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Die
vorliegende Erfindung betriff eine Überstrom-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines
zu einem Gleichstromkreis mit einem Halbleiterschalter fließenden Überstroms
und insbesondere eine Technik, mit der ein Überstrom mit hoher Präzision in
Entsprechung zu einer unter Umständen
gegebenen Änderung
des EIN-Zustand-Widerstands eines Halbleiterschalters erfasst werden
kann.
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Zum
Beispiel ist bei einem Gleichstromkreis, der einen Halbleiterschalter
wie etwa einen FET zwischen einer Gleichstromversorgung und einer
Last wie etwa einem Motor oder einer Lampe umfasst und zum Ein-/Ausschalten
des Halbleiterschalters dient, um den Betrieb der Last zu steuern,
eine Überstrom-Erfassungsschaltung
vorgesehen, um den Fluss eines Überstroms
wie etwa eines Kurzschlussstroms zu erfassen und dann unmittelbar
den Halbleiterschalter zu trennen, sodass die Schaltung bei der Erfassung
eines Überstroms
geschützt
wird.
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm, das den Aufbau einer Laststeuerschaltung
mit einer Überstrom-Erfassungsschaltung
aus dem Stand der Technik zeigt. Eine Gleichstromversorgung VB in 3 ist zum
Beispiel eine Batterie für
ein Fahrzeug, wobei eine Last 101 ein Motor zum Antreiben
eines Fensterhebers oder eine Lampe (oder mehrere Lampen) in dem
Fahrzeug ist und wobei die Gleichstromversorgung und die Last 101 miteinander über einen FET
des MOS-Typs (T101) verbunden sind.
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Eine
Spannung V1 wird an einem Ausgangsanschluss auf der positiven Seite
der Gleichstromversorgung VB angelegt, und der Ausgangsanschluss
auf der positiven Seite ist mit einem Anschluss a einer IC-Schaltung 102 verbunden.
Weiterhin ist der Ausgangsanschluss auf der positiven Seite der
Gleichstromversorgung VB über
eine Reihenschaltung mit den Widerständen R101 und R102 geerdet,
und ist ein Knoten (eine Spannung V4) mit einem Anschluss b der
IC-Schaltung 102 verbunden.
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Weiterhin
weist der FET (T101) ein Gate auf, das mit einem Anschluss c der
IC-Schaltung 102 verbunden ist, und eine Source (eine Spannung
V2) ist mit einem Anschluss d der IC-Schaltung 102 verbunden.
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Die
IC-Schaltung 102 umfasst eine Reihenschaltung aus einem
Widerstand R103, einem FET (T102) und einem Widerstand R105, wobei
eines der Enden des Widerstands R103 mit dem Anschluss a (d.h. dem
Ausgangsanschluss auf der positiven Seite der Gleichstromversorgung
VB) verbunden ist und eines der Enden des Widerstands R105 geerdet
ist. Weiterhin weist die IC-Schaltung 102 einen Verstärker (AMP101)
auf, und ein Drain (eine Spannung V3) des FET (T102) ist mit einem
Eingangsanschluss auf der positiven Seite des Verstärkers (AMP101)
verbunden, der Anschluss d, d.h. eine Source (eine Spannung V2)
des FET (T101), ist mit einem Eingangsanschluss auf der negativen
Seite des Verstärkers
(AMP101) verbunden und ein Ausgangsanschluss des Verstärkers (AMP101)
ist mit dem Gate des FET (T102) verbunden.
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Weiterhin
ist ein Komparator (CMP102) vorgesehen, und eine Source des FET
(T102) ist mit einem Eingangsanschluss auf der negativen Seite des Komparators
(CMP102) verbunden, der Anschluss b, d.h. der Knoten der Widerstände R101
und R102 ist mit einem Eingangsanschluss auf der positiven Seite des
Komparators (CMP101) verbunden.
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Weiterhin
umfasst die IC-Schaltung 102 eine Ansteuerschaltung 103,
und ein Ausgangsanschluss der Ansteuerschaltung 103 ist über einen
Widerstand R110 mit dem Anschluss c, d.h. mit dem Gate des FET (T101)
verbunden.
