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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft eine Energieversorgungssteuerung.
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HINTERGRUND
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Eine
Energieversorgungssteuerung kann als eine sogenannte hochseitige
Ansteuerung verwendet werden, die einen n-Kanal-MOSFET aufweist, der
zwischen einer positiven Energiequelle und einer Last zur Durchführung einer
Stromsteuerung eingefügt
ist, wie es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-217696
beispielsweise beschrieben ist. Wenn eine Energieversorgungssteuerung
auf diese Weise als eine hochseitige Ansteuerung verwendet wird,
muss die Gate-Spannung des MOSFET auf einen höheren Pegel als eine Energieversorgungsspannung
(typischerweise auf eine Spannung, die näherungsweise dem Zweifachen
der Energieversorgungsspannung beträgt) für den MOSFET angesteuert werden,
um diesen zuverlässig
einzuschalten. Zu diesem Zweck wird eine Gate-Ansteuerschaltung
(beispielsweise eine Ladungspumpschaltung) benötigt. Insbesondere empfängt eine Gate-Ansteuerschaltung
eine vorbestimmte Eingangsspannung. Wenn ein EIN-Signal zum Einschalten
des MOSFET von einer externen Quelle in die Energieversorgungssteuerung
eingegeben wird, erhöht
die Gate-Ansteuerschaltung die Eingangsspannung und gibt die erhöhte Spannung
an das Gate des MOSFET aus, um den MOSFET einzuschalten.
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Die
Gate-Ansteuerschaltung steuert das elektrische Gatepotenzial des
MOSFET auf der Grundlage des elektrischen Potenzials an einem Masseanschluss,
der in der Energieversorgungssteuerung vorgesehen ist, um den MOSFET
auszuschalten. Wenn dementsprechend der Masseanschluss nicht geerdet
ist und die Source des MOSFET durch eine Last geeignet geerdet ist,
erreicht das elektrische Potenzials des Masseanschlusses das elektrische
Potenzial der positiven Energiequelle, und zusammen mit dieser Erhöhung erhöht sich ebenfalls
das elektrische Gatepotenzial des MOSFET und erreicht das elektrische
Potenzial der positiven Energiequelle. Als Ergebnis überschreitet
unabhängig
von dem Eingang des EIN-Signals die Potenzial differenz zwischen
der Source und dem Gate (die Gate-Source-Spannung) des MOSFET eine
Schwellenspannung des MOSFET und kann irrtümlicherweise ein Einschalten
des MOSFET bewirken.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Energieversorgungssteuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung beinhaltet: einen n-Kanal-MOSFET, der zwischen einer Energiequelle
und einer Last vorgesehen ist; einen Masseanschluss; eine Gate-Ansteuerschaltung,
die strukturiert ist, auf der Grundlage eines Masseanschlusspotenzials
ein Gate-Anschlusspotenzial des MOSFET zu steuern, um eine Energie
einzuschalten, und das Gate-Anschlusspotenzial
des MOSFET zu steuern, um die Energie auszuschalten; und eine Ausschalt-Schaltung,
die strukturiert ist, den MOSFET in einen Ausschalt-Zustand unabhängig von
der Steuerung durch die Gate-Ansteuerschaltung zu schalten, wenn
das Masseanschlusspotenzial auf einem höheren Wert als ein Sourcepotenzial
des MOSFET liegt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird, wenn ein Masseanschluss beispielsweise nicht geeignet
geerdet ist und daher das elektrische Potenzial des Masseanschlusses
um einen Betrag höher
als das Sourcepotenzial des MOSFET ist, der gleich einem vorbestimmten
Pegel ist, der MOSFET gezwungen, sich auszuschalten. Somit kann
eine Fehlfunktion wie beispielsweise das Bewirken, dass der MOSFET
die Energie einschaltet, wenn ein EIN-Signal zum Bewirken, dass
der MOSFET die Energie einschaltet, nicht eingegeben wird, verhindert
werden.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Beispielhafte
Aspekte gemäß der Erfindung werden
genauer mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, die zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm, das einen Überblick über eine
Energieversorgungssteuerung gemäß einem
beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 ein
Zeitdiagramm, das einen Betrieb einer Entladungsverhinderungsschaltung
zeigt, die auf Variationen des Pegels einer Energieversorgungsspannung
reagiert; und
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3 ein
Blockdiagramm, das eine Variation des beispielhaften Aspektes zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN BEISPIELHAFTEN ASPEKTE
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Ein
beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug
auf die 1 und 2 beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Gesamtkonfiguration einer Energieversorgungssteuerung 10 gemäß dem beispielhaften
Aspekt zeigt. Die Energieversorgungssteuerung 10 ist in
einem Fahrzeug, das nicht gezeigt ist, vorgesehen und steuert die
Energieversorgung bzw. -zufuhr von einer fahrzeuginternen Energiequelle
(im Folgenden als die "Energiequelle 12" bezeichnet) zu einer
Last 11. Die Last 11 kann eine Fahrzeuglampe,
ein Kühlungslüftermotor,
ein Wischermotor, eine Antibeschlagungsheizung oder ähnliches
sein. Die Energieversorgungssteuerung 10 wird als eine
sogenannte hochseitige Ansteuerung verwendet, die einen n-Kanal-MOSFET (im Folgenden
als der "Leistungs-MOSFET 14" bezeichnet) aufweist,
der zwischen einer positiven Energiequelle 12 und einer Last 11 zum
Steuern eines Stromes vorgesehen ist.
