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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Steuerschaltungen von Leistungs-Halbleiter-Vorrichtungen
und steuernde integrierte Schaltungen und spezieller auf Steuerschaltungen
von Leistungs-Halbleiter-Vorrichtungen und steuernde integrierte
Schaltungen mit einer Schutzfunktion.
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Es
wird eine bekannte steuernde Schaltung einer Leistungs-Halbleiter-Vorrichtung
beschrieben, welche die Steuerung eines Multiphasen-Motors und dergleichen
unter Verwendung eines IGBT-Elements und dergleichen durchführt. In
einem Steuer-IC, der in einer derartigen Steuerschaltung einer Leistungs-Halbleiter-Vorrichtung
verwendet wird, wird ein Stromerfassungssignal, das von einem Steuer-Mikrocomputer über einen
Stromerfassungsanschluß eingegeben
wird, einer Überstromerfassungsschaltung
eingegeben. Wenn die Überstromerfassungsschaltung
einen Überstrom
anhand des empfangenen Stromerfassungssignals feststellt, gibt sie
ein Stromanomaliesignal, das eine Stromanomalie anzeigt, einer Fehlersignalausgabeschaltung
ein. Die Fehlersignal-Ausgabeschaltung, die das Stromanomaliesignal
empfangen hat, gibt ein Fehlersignal zum Anhalten des Betriebs aus
und führt
das Fehlersignal dem Steuer-Mikrocomputer über einen Fehleranschluß zu. Basierend
auf dem empfangenen Fehlersignal unterbricht der Steuer-Mikrocomputer
die Zufuhr eines Steuersignals an den Steuer-IC. Die Pulsbreite
dieses Fehlersignals wird innerhalb des Steuer-IC festgelegt und
hängt vom
Typ des Steuer-IC ab. Sie ist im allgemeinen kürzer als 100 μs und ungefähr 40 μs, wenn es
kurz ist.
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Steuerverfahren
zum Schutz gegen einen Überstrom
und dergleichen werden beispielsweise in den japanischen Patentoffenlegungsschriften
Nr. 2003-045637, 2001-161086, 9-199950 (1997) und 2001-231290 offenbart.
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Bei
der bekannten Steuerschaltung einer Leistungs-Halbleitervorrichtung,
bei der, wie oben diskutiert, ein Fehlersignal einer geringen Pulsbreite von
im allgemeinen weniger als 100 μs
einem Steuer-Mikrocomputer zugeführt
wird, muß zum
Erfassen eines derartigen kurzen Signals ein vergleichsweise teurer
Steuer-Mikrocomputer verwendet werden. Dies führt zu einem Kostenanstieg
beim Herstellen der Steuerschaltung einer Leistungs-Halbleitervorrichtung.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerschaltung
einer Leistungs-Halbleitervorrichtung und eine steuernde integrierte
Schaltung bereitzustellen, die eine Verringerung der Herstellungskosten
gestatten.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Steuerschaltung gemäß Anspruch
1 und eine steuernde integrierte Schaltung gemäß Anspruch 2.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Steuerschaltung
einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gerichtet, welche eine Leistungs-Halbleitervorrichtung
unter Verwendung eines Mikrocomputers durch eine steuernde integrierte
Schaltung steuert. Wenn in der Steuerschaltung der Leistungs-Halbleitervorrichtung
gemäß des ersten
Aspekts anhand eines Stromerfassungssignals, das von der Leistungs-Halbleitervorrichtung
ausgegeben wird, eine Anomalie erfaßt wird, schaltet die steuernde
integrierte Schaltung die Leistungs-Halbleitervorrichtung mit einem Fehlersignal
ab, das von einer darin enthaltenen Fehlersignal-Ausgabeschaltung
ausgegeben wird. Wenn anhand des Stromerfassungssignals das Nichtmehrvorhandensein
der Anomalie festgestellt wird, gibt der Mikrocomputer ein Rücksetzsignal
zum Beseitigen des Fehlersignals aus.
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Bei
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine
steuernde integrierte Schaltung eine Eingangsschaltung, eine Pegelschieberschaltung,
eine erste Treiberschaltung, eine zweite Treiberschaltung, eine Überstromerfassungsschaltung
und eine Fehlersignal-Ausgabeschaltung. Ein Steuersignal zum Steuern
eines Leistungs-Halbleiterelementes wird der Eingangsschaltung eingegeben.
