Überstrompegel überschreitet, werden
die ersten EIN- und AUS-Zeitgebervorgänge aufeinanderfolgend vom
ersten EIN-Zeitgeber 19 und
dem ersten AUS-Zeitgeber 20 nach einer Pause oder Halteperiode τ gemäß 4 wiederholt. Die ersten
EIN- und AUS-Zeitgeberbetriebe werden durchgeführt, indem das Anormalitätserkennungssignal
für die
EIN-Zeitdauer t1, welche vorab gesetzt worden ist, unterbrochen
wird, bevor das Signal für die
AUS-Zeitdauer t2 erzeugt wird, welches ebenfalls vorab gesetzt worden
ist. Da diese Vorgänge
nach der Pausezeitdauer τ wiederholt
werden, wird das Anormalitätserkennungssignal
für eine
Gesamtzeit aus der EIN-Zeitdauer t1 und der Pausezeitdauer τ unterbrochen.
Auf diese Weise werden die ersten EIN- und AUS-Zeitdauerbetriebe der ersten
Ausführungsform
wiederholt durchgeführt.
Es sei festzuhalten, daß die
Pausezeitdauer r eine Zeitdauer ist, während der der Motor strom IM
vom Pegel 0 auf den ersten Überstrompegel
ansteigt.
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Wenn somit der Motorstrom IM ansteigt
und den ersten Überstrompegel übersteigt,
jedoch nicht den zweiten Überstrompegel,
wird der MOSFET 5 zwangsweise für die AUS-Zeitdauer t2 abgeschaltet, welche unmittelbar
der anfänglichen
Stromüberwachungszeitdauer
t1 folgt, in der der MOSFET 5 im Zustand EIN war und wird
wieder für
eine Zeitdauer der EIN-Zeitdauer t1 und der Pausezeitdauer τ eingeschaltet.
Diese Vorgänge
werden wiederholt durchgeführt.
-
Wenn der Motorstrom IM weiter ansteigt
und den zweiten Überstrompegel
entsprechend der zweiten Schwellenwertspannung Vth2 während einer Stromüberwachungsdauer übersteigt,
gibt andererseits der zweite Komparator 17 ein Signal auf
hohem Pegel an den Triggeranschluß T des zweiten EIN-Zeitgebers 23 aus,
womit der EIN-Zeitgeber 23 angesteuert wird, um den zweiten
Zeitgeberbetrieb zu beginnen. Wenn der zweite Zeitgeberbetrieb später zum
Ende der EIN-Zeitdauer t1' beendet
wird, gibt der zweite EIN-Zeitgeber 23 ein
Signal zum Setzen des zweiten Zwischenspeicherschaltkreises 25 aus, so
daß der
erkannte Überstromzustand
in dem zweiten Zwischenspeicherschaltkreis 25 zwischengespeichert
wird.
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Der zweite Zwischenspeicherschaltkreis 25, der
den erkannten Überstromzustand
zwischenspeichert gibt ein Anormalitätserkennungssignal über das ODER-Gatter 22a an
den Treiberschaltkreis 12 aus. Bei Empfang des Anormalitätserkennungssignals schaltet
der Treiberschaltkreis 12 den MOSFET 5 zwangsweise
ab. Somit wird der Motorstrom IM unterbrochen. Es sei festzuhalten,
daß das
hochpegelige Signal, welches vom zweiten Komparator 17 ausgegeben
wird, dem disable-Anschluß N
des ersten EIN-Zeitgebers 19 und des ersten AUS-Zeitgebers 20 zugeführt wird.
Somit werden die ersten EIN- und AUS-Zeitgeberbetriebe des ersten
EIN-Zeitgebers 19 und des ersten AUS-Zeitgebers 20 jeweils
unterbunden.