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(1) Grundlegende Konfiguration
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Die
Energieversorgungssteuerung 10 beinhaltet den Leistungs-MOSFET 14,
der an einer Energieversorgungsleitung 13 zum Zuführen einer
Energie von der Energiequelle 12 zur Last 11 vorgesehen ist.
Die Energieversorgungssteuerung 10 empfängt ein Steuersignal S1 wie
z. B. ein konstantes Spannungssignal oder ein PWM (Pulsbreitenmodulations)-Steuersignal
von einer externen Quelle und bewirkt das Ein- und Ausschalten des
MOSFET 14 entsprechend dem Steuersignal S1, wodurch die
Energiezufuhr zur Last 11, die mit dem Leistungs-MOSFET 14 verbunden
ist, gesteuert wird. In diesem beispielhaften Aspekt weist die Energieversorgungssteuerung 10 einen
Eingangsanschluss P1 auf, der mit einem externen Betätigungs schalter 15 verbunden
ist. Wenn der Schalter 15 eingeschaltet wird, wird die
Energieversorgungssteuerung 10 aktiviert. Insbesondere
ist der Eingangsanschluss P1 mit dem Betätigungsschalter 15 durch
einen Widerstand 15a verbunden, und der Verbindungspunkt
zwischen dem Widerstand 15a und dem Betätigungsschalter 15 ist mit
der Energiequelle 12 durch einen Widerstand 15b verbunden.
Der Eingangsanschluss P1 wird auf ein Energieversorgungspotenzial
Vcc heraufgezogen, wenn sich der Betätigungsschalter 15 in
dem ausgeschalteten Zustand befindet.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, ist die Energieversorgungssteuerung 10 als
eine Halbleitervorrichtung 17 implementiert, die den Eingangsanschluss P1,
einen Energieversorgungsanschluss P2 und einen Abgriffsanschluss
P3, die mit der Energiequelle 12 verbunden sind, einen
Lastverbindungsanschluss P4, der mit der Last 11 verbunden
ist, und einen Masseanschluss P5, der beispielsweise mit dem Blech des
Fahrzeugs verbunden ist und auf einem Massepotenzial gehalten wird,
beinhaltet.
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Die
Halbleitervorrichtung 17 beinhaltet eine Eingangsschnittstelle 18,
einen Generator 19 zur Erzeugung eines internen Massepotenzials,
eine Steuerlogikeinheit 20 und eine Gate-Ansteuerschaltung 21.
Der Eingang der Eingangsschnittstelle 18 ist mit dem Eingangsanschluss
P1 verbunden. Wenn sich der Betätigungsschalter 15 in
dem ausgeschalteten Zustand befindet, wird ein Steuersignal S1 eines
hohen Pegels in die Eingangsschnittstelle 18 eingegeben;
wenn sich der Betätigungsschalter 15 in
dem eingeschalteten Zustand befindet, wird ein Steuersignal S1 eines
niedrigen Pegels in die Eingangsschnittstelle 18 eingegeben.
Das Steuersignal S1 wird dem Generator 19 zur Erzeugung
eines internen Massepotenzials und der Steuerlogikeinheit 20 zugeführt.
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Der
Generator 19 zur Erzeugung eines internen Massepotenzials
beinhaltet eine interne Energieversorgungsschaltung 22.