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Durch
die Steuerung des Ausgangssignals der Ansteuerschaltung 103 wird
ein Ansteuersignal zu dem Gate des FET (T101) geführt, wodurch
der FET (T101) ein- bzw. ausgeschaltet wird.
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Eine
Spannung VDS zwischen dem Drain und der Source des FET (T101) beim
Einschalten des FET (T101) kann durch die folgende Gleichung (1)
ausgedrückt
werden, wobei ein EIN-Zustand-Widerstand
des FET (T101) durch Ron wiedergegeben wird und ein Drainstrom durch
ID wiedergegeben wird. VDS
= V1 – V2
= Ron·ID (1)
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Der
Verstärker
(AMP101) in der IC-Schaltung 102 gibt ein Steuersignal
zu dem Gate des FET (T102) derart aus, dass die Spannung V2 gleich
der Spannung V3 ist, wodurch der Fluss eines Stroms I1 zu der Reihenschaltung
des Widerstands R103 gesteuert wird. Deshalb wird eine an beiden
Enden des Widerstands R103 erzeugte Spannung derart gesteuert, dass
sie gleich der Spannung VDS zwischen dem Drain und der Source ist.
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Wenn
zum Beispiel der Widerstandswert des Widerstands R105 100 Mal so
groß wie
derjenige des Widerstands R103 gesetzt wird (zum Beispiel R103 = 100 Ω, R105 =
10 KΩ),
kann eine Spannung V5 erhalten werden, indem die Spannung VDS auf
das 100-fache verstärkt
wird. Dies kann durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt werden. V5 = (R5/R3)·Ron·ID (2)
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Die
Spannung V5 wird zu dem Eingangsanschluss auf der negativen Seite
des Komparators (CMP101) geführt,
und die Spannung (eine Bezugsspannung) V4, die durch das Teilen
der Spannung der Gleichstromversorgung VB durch die Widerstände R101
und R102 erhalten wird, wird zu dem Eingangsanschluss auf der positiven
Seite geführt. Wenn
die Spannung V5 höher
als die Spannung V4 ist, wird das Ausgangssignal des Komparators (CMP101)
wechselgerichtet. Wenn insbesondere ein Überstrom zu der Last 101 fließt, sodass
der Strom ID erhöht
wird, wird die Spannung V5 durch die Gleichung (2) erhöht und wird
die Spannung V4 überschritten,
sodass das Ausgangssignal des Komparators (CMP101) invertiert wird.
Wenn das Signal erfasst und der FET (T101) getrennt wird, kann folglich die
Last 101 und die damit verbundene Last geschützt werden.
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Es
gibt verschiedene Typen von Lasten, die durch einen Halbleiterschalter
gesteuert werden können,
wobei ein FET in Entsprechung zu dem Typ der Last und insbesondere
zu der Größe des Laststroms gewählt wird.
Wenn der Typ des FET (T101) variiert wird, wird entsprechend der
EIN-Zustand-Widerstand Ron geändert.
Aus der Gleichung (2) geht deshalb hervor, dass die Spannung V5
variiert wird. Wenn die Last 101 identisch ist, wird die
Größe des Stroms
ID bei der Bestimmung des Stroms ID als Überstrom nicht variiert. Um
denselben Strom ID als Überstrom
zu bestimmen, muss deshalb der Wert von (R5/R3) oder die Bezugsspannung
V4 für
die Bestimmung des Überstroms
in Entsprechung zu einem neuen EIN-Zustand-Widerstand Ron geändert werden.
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Weil
diese Änderungen
nicht in der IC-Schaltung 102 durchgeführt werden können, müssen sie außerhalb
der IC-Schaltung 102 durchgeführt werden.
Deshalb können
die Widerstände
R101 und R102 nicht in der IC-Schaltung 102 integriert
werden.