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Wie oben beschrieben, gibt der zweite
Zwischenspeicherschaltkreis 25 das Anormalitätserkennungssignal
auch an den Triggeranschluß T
des zweiten AUS-Zeitgebers 24 aus, so daß der zweite AUS-Zeitgeber 24 angesteuert
wird, um mit dem zweiten AUS-Zeitgeberbetrieb zu beginnen. Wenn der
zweite AUS-Zeitgeberbetrieb später
zu Ende der AUS-Zeitdauer
t2' beendet wird,
gibt der zweite AUS-Zeitgeber 24 ein Signal zum Zurücksetzen
des zweiten Zwischenspeicherschaltkreises 25 aus. Wenn
der zweite Zwischenspeicherschaltkreis 25 zurückgesetzt
wird, wird der hierin zwischengespeicherte Überstromzustand aufgehoben.
Hierdurch beendet der zweite Zwischenspeicherschaltkreis 25 die Ausgabe
des Anormalitätserkennungssignals
an den Treiberschaltkreis 12.
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Die zweiten EIN- und AUS-Zeitgebervorgänge, werden
durch Anhalten des Anormalitätserkennungssignales
während
der EIN-Zeitdauer t1' durchgeführt, welche
vorab gesetzt worden ist, bevor das Signal zur Ausgabe der AUS-Zeitdauer
t2' erzeugt wird,
welche ebenfalls vorab gesetzt worden ist. Da diese Vorgänge nach
der Pausezeitdauer τ wiederholt
werden, wird das Anormalitätserkennungssignal für eine Gesamtzeit
der EIN-Zeitdauer t1' und
der Pausezeitdauer τ unterbrochen.
Auf diese Weise werden die zweiten EIN- und AUS-Zeitgebervorgänge in der
ersten Ausführungsform
wiederholt durchgeführt.
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Wenn somit der Motorstrom IM den
zweiten Überstrompegel
entsprechend der zweiten Schwellenwertspannung Vth2 übersteigt,
hält der
Treiberschaltkreis 12, der das Anormalitätserkennungssignal
vom zweiten Zwischenspeicher schaltkreis 25 empfängt, den
MOSFET 5 in dem Zustand AUS bis zum Ende der AUS-Zeitdauer
t2', welche im zweiten AUS-Zeitgeber 24 gesetzt
wird. Da die AUS-Zeitdauer t2' länger als
die AUS-Zeitdauer t2 ist, welche im ersten AUS-Zeitgeber 24 gesetzt
ist, wird die AUS-Zeitdauer für
den MOSFET 5 verlängert,
wenn der Motorstrom IM den zweiten Überstrompegel übersteigt.
Somit wird eine Steuerung derart durchgeführt, daß die AUS-Zeitdauer durch eine
Zeitgeberfunktion relativ so länger
im Vergleich mit der EIN-Zeitdauer gesetzt wird, welche durch die
Zeitgeberfunktion festgelegt wird, so daß je höher der durch den Motor fließende Strom
ist, je größer die
Differenz zwischen der AUS-Zeitdauer und der EIN-Zeitdauer ist.
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Wie oben beschrieben, wenn der Motorstrom IM
den zweiten Überstrompegel übersteigt,
wird, nachdem er zwangsweise während
der AUS-Zeitdauer t2' (> t2) in den AUS-Zustand
versetzt worden ist, der MOSFET 5 wieder in den EIN-Zustand
für eine
Gesamtzeit aus der EIN-Zeitdauer t1' (< t1)
und der Pausezeitdauer r versetzt und diese Vorgänge werden wiederholt durchgeführt.
-
Eine Zeitdauer D in 4 ist eine Zeitdauer, in der eine Blockierung
des Motors 1, ein Kurzschluß in der Last oder ein anderer
Faktor, der den überhohen
Strom verursacht hat, der durch den Motor 1 fließt, beseitigt
wird, so daß der
Motorstrom IM auf eine Größe unter
dem ersten Überstrompegel
entsprechend der ersten Schwellenwertspannung Vth1 verringert werden
kann.
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Die 5A und 5B sind Darstellungen, welche
jeweils typische Temperaturänderungen
des MOSFET 5 während
der Zeitdauer C von 4 zeigen.