Der Eingang der internen Energieversorgungsschaltung 22 ist
mit dem Energieversorgungsanschluss P2 verbunden, und der Ausgang
der internen Energieversorgungsschaltung 22 ist mit dem
Masseanschluss P5 durch einen FET 23, der ein Schaltelement
ist, und einem Widerstand 24 verbunden. Als Antwort auf
das Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels von der Eingangsschnittstelle 18 schaltet
sich der FET 23 des Generators 19 zur Erzeugung
eines internen Massepotenzials ein, um die interne Energieversorgungsschaltung 22 in
den leitenden Zustand zu bringen, wodurch ein internes Massepotenzial
GND2 erzeugt wird, das um eine vorbestimmte konstante Spannung Vx
(beispielsweise 6 V in dem beispielhaften Aspekt) niedriger als
das Energieversorgungspotenzial Vcc ist. Eine erzeugte Spannung
Vin, die gleich dem Energieversorgungspotenzial Vcc abzüglich der
internen Massespannung GND2 ist, wird der Steuerlogikeinheit 20 zugeführt, um
die Steuerlogikeinheit 20 in den Betriebszustand zu versetzen.
Wenn die Potenzialdifferenz (im Folgenden als die "Energieversorgungsspannung Vcc'" bezeichnet) zwischen dem Energieversorgungspotenzial
Vcc und dem Potenzial Vgnd des Masseanschlusses P5 kleiner als die
konstante Spannung Vx ist, da sich beispielsweise das Energieversorgungspotenzial
Vcc aufgrund einer niedrigen Ladung der Energiequelle 12 oder
aufgrund dessen, dass der Masseanschluss P5 nicht geeignet geerdet ist,
verringert, ist die Spannung Vin, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt
wird, näherungsweise
gleich der Energieversorgungsspannung Vcc'. Daher kann, wenn die Energieversorgungsspannung
Vcc' niedrig ist,
eine Variation des Pegels der Energieversorgungsspannung Vcc' indirekt durch Beobachten
einer erzeugten Spannung Vin beobachtet werden, die einen Wert angibt,
der äquivalent
zu einer Energieversorgungsspannung Vcc' ist.
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Die
Steuerlogikeinheit 20 kann betrieben werden, wenn die Spannung
Vin, die von der internen Energieversorgung 22 erzeugt
wird, größer als
oder gleich einem zweiten Pegel ist. Der zweite Pegel kann in dem
beispielhaften Aspekt 3 V betragen. Wenn die Steuerlogikeinheit 20 das
Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels von der Eingangsschnittstelle 18 empfängt, steuert
die Steuerlogikeinheit 20 die Gate-Ansteuerschaltung 21, um zu
bewirken, dass der Leistungs-MOSFET 14 die Energie einschaltet, und
zwar unter der Bedingung, dass die Energieversorgungsspannung Vcc' (Spannung Vin, die
durch die interne Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt wird)
zu diesem Zeitpunkt größer als
ein erster Pegel (> der
zweite Pegel) ist.
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Eine
Ladungsschaltung 25 zum Ansteuern des Gates des Leistungs-MOSFET 14 erhöht, wie
es später
beschrieben wird, die Energieversorgungsspannung Vcc', die in diese eingegeben
wird, um das Gatepotenzial auf einen Wert zu erhöhen, der größer als das Energieversorgungspotenzial
Vcc ist, wodurch bewirkt wird, dass der Leistungs-MOSFET 14 die
Energie einschaltet. Wenn dementsprechend die Energieversorgungsspannung
Vcc' kleiner als
ein bestimmter Pegel ist, kann das Gatepo tenzial nicht auf einen
ausreichenden Pegel erhöht
werden, um zu bewirken, dass der Leistungs-MOSFET 14 die
Energie einschaltet. Die Steuereinheit 20 ist daher ausgelegt,
die Ladungsschaltung 25 anzusteuern, wenn die Energieversorgungsspannung
Vcc' größer als
der oder gleich dem ersten Pegel (beispielsweise 4,5 V in dem beispielhaften
Aspekt) ist, der ausreichend hoch ist, um zu bewirken, dass der
Leistungs-MOSFET 14 auf zuverlässige Weise die Energie einschaltet,
wie es oben beschrieben ist.
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Andererseits
steuert die Steuerlogikeinheit 20 beim Empfang eines Steuersignals
S1 eines hohen Pegels die Gate-Ansteuerschaltung 21, um
zu bewirken, dass der Leistungs-MOSFET 14 die Energie ausschaltet.