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Wenn
ein Aufbau verwendet wird, bei dem die Widerstände R101 und R102 außerhalb
der IC-Schaltung 102 vorgesehen sind, muss wenigstens ein
Verbindungsanschluss in der IC-Schaltung 102 (Anschluss
b) vorgesehen werden. 3 zeigt der Einfachheit halber
nur einen Lastkreis. Bei der Instrumentenausstattung eines Fahrzeugs
sind jedoch tatsächlich
zehn oder mehr Lastkreise vorgesehen. In diesem Fall ist es erforderlich,
zehn Verbindungsanschlüsse
oder mehr in der IC-Schaltung 102 vorzusehen. Dadurch ergibt
sich der Nachteil, dass die Größe des IC-Packs
und die Chip-Größe vergrößert werden,
was eine Kostenerhöhung
mit sich bringt.
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Wenn
der FET (T101) wie oben beschrieben als Halbleiterschalter in dem
Lastkreis variiert wird, sodass der EIN-Zustand-Widerstand Ron geändert wird,
muss ein gewünschter Überstrombestimmungswert
in Entsprechung zu einem neuen EIN-Zustand-Widerstand Ron gesetzt werden.
Aus diesem Grund müssen
die Widerstandswerte der Widerstände
R101 und R102 geändert
werden, wodurch der Überstrombestimmungswert
gesetzt wird. Diese Operation muss außerhalb der IC-Schaltung 102 durchgeführt werden,
wobei zwei Regelanschlüsse (die
Anschlüsse
a und b) in der IC-Schaltung 102 vorgesehen sind. Folglich
ergibt sich das Problem, dass die Größe der Packung vergrößert wird.
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Die
Erfindung nimmt auf die oben geschilderten Probleme Bezug, wobei
es eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Überstrom-Erfassungsvorrichtung anzugeben,
die einen Überstrombestimmungswert
in Entsprechung zu einer Änderung
des EIN-Zustand-Widerstands unter Verwendung eines einfachen Verfahrens
setzen kann, wobei die Größe einer integrierten
Schaltung (IC-Schaltung) nicht vergrößert ist.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Überstrom-Erfassungsvorrichtung
zum Erfassen eines Überstroms
in einem Lastkreis angegeben, wobei die Überstrom-Erfassungsvorrichtung
umfasst:
eine Gleichstromversorgung,
eine Last,
einen
Halbleiterschalter, der die Last ein- bzw. ausschaltet,
eine
Ansteuerschaltung, die ein Ansteuersignal zu dem Halbleiterschalter
ausgibt,
eine Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung, die eine
Bezugsspannung erzeugt,
eine Spannungsabfall-Erzeugungsschaltung,
die einen Widerstand (R6) umfasst, über den ein gewünschter
Spannungsabfall erzeugt wird,
eine Bestimmungsspannungs-Erzeugungsschaltung,
die als Bestimmungsspannung (V5) eine Spannung in Entsprechung zu
einer Spannung erzeugt, die durch das Addieren eines in dem Widerstand
(R6) erzeugten Spannungsabfalls zu einem beim Einschalten des Halbleiterschalters
erzeugten Spannungsabfall (VDS) erhalten wird, und
eine Vergleichschaltung,
die die Bestimmungsspannung mit der Bezugsspannung vergleicht und
ein Trennungs-Befehlssignal für
den Halbleiterschalter an die Ansteuerschaltung ausgibt, wenn die
Bestimmungsspannung größer als
die Bezugsspannung ist.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung betrifft die Überstrom-Erfassungsvorrichtung, wobei die Ansteuerschaltung,
die Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung, die Vergleichsschaltung,
die Spannungsabfall-Erzeugungsschaltung mit Ausnahme des Widerstands
zum Erzeugen eines Spannungsabfalls, und die Bestimmungsspannungs-Erzeugungsschaltung
in einer einzelnen integrierten Schaltung vorgesehen sind.