Die Zeitdauer B in 5A und 5B ist die gleiche wie die
Zeitdauer B in 4. D.
h., während
dieser Zeitdauer haben die Motorspannung VM und der Motorstrom IM
jeweils einen stabilen wert. Während
dieser Zeitdauer sind die Temperaturänderungen im MOSFET 5 auf
einen bestimmten Wert stabilisiert.
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5A zeigt
eine Zeitdauer C, in der der Motorstrom IM ansteigt und den ersten Überstrompegel, jedoch
nicht den zweiten Überstrompegel übersteigt. In
dieser Zeitdauer wird ein Betrieb durchgeführt, um den MOSFET 5 wiederholt
für die
AUS-Zeitdauer t2, welche im ersten AUS-Zeitgeber 20 gesetzt worden ist,
zu stoppen, bevor er wieder für
eine Gesamtzeit der EIN-Zeitdauer t1, gesetzt im ersten EIN-Zeitgeber 19 und
der Pausezeitdauer τ betrieben
wird. Somit steigt die Temperatur des MOSFET 5 während der
Zeitdauer (t1 + τ)
an, sinkt jedoch während
der AUS-Zeitdauer t2 und gelangt schließlich in einen Sättigungszustand
auf einen Wert, mit welchem der Betrieb des MOSFET 5 aufrechterhalten
werden kann.
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Andererseits zeigt 58 die
Zeitdauer C, bei der der Motorstrom IM ansteigt und sogar den zweiten Überstrompegel übersteigt.
In dieser Zeitdauer wird ein Betrieb derart durchgeführt, daß wiederholt
der MOSFET 5 für
die AUS-Zeitdauer t2' (> t2) gestoppt wird,
welche in dem AUS-Zeitgeber 24 gesetzt worden ist, bevor
er wieder für
eine Gesamtzeit der AUS-Zeitdauer t1' (< t1)
betrieben wird, welche in dem EIN-Zeitgeber 23 gesetzt
wurde sowie der Pausezeitdauer τ.
Während
der Zeitdauer C, in der der Motorstrom IM den zweiten Überstrompegel gemäßt obiger
Beschreibung übersteigt,
hat der Temperaturanstieg einen höheren Gradienten als der Anstiegsgradient
in 5A, während der
MOSFET 5 betrieben wird. Jedoch ist die Zeitdauer (t1' + τ) während der
der MOSFET 5 betrieben wird, kürzer als die entsprechende
Zeitdauer (t1 + τ)
gemäß 5A. Andererseits ist die
AUS-Zeitdauer t2',
während
der der MOSFET 5 angeschaltet ist, länger als die entsprechende
Zeitdauer t2 gemäß 5A. Im Ergebnis ge langt
die Temperatur des MOSFET 5 schließlich in eine Sättigung
auf einem Pegel, bei welchem es in der Lage ist, den Betrieb des
MOSFET 5 aufrecht zu erhalten.
-
Der Überstromschutzschaltkreis 13 mit
der Ausgestaltung gemäß der Ausführungsform
führt einen Überstromschutzvorgang
durch, bei welchem der MOSFET 5 kontinuierlich ein- und
ausgeschaltet wird. Während
einer Zeitdauer, während
der dieser Überstromschutzvorgang
durchgeführt
wird, wird eine Steuerung in der Ausgestaltung so durchgeführt, daß die AUS-Zeitdauer
des MOSFET 5 auf einen Wert relativ länger im Vergleich zu der EIN-Zeitdauer
des MOSFET 5 um einen derartigen Unterschied verlängert wird,
daß, je
größer der
Motorstrom IM ist, umso größer der
Unterschied zwischen der AUS-Zeitdauer und der EIN-Zeitdauer ist.
Somit wird bei dem Überstromschutzvorgang
das Verhältnis
der AUS-Zeitdauer zu der EIN-Zeitdauer umso höher, je mehr der Motorstrom
IM ansteigt. Somit kann durch den Überstromschutzvorgang der Wert,
bei welchem der Anstieg der Temperatur des MOSFET 5 in
die Sättigung
gerät,
auf einen relativ niedrigen Pegel gedrückt werden, selbst wenn der
Motorstrom IM ansteigt.