In dem beispielhaften Aspekt ist das Steuersignal S1 eines niedrigein
Pegels ein Beispiel für
das "EIN-Signal" zum Bewirken, dass
der Leistungs-MOSFET die Energie einschaltet, und das Steuersignal
S1 eines hohen Pegels ist ein Beispiel für das "AUS-Signal" zum Bewirken, dass sich der Leistungs-MOSFET 14 ausschaltet.
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Die
Gate-Ansteuerschaltung 21 beinhaltet die Ladungsschaltung 25,
die zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und das Gate des
Leistungs-MOSFET 14 geschaltet ist, und eine Entladungsschaltung 26,
die zwischen das Gate des Leistungs-MOSFET 14 und dem Lastverbindungsanschluss
P4 geschaltet ist. Die Ladungsschaltung 25 ist eine Ladungspumpschaltung.
Wenn die Steuerlogikeinheit 20 das Steuersignal S1 eines
niedrigen Pegels (EIN-Signal) empfängt, empfängt die Ladungsschaltung 25 ein
Ansteuersignal S2 von der Steuerlogik 20 und steuert das
Gate des Leistungs-MOSFET 14 an, um das Gatepotenzial auf
einen Pegel zu erhöhen,
der näherungsweise
dem Zweifachen des Energieversorgungspotenzials Vcc beträgt, wodurch bewirkt
wird, dass sich der Leistungs-MOSFET 14 auf zuverlässige Weise
einschaltet, und zwar unter der Bedingung, dass die Energieversorgungsspannung
Vcc' (erzeugte Spannung
Vin) größer als
der oder gleich dem ersten Pegel ist. Wenn andererseits die Steuerlogikeinheit 20 das
Steuersignal S1 eines hohen Pegels (AUS-Signal) empfängt, empfängt die Entladungsschaltung 26 ein
Ansteuersignal S3 von der Steuerlogik 20, um das Gate des
Leistungs-MOSFET 14 zum Entladen der Gateladung anzusteuern,
die sich auf dem Leistungs-MOSFET 14 angesammelt hat, um
zu bewirken, dass sich der Leistungs-MOSFET 14 ausschaltet.
Das Ausschalten (Ausschalt-Betrieb) des Leistungs-MOSFET 14 auf
der Grundlage des Steuersignals eines hohen Pegels (AUS-Signal)
wird als das "normale
Ausschalten (Ausschaltbetrieb)" bezeichnet.
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(2) Maßnahme gegen einen Energieversorgungsspannungsabfall
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Die
Halbleitervorrichtung 17 beinhaltet eine Entladungsverhinderungsschaltung 27 zum
Halten des Leistungs-MOSFET 14 in dem Energie-Ein-Zustand,
wenn die Energieversorgungsspannung Vcc' auf unterhalb des ersten Pegels abfällt, während sich der
Leistungs-MOSFET 14 in dem Energie-Ein-Zustand befindet.
Die Ladungsverhinderungsschaltung 27 beinhaltet einen FET 28 zum
Verhindern des Entladens, der ein Schaltelement ist, das zwischen
das Gate des Leistungs-MOSFET 14 und den Lastverbindungsanschluss
P4 geschaltet ist, und eine Hystereseschaltung 29, in die
die Spannung Vin, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt wird,
eingegeben wird.
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Wenn
sich die Spannung Vin, die durch die interne Energieversorgungsspannung 22 erzeugt wird,
erhöht
und den ersten Pegel überschreitet,
stellt die Hystereseschaltung 29 ein Ausgangssignal S4
eines niedrigen Pegels zum Ausschalten des FET 28 (Verhindern
des Entladens) bereit. Wenn sich die erzeugte Spannung Vin anschließend auf
unterhalb des zweiten Pegels verringert, stellt die Hystereseschaltung 29 ein
Ausgangssignal S4 eines hohen Pegels zum Einschalten des FET 28 (Entladen)
bereit.
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Insbesondere
sind Widerstände 30 und 31 in Serie
zwischen den Eingang und den Ausgang der internen Energieversorgungsschaltung 22 geschaltet.