Die Pegelschieberschaltung setzt die Ausgabe der Eingangsschaltung
in eine Mehrzahl von Pegeln um. Auf der Grundlage der Ausgabe der
Pegelschieberschaltung gibt die erste Treiberschaltung ein erstes
Treibersignal an ein erstes Leistungs-Halbleiterelement aus. Auf
der Grundlage der Ausgabe der Pegelschieberschaltung gibt die zweite
Treiberschaltung ein zweites Treibersignal an ein zweites Leistungs-Halbleiterelement
aus, während
die Ausgabe des zweiten Trei bersignals unterdrückt wird, wenn ein empfangenes
Fehlersignal von einem inaktiven Zustand in einen aktiven Zustand
wechselt. Auf der Grundlage eines Stromerfassungssignals, welches auf
dem zweiten Leistungs-Halbleiterelement basiert, gibt die Überstromerkennungsschaltung
ein Abweichungssignal bzw. Anomaliesignal aus. Die Fehlersignal-Ausgabeschaltung
versetzt das Fehlersignal in den aktiven Zustand, wenn das Abweichungssignal von
der Überstromerkennungsschaltung
ausgegeben wird und versetzt das Fehlersignal in den inaktiven Zustand,
wenn die Eingabe eines Rücksetzsignals
von außerhalb
festgestellt wird.
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Auf
der Grundlage eines gepulsten Rücksetzsignals,
das von dem Mikrocomputer ausgegeben wird, wird der Betrieb der
steuernden integrierten Schaltung wiederhergestellt. Der Mikrocomputer,
der zum Erfassen eines Überstroms
lediglich einen Vergleich mit einem vorbestimmten Schwellenwert durchführen muß, kann
verglichen zu einem Mikrocomputer, der ein Pulssignal mit einer
kurzen Pulsbreite erfaßt,
kostengünstiger
aufgebaut sein. Dies erlaubt eine Verringerung der Herstellungskosten.
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Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm, das den Aufbau einer Leistungs-Halbleitervorrichtung und einer steuernden
Schaltung derselben gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
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2A bis 2E Ablaufdiagramme,
die den Betrieb der Leistungs-Halbleitervorrichtung und der steuernden
Schaltung derselben gemäß der ersten
Ausführungsform
veranschaulichen.
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Erste Ausführungsform
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1 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Leistungs-Halbleitervorrichtung
und einer steuernden Schaltung derselben gemäß einer ersten Ausführungsform
veranschaulicht.
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In 1 weist
die Leistungs-Halbleitervorrichtung ein IGBT-Element 30 (Leistungs-Halbleiterelement),
einen Multiphasenmotor 40 und einen Meßwiderstand 50 auf.
Die steuernde Schaltung weist einen Steuer-IC 10 (steuernde
integrierte Schaltung) und einen Steuer-Mikrocomputer 20 auf.
Der Steuer-IC 10 beinhaltet eine Eingangsschaltung 11,
eine Pegelschieberschaltung 12, eine Treiberschaltung für den höheren Zweig 13 (erste
Treiberschaltung), eine Treiberschaltung für den niedrigeren Zweig 14 (zweite
Treiberschaltung), eine Überstrom-Erkennungsschaltung 15,
eine UV-Anomalie-Erfassungsschaltung 16 und eine Fehlersignal-Ausgabeschaltung 17.
Der Steuer-Mikrocomputer 20 besteht aus einem Mikrocomputer,
der eine CPU, ein ROM und ein RAM aufweist, die nicht gezeigt sind,
und arbeitet entsprechend einem Software-Programm, das vorher in
dem ROM gespeichert wurde. Wie in 1 gezeigt,
weist der Steuer-Mikrocomputer 20 ein Steuersignal-Ausgabemittel 21,
ein Überstrom-Erfassungsmittel 22,
ein UV-Anomalie-Erfassungsmittel 23 und ein Rücksetzsignal-Ausgabemittel 24 auf.
Der Steuer-IC 10 und der Steuer-Mikrocomputer 20 werden mit
einem Treiberpotential VCC und einem Massepotential GND versorgt.