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Im Ergebnis kann, wenn die Funktion
zum Schutz des Motors 1 und der Motorsteuervorrichtung 2 vor
Schäden
aufgrund von Hitze durch einen überhohen
Strom durchgeführt
wird, die oben beschriebene Sättigungstemperatur
auf einen Pegel gedrückt werden,
bei dem der Betrieb des MOSFET 5 aufrechterhalten werden
kann, ungeachtet der Größe des Motorstroms
IM. Somit kann die Zuverlässigkeit des Überstromschutzvorgangs
verbessert werden.
-
Zusätzlich kann bei diesem Überstromschutzvorgang
der Betriebszustand des Motors 1 – wenn auch intermittierend
- aufrechterhalten werden. Somit ist die vorliegende Erfindung bei
Anwendungsfällen
geeignet, bei welchen der Überstromschutzvorgang
so wie bei dieser Ausführungsform
durchgeführt
wird. Ein Beispiel einer derartigen Anwendung ist ein elektrisch
betriebenes Gebläsesystem
in der Kühlanlage
für den
Motor eines Kraftfahrzeugs.
-
Zusätzlich, wenn der Überstromschutzschaltkreis 13 ein
Anormalitätserkennungssignal ausgibt,
um den MOSFET 5 zwangsweise abzuschalten, schaltet das
Anormalitätserkennungssignal auch
den NPN-Bipolartransistor 35 in dem Eingangssignalwandlerschaltkreis 8 ein.
Dies bewirkt, daß das Gleichspannungssignal
Vb, das vom Eingangssignalwandlerschaltkreis 8 dem Signalverarbeitungsschaltkreis 9 zugeführt wird,
auf den Pegel von 0V entsprechend Masse heruntergezogen wird. Wenn somit
der Überstromschutzschaltkreis 13 die
Ausgabe des Anormalitätserkennungssignals
beendet, steigt der Wert des Gleichspannungssignals Vb allmählich vom
Pegel 0V an.
-
Infolgedessen steigt auch die Pulsbreite
des PWM-Signals, welches vom Signalverarbeitungsschaltkreis 9 dem
Treiberschaltkreis 12 zugeführt wird, allmählich auf
einen Wert entsprechend des Spannungsbefehlssignals Vc an. Im Ergebnis
läßt sich
der vorteilhafte Effekt erzielen, daß ein Stoßstrom, der durch den Motor 1 bei
der Aktivierungszeit des Motors 1 fließt, auf einen niedrigen Wert
gedrückt werden
kann.
-
(Abwandlung der ersten
Ausführungsform)
-
Die erste Ausführungsform kann wie folgt abgewandelt
werden.
-
Während
die erste Ausführungsform
nur 2 Stufen von Kombinationen aus EIN-Zeitgebern und AUS-Zeitgebern
hat, d.h. die Kombination aus erstem EIN-Zeitgeber 19 und
erstem AUS-Zeitgeber 20 sowie die Kombination aus zweitem EIN-Zeitgeber 23 und
zweitem AUS-Zeitgeber 24, kann die Anzahl derartiger Kombinationsstufen
auch auf 3 oder auch noch mehr erhöht werden. Bei einer Ausgestaltung mit
einer größeren Anzahl
derartiger Stufen kann der Überstromschutzvorgang
mit höherer
Genauigkeit abhängig
von der Größe des Motorstroms
IM durchgeführt
werden.