Ein Widerstand 32 und ein FET 33 sind parallel zum
Widerstand 31 geschaltet. Ein FET 34 und ein Konstantstromelement 35 sind
in Serie zwischen den Eingang und den Ausgang der internen Energieversorgungsspannung 22 geschaltet,
so dass eine Teilspannung, die unter Verwendung der Widerstände 30 und 31 erhalten
wird, dem Gate des FET 34 bereitgestellt wird. Ein Konstantstromelement 36 und ein
FET 37 sind in Serie zwischen den Eingang und den Ausgang
der internen Energieversorgungsspannung 22 geschaltet.
Das Gate des FET 37 und das Gate des FET 33 sind
gemeinsam mit dem Drain des FET 34 verbunden. Die Schwellenspannung
des FET 34 wird auf beispielsweise 1,5 V in dem beispielhaften
Aspekt eingestellt. Die Widerstandsverhält nisse unter den Widerständen 30, 31 und 32 werden
beispielsweise auf 1:2:2 eingestellt.
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Bei
dieser Konfiguration befinden sich die FETs 33, 34 und 37 in
dem Aus-Zustand bis die Spannung Vin, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt
wird, den ersten Pegel erreicht. Wenn die Spannung Vin den ersten
Pegel erreicht, erreicht die Gate-Source-Spannung des FET 34 die
Schwellenspannung (1,5 V) und demzufolge werden die FETs 33 und 37 eingeschaltet
und das Ausgangsspannungssignal S4 geht von hoch nach niedrig über. Die
Steuerlogikeinheit 20 ist mit dem Drain des FET 34 verbunden
und kann auf der Grundlage der Umkehrung des elektrischen Potenzials
des Drain von dem niedrigen auf den hohen Pegel erkennen, dass sich
die Spannung Vin, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt wird,
auf einen Pegel erhöht
hat, der größer als
oder gleich dem ersten Pegel ist. Wenn die erzeugte Spannung Vin
einmal größer als
der oder gleich dem ersten Pegel wird, schaltet sich der FET 33 ein
und die Schwelle zum Umkehren des Ausgangssignals S4 von dem niedrigen
Pegel zu dem hohen Pegel wird gleich einem zweiten Pegel.
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Die
Gate-Ansteuerschaltung 21 beinhaltet ein FET 40 und
ein Konstantstromelement 41, die in Serie zwischen den
Energieversorgungsanschluss P2 und den Verbindungspunkt (GND1) zwischen dem
FET 23 und dem Widerstand 24 geschaltet sind, und
einen FET 42 und ein Konstantstromelement 43, die
in Serie zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und den Verbindungspunkt
(GND1) zwischen dem FET 23 und dem Widerstand 24 geschaltet
sind. Der FET 40 schaltet sich beim Empfang eines Ausgangssignals
S4 eines niedrigen Pegels an seinem Gate von der Hystereseschaltung 29 ein.
Als Ergebnis schaltet sich der FET 42, dessen Gate mit dem
Drain des FET 40 verbunden ist, ein, und der FET 28 schaltet
sich aus, um den Pfad zum Entladen der Ladung von dem Gate des Leistungs-MOSFET 14 abzuschalten,
wodurch der Leistungs-MOSFET 14 in dem Energie-Ein-Zustand
gehalten wird.
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Wenn
andererseits das Ausgangssignal S4 von der Hystereseschaltung von
niedrig nach hoch geht, schaltet sich der FET 28 ein, um
die Ladung von dem Gate des Leistungs-MOSFET 14 zu entladen,
wodurch bewirkt wird, dass der Leistungs- MOSFET 14 die Energie ausschaltet.
Der Ausschaltbetrieb zwingt den Leistungs-MOSFET 14 sich auszuschalten,
während
das EIN-Signal eingegeben wird, und wird somit im Folgenden als
das "erste erzwungene
Ausschalten (Ausschaltbetrieb)" bezeichnet. Die
Konstantstromelemente 35, 36, 41 und 43 können Widerstandsschaltungselemente
wie z. B. Widerstände
sein.
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2 ist
ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Entladungsverhinderungsschaltung 27 zeigt,
die auf Variationen des Pegels der Energieversorgungsspannung Vcc' antwortet. Ein dritter
Pegel (< zweiter
Pegel) in 2 ist der Pegel der Energieversorgungsspannung
Vcc', der zum Einschalten
des FET 28 benötigt
wird.