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Ein
dritter Aspekt der Erfindung betrifft die Überstrom-Erfassungsvorrichtung, wobei die integrierte
Schaltung drei Verbindungsanschlüsse
umfasst, nämlich
einen ersten Anschluss zum Verbinden der Ansteuerschaltung mit dem
Halbleiterschalter, einen zweiten Anschluss zum Verbinden der Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung
mit der Gleichstromversorgung und einen dritten Anschluss zum Verbinden
des Widerstands zum Erzeugen eines Spannungsabfalls mit der Spannungsabfall-Erzeugungsschaltung
in der integrierten Schaltung.
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Ein
vierter Aspekt der Erfindung betrifft die Überstrom-Erfassungsvorrichtung, wobei die Spannungsabfall-Erzeugungsschaltung
eine Konstantstromschaltung umfasst, die für einen konstanten Stromfluss
durch den Widerstand zum Erzeugen eines Spannungsabfalls sorgt,
um einen gewünschten Spannungsabfall
in dem Widerstand zu erzeugen.
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Ein
fünfter
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Überstrom-Erfassungsvorrichtung, wobei
der Halbleiterschalter ein MOSFET ist.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung kann der Überstrombestimmungswert
des zu dem Lastkreis fließenden
Stroms optional gesetzt werden, indem der Widerstandswert zum Erzeugen
eines Spannungsabfalls geregelt wird. Auch wenn der EIN-Zustand-Widerstand
Ron des Halbleiterschalters geändert
werden muss, kann ein gewünschter Überstrombestimmungswert über den
Widerstand zum Erzeugen eines Spannungsabfalls gesetzt werden. Der Überstrombestimmungswert
kann also mit hoher Präzision
gesetzt werden.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung ist nur der Widerstand zum Erzeugen eines Spannungsabfalls
außerhalb
der integrierten Schaltung vorgesehen, während die anderen Schaltungen
in der integrierten Schaltung vorgesehen sind. Dadurch können die
Größe und das
Gewicht der gesamten Vorrichtung reduziert werden.
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Gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung sind drei Anschlüsse für die Verbindung der integrierten
Schaltung mit dem Lastkreis vorgesehen, nämlich erste bis dritte Anschlüsse. Folglich
kann die Anzahl der Anschlüsse
reduziert werden und kann die Größe der integrierten
Schaltung verkleinert werden. Auf diese Weise können die Kosten der gesamten Vorrichtung
reduziert werden.
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Gemäß dem vierten
Aspekt der Erfindung kann ein in dem Widerstand zum Erzeugen eines Spannungsabfalls
erzeugter Spannungsabfall durch eine Konstantstromschaltung und
eine Stromspiegelschaltung gesetzt werden. Der Spannungsabfall kann
also einfach und mit hoher Präzision
gesetzt werden.
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Gemäß dem fünften Aspekt
der Erfindung wird der MOSFET als Halbleiterschalter verwendet. Der
MOSFET kann also zuverlässig
bei Auftreten eines Überstroms
geschützt
werden.
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Die
oben genannten Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch eine ausführliche
Beschreibung von bevorzugten und beispielhaften Ausführungsformen
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen verdeutlicht.
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm, dass eine Überstrom-Erfassungsvorrichtung und einen Lastkreis
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen einem EIN-Zustand-Widerstand Ron
und einem Überstrombestimmungswert
Iovc bei einer Änderung
des Werts eines Widerstandes R6 in 100Ω-Einheiten von 0 auf 600Ω zeigt.
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine Überstrom-Erfassungsvorrichtung und einen Lastkreis
aus dem Stand der Technik zeigt.
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In
folgenden wird eine Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist
ein Schaltdiagramm, das den Aufbau eines Lastkreises einschließlich einer Überstrom-Erfassungsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung zeigt.
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Wie
in 1 gezeigt, weist der Lastkreis eine Reihenschaltung
einschließlich
einer Gleichstromversorgung VB, eines FET des MOS-Typs (T1; Halbleiterschalter)
und einer Last 1 auf, wobei der FET (T1) ein- oder ausgeschaltet
wird, um den Ansteuerbetrieb der Last 1 zu steuern.