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In 1 wird
ein Steuersignal, das von dem Steuersignal-Ausgabemittel 21 ausgegeben
wird, der Eingangsschaltung 11 über einen Eingangsanschluß IN eingegeben
und danach von der Eingangsschaltung 11 der Pegelschieberschaltung 12 eingegeben. Die
Pegelschieberschaltung 12 gibt ein hochpotentialseitiges Steuersignal
und ein niederpotentialseitiges Steuersignal basierend auf dem empfangenen Steuersignal
aus, welche der Treiberschaltung für den höheren Zweig 13 bzw.
der Treiberschaltung für den
niedrigeren Zweig 14 eingegeben werden. Auf der Grundlage
des empfangenen hochpotentialseitigen Steuersignals und des empfangenen
niederpotentialseitigen Steuersignals geben die Treiberschaltung
für den
höheren
Zweig 13 und die Treiberschaltung für den niedrigeren Zweig 14 ein
hochpotentialseitiges Treibersignal (erstes Treibersignal) bzw.
ein niederpotentialseitiges Treibersignal (zweites Treibersignal)
aus, welche dem IGBT-Element 30 über einen hochpotentialseitigen
Treiberanschluß HO bzw.
einen niederpotentialseitigen Treiberanschluß LO zur Verwendung für die Steuerung
des Multiphasen-Motors 40 eingegeben werden. Die Treiberschaltung
für den
niedrigeren Zweig 14 wird über einen Referenzpotentialanschluß VNO mit
einem Referenzpotential versorgt.
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Eine
Meßspannung,
die an dem mit dem IGBT-Element 30 verbundenen Meßwiderstand 50 erzeugt
wird, wird über
einen Stromerkennungsanschluß CIN
der Überstromerkennungsschaltung 15 als
ein Stromerfassungssignal eingegeben. Die Überstromerfassungsschaltung 15 macht
einen Vergleich zwischen der empfangenen Meßspannung und einer vorbestimmten
Schwellenspannung und stellt fest, daß ein Überstrom geflossen ist, wenn
die Meßspannung
höher als
die Schwellenspannung ist. Wenn ein Überstrom erkannt wird, gibt
die Überstromerkennungsschaltung 15 ein
Stromanomaliesignal an die Fehlersignal-Ausgabeschaltung 17 aus.
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Die
UV-Anomalie-Erfassungsschaltung 16 führt einen Vergleich durch zwischen
einer abgeteilten Spannung der Treiberspannung VCC und einer vorbestimmten
Schwellenspannung und stellt fest, daß eine UV-Anomalie aufgetreten
ist, wenn die abgeteilte Spannung höher ist als die Schwellenspannung.
Wenn eine UV-Anomalie
erfaßt
wird, gibt die UV-Anomalie-Erfassungsschaltung 16 ein UV-Anomalie-Signal
an die Fehlersignal-Ausgabeschaltung 17 aus.
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Das
hochpotentialseitige Treibersignal, das von der Treiberschaltung
für den
höheren
Zweig 13 ausgegeben wird, wird beispielsweise den drei
IGBTs (erstes Leistungs-Halbleiterelement), die parallel zu dem
IGBT-Element 30 geschaltet sind, eingegeben. Ebenso wird
das niederpotentialseitige Treibersignal, das von der Treiberschaltung
für den
niedrigeren Zweig 14 ausgegeben wird, beispielsweise den
drei IGBTs (zweites Leistungs-Halbleiterelement) eingegeben, die
parallel zu dem IGBT-Element 30 geschaltet sind. Die ersteren
drei IGBTs und die letzteren drei IGBTs sind zum Bilden einer Inverterschaltung
hintereinander geschaltet. Der Multiphasen-Motor 40 wird durch
diese Inverterschaltung PWM (Pulsbreitenmodulations)getrieben.
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Wenn
entweder ein Überstrom
oder eine UV-Anomalie erkannt werden, gibt die Fehlersignal-Ausgabeschaltung 17 über einen
Fehleranschluß FO
ein Fehlersignal aus, das von dem H-Pegel (inaktiver Zustand) auf
den L-Pegel (aktiver Zustand) versetzt wurde, während das Fehlersignal der
Treiberschaltung für
den niedrigeren Zweig 14 eingegeben wird. Die Treiberschaltung
für den
niedrigeren Zweig 14, die das Fehlersignal des L-Pegels
empfangen hat, unterbricht und versetzt das niederpotentialseitige
Treibersignal auf den L-Pegel, welcher über den niederpotentialseitigen
Treiberanschluß LO
ausgegeben wird. Dies gestattet eine Unterbrechung des Betriebs,
wenn eine Anomalie auftritt.
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Die
an dem Meßwiderstand 50 erzeugte Meßspannung
wird also dem Überstrom-Erfassungs-Mittel 22 eingegeben.
Das Überstrom-Erfassungs-Mittel 22 macht
einen Vergleich zwischen der empfangenen Meßspannung und einer vorbestimmten
Schwellenspannung und stellt fest, daß ein Überstrom geflossen ist, wenn
die Meßspannung
höher ist als
die Schwellenspannung. Wenn ein Überstrom
erfaßt
wird, gibt das Überstrom-Erfassungs-Mittel 22 ein
Stromanomaliesignal an das Rücksetzsignal-Ausgabe-Mittel 24 aus.