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Wenn
der Betätigungsschalter 15 eingeschaltet
wird und ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal)
in die Energieversorgungssteuerung 10 eingegeben wird,
während
die Energieversorgungsspannung anfänglich höher als oder gleich einer konstanten
Spannung Vx ist, erhöht
sich die Spannung Vin, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt
wird, und die konstante Spannung Vx wird erzeugt. Wenn die erzeugte
Spannung Vin den dritten Pegel in diesem Prozess erreicht, schaltet
sich der FET 28 ein. Wenn dann die Spannung Vin den ersten
Pegel erreicht, geht das Ausgangssignal S4 von der Hystereseschaltung 29 von
hoch nach niedrig, und der FET 28 schaltet sich aus und
tritt in einen Entladungsverhinderungszustand ein. Wenn sich die
erzeugte Spannung Vin auf einen Pegel erhöht, der größer als der oder gleich dem
ersten Pegel ist, steuert die Ladungsschaltung 25 der Gate-Ansteuerschaltung 21 den
Leistungs-MOSFET 14, um diesen einzuschalten, und in den
Energie-Ein-Zustand als Antwort auf das Ansteuersignal S2 von der
Steuerlogikeinheit 20 an.
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Nach
dem Eintritt in den Energie-Ein-Zustand kann das Energieversorgungspotenzial
Vcc zeitweilig beispielsweise durch den Start des Motors des Fahrzeugs
abfallen. Wenn insbesondere der Betrag der Ladung der Energiequelle 12 gering
ist, kann die Energieversorgungsspannung Vcc' zeitweilig durch den Start des Motors
auf einen Pegel abfallen, der kleiner als der erste Pegel ist. Wenn
die Energieversorgungsspannung Vcc' auf einen Pegel abfällt, der kleiner als oder gleich
der konstanten Spannung Vx ist, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 zu
erzeugen ist, fällt
die Spannung Vcc', die
von der internen Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt
wird, auf einen Pegel ab, der näherungsweise
gleich der Energieversorgungsspannung Vcc' ist.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, wird, nachdem die Energieversorgungsspannung
Vcc' (erzeugte Spannung
Vin) auf einen Pegel zwischen dem ersten und dem zweiten Pegel (Periode
A in 2) abfällt, die
Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung
Vin), das Ausgangssignal S4 von der Hystereseschaltung 29 auf
niedrig gehalten, und der FET 28 befindet sich weiterhin
in dem AUS-Zustand und fährt
fort, das Entladen bis zum Zeitpunkt zu verhindern, zu dem sich
die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) auf unterhalb
des ersten Pegels verringert. Das heißt, die Ladung auf dem Gate,
die sich durch Ansteuern der Ladungsschaltung 25 angesammelt
hat, wird daran gehindert, sich zu entladen, um das Potenzial des
Gates zu halten, wodurch der Leistungs-MOSFET 14 in dem
Energie-Ein-Zustand
gehalten wird, um mit der Energiezufuhr zur Last 11 fortzufahren.
Da die Spannung Vin, die durch die interne Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt
wird, weiterhin auf einem Pegel liegt, der größer als der oder gleich dem
zweiten Pegel ist, der die Steuerlogikeinheit 20 ansteuern
kann, kann die Steuerlogikeinheit 20 richtig betrieben
werden, um die Entladungsschaltung 26 anzusteuern, um zu bewirken,
dass der Leistungs-MOSFET 14 einen normalen Ausschaltbetrieb
sogar dann durchführt,
wenn ein Steuersignal eines hohen Pegels (AUS-Signal) in die Energieversorgungssteuerung 10 eingegeben wird.
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Wenn
andererseits die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) auf unterhalb
des zweiten Pegels abfällt
(Perioden B und C), geht das Ausgangssignal S4 von der Hystereseschaltung 29 von
niedrig nach hoch über,
und der FET 28 schaltet sich ein, was bewirkt, dass der
erste erzwungene Ausschaltbetrieb bis zum Zeitpunkt, zu dem die
Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte
Spannung Vin) auf unterhalb des zweiten Pegels abfällt, durchgeführt wird.
Dieses dient dazu das Problem zu vermeiden, dass die Steuerlogikeinheit 20 nicht
richtig betrieben werden kann und der normale Ausschaltbetrieb als
Antwort auf ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels, das in die Energieversorgungsteuerung 10 eingegeben
wird, nicht durchgeführt
wird, wenn die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) einmal auf
unterhalb des zweiten Pegels wie oben beschrieben abfällt. Nachdem
die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) anschließend den
ersten Pegel überschreitet,
wird der FET 28 ausgeschaltet, und die Ladungsschaltung 25 bewirkt
die Rückkehr
des Leistungs-MOSFET zum Energie-Ein-Zustand.
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In
der Periode C befindet sich der FET 28 in dem Aus-Zustand,
während
die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) niedriger als der
dritte Pegel ist. Vor und nach dieser Dauer (Periode C) wird der
FET 28 jedoch eingeschaltet, um die Ladung des Gates zu
entladen, und daher kann der Leistungs-MOSFET ausgeschaltet werden.
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Wie
es oben beschrieben wurde, kann gemäß dem beispielhaften Aspekt
sogar dann, wenn die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung
Vin) auf unterhalb des ersten Pegels abfällt, nachdem das Steuersignal
S1 eines niedrigen Pegels eingegeben wird, wobei die Energieversorgungsspannung
Vcc' (erzeugte Spannung
Vin) größer als
der oder gleich dem ersten Pegel ist und der Leistungs-MOSFET 14 richtig
eingeschaltet wird, der Leistungs-MOSFET 14 in dem Energie-Ein-Zustand gehalten
werden, um mit der Energiezufuhr zur Last 11 fortzufahren,
solange wie die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) nicht auf unterhalb
des zweiten Pegels, der die Steuerlogikeinheit 20 richtig
ansteuern kann, abfällt.
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(3) Maßnahme gegen einen Masseanschlussverbindungsfehler
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Die
Halbleitervorrichtung 17 beinhaltet eine Ausschalt-Schaltung 50,
die den Leistungs-MOSFET 14 zum Ausschalten zwingt, wenn
der Masseanschluss P5 nicht richtig mit einer geeigneten Masse verbunden
ist und das elektrische Potenzial Vgnd des Masseanschlusses P5 um
einen Betrag größer als
das Sourcepotenzial Vs des Leistungs-MOSFET 14 ist, der
gleich einem vierten vorbestimmten Pegel ist (ein Beispiel eines "vorbestimmten Pegels"). Das erzwungene
Ausschalten (Ausschalt-Zustand)
durch die Ausschalt-Schaltung 50 wird als das "zweite erzwungene
Ausschalten (Zustand)" bezeichnet.
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Die
Ausschalt-Schaltung 50 beinhaltet einen Kurzschluss-FET 51,
der ein Schaltelemente ist, das zwischen das Gate und der Source
des Leistungs-MOSFET 14 ge schaltet ist. Das Gate des FET 51 ist
mit dem Masseanschluss P5 durch Widerstände 52 und 24 verbunden,
so dass eine Spannung, die von dem Potenzial Vgnd an dem Masseanschluss
P5 abhängt,
an das Gate angelegt wird. Ein Widerstand 53 ist über die
Gate-Source des FET 51 geschaltet.
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Der
FET 51 schaltet sich ein, um das Gate und die Source des
Leistungs-MOSFET 14 kurzzuschließen, um den Leistungs-MOSFET 14 in
den zweiten erzwungenen Ausschalt-Zustand zu versetzen, wenn die
Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial Vgnd an dem Masseanschluss
P5 und dem Sourcepotenzial Vs des Leistungs-MOSFET 14 größer als
der oder gleich dem vierten Pegel ist.
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Sogar
während
der Masseanschluss P5 geeignet geerdet ist und sich der Leistungs-MOSFET 14 in
dem normalen Ausschalt-Zustand befindet (bei dem er das Steuersignal
S1 eines hohen Pegels empfängt),
kann eine Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial an der Position,
bei der der Masseanschluss P5 geerdet ist, und der Position, bei
der die Last geerdet ist, vorhanden sein, wenn diese in einem großen Abstand
voneinander entfernt sind, beispielsweise in dem Blech des Fahrzeugs.
Das heißt, das
Potenzial Vgnd des Masseanschlusses P5 kann höher als das Potenzial der Source
Vs des Leistungs-MOSFET 14 sein (das Massepotenzial der Last 11),
und zwar um einen Betrag, der gleich einem bestimmten Pegel ist
(fünfter
Pegel). Wenn außerdem
der vierte Pegel auf einen Pegel eingestellt ist, der größer als
die Schwellenspannung des Leistungs-MOSFET 14 ist (die
Spannung zwischen dem Gate und der Source zu dem Zeitpunkt, zu dem
der Leistungs-MOSFET 14 in den leitenden Zustand gebracht
ist), wird der Leistungs-MOSFET 14 eingeschaltet, wenn
der Masseanschluss P5 nicht richtig geerdet ist und das Potenzial
Vgnd des Masseanschlusses P5 um einen Betrag größer als das Sourcepotenzial
Vs des Leistungs-MOSFET 14 (des Massepotenzial
der Last 11) wird, der gleich der Schwellenspannung ist.
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Um
dieses Problem zu vermeiden, wird der vierte Pegel in dem beispielhaften
Aspekt auf einen Wert, der größer als
die Potenzialdifferenz zwischen dem Masseanschluss P5 und der Source
des Leistungs-MOSFET 14 ist, die auftritt, wenn der Masseanschluss
P5 richtig geerdet ist und sich der Leistungs-MOSFET 14 in
dem normalen Ausschalt-Zustand befindet, und kleiner als die Schwellenspannung
des Leistungs- MOSFET 14 eingestellt.
Diese Einstellung kann verhindern, dass der Leistungs-MOSFET 14 in
den zweiten erzwungenen Ausschalt-Zustand versetzt wird, wenn der
Masseanschluss P5 richtig geerdet ist. Diese Einstellung kann ebenfalls
gewährleisten,
dass der Leistungs-MOSFET 14 in den zweiten erzwungenen
Ausschalt-Zustand versetzt wird, während verhindert wird, dass der
Leistungs-MOSFET 14 eingeschaltet wird, ohne dass der Masseanschluss
P5 geerdet ist.
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[Weitere Aspekte]
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf den oben beschriebenen und in
den Zeichnungen gezeigten Aspekt beschränkt.
- (1)
Der FET 51, der zwischen dem Gate und der Source des Leistungs-MOSFET 14 vorgesehen ist,
wird in dem oben beschriebenen beispielhaften Aspekt eingeschaltet,
um das Gate und die Source des Leistungs-MOSFET 14 kurzzuschließen, um
den Leistungs-MOSFET 14 in den zweiten Ausschalt-Zustand
zu versetzen. Das Gate und die Source des Leistungs-MOSFET 14 müssen jedoch
nicht notwendigerweise kurzgeschlossen werden. Eine beliebige Konfiguration,
die das Gatepotenzial derart steuert, dass die Spannung über der
Gate-Source des Leistungs-MOSFET 14 die Schwellenspannung
nicht überschreitet.
- (2) Das Potenzial Vs der Source des Leistungs-MOSFET 14 und
das Potenzial Vgnd des Masseanschlusses P5 werden in dem oben beschriebenen
beispielhaften Aspekt direkt erfasst, und wenn die Differenz zwischen
diesen größer als
der oder gleich dem vierten Pegel ist, wird der Leistungs-MOSFET 14 in
den zweiten Ausschalt-Zustand versetzt. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Potenzialdifferenz zwischen der positiven Energiequelle und
dem Masseanschluss kann erfasst werden, und wenn die Potenzialdifferenz
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, kann der Leistungs-MOSFET 14 in
den zweiten erzwungenen Ausschalt-Zustand versetzt werden. Auf diese Weise
kann der zweite erzwungene Ausschalt-Zustand vorgesehen werden,
wenn das Potenzial des Masseanschlusses um einen Betrag größer als
das Potenzial der Source des Leistungs-MOSFET 14 ist, der gleich dem
vierten Pegel ist. Insbesondere sind ein Widerstand und ein FET 60 der
ein Schaltelement ist zwischen der Energiequelle 12 und dem
Masseanschluss P5 vorgesehen, wie es in 3 gezeigt
ist, und eine Teilspannung, die unter Verwendung von Widerständen 63 und 64 erhalten
wird, die zwischen der Energiequelle 12 und dem Masseanschluss 5 geschaltet
sind, wird an das Gate des FET 60 angelegt. Ein FET 61,
der ein Schaltelement ist, ist zwischen das Gate und der Source
des Leistungs-MOSFET 14 geschaltet. Der Drain des FET 60 ist
mit dem Gate des FET 61 verbunden. Bei dieser Konfiguration
schaltet sich, wenn sich das Potenzial Vgnd des Masseanschlusses
P5 erhöht und
sich die Energieversorgungsspannung Vcc' auf unterhalb eines vorbestimmten Wertes
verringert (Energieversorgungspotenzial Vcc, das der vierte Pegel
ist), der FET 60 aus, und der FET 61 schaltet
sich ein, um den Leistungs-MOSFET 14 in den zweiten erzwungenen
Ausschalt-Zustand zu versetzen.