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Zusätzlich ist die EIN-Zeitdauer
tl des Zeitgeberbetriebs des ersten EIN-Zeitgebers 19 auf
einen Wert größer als
die EIN-Zeitdauer t1' des
Zeitgeberbetriebs vom zweiten EIN-Zeitgeber 23 gesetzt,
um die Beziehung t1 > t1' zu erfüllen. Andererseits
wird die AUS-Zeitdauer t2 des Zeitgeberbetriebs für den ersten
AUS-Zeitgeber 20 auf einen größeren Wert als die AUS-Zeitdauer
t2' des Zeitgeberbetriebs
für den zweiten
AUS-Zeitgeber 24 gesetzt, um die Beziehung t2 < t2' zu erfüllen. Die
EIN-Zeitdauern t1
und t1' des Zeitgeberbetriebs
und die AUS-Zeitdauern
t2 und t2' des Zeitgeberbetriebs
müssen
diese Beziehungen nicht erfüllen,
sondern können
anstelle hiervon auf jegliche Werte gesetzt werden, solange das Verhältnis der
Zeitgeberbetriebszeitdauer t2' zu
der Zeitgeberbetriebszeitdauer t1' in der Kombination des zweiten AUS-Zeitgebers 24 und
des zweiten EIN-Zeitgebers 23 größer als das Verhältnis der
Zeitgeberbetriebszeitdauer t2 zu der Zeitgeberbetriebszeitdauer
t1 in der Kombination aus erstem AUS-Zeitgeber 20 und erstem
EIN-Zeitgeber 19 ist.
-
Weiterhin, obgleich die erste Ausführungsform
den ersten Zwischenspeicherschaltkreis 21 und den zweiten
Zwischenspeicherschaltkreis 25 als separate Komponenten
hat, läßt sich
dieser Aufbau auch insofern modifizieren, als die Funktionen des ersten
Zwischenspeicherschaltkreises 21 und des zweiten Zwischenspeicherschaltkreises 25 durch
einen einzelnen Zwischenspeicherschaltkreis durchgeführt werden.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
Die zweite Ausführungsform gemäß 6 ist im wesentlichen die
gleiche wie die erste Ausführungsform
von 1. Bei der zweiten
Ausführungsform
ist jedoch ein Widerstand 100 zwischen dem negativseitigen
Anschluß des
Motors 1 und einem Verbindungspunkt zwischen dem MOSFET 5 und
der Freilaufdiode 7 geschaltet. Zusätzlich wird eine zwischen den
Enden des Widerstands 100 anliegende Spannung dem Überstromschutzschaltkreis 13 zugeführt.
-
Bei dem Überstromschutzschaltkreis 13 gemäß 7 wird der Motorstrom IM
als eine momentane Spannung (S3 in 8)
erkannt, welche an den Enden des Widerstands 100 anliegt.
Der Überstromschutzschaltkreis 13 beinhaltet
einen Schwellenwertspannungssetzschaltkreis 140 zur Überstromerkennung
auf der niedrigen Seite zum Setzen einer Schwellenwertspannung Va
zur Erkennung eines Überstroms
auf der niedrigen Seite (S1 in 8)
entsprechend einem Schwellenwert auf der niedrigen Seite. Ein Bestimmungskomparator 150 für die niedrige
Seite vergleicht die Schwellenwertspannung Va zur Erkennung des Überstroms
auf der niedrigen Seite, welche von dem Schwellenwertspannungssetzschaltkreis
zur Erkennung eines Überstroms
auf der niedrigen Seite ausgegeben wird, mit der erkannten Spannung,
welche den Motorstrom IM wiedergibt, um zu bestimmen, ob ein überhoher
Strom größer als der
Schwellenwertstrom auf der niedrigen Seite fließt oder nicht.
-
Wenn ein überhoher Strom größer als
der Schwellenwertstrom auf der niedrigen Seite fließt, liefert
der Bestimmungskomparator 150 für die niedrige Seite ein Signal
an einen Erkennungszeitgeber 180, was den Erkennungszeitgeber 180 triggert,
um einen EIN-Zeitgeberbe trieb für
eine EIN-Zeitdauer T zu beginnen, welche in dem Erkennungszeitgeber 180 festgesetzt
ist. Zum Ende der EIN-Zeitdauer gibt der Erkennungszeitgeber 180 ein
Signal aus (S7 in 8).