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Das
UV-Anomalie-Erfassungsmittel 23 macht einen Vergleich zwischen
einer abgeteilten Spannung des Treiberpotentials VCC und einer vorbestimmten
Schwellenspannung und stellt fest, daß eine UV-Anomalie aufgetreten
ist, wenn die abgeteilte Spannung höher ist als die Schwellenspannung. Wenn
eine UV-Anomalie erfaßt
wird, gibt das UV-Anomalie-Erfassungsmittel 23 ein UV-Anomaliesignal an
das Rücksetzsignal-Ausgabemittel 24 aus.
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Das
Rücksetzsignal-Ausgabemittel 24 speichert
das Auftreten einer Anomalie anhand des empfangenen Stromanomaliesignals
oder des empfangenen UV-Anomaliesignals und wartet danach auf eine Erholung
von der Anomalie. Wenn dann ein Überstrom
oder eine UV-Anomalie nicht mehr länger anhand des empfangenen
Stromanomaliesignals und des empfangenen UV-Anomaliesignals erkannt
werden, stellt das Rücksetzsignal-Ausgabemittel 24 fest, daß eine Erholung
von der Anomalie stattgefunden hat und führt über einen Rücksetzanschluß RESET der
Fehlersignal-Ausgabeschaltung 17 ein
Rücksetzsignal,
das aus einem Pulssignal des H-Pegels zusammengesetzt ist, zur Aufnahme
des Betriebs zu. Die Fehlersignal-Ausgabeschaltung 17,
die das Rücksetzsignal
empfangen hat, führt
der Treiberschaltung für
den niedrigeren Zweig 14 ein Fehlersignal zu, das von dem
L-Pegel auf den H-Pegel gesetzt wurde. Die Treiberschaltung für den niedrigeren Zweig 14,
die das Fehlersignal des H-Pegels empfangen hat, beendet die Unterbrechung
des niederpotentialseitigen Treibersignals. Dies erlaubt die Aufnahme
des Betriebs, wenn eine Erholung von einer Anomalie stattgefunden
hat.
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2A bis 2E sind
Ablaufdiagramme, die den Betrieb der Leistungs-Halbleitervorrichtung und
der steuernden Schaltung derselben, die in 1 gezeigt
sind, veranschaulichen.
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2A zeigt
das Eingabesignal von dem Steuer-Mikrocomputer 20 zu dem
Eingangsanschluß IN.
Ohne Berücksichtigung
des Vorhandenseins oder der Abwesenheit einer Anomalie wird ein
Pulssignal periodisch dem Eingangsanschluß IN zugeführt. 2B zeigt
das niederpotentialseitige Treibersignal, das an dem niederpotentialseitigen
Treiberanschluß LO
an das IGBT-Element 30 ausgegeben wird. Das niederpotentialseitige
Treibersignal, das unter Normalbedingungen ein Pulssignal in Synchronisation
mit dem Eingangssignal ist, nimmt den L-Pegel an, wenn ein Überstrom
auftritt, bis das Rücksetzsignal
eingegeben wird.
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Wenn
ein Überstrom
auftritt und das über den
Stromerfassungsanschluß CIN
zugeführte
Stromerfassungssignal ein Schwellenpotential V0 erreicht, wie in 2C gezeigt,
fällt das über den
Fehleranschluß FO
ausgegebene Fehlersignal auf den L-Pegel, wie in 2D gezeigt.
Die Treiberschaltung für
den niedrigeren Zweig 14, die das Fehlersignal des L-Pegels
empfangen hat, unterbricht und setzt das niederpotentialseitige
Treibersignal auf den L-Pegel, welcher über den niederpotentialseitigen Treiberanschluß LO ausgegeben
wird.
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Wie
in 2D und 2E gezeigt,
wird das Fehlersignal, das auf den L-Pegel gefallen ist, auf dem
L-Pegel gehalten, bis das aus einem Pulssignal des H-Pegels zusammengesetzte
Rücksetzsi gnal der
Fehlersignal-Ausgabeschaltung 17 zugeführt wird. Nach dem Erkennen
der Erholung von dem Überstrom
anhand des Stromanomaliesignals, das von dem Überstrom-Erfassungsmittel 22 ausgegeben
wird, führt
das Rücksetzsignal-Ausgabemittel 24 das
Rücksetzsignal
der Fehlersignal-Ausgabeschaltung 17 zu. Die Fehlersignal-Ausgabeschaltung 17, die
das Rücksetzsignal
empfangen hat, setzt das Fehlersignal auf den H-Pegel. Dies gestattet
der Treiberschaltung für
den niedrigen Zweig 14 die Beseitigung der Unterbrechung
des niederpotentialseitigen Treibersignals von dem nächsten Zyklus.
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Obwohl 2 sich auf den Fall einer Überstromanomalie
bezieht, kann ein ähnlicher
Betrieb ebenso in dem Fall einer UV-Anomalie durchgeführt werden unter Verwendung
des UV-Anomaliesignals anstelle
des Strom-Anomaliesignals.
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Auf
diese Weise wird der Betrieb des Steuer-ICs 10 auf der
Grundlage eines gepulsten Rücksetzsignals,
das von dem Steuer-Mikrocomputer 20 ausgegeben
wird, wieder hergestellt. Der Steuer-Microcomputer 20,
der zum Erfassen eines Überstroms lediglich
einen Vergleich mit einem vorgeschriebenen Schwellenwert durchführen muß, kann
verglichen mit einem Mikrocomputer, der ein Pulssignal mit einer kurzen
Pulsbreite erfaßt,
kostengünstiger
aufgebaut sein. Dies erlaubt eine Verringerung der Kosten bei der
Herstellung der steuernden Schaltung der Leistungs-Halbleitervorrichtung.
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Bei
der steuernden Schaltung der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß dieser
Ausführungsform
wird unter Verwendung des Überstrom-Erfassungsmittels 22 und
des UV-Anomalie-Erfassungsmittels 23,
die in dem Steuer-Microcomputer 20 enthalten sind, sowie
der Überstrom-Erfassungsschaltung 15 und
der UV-Anomalie-Erfassungsschaltung 16, die in dem Steuer-IC 10 enthalten
sind die Unterbrechung des niederpotentialseitigen Treibersignals
beendet, wenn eine Erholung von einer Anomalie stattfindet. Dies
verringert die Möglichkeit
der Beendigung der Unterbrechung auf der Grundlage einer unrichtigen
Feststellung, daß eine
Erholung stattgefunden hat, wenn das Stromerfassungssignal oder
das Treiberpotential VCC zeitweise einen Normalwert annehmen, ungeachtet
der Tatsache, daß die
Ursache der Anomalie noch nicht beseitigt wurde. Folglich können ein
Kurzschluß oder
dergleichen, die aus einer derartigen Fehlfunktion resultieren und Fehler
oder dergleichen, die daraus resultieren, verhindert werden.
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Insbesondere
in dem Fall einer UV-Anomalie, die kaum eine zeitweise Anomalie
ist, sondern oft eine Wiederherstellungstätigkeit erfordert, kann die Anzahl
der Fehlfunktionen wesentlich verringert werden durch Aufnahme des
Betriebs auf der Grundlage des Rücksetzsignals
von dem Steuer-Mikrocomputer 20.
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Zusätzlich trat
in der bekannten steuernden Schaltung einer Leistungs-Halbleitervorrichtung manchmal
beim Anschalten ein Kurzschluß zwischen den
Treiberschaltungen für
den höheren
Zweig und den niedrigeren Zweig auf. Bei der steuernden Schaltung
der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform
kann eine UV-Anomalie aufgrund von Fluktuationen in dem Treiberpotential
VCC beim Anschalten präziser
erfaßt
werden, wodurch das Auftreten eines derartigen Kurzschlusses zwischen
den Zweigen beim Anschalten verringert wird. Dies bietet eine erhöhte Zuverlässigkeit.
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In
der obigen Beschreibung wird auf der Grundlage des Stromanomaliesignals
von der Überstromerfassungsschaltung 15 und
des UV-Anomaliesignals von der UV-Anomalie-Erfassungsschaltung 16 die
Ausgabe des niederpotentialseitigen Treibersignals von der Treiberschaltung
für den
niederen Zweig 14 unterbrochen. Zusätzlich hierzu kann die Ausgabe
des Steuersignals durch das Steuersignal-Ausgabemittel 21 gleichzeitig
unterbrochen werden auf der Grundlage des Stromanomaliesignals von
dem Überstrom-Erfassungsmittel 20 und
des UV-Anomaliesignals von dem UV-Anomalie-Erfassungsmittel 23.
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Obwohl
es in der obigen Beschreibung von dem Steuer-Mikrocomputer 20 ausgegeben
wird, kann weiterhin das Rücksetzsignal
von einer anderen Vorrichtung als dem Steuer-Mikrocomputer 20 ausgegeben
werden.