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Die
Gleichstromversorgung VB ist zum Beispiel eine Batterie für ein Fahrzeug,
und die Last 1 ist ein Motor zum Antreiben eines Fensterhebers
oder eine Lampe (mehrere Lampen) in einem Fahrzeug. Weiterhin umfasst
der Lastkreis eine IC-Schaltung (eine
integrierte Schaltung) 2, wobei der Ansteuerbetrieb des
FET (T1) durch die IC-Schaltung 2 gesteuert wird.
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Ein
Knoten P1 (eine Spannung V1) des Drains des FET (T1) und die Gleichstromversorgung VB
sind mit einem Anschluss a (einem zweiten Anschluss) der IC-Schaltung 2 verbunden,
und ein Knoten P2 (eine Spannung V2) der Source des FET (T1) und
die Last 1 sind mit einem Anschluss d (einem dritten Anschluss)
der IC-Schaltung 2 über
einen Widerstand R6 (einen Widerstand zum Erzeugen eines Spannungsabfalls)
verbunden, und das Gate des FET (T1) ist mit einem Anschluss c (einem
ersten Anschluss) der IC-Schaltung 2 verbunden.
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Die
IC-Schaltung 2 umfasst eine Reihenschaltung aus einem Widerstand
R1 und einem Widerstand R2, wobei eines der Enden des Widerstands
R1 mit dem Anschluss a verbunden ist und eines der Enden des Widerstands
R2 geerdet ist. Weiterhin ist ein Knoten P4 (eine Spannung V4) der
Widerstände
R1 und R2 mit einem Eingangsanschluss auf der positiven Seite eines
Komparators (CMP1) verbunden.
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Weiterhin
weist die IC-Schaltung 2 eine Reihenschaltung aus einem
Widerstand R3, einem FET (T2) und einem Widerstand R5 auf, wobei
eines der Enden des Widerstands R3 mit dem Anschluss a verbunden
ist und eines der Enden des Widerstands R5 geerdet ist. Ein Knoten
(eine Spannung V3) des Widerstands R3 und des FET (T2) ist mit einem
Eingangsanschluss auf der positiven Seite eines Verstärkers (AMP1)
verbunden, und ein Eingangsanschluss auf der negativen Seite des
Verstärkers (AMP1)
ist mit dem Anschluss d verbunden.
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Weiterhin
ist der Ausgangsanschluss des Verstärkers (AMP1) mit dem Gate des
FET (T2) verbunden. Weiterhin ist ein Knoten P5 (eine Spannung V5)
des FET (T2) und des Widerstands R5 mit einem Eingangsanschluss
auf der negativen Seite des Komparators (CMP1) verbunden.
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Außerdem weist
die IC-Schaltung 2 eine Ansteuerschaltung 3 auf,
und ist der Ausgangsanschluss der Ansteuerschaltung 3 mit
dem Anschluss c über
einen Widerstand R10 verbunden. Weiterhin ist eine Stromspiegelschaltung
einschließlich
von Transistoren T3 und T4 vorgesehen, wobei ein Kollektor des Transistors
T3 mit dem Anschluss a über einen
Widerstand R4 verbunden ist und ein Kollektor des Transistors T4
mit dem Anschluss d, d.h. mit einem Eingangsanschluss (einem Knoten
P6, einer Spannung V6) auf der negativen Seite des Verstärkers (AMP1),
verbunden ist, wobei jeweils ein Emitter der Transistoren T3 und
T4 geerdet ist.
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Der
Ausgangsanschluss des Komparators (CMP1) gibt als Ausgabe ein Überstrom-Erfassungssignal
an eine Überstrom-Schutzschaltung (nicht
gezeigt) aus und gibt weiterhin einen Antriebsstopp-Befehl an die
Ansteuerschaltung 3 aus, wenn ein Überstrom erfasst wird.
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Die
Widerstände
R1 und R2 bilden eine Bezugsspannungs-Erzeugungsschaltung, die Widerstände R4 und
R6 sowie die Transistoren T3 und T4 bilden eine Spannungsabfall-Erzeugungsschaltung, die
Widerstände
R3 und R5, der FET (T2) und der Verstärker (AMP1) bilden eine Bestimmungsspannungs-Erzeugungsschaltung,
und der Komparator (CMP1) bildet eine Vergleichsschaltung. Weiterhin bilden
der Widerstand R4 und die Transistoren T3 und T4 eine Konstantstrom-Erzeugungsschaltung.
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Im
Folgenden wird die Funktion der Überstrom-Erfassungseinrichtung
gemäß der Ausführungsform
mit dem oben beschriebenen Aufbau beschrieben. Wenn ein Ansteuersignal
zu dem FET (T1) unter der Steuerung der Ansteuerschaltung 3 ausgegeben
wird, wird der FET (T1) eingeschaltet, sodass ein Strom ID fließt und die
Last 1 angetrieben wird. Gleichzeitig fließt ein Strom
I4 zu der Reihenschaltung, die den Widerstand R3, den FET (T2) und den
Widerstand R5 umfasst.
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Die
Spannung V3 an dem Punkt P3 wird in den Eingangsanschluss auf der
positiven Seite des Verstärker
(AMP1) eingegeben, und die Spannung V6 an dem Anschluss d, d.h.
an dem Punkt P6, wird in den Eingangsanschluss auf der negativen
Seite des Verstärkers
(AMP1) eingegeben. Ein Ausgangssignal in Entsprechung zu einer Differenz
(V3 – V6) zwischen
diesen Spannungen wird zu dem Gate des FET (T2) ausgegeben, und
der Strom I1 wird derart gesteuert, dass der Differenzwert gleich
0 ist, d.h. dass die Spannung V3 und die Spannung V6 gleich sind.
Dementsprechend wird die Summe aus einer Spannung VDS zwischen dem
Drain und der Source in dem FET (T1) und einer Spannung an beiden
Enden des Widerstands R6 derart gesteuert, dass sie gleich einer
an beiden Enden des Widerstands R3 erzeugten Spannung ist.
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Weiterhin
fließt
der Strom I1 zu dem Widerstand R5, der in Reihe mit dem Widerstand
R3 verbunden ist. Deshalb wird eine Spannung mit einer Größe, die
proportional zu den Widerstandswerten der Widerstände R3 und
R5 ist, jeweils über den
Widerstand R3 und R5 erzeugt. Wenn zum Beispiel der Widerstand R3
einen Widerstandswert von 100Ω aufweist
und der Widerstand R5 einen Widerstandswert von 10KΩ aufweist,
weist die an dem Widerstand R5 erzeugte Spannung V5 eine Größe auf,
die 100 Mal größer als
die an beiden Enden des Widerstands R3 erzeugte Spannung ist.
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Dementsprechend
ist die Spannung V5 gleich einer Spannung, die durch das Verstärken der Summe
aus der Spannung VDS und der an beiden Enden des Widerstands R6
erzeugten Spannung ist. Wenn ein Überstrom in dem Lastkreis erzeugt
wird, sodass die Spannung VDS erhöht wird, wird die Spannung
V5 erhöht.
Wenn die Spannung V5 höher als
die Bezugsspannung V4 ist, wird das Ausgangssignal des Komparators
(CMP1) invertiert, um die Erzeugung des Überstroms zu erfassen. Die
Ansteuerschaltung 3 kann die Zufuhr des Ansteuersignals
zu dem FET (T1) nach Empfang eines Überstrom-Erfassungssignals
blockieren, um den FET (T1) auszuschalten und dadurch den Lastkreis
vor einem Überstrom
zu schützen.
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Wenn
wie mit Bezug auf den Stand der Technik beschrieben der Typ des
FET (T1) in Entsprechung zu der zu steuernden Last 1 variiert
wird, wird der EIN-Zustand-Widerstand Ron geändert. Dementsprechend wird
die Spannung VDS zwischen dem Drain und der Source, die durch Ron·ID angegeben wird,
auch für
jede Einheit variiert.
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Im
folgenden wird eine Technik zum Trennen einer Schaltung mit einem Überstrom
beschrieben, der immer eine gleiche Größe aufweist, d.h. auch wenn
eine Variation in dem EIN-Zustand-Widerstand Ron des FET (T1) erzeugt
wird.
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Wie
oben beschrieben ist der Stromspiegel einschließlich des Widerstands R4 und
der Transistoren T3 und T4 in der IC-Schaltung 2 vorgesehen. Weil
die Spannung V1 und die Gleichstromversorgung VB an dem Widerstand
R4 angelegt werden, fließt
ein Strom I2. In diesem Fall kann der Strom I2 durch die folgende
Gleichung (3) ausgedrückt
werden. I2 = (V1 – 0,6)/R4 (3)
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Eine
Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors T3 wird
auf 0,6 V gesetzt.
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Dementsprechend
ist der Strom I2 ein Konstantstrom, der durch die Spannung V1 und
den Widerstand R4 bestimmt wird, und ist der Kollektorstrom des
Transistors T4 gleich dem Strom I2 der Stromspiegelschaltung, die
durch die Transistoren T3 und T4 gebildet wird. In diesem Fall fließt der Kollektorstrom
T4 durch den Widerstand R6. Folglich wird ein Spannungsabfall von
R6·I2
an dem Widerstand R6 erzeugt.
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Wie
oben beschrieben, wird der Strom I1 derart gesteuert, dass die Summe
aus der Spannung VDS zwischen dem Drain und der Source in dem FET
(T1) und der an beiden Enden des Widerstands R6 erzeugten Spannung,
d.h. R6·I2,
gleich der an beiden Enden des Widerstands R3 erzeugten Spannung
ist. Daraus ergibt sich die folgende Gleichung (4): V1 – V3 = VDS + R6·I2 (4)
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Wenn
R5 / R3 = m gesetzt wird, kann die folgende Gleichung (5) erhalten
werden: V5 = m (VDS
+ R6·I2)
=
m (Ron·ID
+ R6·I2) (5)
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Wenn
ein Stromwert bei einer Bestimmung, dass der zu dem Lastkreis fließende Strom
ID ein Überstrom
ist, auf einen Überstrom-Bestimmungswert
Iovc gesetzt wird, muss die Ausgabe des Komparators (CMP1) mit ID
= Iovc invertiert werden. Deshalb wird V5 = V4 mit ID = Iovc erhalten.
Dementsprechend wird die folgende Gleichung (6) aus der Gleichung
(5) erhalten. V5
= m (Ron·Iovc
+ R6·I2)
= V4 (6)
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Indem
die Gleichung (6) umgewandelt wird, kann die folgende Gleichung
(7) erhalten werden: Iovc
= (V4/m – R6·I2)/Ron (7)
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In
der Gleichung (7) geben V4, m und I2 jeweils durch die Schaltungen
in der IC-Schaltung 2 gesetzte Kennlinienwerte wieder.
Der Widerstand R6 ist außerhalb
der IC-Schaltung 2 vorgesehen. Indem der Wert des Widerstands
R6 für
eine Änderung
in Ron gewählt
wird, kann also der Stromwert Iovc bei der Bestimmung einer Überstroms
geregelt werden.
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Im
folgenden wird eine Technik zum Setzen des Werts des Widerstands
R6 aus dem Überstrom-Bestimmungswert
Iovc und dem EIN-Zustand-Widerstand Ron des FET (T1) beschrieben. 2 ist
ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen dem EIN-Zustand-Widerstand
Ron und dem Überstrom-Bestimmungswert
Iovc bei einer Änderung
in dem Wert des Widerstands R6 in 100Ω-Einheiten von 0 auf 600Ω zeigt.
Es werden R1=20KΩ,
R2=40KΩ,
R3=100Ω,
R4=120KΩ, R5=10KΩ und V1=12,5V
gesetzt.
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Eine
Kurve von R6 = 0Ω gibt
den Fall an, in dem keine Funktion zum Regeln eines Überstrom-Bestimmungswerts
vorgesehen ist. Wenn die IC-Schaltung 2 fixiert ist, wird
die Beziehung zwischen dem EIN-Zustand-Widerstand Ron und dem Überstrom-Bestimmungswert
eindeutig bestimmt. Wenn insbesondere der EIN-Zustand-Widerstand Ron
bestimmt wird, wird der Überstrom-Bestimmungswert
Iovc derart bestimmt, dass kein Freiheitsgrad für das Setzen des Überstrom-Bestimmungswerts
Iovc gegeben ist.
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In
der Ausführungsform
ist die Regelfunktion zum Ändern
des Werts des Widerstands R6 vorgesehen. Wenn der Widerstand R6
innerhalb des Bereichs zwischen 0 und 600Ω gewählt wird, kann der Überstrom-Bestimmungswert
Iovc korrekt für
denselben EIN-Zustand-Widerstand Ron gewählt werden. Wenn zum Beispiel
ein FET (T1) mit Ron = 4mΩ verwendet
wird, kann ein optionaler Überstrom-Bestimmungswert
in einem Bereich von Iovc = 5,96 bis 20,8 A gewählt werden.
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Wie
in 2 gezeigt, wird der Regelbereich (auf einen Bereich
von 5A oder weniger) reduziert, wenn der EIN-Zustand-Widerstand Ron erhöht wird, wobei
kein großer Überstrom-Bestimmungswert Iovc gewählt werden
kann. Ein großer
EIN-Zustand-Widerstand
Ron bedeutet eine kleine FET-Kapazität. Vor allem kann kein großer Stromfluss
veranlasst werden.
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Dementsprechend
reicht ein Überstrom-Bestimmungswert
von 5A aus.
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Bei
der Überstrom-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist also der Stromspiegel einschließlich der Transistoren T3 und
T4 in der IC-Schaltung 2 vorgesehen, wobei ein Strom gleich
dem zu dem Widerstand R4 fließenden Strom
I2 zu dem Widerstand R6 fließt,
der außerhalb der
IC-Schaltung 2 vorgesehen ist. Aus diesem Grund wird ein
Spannungsabfall von I2·R6
in dem Widerstand R6 erzeugt und wird die Spannung V5 zum Bestimmen
eines Überstroms
unter Verwendung der Spannung V6 erzeugt, indem der Spannungsabfall
von der Source-Spannung V2 des FET (T1) reduziert wird. Indem also
der Wert des Widerstands R6 entsprechend geändert wird, kann der Überstrom-Bestimmungswert
Iovc des Lastkreises optional geregelt werden.
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Wenn
der EIN-Zustand-Widerstand Ron des FET (T1) geändert wird, kann also immer
der Wert des Widerstands R6 derart gesetzt werden, dass er einen
gewünschten Überstrom-Bestimmungswert Iovc
aufweist. Im Vergleich zu der in 3 gezeigten Schaltung
aus dem Stand der Technik ist außerdem die Anzahl der Verbindungsanschlüsse der
IC-Schaltung 2 und des Lastkreises reduziert. Insbesondere umfasst
die IC-Schaltung 102 in der in 3 gezeigten
Schaltung vier Anschlüsse
a bis d, während
die IC-Schaltung 2 in der in 1 gezeigten
Schaltung gemäß der Ausführungsform
drei Anschlüsse
a, c und d (die ersten bis dritten Anschlüsse) umfasst.
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Es
kann also die Anzahl der Anschlüsse
in der IC-Schaltung 2 reduziert werden, und es kann weiterhin
die Größe der Packung
der IC-Schaltung 2 verkleinert werden, sodass eine Kostenreduzierung möglich ist.
Weiterhin ist nur eine Komponente außerhalb der IC-Schaltung 2 vorgesehen,
nämlich
der Widerstand R6. Dadurch kann die Gesamtanzahl der Komponenten
reduziert werden.
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Auch
wenn verschiedene Halbleitereinheiten mit unterschiedlichen EIN-Zustand-Widerständen Ron
verwendet werden, sind diese sehr nützlich für eine Technik zum zuverlässigen Trennen
einer Schaltung mit einem vorbestimmten Überstromwert.