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Der Überstromschutzschaltkreis 13 enthält auch
einen Schwellenwertspannungssetzschaltkreis 160 zur Erkennung
eines Überstroms
auf der hohen Seite zum Setzen einer Schwellenwertspannung Vb zur
Erkennung eines Überstroms
auf der hohen Seite (S2 in 8)
entsprechend einem Überstrom
auf der hohen Seite. Ein Bestimmungskomparator 170 auf der
hohen Seite vergleicht die Schwellenwertspannung Vb zur Erkennung
eines Überstroms
auf der hohen Seite, welche von dem Schwellenwertspannungssetzschaltkreis 160 zur
Erkennung eines Überstroms
auf der hohen Seite ausgegeben wird, mit der erkannten Spannung 53,
welche den Motorstrom IM wiedergibt, um zu bestimmen, ob ein überhoher Strom
größer als
der Schwellenwertstrom auf der hohen Seite fließt oder nicht.
-
Wenn ein überhoher Strom größer als
der Schwellenwertstrom auf der hohen Seite erkannt wird (S5 in 8), wird die Erkennung des überhohen
Stroms in einem Zwischenspeicherschaltkreis 21 als eine
Logik von Signalen (S4, S5, S6 und S7 in 8) zwischengespeichert, welche von dem
Bestimmungskomparator 150 auf der niedrigen Seite, dem
Bestimmungskomparator 170 auf der hohen Seite und dem Erkennungszeitgeber 180 erzeugt worden
sind. Wenn die Erkennung dieses überhohen Stroms
im Zwischenspeicherschaltkreis 21 zwischengespeichert wird,
liefert der Zwischenspeicherschaltkreis 21 ein Anormalitätserkennungssignal
an den Treiberschaltkreis 12, wodurch der Treiberschaltkreis 12 angetrieben
wird, um den MOSFET 5 zwangsweise abzuschalten.
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Das Anormalitätserkennungssignal wird auch
einem AUS-Zeitgeber 20 zugeführt, um
den AUS-Zeitgeber 20 anzusteuern, so daß ein AUS-Zeitgeberbetrieb
für eine
AUS-Zeitdauer begonnen wird, welche im AUS-Zeitgeber 20 festgesetzt
ist. Zusätzlich
wird das Anormalitätserkennungssignal
auch dem Eingangssignalwandlerschaltkreis 8 zugeführt. Zum
Ende der AUS-Zeitdauer wird der erkannte Überstromzustand, der im Zwischenspeicherschaltkreis 21 zwischengespeichert worden
ist, aufgehoben, der MOSFET 5 wird wieder eingeschaltet
und ein Signal, welches anzeigt, daß der erkannte Überstromzustand
aufgehoben worden ist, wird dem Eingangssignalwandlerschaltkreis 8 zugeführt.
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Mit dem obigen Vorgang beschränkt der Überstromschutzschaltkreis 13 den
Treiberschaltkreis 5 dahingehend, daß der MOSFET 5 betrieben wird,
und zwar nur, nachdem der Strom im Motor 1 den Schwellenwert
Vb auf der hohen Seite innerhalb der Zeitdauer T des Zeitgebers 180 überstiegen
hat.
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Der Überstromschutzschaltkreis 13 von 7 kann in eine Mehrzahl
von Ausgestaltungen umgesetzt werden, welche jeweils zur Durchführung eines
bestimmten Verfahrens zur Erkennung eines überhohen Stroms ausgelegt sind.
Somit kann ein Überstromerkennungsverfahren,
welches an die Bedingung eines Stroms angepaßt ist, der zu einem Startzeitpunkt
fließt,
realisiert werden.
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9 ist
ein Diagramm, welches Kurven darstellt, die unterschiedliche Wellenformen
von Strömen
zeigen, welche in einem Blockierzustand des Motors 1 und
einem Kurzschlußzustand
in der Last fließen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die obigen Ausführungsformen
und Abwandlungen beschränkt,
sondern kann auf viele andere Möglichkeiten
umgesetzt werden, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen.