DE102007031494B4 - Energieversorgungssteuerung - Google Patents

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Abstract

Eine Energieversorgungssteuerung (10), aufweisend: ein Halbleiterschaltelement (14), das auf einer Stromversorgungsleitung von einer Energieversorgung (12) zu einer Last (11) angeordnet ist; einen Steuerschaltkreis (28), der ein EIN-Signal und ein AUS-Signal zu empfangen vermag, und der weiterhin das Halbleiterschaltelement (14) basierend auf dem Empfang des EIN-Signals einschalten kann und das Halbleiterschaltelement (14) basierend auf dem Empfang des AUS-Signals ausschalten kann; einen ersten Bestimmungsschaltkreis (121), der ein erstes Signal (S2) auszugeben vermag, wenn eine Eingangs-zu-Ausgangsspannung des Halbleiterschaltelements (14) kleiner als ein erster Schwellenwert ist; einen zweiten Bestimmungsschaltkreis (150, 122), der ein zweites Signal (S3) auszugeben vermag, wenn das Halbleiterschaltelement (14) im Zustand EIN ist; und einen Kurzschlusserkennungsschaltkreis (123), der ein Kurzschlussanomaliesignal auszugeben vermag, das eine Kurzschlussanomalie des Halbleiterschaltelements (14) anzeigt, wenn das erste Signal (S2) von dem ersten Bestimmungsschaltkreis (121) während Empfang des AUS-Signals ausgegeben wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlusserkennungsschaltkreis (123) das Kurzschlussanomaliesignal das eine Kurzschlussanomalie des Halbleiterschaltelements (14) anzeigt, auszugeben vermag, wenn das zweite Signal (S3) von dem zweiten Bestimmungsschaltkreis (150, 122) während Empfang des AUS-Signals ausgegeben wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungssteuerung und betrifft insbesondere die Erkennung eines Kurzschlussfehlers in einem Halbleiterschaltelement.
  • Eine Energieversorgungssteuerung wird üblicher Weise zur Steuerung der Energieversorgung an eine Last vorgesehen. In der Energieversorgungssteuerung ist ein Halbleiterschaltelement hoher Leistung, beispielsweise ein Leistungs-MOSFET in einer Stromversorgungsleitung angeordnet, die zwischen einer Energieversorgung und der Last liegt und die Energieversorgung an die Last wird durch Schalten des Halbleiterschaltelementes zwischen EIN und AUS gemäß externen EIN- und AUS-Signalen gesteuert.
  • In einer derartigen Energieversorgungssteuerung ist es bekannt, dass eine Selbstschutzfunktion vorgesehen ist, um das eigene Halbleiterschaltelement zu schützen. Die Selbstschutzfunktion steuert das Potential des Steueranschlusses (beispielsweise des Gates im Fall eines MOSFET) eines Halbleiterschaltelements, so dass das Halbleiterschaltelement abgeschaltet wird, wenn ein Überstrom (d. h. ein anormaler Strom) auf der Stromversorgungsleitung aufgrund eines Kurzschlusses in der Last oder dergleichen auftritt.
  • Genauer gesagt, ein Stromerkennungswiderstand ist seriell mit dem Lastanschluss (z. B. Source oder Drain im Fall eines MOSFET) des Halbleiterschaltelementes geschaltet, wie in der JP-A-2001-217696 gezeigt. Der durch das Halbleiterschaltelement laufende Laststrom wird basierend auf der Spannung zwischen den Anschlüssen des Widerstands erkannt. Wenn der Laststromwert größer als ein bestimmter Schwellenwert ist, wird das Auftreten eines Überstromfehlers erkannt und somit wird das Halbleiterschaltelement abgeschaltet, d. h. in einen Unterbrechungszustand gebracht.
  • Aus bestimmten Gründen kann ein Kurzschluss auch in dem Halbleiterschaltelement auftreten. Insbesondere kann ein Kurzschluss zwischen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen (z. B. Drain und Source im Fall eines MOSFET) oder zwischen Eingangs- und Steueranschlüssen (z. B. Drain und Gate im Fall eines MOSFET) des Halbleiterschaltelements auftreten. In diesem Fall wird der Last Leistung zugeführt, selbst wenn die Energieversorgungssteuerung ein AUS-Signal empfängt.
  • Das heißt, wenn beispielsweise eine Fahrzeuglampe als Last mit der Energieversorgungssteuerung verbunden ist, ist aufgrund des Kurzschlusses die Lampe stets eingeschaltet. Der Fahrer des Fahrzeugs könnte aufgrund der ständig eingeschalteten Lampe von dem Kurzschluss wissen. Jedoch kann er oder sie kaum herausfinden, dass die Lampe eingeschaltet ist, insbesondere wenn Tag ist.
  • Weiterhin ergibt sich ein Problem, das die Selbstschutzfunktion aufgrund des Kurzschlusses nicht arbeitet, selbst wenn eine Anomalie wie ein Überstrom auftritt. Daher sollte ein Kurzschluss im Halbleiterschaltelement als Anomalie erkannt und bestimmt werden.
  • Außerdem beschreibt die DE 692 22 587 T2 eine Energieversorgungssteuerung, aufweisend: ein Halbleiterschaltelement, das auf einer Stromversorgungsleitung von einer Energieversorgung zu einer Last angeordnet ist; einen ersten Bestimmungsschaltkreis, der ein erstes Signal auszugeben vermag, wenn eine Eingangs-zu-Ausgangsspannung des Halbleiterschaltelements kleiner als ein erster Schwellenwert ist; einen zweiten Bestimmungsschaltkreis, der ein zweites Signal auszugeben vermag, wenn das Halbleiterschaltelement im Zustand EIN ist; und einen Kurzschlusserkennungsschaltkreis, der ein Kurzschlussanomaliesignal auszugeben vermag, das eine Kurzschlussanomalie des Halbleiterschaltelements anzeigt, wenn das erste Signal von dem ersten Bestimmungsschaltkreis während Empfang eines AUS-Signals ausgegeben wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 definiert. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
  • Der erste Schwellenwert kann auf einen Wert größer als eine Eingangs-zu-Ausgangsspannung des Halbleiterschaltelementes gesetzt werden, wenn ein Kurzschluss zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Halbleiterschaltelementes aufgetreten ist und das AUS-Signal empfangen wird. Weiterhin kann für den Fall, dass die Last ein Motor ist, der erste Schwellenwert so gesetzt werden, dass er kleiner als eine Eingangs-zu-Ausgangsspannung des Halbleiterschaltelementes ist, wenn eine elektromotorische Kraft aufgrund einer Trägheitsdrehung des Motors nach dem AUS-Signal erzeugt wird.
  • Wenn bei der vorliegenden Erfindung zwischen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Halbleiterschaltelements ein Kurzschluss aufgetreten ist, ist die Eingangs-zu-Ausgangsspannung des Halbleiterschaltelements größer als der erste Schwellenwert und daher wird ein Kurzschlussfehlersignal ausgegeben.
  • Wenn zwischen den Eingangs- und Steueranschlüssen des Halbleiterschaltelements ein Kurzschluss aufgetreten ist, wird die Spannung am Steueranschluss bei Empfang des AUS-Signals zur Eingangsanschlussseite gezogen, so dass das Halbleiterschaltelement in einem halben EIN-Zustand ist. In diesem Fall ist die Eingangs-zu-Ausgangsspannung des Halbleiterschaltelements größer als der erste Schwellenwert. Das heißt, der erste Bestimmungsschaltkreis gibt das erste Signal nicht aus.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch der Kurzschluss zwischen den Eingangs- und Steueranschlüssen als Kurschlussanomalie basierend auf der Tatsache erkannt, dass sich das Halbleiterschaltelement im Zustand EIN während Empfang des AUS-Signals befindet. Das heißt, der zweite Bestimmungsschaltkreis gibt das zweite Signal aus und daher wird ein Kurzschlussanomaliesignal ausgegeben.
  • Wenn aufgrund einer Trägheitsdrehung des Motors (als Last) nach Empfang des AUS-Signals eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, ist die Eingangs-zu-Ausgangsspannung des Halbleiterschaltelements größer als der erste Schwellenwert und das Halbleiterschaltelement ist in dem AUS-Zustand (d. h. im Unterbrechungszustand) aufgrund des AUS-Signals. Das heißt, in diesem Fall wird kein Kurzschlussanomaliesignal ausgegeben.
  • Somit kann die Energieversorgungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kurzschlussanomalie, beispielsweise einen Kurzschluss zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen oder den Eingangs- und Steueranschlüssen des Halbleiterschaltelements erkennen, was eine fehlerhafte Erkennung aufgrund einer elektromotorischen Kraft des Motors verhindert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der zweite Bestimmungsschaltkreis bevorzugt in der Lage, das zweite Signal auszugeben, wenn das Ergebnis einer Subtraktion einer Ausgangsanschlussspannung des Halbleiterschaltelements von einer Steueranschlussspannung des Halbleiterschaltelements gleich oder größer als ein zweiter Schwellenwert ist.
  • Ob das Halbleiterschaltelement in einem EIN-Zustand ist oder nicht, kann basierend auf einem Spannungswert zwischen dem Steuer- und Ausgangsanschluss des Halbleiterschaltelements bestimmt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher der EIN-Zustand des Halbleiterschaltelements bestimmt, wenn das Ergebnis der Subtraktion einer Ausgangsanschlussspannung von einer Steueranschlussspannung des Halbleiterschaltelementes gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist.
  • Wenn aufgrund einer Trägheitsdrehung des Motors (als Last) nach Empfang des AUS-Signals eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, befindet sich das Halbleiterschaltelement aufgrund des AUS-Signals im Zustand AUS und daher gibt der zweite Bestimmungsschaltkreis das zweite Signal nicht aus. Weiterhin ist die Eingangs-zu-Ausgangsspannung des Halbleiterschaltelements größer als der erste Schwellenwert. Das heißt, ein Kurzschlussanomaliesignal wird in diesem Fall nicht ausgegeben. Somit wird eine fehlerhafte Erkennung aufgrund der elektromotorischen Kraft des Motors verhindert.
  • Bevorzugt enthält die Energieversorgungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin ein Stromerkennungsschaltelement. Die Eingangsseiten des Halbleiterschaltelements und des Stromerkennungsschaltelements sind miteinander verbunden und die Steueranschlüsse des Halbleiterschaltelements und des Stromerkennungsschaltelements sind miteinander verbunden.
  • Der Steuerschaltkreis vermag das Halbleiterschaltelement und das Stromerkennungsschaltelement basierend auf einem Empfang des EIN-Signals einzuschalten und vermag das Halbleiterschaltelement und das Stromerkennungsschaltelement basierend auf einem Empfang des AUS-Signals auszuschalten. Der zweite Bestimmungsschaltkreis vermag das zweite Signal auszugeben, wenn eine Ausgangsanschlussspannung des Stromerkennungsschaltelements größer als ein dritter Schwellenwert ist.
  • Einige herkömmliche Energieversorgungssteuerungen enthalten ein Stromerkennungsschaltelement zur Überwachung eines Laststroms, der durch das Halbleiterschaltelement fließt. Bei einer solchen Energieversorgungssteuerung sind die Eingangsseiten des Halbleiterschaltelements und des Stromerkennungsschaltelements miteinander verbunden und die Steueranschlüsse des Halbleiterschaltelements und des Stromerkennungsschaltelements sind miteinander verbunden. Der Laststrom wird basierend auf einem Ausgangssignal vom Stromerkennungsschaltelement überwacht.
  • Im Fall der Energieversorgungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung kann basierend auf einer Ausgangsanschlussspannung des Stromerkennungsschaltelements bestimmt werden, ob sich das Halbleiterschaltelement in einem EIN-Zustand oder nicht befindet.
  • Wenn aufgrund einer Trägheitsdrehung eines Motors (als Last) nach Empfang des AUS-Signals eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, befindet sich das Halbleiterschaltelement aufgrund des AUS-Signals im ausgeschaltetem Zustand und daher ist eine Ausgangsanschlussspannung des Stromerkennungsschaltelements geringer als der dritte Schwellenwert. Weiterhin ist die Eingangs-zu-Ausgangsspannung des Halbleiterschaltelements größer als der erste Schwellenwert. Das heißt, in diesem Fall wird ein Kurzschlussanomaliesignal nicht ausgegeben. Somit ist eine fehlerhafte Erkennung aufgrund der elektromotorischen Kraft des Motors verhindert.
  • Bevorzugt enthält die Energieversorgungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Leckstromblockierschaltkreis, der in einem Strompfad angeordnet ist, entlang dem ein Strom von der Energieversorgung zu dem ersten Bestimmungsschaltkreis und dem zweiten Bestimmungsschaltkreis fließt.
  • Der Leckstromblockierschaltkreis vermag den Durchfluss des Stroms zu blockieren, wenn eine Ausgangsanschlussspannung des Halbleiterschaltelements gleich oder kleiner als ein vierter Schwellenwert ist und vermag weiterhin den Durchfluss des Stroms zu ermöglichen, wenn die Ausgangsanschlussspannung größer als der vierte Schwellenwert ist.
  • Beispielsweise kann der vierte Schwellenwert auf einen Wert etwas größer als die Ausgangsanschlussspannung des Halbleiterschaltelements während eines normalen AUS-Zustands gesetzt werden, wo keine Kurzschlussanomalie im Halbleiterschaltelement aufgetreten ist und eine elektromotorische Kraft aufgrund einer Trägheitsdrehung eines Motors (als Last) nicht erzeugt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können die ersten und zweiten Bestimmungsschaltkreise nur dann arbeiten, wenn die Ausgangsanschlussspannung des Halbleiterschaltelements den vierten Schwellenwert aufgrund einer Kurzschlussanomalie oder einer elektromotorischen Kraft des Motors während des Empfangs des AUS-Signals übersteigt. Wenn die Ausgangsanschlussspannung des Halbleiterschaltelements kleiner als der vierte Schwellenwert ist, wird der Strom blockiert, so dass ein Leckstrom während eines normalen AUS-Zustands verhindert ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung vermag der Kurzschlusserkennungsschaltkreis bevorzugt das Kurzschlussanomaliesignal auszugeben, wenn wenigstens entweder das erste Signal von dem ersten Bestimmungsschaltkreis oder das zweite Signal vom zweiten Bestimmungsschaltkreis ausgegeben wird, wenn seit Empfang des AUS-Signals eine kurze Zeit verstrichen ist.
  • Die Ausgangsanschlussspannung des Halbleiterschaltelements kann einen bestimmten Wert haben, wenn die Ausgangsanschlussspannung unmittelbar nach Empfang des AUS-Signals nach wie vor abnimmt. Um in diesem Fall eine fehlerhafte Erkennung zu verhindern, erkennt die vorliegende Erfindung einen Kurzschlussanomalie, wenn eine bestimmte Zeit seit Empfang des AUS-Signals verstrichen ist.
  • Für den Fall, dass die Last ein Motor ist, kann die bestimmte Zeit auf einen größeren Wert gesetzt werden, so dass eine Kurzschlussanomalie bestimmt werden kann, nachdem Schwankungen der Ausgangsanschlussspannung aufgrund von Störrauschen, das von einer elektromotorischen Kraft des Motors verstärkt wird, weitestgehend abgeklungen sind. Somit wird eine fehlerhafte Kennung aufgrund der elektromotorischen Kraft des Motors verhindert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In der Zeichnung ist:
  • 1 ein Blockdiagramm, das den allgemeinen Aufbau einer Energieversorgungssteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ein Schaltkreisdiagramm, das einen internen Massegenerator zeigt;
  • 3 ein Schaltkreisdiagramm, das eine Source-Potentialsteuerung, einen Schwellenwertspannungsgenerator und einen Stromanomaliedetektor zeigt;
  • 4 eine Graphik zur Erläuterung des Set-up von Schwellenwertströmen;
  • 5 ein Schaltkreisdiagramm, das einen Steuerlogikabschnitt zeigt;
  • 6 eine Tabelle, die die Beziehung von Schwellenwertbezeichnungssignalen zur Kombination von Zählwerten eines Schmelzzählers und eines FR-Zählers zeigt;
  • 7 ein Schaltkreisdiagramm, das einen Kurzschlussfehlerdetektor zeigt;
  • 8 ein Zeitdiagramm verschiedener Signale während eines normalen Betriebs der Energieversorgungssteuerung;
  • 9 ein Zeitdiagramm von verschiedenen Signalen während des Auftretens eines Überstroms;
  • 10 ein Zeitdiagramm verschiedener Signale während des Auftretens eines Schmelzstroms;
  • 11 eine Tabelle, die Zustände der Gate-zu-Source-Spannung Vgs und der Source-Spannung Vs eines Leistungs-MOSFET in verschiedenen Zuständen zeigt;
  • 12 ein Schaltkreisdiagramm eines Kurzschlussfehlerdetektors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 13 eine Tabelle, die Zustände der Source-Spannungen eines Leistungs-MOSFET und eines Sensierungs-MOSFET in verschiedenen Zuständen zeigt.
  • DETAILLERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • (Erste Ausführungsform)
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 11 erläutert. In der Zeichnung bezeichnet ein auf ein Symbol, das jedes von verschiedenen Signalen bezeichnet, gesetzter Querstrich, dass das Signal ein niedriges aktives Signal ist.
  • 1. Aufbau der Energieversorgungssteuerung
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das den allgemeinen Aufbau einer Energieversorgungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Energieversorgungssteuerung kann in ein Fahrzeug (nicht gezeigt) eingebaut sein und verwendet werden, um die Energieversorgung von einer Fahrzeugenergiequelle 12 (nachfolgend als Energiequelle bezeichnet) zu einer Last, wie beispielsweise einer Beschlagentfernungsheizung (d. h. einer linearen resistiven Last), einer Fahrzeuglampe oder einem Motor (d. h. einer L-Last oder induktiven Last) für ein Kühlgebläse oder einen Scheibenwischer zu steuern.
  • Nachfolgend bedeutet „Last” eine von der Energieversorgungssteuerung 10 zu steuernde Vorrichtung und enthält einen elektrischen Draht 30 zwischen der Energieversorgungssteuerung 10 und der zu steuernden Vorrichtung nicht. Die Last 11 und der elektrische Draht 30 werden gemeinsam „externer Schaltkreis” genannt.
  • Genauer gesagt, die Energieversorgungssteuern 10 enthält einen Leistungs-MOSFET 14 als Leistungs-FET, der in einer Stromversorgungsleitung 13 zwischen der Energieversorgung 12 und der Last 11 angeordnet ist. Der Leistungs-MOSFET 14 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel eines Halbleiterschaltelements der vorliegenden Erfindung.
  • In der Energieversorgungssteuerung 10 wird ein Steuersignal S6, beispielsweise ein Konstantspannungssignal oder ein PWM-Steuersignal (pulsbreitenmoduliertes Signal) dem Gate des Leistungs-MOSFET 14 zugeführt, um den Leisungs-MOSFET 14 zwischen EIN und AUS zu schalten. Somit wird Energie, die der Last 11 in Verbindung mit der Ausgangsseite des Leistungs-MOSFET 14 zuzuführen ist, gesteuert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Betätigungsschalter extern mit einem Eingangsanschluss P1 der Energieversorgungssteuerung 10 verbunden. Die Energieversorgungssteuerung 10 arbeitet, wenn der Betätigungsschalter 15 EIN ist.
  • Genauer gesagt, der Eingangsanschluss P1 ist über einen Widerstand 15a mit dem Betätigungsschalter verbunden und der Verbindungspunkt zwischen Betätigungsschalter 15 am Widerstand 15a ist über einen Widerstand 15b mit der Energieversorgung 12 verbunden. Somit wird der Eingangsanschluss P1 auf die Energieversorgungsspannung Vcc hochgezogen, wenn der Betätigungsschalter 15 AUS ist.
  • Gemäß 1 ist die Energieversorgungssteuerung 10 als eine Halbleitervorrichtung 17 gebildet, an der sich der Eingangsanschluss P1 ein Energieversorgungsanschluss (VCC) P2 und ein Anschluss P3 zur Verbindung mit der Energieversorgung 12, ein Lastverbindungsanschluss P4 zur Verbindung mit der Last 11, ein externer Anschluss P5 zur Verbindung mit Masse (GND) über einen externen Widerstand 16 als Strom/Spannungswandler, ein Masseanschluss P6 zur direkten Verbindung mit Masse (Gd) und ein Diagnoseausgangsanschluss P7 befinden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind der Leistungs-MOSFET 14, ein Erfassungs-MOSFET 18 als Erfassungs-FET (wird nachfolgend beschrieben) und ein Temperatursensor 19 (z. B. in der vorliegenden Ausführungsform eine Diode) als Temperaturerkennungselement auf einem einzelnen Chip als Leistungschip 20 konfiguriert, der auf einem Steuerchip 21 angeordnet ist, der die anderen Schaltkreise enthält. Der Erfassungs-MOSFET 18 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel für ein Stromerkennungsschaltelement der vorliegenden Erfindung.
  • Eine Mehrzahl von n-Kanal-MOSFETs ist auf dem Leistungschip 20 angeordnet. Die Drains der MOSFETs sind gemeinsam mit dem Anschluss P3 verbunden. Gemäß 3 sind die Sources der meisten MOSFETs gemeinsam mit einem Leistungs-FET-Eingang 51a einer Source-Potentialsteuerung 51 (wird nachfolgend beschrieben) und dem Lastverbindunganschluss P4 verbunden, so dass die MOSFETs den Leistungs-MOSFET 14 bilden.
  • Die Sources der restlichen MOSFETs sind gemeinsam mit einem Erfassungs-FET-Eingang 51b der Source-Potentialsteuerung 51 verbunden, so die MOSFETs den Erfassungs-MOSFET 18 bilden. Das Verhältnis der Anzahl von MOSFETs, die den Erfassungs-MOSFET 18 bilden, zur Anzahl der MOSFETs, die den Leistungs-MOSFET 14 bilden, entspricht annähernd dem Erfassungsverhältnis k.
  • Der Drain des Leistungs-MOSFET 14 entspricht einer Eingangsseite des Halbleiterschaltelements der vorliegenden Erfindung. Das Gate des Leistungs-MOSFET 14 entspricht einem Steueranschluss des Halbleiterschaltelements der vorliegenden Erfindung.
  • Der Drain des Erfassungs-MOSFET 18 entspricht einer Eingangsseite des Stromerkennungsschaltelements der vorliegenden Erfindung. Das Gate des Erfassungs-MOSFET 18 entspricht einem Steueranschluss des Stromerkennungsschaltelements der vorliegenden Erfindung.
  • Der Steuerchip 21 enthält im Wesentlichen eine Eingangsschnittstelle (Interface) 22, einen internen Massegenerator 23, einen Stromdetektor 24, einen Überhitzungsdetektor 25, einen Diagnoseausgangsabschnitt 26, einen Steuerlogikabschnitt 27 und einen Gatetreiber 28, wie in 1 gezeigt. Weiterhin enthält der Steuerchip 21 einen Kurzschlussfehlerdetektor 120 zur Erkennung einer Kurzschlussanomalie des Leistungs-MOSFET 14, wie in 3 gezeigt.
  • Eine Diode 36 und ein Widerstand 37 sind seriell zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und dem Masseanschluss P6 geschaltet, wie in 1 gezeigt. Die Kathodenseite der Diode 36 ist mit der höheren Spannungsseite verbunden und der Verbindungspunkt zwischen der Diode 36 und dem Widerstand 37 dient als interne Masse GND 1.
  • Wenn bei diesem Aufbau der Masseanschluss P6 irrtümlich mit der Energieversorgungsspannung Vcc verbunden wird, wird ein in die Schaltkreise der Energieversorgungssteuerung 10 fließender Strom aufgrund der Diode 36 unterdrückt, so dass er niedriger als ein bestimmter Wert ist.
  • (Eingangsinterface)
  • Die Eingangsseite des Eingangsinterface 22 ist mit dem Eingangsanschluss P1 verbunden. Ein Steuersignal S6 mit hohem Pegel wird dem Eingangsanschluss P1 eingegeben, wenn der Betätigungsschalter 15 AUS ist, während ein Steuersignal S6 mit niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) dem Eingangsanschluss P1 eingegeben wird, wenn der Betätigungsschalter 15 EIN ist. Die Eingangsschnittstelle 22 empfängt das Steuersignal S6 und liefert dasjenige für den internen Massegenerator 23 und den Steuerlogikabschnitt 27.
  • In einem normalen Zustand (d. h., wenn weder eine Stromanomalie noch eine Temperaturanomalie aufgetreten ist, wie nachfolgend beschrieben wird), schaltet die Energieversorgungssteuerung 10 den Leistungs-MOSFET 14 EIN (d. h., schaltet den Leistungs-MOSFET 14 in einen leitfähigen Zustand), was durch den Gatetreiber 28 in Antwort auf ein aktives (d. h., niedrigpegeliges) Steuersignal S6 erfolgt.
  • Andererseits, in Antwort auf ein nicht aktives (d. h. hochpegeliges) Steuersignal S6 schaltet die Energieversorgungssteuerung 10 den Leistungs-MOSFET 14 durch den Gatetreiber 28 AUS (d. h., versetzt den Leistungs-MOSFET 14 in einen abgeschalteten Zustand).
  • Ein aktives Steuersignal S6 der vorliegenden Ausführungsform entspricht einem EIN-Signal (d. h. einem Last-EIN-Signal als Anweisung zum Einschalten der Last 11) der vorliegenden Erfindung. Ein nicht aktives Steuersignal S6 der vorliegenden Ausführungsform entspricht einem AUS-Signal der vorliegenden Erfindung. Der Gatetreiber 28 der vorliegenden Ausführungsform entspricht einem Steuerschaltkreis der vorliegenden Erfindung.
  • (Interner Massegenerator)
  • Der interne Massegenerator 23 als ein Konstantversorgungsspannungsgenerator erzeugt eine interne Masse GND2, die um eine bestimmte Konstantspannung Vb niedriger als die Energieversorgungsspannung Vcc ist. Weiterhin gibt kurze Zeit, nachdem das Steuersignal S6 nicht aktiv wird, der interne Massegenerator 23 ein hochpegeliges Signal S4 an einen Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123 des Diagnoseausgangsabschnitts 26 aus, wie in 7 gezeigt. Dies wird nachfolgend im Detail noch beschrieben.
  • Der interne Massegenerator 23 arbeitet bei Empfang eines aktiven Steuersignals (EIN-Signals) S6 von der Eingangsschnittstelle 22 oder einem niedrigpegeligen Ausgangssignal S7, (das anzeigt, dass ein Löschzähler 72 nicht übergelaufen ist) von dem Steuerlogikabschnitt 27, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
  • Das heißt, der interne Massegenerator 23 fährt mit der Erzeugung der internen Masse GND2 fort, solange er vom Steuerlogikabschnitt 27 ein niedrigpegeliges Ausgangssignal S7 empfängt (d. h., so lange nicht der Löschzähler 72 überläuft), auch wenn er ein nicht aktives Steuersignal S6 (AUS-Signal) empfängt.
  • Somit wird die Konstantspannung Vb (d. h. die Differenz erhalten durch Subtraktion der internen Masse GND2 von der Energieversorgungsspannung Vcc) für den Logiksteuerabschnitt 27 eine kurze Zeit nachdem das Steuersignal S6 nicht aktiv geworden ist, geliefert, so dass der Steuerlogikabschnitt 27 arbeiten kann.
  • Genauer gesagt, wie in 2 gezeigt enthält der interne Massegenerator 23 einen FET 41 als Schaltelement zum Einschalten in Antwort auf ein aktives Steuersignal S6 und einen anderen FET 42 als ein Schaltelement zum Einschalten in Antwort auf ein niedrigpegeliges Ausgangssignal S7.
  • Die Ausgangsseiten der FETs 41, 42 sind beide mit dem Steueranschluss eines FET 43 als Schaltelement verbunden. Die Eingangsseite (d. h. Drain) des FET 43 ist über eine Zener-Diode 44 mit dem Energieversorgungsanschluss P2 verbunden, wohingegen die Ausgangsseite (d. h. die Source) hiervon über den Widerstand 37 mit dem Masseanschluss P6 verbunden ist.
  • In dem internen Massegenerator 23 wird der FET 43 in Antwort auf ein aktives Steuersignal S6 oder ein niedrigpegeliges Ausgangssignal S7 eingeschaltet. Damit arbeitet der interne Massegenerator 23 zur Erzeugung der internen Masse GND2, die um eine Spannung entsprechend der Zenerspannung der Zenerdiode 44 niedriger als die Energieversorgungsspannung VCC ist. Die erzeugte interne Masse GND2 wird über einen Operationsverstärker 45 als Spannungsfolger für den Steuerlogikabschnitt 27 geliefert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist auf einer Stromversorgungsleitung zwischen der Zenerdiode 44 und dem FET 43 ein FET 46 angeordnet und eine Kurzschlussverbindung (d. h. Diodenverbindung) zwischen Source und Gate des FET 46 ist geschaffen. Somit fließt ein konstanter Strom durch die Zenerdiode 44, wenn der FET 43 eingeschaltet ist und folglich kann eine stabilere interne Masse GND2 erzeugt werden.
  • (Stromdetektor)
  • Der Stromdetektor 24 enthält eine Source-Potentialsteuerung 51, einen Schwellenwertspannungsgenerator 52 und einen Stromanomaliedetektor 53, wie in 1 gezeigt. 3 ist ein Schaltkreisdiagramm, dass im Wesentlichen die Source-Potentialsteuerung 51, den Schwellenwertspannungsgenerator 52 und den Stromanomaliedetektor 53 zeigt. Der Reste des Schaltkreisaufbaus ist teilweise aus der Darstellung weggelassen.
  • a. Source-Potentialsteuerung
  • Die Source-Potentialsteuerung 51 dient zur Aufrechterhaltung der ausgangsseitigen Spannungen (d. h. der Sourcespannungen) des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18, so dass diese zueinander gleich sind. Die Source-Potentialsteuerung 51 enthält einen Operationsverstärker 56 und einen FET 57 als Schaltelement.
  • Ein Paar von Eingangsanschlüssen des Operationsverstärkers 56 ist mit dem Eingang 51 des Leistungs-FET (und wiederum mit der Source des Leistungs-MOSFET 14) und dem Eingang 51b des Erfassungs-FET (und wiederum der Source des Erfassungs-MOSFET 18) verbunden. Der FET 57 ist zwischen den Eingang 51b des Erfassungs-FET und den externen Anschluss P5 gesetzt und der Ausgang des Operationsverstärkers 56 liegt am Steueranschluss des FET 57.
  • Genauer gesagt, der negative Eingang des Operationsverstärkers 56 ist mit dem Eingang 51a des Leistungs-FET verbunden, während der positive Eingang des Operationsverstärkers mit dem Eingang 51b des Erfassungs-FET verbunden ist. Der Differenzialausgang des Operationsverstärkers 56 wird zwischen Gate und Drain des FET 57 auf den positiven Eingang zurückgekoppelt.
  • Der Operationsverstärker 66 wird aufgrund der Rückkopplung in einem imaginären Kurzschlusszustand gehalten, d. h., die Potentiale von positiven und negativen Eingängen werden annähernd gleich zueinander gehalten. Damit werden die Potentiale der Drains von Leistungs-MOSFET 14 und Erfassungs-MOSFET 18 zueinander gleich gehalten und die Potentiale der Sources hiervon werden ebenfalls gleich zueinander gehalten.
  • Folglich wird ein Erfassungsstrom Is, der durch den Erfassungs-MOSFET 18 fließt, stabil auf einem konstanten Verhältnis (d. h. dem Erfassungsverhältnis k) zu einem Laststrom IL gehalten, der durch den Leistungs-MOSFET 14 fließt. Der Erfassungsstrom Is von der Source-Potentialsteuerung 51 läuft über den externen Anschluss P5 in einen externen Widerstand 16 und damit ändert sich die Anschlussspannung Vo des externen Anschlusses P5 mit dem Erfassungsstrom Is.
  • b. Stromanomaliedetektor
  • Der Stromanomaliedetektor enthält einen Komparator oder eine Mehrzahl von Komparatoren. In der vorliegenden Ausführungsform enthält der Stromanomaliedetektor 53 drei Hysteresekomparatoren 54, 48, 59. Die Anschlussspannung Vo des externen Anschlusses P5 wird auf einen Eingang eines jeden Komparators 54, 58, 59 gelegt.
  • Eine erste Anomalieschwellenwertspannung Voc vom Schwellenwertspannungsgenerator 52 wird dem anderen Eingang des Komparators 58 zugeführt. Der Komparator 58 gibt ein Überstromsignal OC von niedrigem Pegel (niedrig aktives Signal) an den Steuerlogikabschnitt 27 aus, wenn die Anschlussspannung Vo die erste Anomalieschwellenwertspannung Voc übersteigt.
  • Nachfolgend sei ein Stromwert entsprechend einem Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 fließt, wenn die Anschlussspannung Vo die erste Anomalieschwellenwertspannung Voc erreicht (d. h. während einer Stromanomalie) „erster Anomalieschwellenwertstrom ILoc” genannt und diese Stromanomalie wird „Überstrom” genannt.
  • Eine zweite Anomalieschwellenwertspannung Vfc (< Voc) von dem Schwellenwertspannungsgenerator 52 wird im anderen Eingang des Komparators 59 angelegt. Der Komparator 59 gibt ein Schmelzstromsignal FC von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) an den Steuerlogikabschnitt 27 aus, wenn die Anschlussspannung Vo die zweite Anomalieschwellenwertspannung Vfc übersteigt.
  • Nachfolgend sei ein Stromwert entsprechend einem Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 fließt, wenn die Anschlussspannung Vo die zweite Anomalieschwellenwertspannung Vfc erreicht (d. h. während einer Stromanomalie) „zweiter Anomalieschwellenwertstrom ILfc” genannt und diese Stromanomalie wird „Schmelzstrom” genannt.
  • Eine dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop vom Schwellenwertspannungsgenerator 52 wird dem anderen Eingang des Komparators 54 zugeführt. Der Komparator 54 gibt ein Unterbrechungsanzeigesignal OP von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) and den Steuerlogikabschnitt 27 aus, wenn die Anschlussspannung Vo niedriger als die dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop ist.
  • Nachfolgend sei ein Stromwert entsprechend einem Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET fließt, wenn die Anschlussspannung Vo die dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop erreicht (d. h. während einer Anomalie) „dritter Anomalieschwellenwertstrom ILop” genannt und diese Anomalie wird „Drahtbruchanomalie” genannt.
  • c. Schwellenwertspannungsgenerator
  • Der Schwellenwertspannungsgenerator enthält im Wesentlichen einen Stromausgangsschaltkreis 110 und einen Schwellenwertsetzwiderstand 60, wie in 3 gezeigt.
  • Der Stromausgangsschaltkreis 110 gibt einen Strom Ic aus, der die Differenz angibt, die durch Subtraktion eines Stroms Ids von einem Strom Ib bestimmt wird. Der Strom Ib entspricht einer bestimmten Konstantspannung. Der Strom Ids entspricht der Drain-zu-Sourcespannung Vds des Leistungs-MOSFET 14. Der Ausgangsstrom Ic vom Stromausgangsschaltkreis 110 läuft durch den Schwellenwertsetzwiderstand 60.
  • Genauer gesagt, der Stromausgangsschaltkreis 110 ist zwischen Drain und Source des Leistungs-MOSFET 14 geschaltet und veranlasst daher, dass ein Strom Ids entsprechend der Drain-zu-Sourcespannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 in den Masseanschluss P6 fließt. Die Drain-zu-Sourcespannung Vds der vorliegenden Ausführungsform entspricht einer Eingangs-zu-Ausgangsspannung des Halbleiterschaltelements der vorliegenden Erfindung.
  • Ein FET 62 und ein Konstantstromschaltkreis 65 sind zwischen den Eingangsanschluss des Stromausgangsanschlusses 110, an dem der Strom Ids anliegt und den Energieversorgungsanschluss P2 geschaltet. Der FET 62 schaltet in Antwort auf ein Vorspannungssignal B gemäß nachfolgender Beschreibung ein. Der Konstantstromschaltkreis 60 bewirkt den Strom Ib.
  • Eine Mehrzahl von Schwellenwertsetzwiderständen ist seriell zwischen den Verbindungspunkt x (zwischen dem Konstantstromschaltkreis 65 und dem Eingangsanschluss des Stromausgangsschaltkreises 110) und dem Masseanschluss P6 geschaltet, so dass der Strom Ic durch die Schwellenwertsetzwiderstände fließt. In der vorliegenden Ausführungsform sind sieben Schwellenwertsetzwiderstände 60a bis 60g vorgesehen.
  • Geteilte Spannungen an den jeweiligen Verbindungspunkten A bis F zwischen den Schwellenwertsetzwiderständen 60a bis 60g ändern sich proportional zum Strom Ic (= Ib – Ids), d. h. proportional zu einer Spannung, die die Differenz darstellt, welche bestimmt wird durch Subtraktion der Drain-Source-Spannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 von der bestimmten Konstantspannung.
  • Mit diesem Aufbau nimmt der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc mit einer Zunahme der Drain-zu-Sourcespannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 ab und nimmt mit einer Abnahme der Drain-zu-Sourcespannung Vds zu. Beispielsweise wird der Schwellenwertstrom ILoc unmittelbar nach Einschalten des Leistungs-MOSFET 14 auf einen relativ niedrigen Wert gesetzt, da die Drain-zu-Sourcespannung Vds relativ hoch ist.
  • Wenn daher unmittelbar nach Einschalten des Leistungs-MOSFET 14 ein Kurzschluss auftritt, kann der Laststrom IL früh den ersten Anomalieschwellenwertstrom ILoc erreichen, ohne einen hohen Wert zu erreichen. Das heißt, der Laststrom IL von relativ niedrigem Wert wird als Überstrom erkannt. Somit kann der Stromdetektor 24 in diesem Fall früh ein aktives Überstromsignal Oc ausgeben.
  • Weiterhin wird für den Fall, dass die Energieversorgungsspannung Vcc sinkt, der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc im Wesentlichen gleich auf dem Wert gehalten, bevor die Energieversorgungsspannung Vcc abnimmt. Dies deshalb, welL selbst wenn die Energieversorgungsspannung Vcc abnimmt, die Drain-zu-Sourcespannung Vds annähernd beibehalten wird, so lange der Leistungs-MOSFET 14 EIN ist. Somit kann der Energieversorgungsvorgang für den Leistungs-MOSFET 14 ausreichend erhalten werden, selbst wenn die Energieversorgungsspannung Vcc abnimmt.
  • Der Schwellenwertgenerator 52 enthält weiterhin eine Mehrzahl von FETs 61a bis 61f als Schaltelemente zur Verbindung des anderen Eingangsanschlusses des Komparators 58 selektiv mit den Verbindungspunkten A bis F zwischen den Schwellenwertsetzwiderständen 60a bis 60g. Somit kann die erste Anomalieschwellenwertspannung Voc stufenweise durch selektives Einschalten der FETs 61a bis 61f sequentiell verringert werden. Das Schalten EIN/AUS der FETs 61a bis 61f wird durch den nachfolgend beschriebenen Steuerlogikabschnitt 27 gesteuert.
  • Eine Mehrzahl von spannungsteilenden Widerständen (z. B. drei Schwellenwert-Setzwiderstände 64a bis 64c in der vorliegenden Ausführungsform) ist seriell zwischen die Source des Leistungs-MOSFET 14 und den Masseanschluss P6 geschaltet. Die geteilte Spannung am Verbindungspunkt y zwischen den Schwellenwertsetzwiderständen 64a und 64b wird als dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop ausgegeben, während die geteilte Spannung am Verbindungspunkt Z zwischen den Schwellenwertsetzwiderständen 64b und 64c als zweite Anomalieschwellenwertspannung Vfc ausgegeben wird.
  • Bei diesem Aufbau ändern sich die zweiten und dritten Anomalieschwellenwertspannungen Vfc und Vop mit der Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14. Beispielsweise wird die zweite Anomalieschwellenwertspannung Vfc unmittelbar nach Einschalten des Leistungs-MOSFET 14 auf einen relativ niedrigen Wert gesetzt, da die Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 auf relativ niedrigem Wert ist.
  • Für den Fall, dass unmittelbar nach Einschalten des Leistungs-MOSFET 14 ein Schmelzstrom auftritt, kann daher der Laststrom IL den zweiten Schwellenwertstrom ILfc früh erreichen, ohne hohen Wert zu erreichen. Das heißt, der Laststrom IL mit relativ niedrigem Pegel wird als Schmelzstrom erkannt. Somit kann der Stromdetektor 24 ein aktives Schmelzstromsignal Fc in diesem Fall früh ausgeben.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind der FET 62 und ein Widerstand 63 zwischen dem Energieversorgungsanschluss P2 und dem Verbindungspunkt Z vorhanden und somit werden die zweiten und dritten Anomalieschwellenwertströme ILfc und ILop so vorgespannt, dass sie mit einer Änderung des Lastwiderstands der Last 11 nicht auf einen negativen Wert sinken.
  • Der FET 82 ist ein Schaltelement, das in Antwort auf ein niedrigpegeliges Vorspannungssignal B (niedriges aktives Signal) vom Steuerlogikabschnitt 27 gemäß obiger Beschreibung einschaltet. Wenn der FET 62 einschaltet, fließt ein Strom durch den Widerstand 63 und damit werden die zweiten und dritten Anomalieschwellenwertspannungen Vfc und Vop um eine Spannung entsprechend einem Spannungsabfall am Widerstand 83 auf die Energieversorgungsspannungsseite hochgezogen.
  • Das niedrigpegelige Vorspannungssignal B wird vom Steuerlogikabschnitt 27 zum Einschalten des FET 62 ausgegeben, wenn das Steuersignal S6 aktiv ist oder wenn das Löschsignal CLR vom Löschzähler 72 nicht aktiv ist.
  • Genauer gesagt, ein Nicht-oder-Schaltkreis (NOR) 69 ist gemäß 5 im Steuerlogikabschnitt 27 vorgesehen. Ein pegelinvertiertes Signal des Steuersignals S6 und ein Löschsignal CLR vom Löschzähler 72 werden dem NOR-Schaltkreis 69 eingegeben. Der NOR-Schaltkreis 69 gibt ein niedrigpegeliges Vorspannungssignal B (niedriges aktives Signal) aus, wenn das Steuersignal S6 aktiv und das Löschsignal CLR nicht aktiv ist.
  • Andererseits kann der erste normale Schwellenwertstrom ILoc vorgespannt werden, in dem der Strom Ib so gesetzt wird, dass „Ib – Ids > 0” erfüllt ist. Somit hat der Strom Ib die Funktion einer Vorspannung.
  • 4 ist eine Graphik zur Erläuterung der Einstellung der ersten, zweiten und dritten Anomalieschwellenwertströme ILoc, ILfc und ILop. Die Graphik zeigt eine Rauchemissionscharakteristikkurve L1 betreffend den elektrischen Draht 30, der mit der Energieversorgungssteuerung 10 verbindbar ist und eine Selbstzerstörungscharakteristikkurve 2 betreffend den Leistungs-MOSFET 14.
  • Die Rauchemissionscharakteristikkurve L1 zeigt die Rauchemissionscharakteristik des Überzugmaterials beispielsweise des elektrischen Drahts 30, welche die Beziehung zwischen einem konstanten Stromwert und einer Stromanlegezeit darstellt (d. h. einer Zeit, die das Überzugsmaterial zum Schmelzen benötigt). Das heißt, die Rauchemissionscharakteristikkurve L1 zeigt die Beziehung zwischen einem beliebigen Konstantstrom und einer Zeit, die das Überzugsmaterial 30 benötigt, um zu Brennen (d. h. Rauch abzugeben), wenn der konstante Strom am Draht 30 anliegt.
  • Die Selbstzerstörungscharakteristikkurve 12 zeigt die Beziehung zwischen einem beliebigen Konstantstrom und einer Zeit, die der Leistungs-MOSFET 14 zum Durchbruch benötigt, wenn der Konstantstrom am MOSFET 14 anliegt.
  • Der zweite Anomalieschwellenwertstrom ILfc wird auf einen Wert innerhalb des Bereichs gesetzt, wo ein Stromwert niedriger als die Rauchemissionscharakteristikkurve L1 und die Selbstzerstörungscharakteristikkurve 12 ist.
  • Der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc wird auf einen Wert innerhalb des Bereichs gesetzt, wo ein Stromwert niedriger als die Rauchemissionscharakteristikkurve 11 und die Selbstzerstörungscharakteristikkurve 12 ist, und zwar in einem Zeitfenster entsprechend einer FUSE-Referenzzeit (wird nachfolgend beschrieben) beginnend mit dem Start des Zählens durch einen Schmelzzähler 73.
  • Es sei festzuhalten, dass die gezeigte Rauchemissionscharakteristik auf einen elektrischen Draht 30 zutrifft, der aus elektrischen Drähten ausgewählt ist, die wahrscheinlich mit der Energieversorgungssteuerung 10 verbunden sind. Die Rauchemissionscharakteristik hängt von einem externen Schaltkreis (z. B. einem Verdrahtungsteil wie einem elektrischen Draht oder einer Last) ab, der mit der Energieversorgungssteuerung 10 verbunden wird.
  • Die Anomalieschwellenwertströme ILoc, ILfc und ILop sollten daher basierend auf der Rauchemissionscharakteristik eines externen Schaltkreises bestimmt werden, der tatsächlich mit der Energieversorgungssteuerung 10 verbunden ist. Dies lässt sich jedoch problemlos erreichen, in dem der Widerstand des externen Widerstands 16 eingestellt wird.
  • In der Graphik stellt ILmax den Grenzstrom der Last 12 dar (d. h. ein Grenzstrom, angesichts dem die Auslegung der Last 11 garantiert ist). Io stellt den Gleichgewichtsstrom dar, der angelegt werden kann, wobei ein thermischer Gleichgewichtszustand aufrecht erhalten wird, bei dem Wärmeerzeugung und -abstrahlung im elektrischen Draht 30 ausgewogen sind.
  • Wenn ein Strom eines höheren Werts als der kritische Gleichgewichtsstrom Io angelegt wird, betrifft dies einen überthermischen Widerstandsbereich, in welchem ein Stromwert und eine Zeit bis zur Rauchemission im Wesentlichen umgekehrt proportional zueinander sind.
  • Der zweite Anomalieschwellenwertstrom ILfc wird auf einen Wert etwas größer als der Grenzstrom ILmax der Last 11 gesetzt, wie in 4 gezeigt. Der Komparator 59 erkennt einen Schmelzstrom basierend darauf, ob der Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenwertstrom ILfc erreicht und gibt ein aktives Schmelzstromsignal fc aus.
  • Wenn der Laststrom IL im Bereich des zweiten Anomalieschwellenstroms ILfc ist, muss der Leistungs-MOSFET 14 nicht unmittelbar ausgeschaltet werden. In diesem Fall sollte der Leistungs-MOSFET 14 nur dann ausgeschaltet werden, wenn der Schmelzstromzustand eine wesentliche Zeitlang fortdauert, wie nachfolgend beschrieben wird.
  • Der dritte Anomalieschwellenwertstrom ILop wird auf einen Wert kleiner als der Grenzstrom ILmax gesetzt. Der Komparator 54 erkennt eine Drahtbruchanomalie basierend darauf, ob der Laststrom IL unter den dritten Anomalieschwellenwertstrom ILop fällt und gibt ein aktives Bruchanzeigesignal OP aus.
  • Der erste Anomalieschwellwertstrom wird auf einen Wert größer als der zweite Anomalieschwellenwertstrom ILfc gesetzt. Der Komparator 58 erkennt einen Überstrom basierend darauf, ob der Laststrom IL den ersten Anomalieschwellenwertstrom Oc erreicht und gibt ein aktives Überstromsignal Oc aus.
  • Wenn der Laststrom IL den ersten Anomalieschwellenwertstrom ILoc übersteigt (d. h., der Laststrom IL ist im Wesentlichen auf einem hohen Wert), sollte der Leistungs-MOSFET 14 sofort abgeschaltet werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
  • Zur Vorbereitung auf einen Einschaltstoßstrom setzt der Schwellenwertgenerator 52 zunächst den ersten Anomalieschwellenwertstrom ILoc auf einen höheren Wert (als den Ausgangswert) als der Einschaltstoßstrom, wie in 4 gezeigt. Danach wird der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc mit der Zeit stufenweise verringert. Dies wird im Detail nachfolgend beschrieben.
  • (Überhitzungsdetektor)
  • Der Überhitzungsdetektor 25 erhält ein Temperatursignal S1 entsprechend einer Temperatur des Leistungschips 20 vom Temperatursensor 19. Der Überhitzungsdetektor 25 erkennt eine Temperaturanomalie basierend darauf, ob das empfangene Temperatursignal S1 eine bestimmte Schwellenwertspannung übersteigt und liefert ein niedrigpegeliges Temperaturanomaliesignal OT (niedriges aktives Signal) für den Steuerlogikabschnitt 27.
  • (Steuerlogikabschnitt)
  • 5 ist ein Schaltkreisdiagramm, das den Steuerlogikabschnitt 27 zeigt. Der Steuerlogikabschnitt 27 enthält im Wesentlichen einen FR-Zähler (Freilaufzähler) 71, den Löschzähler 72, den Schmelzzähler (FC) 73, einen Oszillator 74, einen Reset-Signalgenerator 75 etc..
  • Der Steuerlogikabschnitt 27 empfängt das Steuersignal S6 von der Eingangsschnittstelle 22, die Signale CC, FC, OP von dem Stromdetektor 24 und das Temperaturanomaliesignal OT vom Überhitzungsdetektor 25, wie oben beschrieben.
  • a. Oszillator und Reset-Signalgenerator
  • Der Oszillator 24 erzeugt ein Taktsignal CLK (beispielsweise mit einer Periode von 125 Mikrosekunden) und gibt dieses aus. Der Reset-Signalgenerator 75 erzeugt eine Konstantspannung ausreichend für den internen Massegenerator 23 und den Steuerlogikabschnitt 27, damit diese arbeiten können.
  • Weiterhin gibt der Reset-Signalgenerator 23 ein Reset-Signal St mit niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus, bis die Takterzeugung vom Oszillator 74 stabilisiert ist. Wenn die Takterzeugung stabililsiert ist, gibt der Reset-Signalgenerator 23 ein Reset-Signal RST mit hohem Pegel aus.
  • b. Überstromschutzschaltkreis
  • Der Überstromschutzschaltkreis schaltet hauptsächlich den Leistungs-MOSFET 14 zwangsweise AUS, wenn wenigstens eines von aktivem Überstromsignal OC vom Stromdetektor 24 oder aktivem Temperaturanomaliesignal OT vom Überhitzungsdetektor 25 empfangen wird.
  • Danach hält der Überstromschutzschaltkreis den zwangsweisen Abschaltungszustand eine bestimmte Referenzdauer OFF aufrecht (beispielsweise 16 Millisekunden in der vorliegenden Ausführungsform). Der zwangsweise Abschaltungszustand wird aufgehoben, wenn die bestimmte Referenzdauer OFF verstrichen ist. in der vorliegenden Ausführungsform bedeutet „zwangsweises Abschalten”, dass der Leistungs-MOSFET 14 zwangsweise ausgeschaltet wird, obgleich das Steuersignal S6 aktiv ist (d. h. das EIN-Signal empfangen wird).
  • Genauer gesagt der Überstromschutzschaltkreis enthält den FR-Zähler 71, einen OC-Speicher 76, einen FRC-Resetgenerator 77, einen FC-Speicher 78 etc..
  • Der Steuerlogikabschnitt 27 enthält einen NOR-Schaltkreis 79 und einen Nicht-und-Schaltkreis (NAND) 80. Der NOR-Schaltkreis 79 empfängt die pegelinvertierten Signale der Sigal OC, OT. Der NAND-Schaltkreis 80 empfängt das pegelinvertierte Signale eines Ausgangssignals vom NOR-Schaltkreis 79.
  • Das pegelinvertierte Signal eines Setzsignals oder OC1 vom NAND-Schaltkreis 80 wird dem Set-Anschluss des OC-Speichers 76 (d. h. einem RS-Flip-Flop eingegeben. Das pegelinvertierte Signal eines Ausgangssignals vom NAND-Schaltkreis 81 wird ebenfalls dem NAND-Schaltkreis 80 eingegeben. Das pegelinvertierte Signal eines Steuersignals S6 und ein Zwangsabschaltsignal S8 werden dem NAND-Schalktkreis 81 eingegeben. Das Zwangsabschaltsignal S8 (wird nachfolgend beschrieben) ist niedrigpegelig, wenn der zwangsweise Abschaltungsvorgang für den Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt werden soll.
  • Wenn bei diesem Aufbau das Steuersignal S6 aktiv ist, gibt der NAND-Schaltkreis 81 ein Setsignal OC1 von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus, wenn wenigstens eines von aktivem Überstrahlsignal OC vom Stromdetektor 24 und aktivem Temperaturanomaliesignal OT vom Überhitzungsdetektor 25 dem Steuerlogikabschnitt 27 eingegeben wird und das Zwangsabschaltsignal S8 hochpegelig ist.
  • Das heißt, wenn ein aktives Steuersignal S6 (EIN-Signal) empfangen wird, gibt der NAND-Schaltkreis 80 ein aktives Setzsignal OC1 aus, so dass der OC-Speicher 76 in den Setzzustand versetzt wird, wenn ein Überstrom oder eine Temperaturanomalie erkannt werden und der Leistungs-MOSFET 14 nicht im Zwangsabschaltungszustand ist.
  • Der Steuerlogikabschnitt 27 enthält weiterhin einen NAND-Schaltkreis 82. Das pegelinvertierte Signal eines Ausgangssignals vom NAND-Schaltkreis 81 und das pegelinvertierte Signal eines Schmelzstromsignals FC werden dem NAND-Schaltkreis 82 eingegeben. Das pegelinvertierte Signal eines Setzsignals FC1 (niedriges aktiviertes Signal) vom NAND-Schaltkreis 82 wird dem Set-Anschluss des FC-Speichers 78 (d. h. einem RS-Flip-Flop eingegeben.
  • Wenn bei diesem Aufbau das Steuersignal S6 aktiv ist, gibt der NAND-Schaltkreis 82 ein Setzsignal FC1 vom niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus, wenn ein aktives Schmelzstromsignal FC vom Stromdetektor 24 dem Steuerlogikabschnitt 27 eingegeben wird und das Zwangsabschaltsignal S8 hochpegelig ist.
  • Das heißt, wenn ein aktives Steuersignal S6 (EIN-Signal) empfangen wird, gibt der NAND-Schaltkreis 82 ein aktives Setzsignal FC1 aus, so dass der FC-Spei-cher 78 in den Setzzustand versetzt wird, wenn ein Schmelzstrom erkannt wird und der Leistungs-Mosfet 14 nicht in dem Zwangsabschaltungszustand ist.
  • Der FR-Zähler 71 zählt normalerweise wiederholt eine bestimmte Zeit. In der vorliegenden Ausführungsform ist der FR-Zähler 71 beispielsweise ein 8-Bit-Freilaufzähler. Der FR-Zähler 71 inkrementiert seinen Zählwert jeweils um 1 zu Zeiten entsprechend den fallenden Flanken des Taktsignals CLK vom Oszillator 74 (d. h. in Perioden von 125 Mikrosekunden). Der FR-Zähler 71 läuft alle 32 Millisekunden über, so lange er nicht zurückgesetzt wird.
  • Der FR-Zähler 71 wird auf „1” zurückgesetzt (d. h., das Bit mit niedrigem Stellenwert ist „1” und die anderen Bits sind „0”), wenn irgendeine der folgenden Reset-Bedingungen 1 bis 3 erfüllt ist:
    Reset-Bedingung 1: Der Resetsignalgenerator 75 gibt ein aktives Resetsignal RST aus;
    Reset-Bedingung 2: Der NAND-Schaltkreis 80 gibt ein aktives Setzsignal OC1 aus (d. h. ein Überstrom oder eine Temperaturanomalie werden erkannt und der Leistungs-MOSFET 14 ist nicht in dem Zwangsabschaltzustand); und
    Reset Bedingung 3: Das Ausgangssignal FCM vom FC-Speicher 78 geht von hohem Pegel auf niedrigem Pegel (d. h. ein Schmelzstrom wird erkannt, wenn der Leistungs-MOSFET 14 nicht in dem Zwangsabschaltzustand ist).
  • Der FRC-Reset-Generator 77 gibt ein Reset-Signal R1 von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus, wenn eine der obigen Reset-Bedingungen erfüllt ist. Wenn ein aktives Reset-Signal R1 ausgegeben wird, wird der FR-Zähler 71 auf „0” zurückgesetzt und startet das Zählen erneut.
  • Der FR-Zähler 71 gibt ein Zählsignal OvF7 von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus, wenn die 7 niedrigen Bits des Zählers 71 überfließen (d. h. alle Bits sind „1”). Weiterhin gibt der FR-Zähler 71 ein Abschaltaufhebesignal MCL von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus, wenn alle sieben niedrigen Bits „0” sind.
  • Das heißt, der FR-Zähler 71 gibt ein aktives Zählsignal OvF7 (entsprechend einer fallenden Flanke des Zählsignals OvF7) zu einem bestimmten Zeitintervall (d. h. bei der vorliegenden Ausführungsform alle 60 Millisekunden) aus, so lange er nicht zurückgesetzt wird. Weiterhin gibt der FR-Zähler 71 ein aktives Abschaltaufhebesignal MCL in einem bestimmten Zeitintervall (wie oben) aus, genauer gesagt, eine bestimmte Zeit (eine Zählung bei der vorliegenden Ausführungsform) später als der Ausgang eines aktiven Zählsignals OvF7.
  • Das pegelinvertierte Signal eines Ausgangssignals von einem NOR-Schaltkreis 83 wird dem Resetanschluss des OC-Speichers 76 eingegeben. Das pegelinvertierte Signal eines Reset-Signals RST vom Reset-Signalgenerator 75 und das pegelinvertierte Signal eines Abschaltaufhebesignals MCL vom FR-Zähler 71 werden dem NOR-Schaltkreis 83 eingegeben.
  • Mit diesem Aufbau geht der OC-Speicher 76 in den Setzzustand in Antwort auf ein aktives Setzsignal OC1 gemäß obiger Beschreibung, um ein erstes Zwangabschaltsignal OCM von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) auszugeben. Der OC-Speicher 76 gibt ein erstes Zwangsabschaltsignal OCM von hohem Pegel aus, wenn das Reset-Signal RST oder das Abschaltaufhebesignal MCL aktiv sind.
  • Ein NOR-Schaltkreis 84 empfängt das pegelinvertierte Signal eines ersten Zwangsabschaltesignals OCM und das pegelinvertierte Signal eines zweiten Zwangsabschaltsignals F vom Schmelzzähler 73 wie nachfolgend beschrieben. Der NOR-Schaltkreis 84 gibt ein Zwangsabschaltsignal S8 von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus, wenn das erste Zwangsabschaltsignal OCM oder das zweite Zwangsabschaltsignal F aktiv. sind.
  • Mit diesem Aufbau gibt der Überstromschutzschaltkreis ein aktives erstes Zwangsabschaltsignal OCM vom OC-Speicher 76 aus, wenn das Überstromsignal OC oder das Temperaturanomaliesignal OT aktiv ist, so dass der Leistungs-MOSFET 14 zwangsweise ausgeschaltet wird (d. h. ein Zwangsabschaltvorgang wird sofort durchgeführt).
  • Gleichzeitig wird FR-Zähler 71 zurückgesetzt, um mit dem Zählen neu zu beginnen und danach (in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 16 Millisekunden später) gibt er ein aktives Abschaltaufhebesignal MCL aus, so dass der Leistungs-MOSFET 14 wieder in den EIN-Zustand zurückgesetzt wird.
  • Wenn aufgrund eines Überstroms oder einer Temperaturanomalie ein Zwangsabschaltvorgang durchgeführt wird, wird der Leistungs-MOSFET 14 somit wieder in den EIN-Zustand zurückgebracht, falls die Energieversorgungssteuerung 10 ein aktives Steuersignal S6 empfängt.
  • Ein derartiger Zwangsabschaltvorgang aufgrund des Überstromschutzschaltkreises wird nachfolgend als „erster Zwangsabschaltvorgang” bezeichnet. Das heißt, der erste Zwangsabschaltvorgang wird unmittelbar nach Erkennung eines Überstroms oder einer Anomalie durchgeführt und zurückgesetzt, wenn eine bestimmte Referenzdauer OFF verstreicht. Die Referenzdauer OFF beträgt ungefähr 16 Millisekunden bei der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben.
  • Das pegelinvertierte Signal eines Ausgangssignals von einem NOR-Schaltkreis 85 wird dem Reset-Anschluss des FC-Speichers 78 eingegeben. Das pegelinvertierte Signal eines Reset-Signals RST vom Reset-Signalgenerator 25 und das pegelinvertierte Signal eines Abschaltaufhebesignals MCL werden dem NOR-Schaltkreis 85 eingegeben.
  • Bei diesem Aufbau geht der FC-Speicher 78 in Antwort auf ein aktives Setzsignal FC1 gemäß obiger Beschreibung in den Setzzustand, um ein Ausgangssignal FCM von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) auszugeben. Weiterhin gibt der FC-Speicher 78 ein Ausgangssignal FCM mit hohem Pegel aus, wenn das Reset-Signal RST oder das Abschaltaufhebesignal MCL aktiv sind. Der FC-Speicher 78 fährt fort, ein aktives Ausgangssignal FCM auszugeben, so lange das Setzsignal FC1 aktiv ist, selbst wenn das Reset-Signal RST aktiv ist.
  • c. Schmelzanomalieschutzschaltkreis
  • Ein Schmelzanomalieschutzschaltkreis sammelt hauptsächlich eine Anomaliezeit (nachfolgend als FUSE-Zeit bezeichnet), während der ein aktives Schmelzstromsignal empfangen wird oder ein erster Zwangsabschaltvorgang durchgeführt wird. Der Schmelzanomalieschutzschaltkreis veranlasst einen Zwangsabschaltvorgang für den Leistungs-MOSFET 14, wenn die gesammelte Zeit eine bestimmte Referenz-FUSE-Zeit erreicht (länger als die Referenzdauer OFF).
  • Nachfolgend sei ein Zwangsabschaltvorgang aufgrund des Schmelzanomalieschutzschaltkreises als zweiter Zwangsabschaltvorgang bezeichnet. Insbesondere enthält der Schmelzanomalieschutzschaltkreis den Schmelzzähler 73, einen FCC-Reset-Generator etc..
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schmelzzähler 73 ein 6-Bit-Zähler. Der Schmelzzähler 73 inkrementiert seinen Zählwert jeweils um eins zu Zeiten entsprechend den fallenden Flanken des Zählsignals OvF7. Der Schmelzzähler 73 fährt mit dem Zählen fort, bis er zurückgesetzt wird und fließt über, wenn der Zähler 1024 Millisekunden erreicht. Der Schmelzzähler 73 gibt das zweite Zwangsabschaltsignal F von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus, wenn er überfließt.
  • Genauer gesagt, das pegelinvertierte Signal eines Ausgangssignals eines Und-Schaltkreises (AND) 89 wird dem Takteingangsanschluss des Schmelzzählers 73 eingegeben. Das zweite Zwangsabschaltesignal F vom Schmelzzähler 73 und das Ausgangssignal von einem NAND-Schaltkreis 90 werden dem AND-Schaltkreis 89 eingegeben. Das pegelinvertierte Signal eines Zählsignals OvF7 vom FR-Zähler 71 und das pegelinvertierte Signal von einem Anomaliemitteilungssignal N von einem NOR-Schaltkreis 91 werden dem NAND-Schaltkreis 90 eingegeben.
  • Das pegelinvertierte Signal eines ersten Zwangsabschaltsignals OCM und das pegelinvertierte Signal eines Ausgangssignals FCM vom FC-Speicher 78 werden dem NOR-Schaltkreis 91 eingegeben. Der NOR-Schaltkreis 91 gibt ein Anomaliemitteilungssignal N von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus, wenn das erste Zwangsabschaltsignal OCM oder das Ausgangssignal FCM aktiv sind.
  • Das heißt, der NOR-Schaltkreis 91 ist dafür vorgesehen, dem Schmelzzähler 73 oder einem CLC-Reset-Generator 92 (wird nachfolgend beschrieben) mitzuteilen, dass ein erster Zwangsabschaltvorgang aufgrund eines Überstroms oder einer Temperaturanomalie durchgeführt wird, oder das ein Schmelzstrom aufgetreten ist (d. h., dass ein zweiter Zwangsabschaltvorgang später durchgeführt werden könnte).
  • Wenn das Anomaliemitteilungssignal N aktiv ist, inkrementiert der Schmelzzähler 73 seinen Zählwert jeweils um eins zu Zeiten entsprechend den fallenden Flanken des Zählsignals OvF7, bis ein Überfließen auftritt.
  • Wenn der Schmelzzähler 73 überfließt, gibt er ein aktives zweites Abschaltsignal F aus, so dass der Leistungs-MOSFET 14 zwangsweise ausgeschaltet wird (d. h. ein zweiter Zwangsabschaltvorgang wird durchgeführt). Sobald der Schmelzzähler 73 überfließt, wird das zweite Abschaltsignal F aktiv gehalten, so dass der Zwangsabschaltzustand beibehalten wird.
  • Der FCC-Resetgenerator 86 gibt ein Reset-Signal R2 aus, um den Schmelzzähler 73 auf „0” zurückzusetzen, wenn die folgende Resetbedingung 4 oder 5 erfüllt ist:
    Reset-Bedingung 4: Der Reset-Signalgenerator 75 gibt ein aktives Reset-Signal RST aus; und
    Reset-Bedingung 5: Das zweite Zwangsabschaltsignal F ist nicht aktiv (d. h. hochpegelig) und das Löschsignal CLR ist aktiv (d. h. der Löschzähler 72 ist übergeflossen).
  • Ein OC-Schwellenwertzuweisungsgenerator 93 erhält die Zählwerte vom Schmelzzähler 73 und vom FR-Zähler 71 und gibt Schwellenwertzuweisungssignale OCL0 bis OCL5 von niedrigem Pegel (niedrige aktive Signale) basierend auf den erhaltenen Zählerwerten aus.
  • Genauer gesagt, gemäß 6 gibt der OC-Schwellenwert-Zuweisungsgenerator 93 sequenziell aktive Schwellenwertzuweisungssignale OCL0 bis OCL5 basierend auf den höheren 5 Bits vom FR-Zähler 71 aus (d. h. die Zeit in Millisekunden, die vom FR-Zähler 71 gezählt wird), wenn der Zählwert FCC vom Schmelzzähler 73 kleiner als 8 ist.
  • Damit werden die FETs 61a bis 61f sequenziell und selektiv eingeschaltet, so dass die erste anomale Schwellenwertspannung Voc und auch der erste anomale Schwellenwertstrom ILoc stufenweise zeitlich gesehen verringert werden (d. h. zusammen mit der gezählten Zeit).
  • Wenn der Zählwert FCC vom Schmelzzähler 73 gleich oder größer als 8 ist, gibt der OC-Schwellenwert-Zuweisungsgenerator 93 unveränderlich ein aktives Schwellenwertzuweisungssignal OCL5 aus, so dass die erste anomale Schwellenwertspannung Voc und auch der erste anomale Schwellenwertstrom ILoc auf niedrigstem Wert gehalten werden.
  • d. Löschzähler
  • Der Löschzähler 72 ist als normaler Zeitsammelschaltkreis ausgelegt und arbeitet wie folgt. Nachdem der Schmelzzähler 73 in Antwort auf einen Überstrom, einen Schmelzstrom oder eine Temperaturanomalie zu zählen begonnen hat, kann die Anomalie beseitigt werden, ohne dass der Schmelzzähler 73 in den Überflieszustand gelangt.
  • Das heißt, in ein normaler Zustand, in welchem der Laststrom IL auf normalem Wert ist (d. h. kleiner als der zweite Anomalieschwellenwertstrom ILfc und daher auch kleiner als der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc) und die Temperatur auch normal ist, kann wiederhergestellt werden.
  • In diesem Fall gibt der Löschzähler 152 im Wesentlichen ein Löschsignal CLR von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus, wenn ein solcher normaler Zustand eine bestimmte Referenzdauer NORMAL (z. B. 512 Millisekunden in der folgenden Ausführungsform) andauert. Wenn ein aktives Löschsignal CLR ausgeben wird, wird der Zählwert (d. h. die FUSE-Zeit) des Schmelzzählers 73 auf den Anfangswert „0” zurückgesetzt.
  • Die Referenzdauer NORMAL wird basierend auf einer Zeit nötig zur Beseitigung des Überhitzungszustands eines externen Schaltkreises nach Beseitigung eines Schmelzstroms oder eines Überstroms bestimmt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Referenzdauer wie oben beschrieben auf 512 Millisekunden gesetzt.
  • Insbesondere ist der Löschzähler 72 ein 5-Bit-Zähler (als Beispiel). Der Löschzähler 72 inkrementiert seinen Zählwert jeweils um eins zu Zeiten entsprechend den fallenden Flanken des Zählsignals UvF7 vom FR-Zähler 71, bis er zurückgesetzt wird. Wenn die vom Löschzähler 72 gezählte Zeit 512 Millisekunden erreicht (d. h. die Referenzdauer NORMAL), fließt der Löschzelle 72 über und gibt ein aktives Löschsignal CLR aus.
  • Der CLC-Reset-Generator 92 gibt ein Reset-Signal R3 von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus, so dass der Löschzähler 72 auf „0” zurückgesetzt wird, wenn irgendeine der folgenden Reset-Bedingungen 6 bis 8 erfüllt ist:
    Reset-Bedingung 6: Der Reset-Signalgenerator 75 gibt ein aktives Reset-Signal RST aus;
    Reset-Bedingung 7: Das zweite Zwangsabschaltsignal F ist nicht aktiv (d. h. ein zweiter Zwangsabschaltvorgang wurde noch nicht durchgeführt) und das Anomaliemitteilungssignal N ist aktiv.
    Reset-Bedingung 8: Das zweite Zwangsabschaltsignal F ist aktiv (d. h. ein zweiter Zwangsabschaltvorgang wird durchgeführt) und das Steuersignal 6 ist aktiv.
  • Der Steuerlogikabschnitt 27 enthält weiterhin einen Oder-Schaltkreis (OR) 87 zur Ausgabe des Ausgangssignals 7. Das pegelinvertierte Signal eines Löschsignals CLR und das pegelinvertierte Signal eines Reset Signals RST werden dem OR-Schaltkreis 87 eingegeben. Der OR-Schaltkreis 87 gibt ein Ausgangssignal S7 von hohem Pegel aus, so dass der interne Massegenerator 73 mit seinem Betrieb endet, wenn das Löschsignal CLR oder das Reset-Signal RST aktiv sind.
  • f. Ungültigkeitsschaltkreis
  • Der NAND-Schaltkreis 81 ist als Ungültigkeitsschaltkreis vorgesehen. Das pegelinvertierte Signal eines Steuersignals S6 und das Zwangsabschaltsignal S8 (das niedrigpegelig ist, wenn der Leistungs-MOSFET 14 abgeschaltet werden soll), werden dem NAND-Schaltkreis 81 eingegeben, wie oben beschrieben. Das Ausgangssignal vom NAND-Schaltkreis 81 wird pegelinvertiert und den NAND-Schaltkreisen 80 und 82 eingegeben.
  • Mit diesem Aufbau gibt der NAND-Schaltkreis 81 ein hochpegeliges Ausgangssignal aus, wenn das Steuersignal S6 nicht aktiv ist (d. h. das AUS-Signal wird empfangen). Damit werden die Ausgangssignale der NAND-Schaltkreise 80 und 82 in diesem Fall auf hohem Pegel gehalten, selbst wenn der Stromanomaliedetektor 53 ein aktives Überstromsignal OC oder ein aktives Schmelzstromsignal FC ausgibt oder wenn der Überhitzungsdetektor 25 ein aktives Temperaturanomaliesignal OT ausgibt.
  • Das heißt, das aktive Überstromsignal OC, das Schmelzstromsignal FC und das Temperaturanomaliesignal OT werden ungültig gemacht (d. h. maskiert), wenn das Steuersignal S6 nicht aktiv ist, so dass der OC-Speicher 76 oder der OC-Speicher 78 nicht in den Setzzustand gehen werden.
  • Beispielsweise für den Fall, dass die Last 11 eine L-Last ist, kann die Sourcespannung Fs des Leitungs-MOSFET 14 aufgrund einer Stoßspannung der Last 11 auf die negative Seite gezogen werden, wenn der Leistungs-MOSFET 14 in Antwort auf ein nicht aktives Steuersignal S6 (AUS-Signal) ausgeschaltet wird. Daher können in diesem Fall auch die zweiten und dritten Anomalieschwellenwertspannungen Vfc und Vop, die basierend auf der Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 erzeugt werden, negativ sein.
  • Dann kann ein aktives Schmelzstromsignal FC oder ein Bruchanzeigesignal OP als ein Anomaliesignal vom Stromanomaliedetektor 53 ausgegeben werden, selbst wenn ein Schmelzstrom oder eine Drahtbruchanomalie nicht aufgetreten ist.
  • In der vorliegenden Ausführungsform macht jedoch der Ungültigkeitsschaltkreis in diesem Fall das aktive Schmelzstromsignal FC ungültig. Daher wird der Schmelzzähler 73 daran gehindert, seinen Zählwert zu inkrementieren und folglich kann ein zweiter Zwangsabschaltvorgang an seiner fehlerhaften Durchführung gehindert werden.
  • g. Filterschaltkreis
  • Der Steuerlogikabschnitt 27 enthält einen Filterschaltkreis zur Filterung des Bruchanzeigesignals OP. Der Filterschaltkreis enthält einen Zählerschaltkreis, der eine Mehrzahl von Speicherschaltkreisen (beispielsweise in der vorliegenden Ausführungsform zwei Speicherschaltkreise 100, 101) aufweist, die seriell miteinander verbunden sind. Jeder der Speicherschaltkreise 100, 101 ist beispielsweise ein D-Flip-Flop.
  • Die interne Masse GND2 wird dem D-Anschluss des Speicherschaltkreises 100 angelegt und der Q-Anschluss hiervon ist mit dem D-Anschluss des nächsten Speicherschaltkreises 101 verbunden. Das Löschsignal CLR wird den Setzanschlüssen beider Speicherschaltkreise 100, 101 eingegeben und ein Ausgangssignal RF4 von einem NOR-Schaltkreis 102 wird den Reset-Anschlüssen der Speicherschaltkreise 100, 101 eingegeben. Das pegelinvertierte Signal eines Reset-Signals RST vom Reset-Signalgenerator 75 und das Bruchanzeigesignal OP werden dem NOR-Schaltkreis 102 eingegeben.
  • Wenn bei diesem Aufbau das Reset-Signal RST nicht aktiv ist und das Bruchanzeigesignal OP aktiv ist, gibt der Filterschaltkreis ein Bruchanomaliesignal OPF mit niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) vom Q-Anschluss des Speicherschaltkreises 101 aus, wenn er ein aktives Löschsignal CLR zwei- oder mehrmals (d. h. zweimal in der vorliegenden Ausführungsform) erhalten hat.
  • Der vierte Schaltkreis wird zurückgesetzt, wenn eine der folgenden Reset-Bedingungen erfüllt ist:
    Reset-Bedingung 9: Der Reset-Signalgenerator 75 gibt ein aktives Reset-Signal RST aus; und
    Reset-Bedingung 10: Das Bruchanzeigesignal OP ist nicht aktiv (d. h. hochpegelig).
  • Mit diesem Aufbau wird das Bruchanomaliesignal OPF nicht unmittelbar aktiv geschaltet, wenn der Stromdetektor 24 ein aktives Bruchanzeigesignal OP ausgibt. Das Bruchanomaliesignal OPF wird aktiv gemacht, wenn der Filterschaltkreis ein aktives Löschsignal CLR zweimal vom Stromdetektor 24 während des aktiven Bruchanzeigesignals OP empfangen hat.
  • Das heißt, das Bruchanomaliesignal OPF kann aktiv werden, wenn wenigstens die Zeit der Referenzdauer NORMAL seit dem aktiven Bruchanzeigesignal OP verstrichen ist.
  • Das Bruchanomaliesignal OPF, das von Q-Anschluss des Speicherschaltkreises 101 ausgegeben wird, wird pegelinvertiert und einem NAND-Schaltkreis 103 eingegeben. Ein Bit-Signal entsprechend einem bestimmten Bit (z. B. dem Bit FRC7 des höchsten Stellenwerts in der vorliegenden Ausführungsform) des FR-Zählers 71 wird dem NAND-Schaltkreis 103 eingegeben, so dass der NAND-Schaltkreis 103 ein gepulstes Bruchanomaliesignal OPFP ausgibt, das gemäß dem invertieren Pegel des Bitsignals gepulst ist.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird ein gepulstes Bruchanomaliesignal OPFP in Perioden von 32 Millisekunden mit einem Schaltverhältnis von 50% ausgegeben, da das Bit-Signal dem Bit FRC7 des höchsten Stellenwerts vom FR-Zähler 71 entspricht, wie oben beschrieben.
  • Wenn das Bruchanzeigesignal OP nicht aktiv wird, ändert der Filterschaltkreis sofort das gepulste Bruchanomaliesignal OPFP zu einem normalen Signal, das einen normalen Zustand anzeigt (d. h. zu einem hochpegeligen Signal).
  • Das pegelinvertierte Signal des gepulsten Bruchanomaliesignals OPFP und das pegelinvertierte Signal des Zwangsabschaltsignals S8 vom NOR-Schaltkreis 84 werden einem NOR-Schaltkreis 104 eingegeben. Der NOR-Schaltkreis 104 gibt ein Diagnosesignal DG an den Diagnoseausgangsabschnitt 26.
  • Der Diagnoseausgangsabschnitt 26 liefert einen Diagnoseausgang DIAG am Diagnoseanschluss P7 basierend auf dem Diagnosesignal DG. Genauer gesagt, der Diagnoseausgangsabschnitt 26 gibt unterschiedliche Muster von Diagnoseausgängen DIAG abhängig davon aus, ob die erkannte Anomalie eine Drahtbruchanomalie oder irgendeine der anderen Anomalien ist (d. h. Überstrom, Schmelzstrom oder Temperaturanomalie). Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
  • (Gattertreiber)
  • Der Gattertreiber 28 enthält eine Ladungspumpe (nicht gezeigt), die zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und die Gates von Leistungs-MOSFET 14 und Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet ist und einen Entlade-FET (ebenfalls nicht gezeigt), der zwischen die Gates und Sources von Leistungs-MOSFET 14 und Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet ist.
  • Dem Gattertreiber 28 werden das Steuersignal F6, das Ausgangssignal F10 vom FC-Speicher 78 und das Zwangsabschaltsignal S8 vom Steuerlogikabschnitt 27 eingegeben.
  • Wenn der Gattertreiber 28 ein aktives Steuersignal S6 (EIN-Signal) vom Steuerlogikabschnitt 27 empfängt, arbeitet die Ladungspumpe derart, dass aus der Energieversorgungsspannung Vcc eine höhere Spannung erzeugt wird, während der Entladungs-FET abgeschaltet gehalten wird. Die erzeugte höhere Spannung wird zwischen Gate und Source von Leistungs-MOSFET 14 und Erfassungs-MOSFET 18 gelegt. Somit wird ein Ladevorgang durchgeführt und daher werden der Leistungs-MOSFET 14 und der Erfassungs-MOSFET 18 eingeschaltet.
  • Wenn der Gattertreiber 28 ein nicht aktives Steuersignal S6 (AUS-Signal) oder ein aktives Zwangsabschaltsignal S8 empfängt, das anzeigt, dass ein erster oder zweiter Zwangsabschaltvorgang durchzuführen ist, wird der Entlade-FET eingeschaltet, während die Ladungspumpe abgeschaltet wird. Somit wird die Erzeugung einer höheren Spannung unterbrochen und die Ladung zwischen Gate und Source von Leistungs-MOSFET 14 und Erfassungs-MOSFET 18 wird beendet. Damit wird ein Unterbrechungsvorgang durchgeführt.
  • (Kurzschlussfehlerdetektor)
  • 7 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Kurzschlussfehlerdetektors 120. Der Kurzschlussfehlerdetektor 120 enthält einen ersten Bestimmungsschaltkreis 121, einen zweiten Bestimmungsschaltkreis 150 und den Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123. Der Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis der vorliegenden Ausführungsform entspricht einem Anomalieerkennungsschaltkreis der vorliegenden Erfindung.
  • Der erste Bestimmungsschaltkreis 121 und der zweite Bestimmungsschaltkreis 150 sind am Steuerchip 21 vorgesehen. Der Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123 ist in dem Diagnoseausgangsabschnitt 26 des Steuerchips 21 vorgesehen.
  • a. erster Bestimmungsschaltkreis
  • Der erste Bestimmungsschaltkreis 121 befasst sich mit der Erkennung eines Kurzschlusses zwischen Drain und Source des Leistungs-MOSFET 14 (nachfolgend als Leistungs-MOS-Kurzschluss bezeichnet) und enthält einen FET 124 als Halbleiterschaltelement, der abschaltet, wenn die Drain-zu-Sourcespannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 unter die Schwellenwertspannung Vt1 des FET 124 (nachfolgend als erste Schwellenwertspannung bezeichnet) fällt.
  • Der FET 124 ist vom p-Kanaltyp. Die Source des FET 124 ist mit dem Drain des Leistungs-MOSFET 14 verbunden und das Gate hiervon ist mit der Source des Leistungs-MOSFET 14 verbunden. Daher schaltet der FET 124 aus, wenn die Drain-zu-Sourcespannung Vd ist des Leistungs-MOSFET 14 unter die erste Schwellenwertspannung Vt1 fällt.
  • Die erste Schwellenwertspannung Vt1 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel eines ersten Schwellenwerts der vorliegenden Erfindung. Der Drain des FET 124 ist mit dem Widerstand 37 (siehe 1) über einen Konstantstromschaltkreis 125 und einen FET 126 des n-Kanaltyps verbunden.
  • Der erste Bestimmungsschaltkreis 121 enthält weiterhin FETs 127 und 128. Der FET 127 schaltet ein, wenn der FET 124 abschaltet. Der FET 128 schaltet ab, wenn der FET 124 abschaltet.
  • Der FET 127 ist vom P-Kanaltyp. Die Source vom FET 127 ist gemeinsam mit der Source des FET 124 geschaltet und das Gate hiervon ist mit dem Drain des FET 124 verbunden.
  • Der FET 128 ist vom n-Kanaltyp. Die Source des FET 128 ist mit der stromabwärtigen Seite des Konstantstromschaltkreises 125 verbunden und der Drain des FET 128 ist mit dem Drain des FET 127 verbunden. Das Gate des FET 128 ist mit dem Drain des FET 124 verbunden.
  • Der erste Bestimmungsschaltkreis 128 weist weiterhin einen FET 129 auf, der vom n-Kanaltyp ist und einschaltet, wenn der FET 128 abschaltet. Die Source hiervon ist gemeinsam mit der Source des FET 128 geschaltet und das Gate ist mit dem Drain des FET 128 verbunden. Der Drain des FET 129 ist mit den Sources der FETs 124 und 127 über einen Konstantstromschaltkreis 130 verbunden.
  • Wenn bei diesem Aufbau die Drain-zu-Sourcespannung Vds des FET 124 unter die erste Schwellenwertspannung Vt1 fällt, schaltet der FET 129 ein und somit gibt der erste Bestimmungsschaltkreis 121 ein erstes Bestimmungssignal S2 von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus. Das erste Bestimmungssignal der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel eines ersten Signals der vorliegenden Erfindung.
  • Die erste Schwellenwertspannung Vt1 wird auf einen Wert etwas höher als die Drain-zu-Sourcespannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 gesetzt, wenn ein Kurzschluss zwischen Drain und Source des Leistungs-MOSFET 14 auftritt und das Steuersignal S6 nicht aktiv ist.
  • Weiterhin wird für den Fall, dass die Last 11 ein Motor ist, die erste Schwellenwertspannung Vt1 so gesetzt, dass sie niedriger als die Drain-zu-Sourcespannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 ist, wenn aufgrund einer Trägheitsdrehung des Motors eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, nachdem das Steuersignal S6 nicht aktiv geworden ist.
  • b. Zweiter Bestimmungsschaltkreis
  • Der zweite Bestimmungsschaltkreis 150 betrifft die Erkennung eines Kurzschlusses zwischen Drain und Gate des Leistungs-MOSFET 14 (nachfolgend als Drain-Gate-Kurzschluss bezeichnet) und enthält einen FET 151 als Halbleiterschaltelement, der einschaltet, wenn die Gate-zu-Sourcespannung Vgs (d. h. die Differenz aufgrund der Subtraktion der Sourcespannung VS von der Gatespannung Vg) des Leistungs-MOSFET 14 gleich oder größer als die Schwellenwertspannung Vt2 des FET 151 (nachfolgend als zweite Schwellenwertspannung bezeichnet) wird.
  • Die Gatespannung Vg der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel einer Steueranschlussspannung des Halbleiterschaltelements der vorliegenden Erfindung. Die Sourcespannung Vs der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel einer Ausgangsanschlussspannung des Halbleiterschaltelements der vorliegenden Erfindung. Die zweite Schwellenwertspannung Vt2 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel eines zweiten Schwellenwerts der vorliegenden Erfindung.
  • Der FET 151 ist vom n-Kanaltyp. Der Drain hiervon ist gemeinsam mit dem Drain des Leistungs-MOSFET 14 verbunden und das Gerät ist gemeinsam mit dem Gate des Leistungs-MOSFET 14 verbunden. Das Back-Gate des FET 151, das zum Anlegen einer Referenzspannung an das Gate vorgesehen ist, ist gemeinsam mit der Source des Leistungs-MOSFET 14 verbunden. Die Source des FET 151 ist mit dem FET 126 über einen Konstantstromschaltkreis 152 verbunden.
  • Der zweite Bestimmungsschaltkreis 150 enthält weiterhin einen FET 153, der vom n-Kanaltyp ist und einschaltet, wenn der FET 151 einschaltet. Der Drain des FET 153 ist mit dem Drain des Leistungs-MOSFET 14 über einen Konstantstromschaltkreis 154 verbunden und das Gate des FET 153 ist mit der Source des FET 151 verbunden. Die Source des FET 153 ist mit dem FET 126 verbunden.
  • Wenn bei diesem Aufbau die Differenz, erhalten durch Subtraktion der Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 von der Gatespannung Vg hiervon gleich oder größer als die zweite Schwellenwertspannung Vt2 ist, schaltet der FET 153 ein und damit gibt der zweite Bestimmungsschaltkreis 150 ein zweites Bestimmungssignal S3 von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus.
  • Die zweite Schwellenwertspannung Vt2 wird auf einen Pegel etwas niedriger als die Gate-zu-Sourcespannung des Erfassungs-MOSFET 18 gesetzt, wenn ein Kurzschluss zwischen Drain und Gate des Leistungs-MOSFET 14 (d. h. ein Drain-Gate-Kurzschluss) aufgetreten ist und das Steuersignal S6 nicht aktiv ist.
  • In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt der zweite Bestimmungsschaltkreis 150 somit, ob der Leistungs-MOSFET 14 sich in einem Zustand EIN oder nicht befindet, und zwar basierend auf der Gate-zu-Sourcespannung Vgs des Leistungs-MOSFET 14. Das zweite Bestimmungssignal S3 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel eines zweiten Signals der vorliegenden Erfindung.
  • In dem Kurzschlussfehlerdetektor 120 ist der oben genannte FET 126 auf einer Stromversorgungsleitung 135 für die ersten und zweiten Bestimmungsschaltkreise 121 und 150 angeordnet. Das Gate des FET 126 ist mit der Source des Leistungs-MOSFET 14 verbunden.
  • Die Stromversorgungsleitung 135 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel für einen Strompfad der vorliegenden Erfindung, entlang dem ein Strom von der Leistungsquelle zum ersten Bestimmungsschaltkreis und zum zweiten Bestimmungsschaltkreis fließt.
  • Wenn bei diesem Aufbau der Leistungs-MOSFET 14 EIN ist und die Sourcespannung Vs hiervon höher als die Schwellenwertspannung Vt4 des FET 126 (nachfolgend als vierte Schwellenwertspannung bezeichnet) ist, schaltet der FET 126 ein, um es den ersten und zweiten Bestimmungsschaltkreisen 121 und 150 zu ermöglichen, zu arbeiten.
  • Wenn der Leistungs-MOSFET 14 normal AUS schaltet und die Sourcespannung Vs hiervon niedriger als die vierte Schwellenwertspannung Vt4 ist, schaltet der FET 426 ab, um einen Stromfluss in die ersten und zweiten Bestimmungsschaltkreise 121, 150 zu unterbinden.
  • Die vierte Schwellenwertspannung Vt4 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel eines vierten Schwellenwerts der vorliegenden Erfindung. Die vierte Schwellenwertspannung Vt4 wird auf einen Wert etwas höher als die Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 während eines normalen AUS-Zustands gesetzt, wo keine Kurzschlussanomalie im Leistungs-MOSFET aufgetreten ist und eine elektromotorische Kraft aufgrund einer Trägheitsdrehung des Motors nicht erzeugt wird.
  • Daher ist die Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET niedriger als die vierte Schwellenwertspannung Vt4, wenn keine Kurzschlussanomalie aufgetreten ist und der Leistungs-MOSFET 14 normal AUS-geschaltet ist. Das heißt, der FET 126 ist aus und damit ist in diesem Fall ein Strom auf der Stromversorgungsleitung 135 blockiert. Somit dient der FET 126 als Leckstromblockierschaltkreis, der einen Leckstrom verhindert, wenn der Leistungs-MOSFET 14 im normalen AUS-Zustand ist und keine Kurzschlussanomalie aufgetreten ist.
  • c. Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis
  • Der Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123 enthält einen FET 136, der in Antwort auf ein erstes aktives Bestimmungssignal S2 einschaltet, sowie einen FET 137, der in Antwort auf ein aktives zweites Bestimmungssignal S3 einschaltet.
  • Die FETs 136, 137 sind vom p-Kanaltyp und die Sources hiervon sind gemeinsam miteinander verbunden und weiterhin über einen Konstantstromschaltkreis 138 mit dem Energieversorgungsanschluss P2. Die Drains hiervon sind gemeinsam miteinander und weiterhin mit dem Widerstand 37 (siehe 1) über einen FET 139 verbunden.
  • Der FET 139 schaltet in Antwort auf ein hochpegeliges Signal S4 vom internen Massegenerator 23 ein. Der interne Massegenerator 23 gibt ein hochpegeliges Signal S4 aus, wenn eine bestimmte Zeit z. B. zwei Millisekunden bei der vorliegenden Ausführungsform (seit Empfang eines nicht aktiven Steuersignals S6 (AUS-Signal) verstrichen ist.
  • Wenn der FET 139 eingeschaltet ist, kann der Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123 ein Ausgangssignal S5 von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) in Antwort auf ein aktives erstes oder zweites Bestimmungssignal S2 oder S3 ausgeben.
  • Das heißt, der Kurzschlussanomalieerkennungsschalter 123 gibt ein Ausgangssignal S5 mit hohem Pegel (das heißt, ein nicht aktives Ausgangssignal S5) aus, bis eine bestimmte Zeit (2 Millisekunden) seit Empfang eines nicht aktiven Steuersignals S6 verstrichen ist, selbst wenn ein aktives erstes oder zweites Bestimmungssignal S2 oder S3 empfangen wird.
  • Wenn seit Empfang des nicht aktiven Steuersignals S6 die bestimmte Zeit verstrichen ist, kann der Kurzschlussanomalieerkennungsschalter 123 ein aktives Ausgangssignal S5 in Antwort auf ein aktives erstes oder zweites Bestimmungssignal S2 oder S3 ausgeben.
  • Somit erkennt der Kurzschlussfehlerdetektor 120 eine Kurzschlussanomalie des Leistungs-MOSFET 14, wenn das Steuersignal S6 nicht aktiv ist oder, genauer gesagt, wenn die bestimmte Zeit (2 Millisekunden) seit Empfang des nicht aktiven Steuersignals S6 verstrichen ist.
  • Ein aktives Ausgangssignal S5 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel eines Kurzschlussanomaliesignals der vorliegenden Erfindung. Die bestimmte Zeit (2 Millisekunden) der vorliegenden Ausführungsform entspricht einer bestimmten Zeit der vorliegenden Erfindung.
  • (Diagnoseausgangsabschnitt)
  • Der Diagnoseausgangsabschnitt 26 enthält den Kurzschlussanomalieerkennungsschalter 123 des Kurzschlussfehlerdetektors 120 gemäß obiger Beschreibung. Der Diagnoseausgangsabschnitt 26 enthält weiterhin zwei FETs 140 und 141, wie in 7 gezeigt.
  • Wenn das Steuersignal S6 nicht aktiv ist (oder, genauer gesagt, wenn nur seit dem nicht aktiven Steuersignal S6 2 Millisekunden verstrichen sind), kann der Kurzschlussanomalieerkennungsschalter 123 ein aktives Ausgangssignal S5 ausgeben, das das Auftreten einer Kurzschlussanomalie anzeigt, wie oben beschrieben. Der FET 140 schaltet in Antwort auf ein aktives Ausgangssignal S5 ein und damit liefert der Diagnoseausgangsabschnitt 26 einen Diagnoseausgang DIAG mit hohem Pegel am Diagnoseanschluss P7, um so nach außen hin mitzuteilen, dass eine Kurzschlussanomalie des Leistungs-MOSFET 14 aufgetreten ist.
  • Andererseits schaltet der FET 141 zwischen Ein und Aus gemäß einem Diagnosesignal DG vom Steuerlogikabschnitt 27 und damit kann der Diagnoseausgangsabschnitt 26 einen Diagnoseausgang DIAG am Diagnoseanschluss P7 basierend auf dem Diagnosesignal DG liefern.
  • Genauer gesagt, der Diagnoseausgangsabschnitt 26 liefert einen gepulsten Diagnoseausgang DIAG, wenn das Diagnosesignal DG eine Drahtbruchanomalie anzeigt. Der Diagnoseausgangsabschnitt 26 liefert einen stufenweisen Diagnoseausgang DIAG, wenn das Diagnosesignal DG eine der anderen Anomalien anzeigt.
  • Gemäß diesem Aufbau kann eine Drahtbruchanomalie von den anderen Anomalien (das heißt, Überstrom, Schmelzstrom und Temperaturanomalie) durch den Diagnoseausgang DIAG unterschieden werden.
  • 2. Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform
  • Die Arbeitsweise der Energieversorgungssteuerung 10 wird unter Bezugnahme auf die 8 bis 11 erläutert. Die 8 bis 10 sind Zeitdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise. 8 betrifft eine normale Arbeitsweise. 9 betrifft die Arbeitsweise während eines Überstroms. 10 betrifft die Arbeitsweise während des Auftretens des Schmelzstroms. 11 ist eine Tabelle zur Erläuterung einer Arbeitsweise während einer Kurzschlussanomalie des Leistungs-MOSFET 14.
  • In der Zeichnung bezeichnet [FRC] die höheren 5 Bits des FR-Zählers 71 (das heißt, die Zeit in Millisekunden, die vom FR-Zähler 71 gezählt wird). [FCC] zeigt den Zählwert des Schmelzzählers 73. [CLC] zeigt den Zählwert des Löschzählers 72. Die Zählwerte oder gezählten Zeiten sind in Hexadezimal gezeigt (zum Beispiel bedeutet ”A” 10 in Dezimal, ”B” bedeutet 11 in Dezimal, ”C” bezeichnet 12 in Dezimal etc.).
  • Weiterhin bezeichnet in der Zeichnung ”FRC7” das Bit mit höchstem Stellenwert vom FR-Zähler 71, und wie sich das Bit mit höchstem Stellenwert zwischen hohen und niedrigen Pegeln über die Zeit hinweg ändert, ist in dem Feld ”FRC7” gezeigt. ”FRC6” zeigt das zweitwichtigste Bit vom FR-Zähler 71, und wie sich das zweitwichtigste Bit zwischen hoch und niedrig über die Zeit hinweg ändert, ist im Feld ”FRC6” gezeigt. ”R” in der Zeichnung bedeutet ”reset”.
  • (Normaler Betrieb)
  • Wenn die Energieversorgungssteuerung 10 ein aktives Steuersignal S6 empfängt, erzeugt der interne Massegenerator 23 eine interne Masse GND2. Wenn sich die interne Masse GND2 stabilisiert, ändert sich das Reset-Signal RST, das vom Reset-Signalgenerator 75 ausgegeben wird, von aktiv auf nicht aktiv, so dass die Zähler 71 bis 73 zurückgesetzt werden.
  • Das aktive Steuersignal S6 wird über den Steuerlogikabschnitt 27 dem Gattertreiber 28 bereitgestellt. Dann schaltet der Leistungs-MOSFET 14 EIN (das heißt, geht in den leitfähigen Zustand).
  • Der FR-Zähler 71 beginnt mit dem Zählen gemäß dem Taktsignal CLK vom Oszillator 74, wenn er zurückgesetzt wurde. Während des normalen Betriebs wird ein aktives Setzsignal OC1 vom NAND-Schalter 80 nicht ausgegeben (das heißt, die obige Reset-Bedingung 2 ist nicht erfüllt) und das Ausgangssignal FCM vom FC-Speicher 78 geht nicht von hoch nach niedrig (das heißt, die Reset-Bedingung 3 ist nicht erfüllt). Daher zählt der FR-Zähler 71 wiederholt die 32 Millisekunden ohne in der Mitte des Zählvorgangs zurückgesetzt zu werden (siehe das Feld [FRC] in 8).
  • Zur gleichen Zeit erzeugt der OC-Schwellenwertzuweisungsgenerator 93 sequentiell aktive Schwellenwertzuweisungssignale OCL0–OCL5 abhängig vom Wert der höheren fünf Bits des FR-Zählers 71, so dass der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc über die Zeit hinweg abnimmt. Insbesondere nimmt der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc stufenweise gemäß den Schwellenwertzuweisungssignalen OCL0–OCL5 beginnend mit dem Anfangspegel höher als dem Einschaltstoßstrom ab. Dieser Schwellenwertverringerungsvorgang beginnend mit dem Ausgangswert wird in Perioden von 32 Millisekunden wiederholt.
  • Wenn das Steuersignal S6 nach aktiv geht, kann ein Einschaltstoßstrom größer als der zweite Anomalieschwellenwertstrom ILfc in den Leistungs-MOSFET fließen. In der vorliegenden Ausführungsform wird der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc anfänglich auf den Wert (Anfangswert) höher als der Einschaltstoßstrom gesetzt, wie oben beschrieben, und damit kann ein erster erzwungener Abschaltvorgang auf Grund des Einschaltstoßstroms verhindert werden.
  • Während des normalen Betriebs ist das Anomaliemitteilungssignal N nicht aktiv und daher beginnt der Schmelzzähler 73 nicht mit dem Zählen (siehe Feld [FCC] in 8).
  • Der Löschzähler 72 inkrementiert seinen Zählwert nach und nach zu Zeiten entsprechend der fallenden Flanken des Zählsignals OvF7, ausgegeben vom FR-Zähler 71 (siehe Feld [CLC] in 8). Der Löschzähler 72 zählt bis 512 Millisekunden (entsprechend der Referenzdauer NORMAL) ohne in der Mitte des Zählvorgangs zurückgesetzt zu werden, da das Anomaliemitteilungssignal N und das zweite Zwangsabschaltsignal F beide nicht aktiv gehalten werden (das heißt, keine der Reset-Bedingungen ist erfüllt). Wenn der Zähler 512 Millisekunden erreicht, fließt der Löschzähler 72 über und gibt ein aktives Löschsignal CLR aus (siehe Feld ”CLR” in 8).
  • Wenn das Steuersignal S6 von aktiv nach nicht aktiv geht, beendet der interne Massegenerator 23 danach die Erzeugung der internen Masse GND2 zum Zeitpunkt des Überfließens des Löschzählers 72. Das heißt, der interne Massegenerator 23 fährt mit der Erzeugung der internen Masse GND2 fort, bis der Löschzähler 72 überfließt, selbst wenn das Steuersignal S6 nach nicht aktiv geht.
  • (Arbeitsweise während des Auftretens von Überstrom)
  • Wenn beispielsweise in der Last 11 ein Kurzschluss auftritt, kann der Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenwertstrom ILfc übersteigen, wie in 9 gezeigt. Zu dieser Zeit geht das Schmelzstromsignal FC nach aktiv, so dass das Ausgangssignal FCM vom FC-Speicher 78 von hoch nach niedrig geht und der FR-Zähler 71 zurückgesetzt wird. Damit wird der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc, der stufenweise verringert wurde, auf den Anfangswert zurückgestellt und danach wieder über die Zeit hinweg gemäß dem Zählwert vom FR-Zähler 71 verringert.
  • Wenn danach der Laststrom IL den ersten Anomalieschwellenwertstrom ILoc übersteigt, geht das Überstromsignal OC nach aktiv. In Antwort hierauf geht das Setzsignal OC1 vom NAND-Schaltkreis 80 nach aktiv und damit geht das erste Zwangsabschaltesignal OCM nach aktiv. Dann geht das Zwangsabschaltesignal S8 nach aktiv, so dass der erste Zwangsabschaltvorgang durchgeführt wird.
  • Weiterhin wird der FR-Zähler 71 in Antwort auf das aktive Setzsignal OC1 zurückgesetzt, so dass ILoc auf den Anfangswert zurückgestellt wird und danach wieder verringert wird. Ein aktives Zählsignal OvF7 (entsprechend einer fallenden Flanke des Zählsignals OvF7) wird 16 Millisekunden später als das Zurücksetzen des FR-Zählers 71 ausgegeben, und in Antwort hierauf inkrementiert der Schmelzzähler 73 seinen Zählwert um 1 (siehe Feld [FCC] in 9).
  • Ein aktives Unterbrechungsauslösesignal MCL wird etwas später als das aktive Zählsignal OvF7 ausgegeben, und in Antwort hierauf gibt der OC-Speicher 76 ein nicht aktives erstes Zwangsabschaltsignal OCM aus, so dass der Leistungs-MOSFET 14 eingeschaltet wird. Damit wird der Zwangsabschaltzustand aufgehoben.
  • Wenn der Kurzschluss in der Last 11 danach nicht beseitigt ist, beginnt der Löschzähler 72 nicht zu zählen und der erste Zwangsabschaltvorgang wird wiederholt durchgeführt. Während der Iteration des ersten Zwangsabschaltvorgangs inkrementiert der Schmelzzähler 73 seinen Zählwert nach und nach zu Zeiten entsprechend der Aufhebung des Zwangsabschaltzustands (das heißt, zu Zeiten entsprechend der fallenden Flanke des Zählsignals OvF7).
  • Wenn der Zählwert [FCC] des Schmelzzählers 73 während der Iteration des ersten Zwangsabschaltvorgangs 8 erreicht (das heißt, der erste Zwangsabschaltvorgang wurde acht mal durchgeführt), hält der OC-Schwellenwertzuweisungsgenerator 93 danach die Ausgabe eines aktiven Schwellenwertzuweisungssignals OC11 aufrecht, so dass der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc auf niedrigstem Wert gehalten wird.
  • Danach kann der erste Zwangsabschaltvorgang weiterhin wiederholt durchgeführt werden, wenn ein Überstrom basierend auf dem ersten Anomalieschwellenwertstrom ILoc auf niedrigstem Wert erkannt wird. Während der Iteration des ersten Zwangsabschaltvorgangs inkrementiert der Schmelzzähler 73 seinen Zählwert jeweils um eins zu Zeiten entsprechend der Aufhebung des Zwangsabschaltzustands.
  • Wenn der Schmelzzähler 73 überfließt, wird die Zählung beendet und es gibt ein aktives zweites Zwangsabschaltesignal F aus, so dass die Leistungs-MOSFET 14 ausgeschaltet wird. Dann wird ein zweiter Zwangsabschaltvorgang durchgeführt und danach wird der Zwangsabschaltzustand aufrechterhalten. Das heißt, der Zwangsabschaltzustand wird nicht aufgehoben, solange das Steuersignal S6 aktiv ist.
  • Wenn danach das Steuersignal S6 von aktiv nach nicht aktiv geht, beginnt der Löschzähler 72 zu zählen. Wenn der Löschzähler 72 überfließt, wird die Erzeugung der internen Masse GND2 beendet, so dass die Energieversorgungssteuerung 10 vollständig abschaltet. Dies wird näher nachfolgend unter Bezugnahme auf 10 erläutert.
  • (Arbeitsweise während des Auftretens von Schmelzstrom)
  • Wenn beispielsweise in einem Teil des elektrischen Drahts 30 ein Kurzschluss auftritt, kann der Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenwertstrom ILfc übersteigen, wie in 10.
  • Zu dieser Zeit geht das Schmelzstromsignal FC nach aktiv, so dass das Ausgangssignal FCM vom FCM-Speicher 78 von hohem zu niedrigem Pegel geht und der FR-Zähler 71 zurückgesetzt wird. Damit wird der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc, der stufenweise verringert wurde, auf den Anfangswert zurückgestellt und danach wieder über die Zeit hinweg gemäß dem Zählwert vom FR-Zähler 71 verringert.
  • Ein aktives Zählsignal OvF7 wird 16 Millisekunden später als das Rücksetzen des FR-Zählers 71 ausgegeben, und in Antwort hierauf inkrementiert der Schmelzzähler 73 seinen Zählwert um eins (siehe Feld [FCC] in 10).
  • Wenn der Kurzschluss im elektrischen Draht 30 danach nicht beseitigt worden ist, beginnt der Löschzähler 72 nicht zu zählen und der FR-Zähler 71 wiederholt das Zählen und Überfließen ohne zurückgesetzt zu werden. Der Schmelzzähler 73 inkrementiert seinen Zählwert um eins jeweils zu Zeiten entsprechend dem Überfließen des FR-Zählers 71 (bei der vorliegenden Ausführungsform in Perioden von 16 Millisekunden).
  • Wenn der Zählwert [FCC] des Schmelzzählers 73 acht erreicht, hält danach der OC-Schwellenwertzuweisungsgenerator 93 die Ausgabe eines aktiven Schwellenwertzuweisungssignals OCL5 aufrecht, so dass der erste Anomalieschwellenwertstrom ILoc auf niedrigstem Wert gehalten wird.
  • Wenn der Schmelzzähler 73 übergeflossen ist, beendet er das Zählen und gibt ein aktives zweites Zwangsabschaltesignal F aus, so dass der Leistungs-MOSFET ausgeschaltet wird. Somit wird ein zweiter Zwangsabschaltvorgang durchgeführt, und der Zwangsabschaltzustand wird danach beibehalten.
  • Wenn danach das Steuersignal 56 von aktiv nach nicht aktiv geht, wie in 10 gezeigt, wird der Rücksetzzustand des Löschzählers 72 aufgehoben. Der Löschzähler 72 beginnt zu zählen, fährt jedoch fort, ein nicht aktives Löschsignal CLR auszugeben, so dass die Erzeugung der internen Masse GND2 beibehalten wird.
  • Wenn der Löschzähler 72 übergeflossen ist (512 Millisekunden später bei der vorliegenden Ausführungsform), gibt er ein aktives Löschsignal CLR aus, so dass die Erzeugung der internen Masse GND2 beendet wird. Selbst wenn das Steuersignal S6 nach aktiv geht, bevor der Löschzähler 72 überfließt (das heißt, während des Zählens), wird der zweite Zwangsabschaltzustand beibehalten (das heißt, der Leistungs-MOSFET 14 wird nicht eingeschaltet).
  • Wenn andererseits der Kurzschluss im elektrischen Draht 30 beseitigt wird, ohne dass ein zweiter Zwangsabschaltvorgang durchgeführt wird (das heißt, ohne dass der Schmelzzähler 73 überfließt oder während des Zählens), wird der Rücksetzzustand des Löschzählers 72 zu dieser Zeit aufgehoben. Dann beginnt der Löschzähler 72 zu zählen und inkrementiert seinen Zählwert jeweils um eins zu Zeiten entsprechend den fallenden Flanken des Zählsignals OvF7.
  • Wenn der Löschzähler 72 übergeflossen ist (12 Millisekunden später bei der vorliegenden Ausführungsform), gibt er ein aktives Löschsignal CLR aus und in Antwort hierauf wird der Schmelzzähler 73 auf ”0” zurückgesetzt. Danach kann die Energieversorgungssteuerung 10 arbeiten, wie in 8 gezeigt, wenn der normale Zustand beibehalten wird.
  • Für den Fall, dass der Kurzschluss in einigen der Litzen auftritt, die den elektrischen Draht 30 bilden, tritt ein anormaler Strom nur in den kurzgeschlossenen verlitzten Drähten auf. Dies kann zu einem flatternden Kurzschluss führen.
  • Das heißt, ein Schmelzstrom, der größer als der zweite Anomalieschwellenwertstrom ILfc und von kürzerer Dauer als die Referenzzeit FUSE (1024 Millisekunden bei der vorliegenden Ausführungsform) ist, kann wiederholt und intermittierend in Intervallen erkannt werden, die kürzer als die Referenzdauer NORMAL sind (512 Millisekunden bei der vorliegenden Ausführungsform).
  • In diesem Fall beginnt der Löschzähler 72 das Zählen und der Schmelzzähler 73 beendet das Zählen, wenn der Laststrom IL unter den zweiten Anomalieschwellenwertstrom ILfc fällt. Jedoch übersteigt der Laststrom IL danach den zweiten Anomalieschwellenwertstrom ILfc wieder, ohne dass der Löschzähler 72 den Überfließungszustand erreicht und dann nimmt der Schmelzzähler 73 das Zählen wieder auf.
  • Somit sammelt der Schmelzzähler 73 die Zeiten eines Schmelzstroms. Wenn der Schmelzzähler 73 überfließt (das heißt, die gesammelte Zeit erreicht annähernd die Referenzzeit FUSE), wird ein zweiter Zwangsabschaltvorgang durchgeführt. Dieser Zwangsabschaltzustand wird beibehalten, bis die Energieversorgungssteuerung 10 abschaltet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der zweite Anomalieschwellenwertstrom ILfc auf einen Wert etwas höher als der Grenzstrom ILmax gesetzt, wie oben beschrieben. Die Referenzzeit FUSE wird auf eine Zeit kürzer als die Zeit gesetzt, die der elektrische Draht 30 benötigt, Rauch abzugeben, wenn ein Strom im Bereich des Grenzstroms ILmax durch den elektrischen Draht 30 fließt.
  • Für den Fall des obigen diskontinuierlichen Kurzschlusses kann der zweite Zwangsabschaltvorgang am Leistungs-MOSFET 14 ausreichend früh durchgeführt werden, so dass der elektrische Draht 30 nicht bis zur Rauchemission gelangt.
  • (Arbeitsweise während einer Drahtbruchanomalie)
  • Wenn angenommen werden kann, dass der dritte Anomalieschwellenwertstrom ILop auf einen konstanten Wert ungeachtet des Werts der Energieversorgungsspannung Vcc gesetzt ist, ändert sich ein Schwellenwertlastwiderstand (das heißt, ein Schwellenwertwiderstand des externen Schaltkreises), an welchem eine Drahtbruchanomalie erkannt wird, mit der Energieversorgungsspannung Vcc.
  • Der Schwellenwertlastwiderstand sollte jedoch ungeachtet des Werts der Energieversorgungsspannung Vcc konstant sein, so dass eine Drahtbruchanomalie genau erkannt werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform ändern sich daher der dritte Anomalieschwellenwertstrom ILop (und daher auch die dritte Anomalieschwellenwertspannung Vop) proportional zur Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 im EIN-Zustand, wie oben beschrieben. Das heißt, der dritte Anomalieschwellenwertstrom ILop ändert sich proportional zur Energieversorgungsspannung Vcc.
  • Bei diesem Aufbau nimmt der dritte Anomalieschwellenwertstrom ILop um die Hälfte ab, wenn die Energieversorgungsspannung Vcc um die Hälfte abnimmt. Das heißt, der Schwellenwertlastwiderstand für eine Drahtbruchanomalieerkennung ist konstant, ungeachtet von Änderungen der Energieversorgungsspannung Vcc. Damit kann eine Drahtbruchanomalie genau ohne Verwendung eines Mikrocomputers oder dergleichen erkannt werden.
  • Wenn der Laststrom IL kleiner als der dritte Anomalieschwellenwertstrom ILop ist, wird die Anzeige einer Drahtbruchanomalie erkannt. Wenn die Anzeige so lange wie die Referenzdauer NORMAL (512 Millisekunden bei der vorliegenden Ausführungsform) oder länger dauert, wird die Drahtbruchanomalie bestimmt.
  • (Arbeitsweise während des Auftretens der Kurzschlussanomalie)
  • 11 ist eine Tabelle, welche die Gate-zu-Source-Spannung Vgs und die Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 zeigt, wenn sich der Leistungs-MOSFET 14 in verschiedenen Zuständen befindet.
  • Wenn ein Leistungs-MOS-Kurzschluss auftritt (das heißt, ein Kurzschluss zwischen Drain und Source des Leistungs-MOSFET 14), ist die Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 während des Empfangs eines nicht aktiven Steuersignals (AUS-Signal) annähernd gleich der Energieversorgungsspannung Vcc, wie in 11 gezeigt.
  • Die erste Schwellenwertspannung Vt1 wird auf einen Wert etwas höher als die Drain-zu-Source-Spannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 gesetzt, wenn Kurzschluss im Leistungs-MOS aufgetreten ist, wie oben beschrieben. Daher ist die Drain-zu-Source-Spannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 während des Empfangs eines nicht aktiven Steuersignals (AUS-Signal) niedriger als die erste Schwellenwertspannung Vt1, wenn ein Leistungs-MOS-Kurzschluss aufgetreten ist. Das heißt, der erste Bestimmungsschaltkreis 121 gibt ein aktives erstes Bestimmungssignal S2 in diesem Fall aus.
  • In Antwort auf das aktive erste Bestimmungssignal S2 gibt der Kurzschlussanomalieerkennungsschalter 123 ein Ausgangssignal S5 von niedrigem Pegel aus (das heißt, ein Kurzschlussanomaliesignal). Somit wird der Kurzschluss im Leistungs-MOS als Kurzschlussanomalie des Leistungs-MOSFET 14 erkannt.
  • Wenn ein Drain-Gate-Kurzschluss im Leistungs-MOSFET 14 auftritt, ist der Leistungs-MOSFET 14 auf Grund des Drain-Gate-Kurzschlusses in einem halben EIN-Zustand, selbst wenn das Steuersignal nicht aktiv ist (das heißt, wenn ein AUS-Signal empfangen wird). Das heißt, die Gate-zu-Source-Spannung Vgs des Leistungs-MOSFET 14 ist höher als die zweite Schwellenwertspannung Vt2, wie für diesen Fall in 11 gezeigt.
  • Daher gibt der zweite Bestimmungsschaltkreis 150 ein aktives zweites Bestimmungssignal S3 aus. Der Kurzschlussanomalieerkennungsschalter 123 gibt ein Ausgangssignal 55 von niedrigem Pegel (das heißt, ein Kurzschlussanomaliesignal) in Antwort auf das aktive zweite Bestimmungssignal S3 aus.
  • Andererseits ist die Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 während eines Drain-Gatekurzschlusses niedriger als die Energieversorgungsspannung Vcc wie in 11 gezeigt. Das heißt, die Drain-zu-Sourcespannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 ist höher als die erste Schwellenwertspannung Vt1 und daher gibt in diesem Fall der erste Bestimmungsschaltkreis 121 ein nicht aktives erstes Bestimmungssignal S2 aus.
  • Das heißt, wenn ein Drain-Gatekurzschluss aufgetreten ist, gibt, obgleich der erste Bestimmungsschaltkreis 121 ein nicht aktives erstes Bestimmungssignal S2 ausgibt, der zweite Bestimmungsschaltkreis 150 ein aktives zweites Bestimmungssignal S3 aus. Damit wird der Drain-Gatekurzschluss als Kurzschlussanomalie des Leistungs-MOSFET 14 erkannt.
  • Wenn im Leistungs-MOSFET 14 keine Kurschlussanomalie aufgetreten ist, gibt der erste Bestimmungsschaltkreis 121 ein nicht aktives erstes Bestimmungssignal S2 aus und der zweite Bestimmungsschaltkreis 150 gibt ein nicht aktives zweites Bestimmungssignal S3 während des Empfangs eines nicht aktiven Steuersignals S6 aus.
  • Insbesondere für den Fall, dass die Last 11 ein Motor ist, wird die Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 auf Grund der Stoßspannung unmittelbar nachdem das Steuersignal S6 auf nicht aktiv gegangen ist, wie oben beschrieben, vorübergehend auf die negative Seite gezogen.
  • Danach wird auf Grund der Trägheitsdrehung des Motors eine elektromotorische Kraft erzeugt und damit wird die Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 auf einen höheren Wert erhöht. In diesem Fall ist jedoch die Sourcespannung Vs niedriger als im Fall eines Leistungs-MOS-Kurzschlusses gemäß 11.
  • Das heißt, die Drain-zu-Sourcespannung Vds ist nicht niedriger als die erste Schwellenwertspannung Vt1 und damit gibt der erste Bestimmungsschaltkreis 120 ein nicht aktives erstes Bestimmungssignal S2 während der elektromotorischen Kraft aus.
  • Weiterhin ist die Gate-zu-Sourcespannung Vds niedriger als die zweite Schwellenwertspannung Vt2 während der elektromotorischen Kraft, wie in 11 gezeigt, da der Leistungs-MOSFET 14 auf Grund des nicht aktiven Steuersignals S6 AUS ist. Das heißt, der zweite Bestimmungsschaltkreis 150 gibt ein nicht aktives zweites Bestimmungssignal S3 aus.
  • Somit sind die ersten und zweiten Bestimmungssignale S2 und S3 beide nicht aktiv und damit gibt der Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123 während der elektromotorischen Kraft ein nicht aktives Ausgangssignal 55 aus. Somit kann eine fehlerhafte Erkennung auf Grund der elektromotorischen Kraft des Motors verhindert werden.
  • Der Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123 enthält jedoch den FET139, der einschaltet, wenn eine bestimmte Zeit (2 Millisekunden bei der vorliegenden Ausführungsform) verstrichen ist, seit das Steuersignal S6 nach nicht aktiv gegangen ist, wie oben beschrieben. Somit kann der Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123 ein aktives Ausgangssignal S5 zwei Millisekunden oder mehr später als das nicht aktive Steuersignal S6 ausgeben.
  • Das heißt, der Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123 gibt ein aktives Ausgangssignal S5 aus, wenn er ein aktives erstes Bestimmungssignal S2 oder ein aktives zweites Bestimmungssignal S3 zwei Millisekunden oder später als das nicht aktive Steuersignal S6 empfängt. Mit diesem Aufbau kann eine fehlerhafte Erkennung verhindert werden, wenn die Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 unmittelbar nach dem nicht aktiven Steuersignal 56 weiterhin ansteigt.
  • Für den Fall, dass die Last 11 ein Motor ist, kann die bestimmte Zeit auf einen größeren Wert als oben (2 Millisekunden) gesetzt werden, so dass eine kurze Anomalie erkannt werden kann, nachdem Schwankungen der Sourcespannung Vs auf Grund von Störrauschen, das durch eine elektromotorische Kraft des Motors verstärkt wird, weitestgehend abgeklungen ist.
  • Somit kann die Energieversorgungssteuerung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Kurzschlussanomalie, beispielsweise einen Leistungs-MOS-Kurzschluss oder einen Drain-Gatekurzschluss erkennen, wobei eine fehlerhafte Erkennung auf Grund einer elektromotorischen Kraft des Motors verhindert ist.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben.
  • In der ersten Ausführungsform gemäß den 1 bis 11 wird basierend auf der Gate-zu-Sourcespannung Vgs des Leistungs-MOSFET 14 bestimmt, ob der Leistungs-MOSFET 14 in Zustand EIN ist oder nicht. Im Gegensatz hierzu wird bei der vorliegenden Ausführungsform basierend auf der Sourcespannung Vs' des Erfassungs-MOSFET 18 bestimmt, ob der Leistungs-MOSFET 14 im Zustand EIN ist oder nicht.
  • Der verbleibende Aufbau der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Somit sind gleiche Bauteile wie bei der ersten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen versehen und eine nochmalige Beschreibung erfolgt nicht. Der Unterschied zur ersten Ausführungsform ist wie folgt.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform bestimmt ein zweiter Bestimmungsschaltkreis 122, ob der Leistungs-MOSFET 14 im Zustand EIN ist oder nicht, basierend auf der Sourcespannung Vs' des Erfassungs-MOSFET 18, wie in 12 gezeigt. Die Sourcespannung Vs' des Erfassungs-MOSFET 18 ist ein Beispiel einer Ausgangsanschlussspannung des Stromerkennungsschaltelements der vorliegenden Erfindung.
  • Insbesondere enthält der zweite Bestimmungsschaltkreis 122 einen FET 131, der einschaltet, wenn die Sourcespannung Vs' des Erfassungs-MOSFET 18 die Schwellenwertspannung Vg3 des FET 131 (nachfolgend als dritte Schwellenwertspannung bezeichnet) übersteigt. Die dritte Schwellenwertspannung Vt3 ist ein Beispiel eines dritten Schwellenwerts der vorliegenden Erfindung.
  • Der FET 131 ist vom n-Kanaltyp und der Drain hiervon ist gemeinsam mit den Drains des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 verbunden. Das Gate des FET 131 ist mit der Source des Erfassungs-MOSFET 18 verbunden und die Source des FET 131 ist mit dem Widerstand 37 (s. 1) über einen Konstantstromschaltkreis 132 und den obigen FET 126 verbunden.
  • Der zweite Bestimmungsschaltkreis 122 enthält weiterhin einen FET 133, der einschaltet, wenn der FET 131 einschaltet. Der FET 133 ist vom n-Kanaltyp und der Drain hiervon ist mit dem Drain des FET 131 über einen Konstantstromschaltkreis 134 verbunden. Das Gate des FET 133 ist mit der Source des FET 131 verbunden und die Source des FET 133 ist mit der stromabwärtigen Seite des Konstantstromschaltkreises 132 verbunden.
  • Wenn bei diesem Aufbau die Sourcespannung Vs' des Erfassungs-MOSFET 18 die dritte Schwelle der Spannung Vt3 übersteigt, schaltet der FET 133 ein und damit liegt der gibt der zweite Bestimmungsschaltkreis 122 ein zweites Bestimmungssignal S3 von niedrigem Pegel (niedriges aktives Signal) aus.
  • Die dritte Schwelle der Spannung Vt3 wird auf einen Wert etwas niedriger als die Sourcespannung Vs' des Erfassungs-MOSFET 18 gesetzt, wenn ein Drain-Gatekurzschluss aufgetreten ist und das Steuersignal S6 nicht aktiv ist. Ein zweites Bestimmungssignal S3 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel eines zweiten Signals der vorliegenden Erfindung.
  • 13 ist eine Tabelle, die Sourcespannungen Vs und Vs' des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 zeigt, wenn der Leistungs-MOSFET 14 in verschiedenen Zuständen ist.
  • Wenn im Leistungs-MOSFET 14 ein Drain-Gatekurzschluss auftritt, wird die Gate-Spannung Vg des Erfassungs-MOSFET 18 während eines nicht aktiven Steuersignals S6 auf Grund des Drain-Gatekurzschlusses erhöht, so dass der Erfassungs-MOSFET 18 in einem halben EIN-Zustand ist. Das heißt, die Sourcespannung Vs' des Erfassungs-MOSFET 18 übersteigt in diesem Fall die dritte Schwelle der Spannung Vt3.
  • Dabei gibt der zweite Bestimmungsschaltkreis 122 ein aktives zweites Bestimmungssignal S3 aus und der Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123 gibt ein Ausgangssignal S5 von niedrigem Pegel (d. h. eine Kurzschlussanomaliesignal) in Antwort auf das aktive zweite Bestimmungssignal S3 aus. Somit kann der Drain-Gatekurzschluss erkannt werden.
  • Wenn ein Leistungs-MOS-Kurzschluss auftritt, ist die Sourcespannung Vs' des Erfassungs-MOSFET 18 niedriger als die dritte Schwellenwertspannung Vt3 wie in 13 gezeigt. Jedoch ist die Drain-zu-Sourcespannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 niedriger als die erste Schwellenwertspannung Vt1 und damit gibt der erste Bestimmungsschaltkreis 121 ein aktives erstes Bestimmungssignal S2 aus. Somit kann der Leistungs-MOS-Kurzschluss erkannt werden.
  • Wenn keine Kurzschlussanomalie aufgetreten ist, sind die ersten und zweiten Bestimmungssignale S2 und S3 beide nicht aktiv und daher gibt der Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123 ein nicht aktives Ausgangssignal S5 aus.
  • Insbesondere für den Fall, dass die Last 11 ein Motor ist, wird auf Grund einer Trägheitsdrehung des Motors eine elektromotorische Kraft erzeugt, nachdem das Steuersignal S6 nach nicht aktiv gegangen ist. Daher wird die Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 auf einen höheren Wert erhöht.
  • Jedoch ist in diesem Fall die Sourcespannung Vs niedriger als im Fall eines Leistungs-MOS-Kurzschlusses. Das heißt, die Drain-zu-Sourcespannung Vds ist nicht niedriger als die erste Schwellenwertspannung Vt1 und daher gibt der erste Bestimmungsschaltkreis 120 ein nicht aktives erstes Bestimmungssignal S2 aus.
  • Weiterhin ist die Sourcespannung Vs' des Erfassungs-MOSFET 18 niedriger als die dritte Schwellenwertspannung Vt3 während der elektromotorischen Kraft, da der Erfassungs-MOSFET 18 auf Grund des nicht aktiven Steuersignals S6 AUS ist. Das heißt, der zweite Bestimmungsschaltkreis 122 gibt ein nicht aktives zweites Bestimmungssignal S3 aus. Die ersten und zweiten Bestimmungssignale S2 und S3 sind beide nicht aktiv und daher gibt der Kurzschlussanomalieerkennungsschaltkreis 123 ein nicht aktives Ausgangssignal S5 während der elektromotorischen Kraft aus.
  • Somit kann die Energieversorgungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Kurzschlussanomalie des Leistungs-MOSFET 14 erkennen, wobei eine fehlerhafte Erkennung auf Grund einer elektromotorischen Kraft des Motors verhindert ist.
  • (Abwandlungen)
  • In der vorangehenden Beschreibung und der Darstellung dieser Erfindung sind zwei konkrete Ausführungsformen im Detail offenbart. Verschiedene Änderungen und Abwandlungen ergeben sich dem Fachmann auf diesem Gebiet, welche vom Wesentlichen Konzept dieser Erfindung nicht abweichen und folglich ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche derartige Änderungen und Abwandlungen abdecken sollen, sofern sie dem Wesen der Erfindung entsprechen und unter diese fallen.
    • (1) In den obigen Ausführungsformen ist als Halbleiterschaltelement der Leistungs-MOSFET 14 enthalten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, sondern ein unipolarer Transistor anders als ein MOSFET oder alternativ ein bipolarer Transistor können als Halbleiterschaltelement verwendet werden.
    • (2) In den obigen Ausführungsformen wird als Stromerkennungsschaltelement der Erfassungs-MOSFET 18 verwendet. Das heißt, durch ein Erfassungsverfahren wird der Laststrom IL erkannt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, sondern der Laststrom IL kann beispielsweise durch ein Shunt-Verfahren erkannt werden. Bei dem Shunt-Verfahren ist auf der Stromversorgungsleitung ein Shunt-Widerstand angeordnet und der Laststrom IL wird basierend auf dem Spannungsabfall über dem Shunt-Widerstand erkannt.
    • (3) In den obigen Ausführungsformen sind verschiedene Stromanomalien durch Spannungsvergleich erkennbar. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diesen Aufbau beschränkt, sondern Stromanomalien können auch durch einen Stromvergleich erkannt werden.
  • Der Aufbau für einen Stromvergleich ist beispielsweise wie folgt: An Stelle der Komparatoren 54, 59, 58 der obigen Ausführungsformen sind drei FETs vorgesehen. Die Ausgangsseite der Sourcepotentialsteuerung 51 (d. h. der Ausgang des Erfassungsstroms Is) ist mit den Eingangsseiten (z. B. den Drains im Falle von n-Kanal FETs) der FETs verbunden.
  • Jeder FET vermag den Durchlass des Schwellenwertstroms entsprechend der Schwellenwertspannung Voc, Vfc oder Vop zu ermöglichen, wenn die Schwellenwertspannung Voc, Vfc oder Vop am Gate hiervon anliegt. Bei diesem Aufbau kann ein Strom als Anomaliesignal vom Verbindungspunkt zwischen der Eingangsseite des FET und der Ausgangsseite der Sourcepotentialsteuerung 51 ausgegeben werden, wenn der Erfassungsstrom Is höher oder niedriger als der Schwellenwertstrom ist.
    • (4) In den obigen Ausführungsformen wird als Schwellenwertänderungsschaltkreis ein Spannungsteilerschaltkreis mit den drei Schwellenwertsetzwiderständen 64a bis 64c verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt, sondern kann von einem Aufbau sein, bei dem die Schwellenwerte für Schmelzstrom und Drahtbruchanomalieerkennung sich abhängig von der ausgangsseiten Spannung (z. B. der Sourcespannung im Falle eines MOSFET) des Halbleiterschaltelements ändern.
  • Beispielsweise werden Schwellenwertsetzschaltelemente an Stelle der Schwellenwertsetzwiderstände 64a bis 64c in den obigen Ausführungsformen vorgesehen und die ausgangsseitige Spannung des Halbleiterschaltelements (z. B. des Leistungs-MOSFET) wird an die Steueranschlüsse der Schwellenwertsetzschaltelemente angelegt.
  • Bei diesem Aufbau kann ein Strom entsprechend der ausgangsseitigen Spannung des Halbleiterschaltelements durch das Schwellenwertsetzschaltelement fließen. Dieser Strom kann als Schwellenwertstrom verwendet werden.
  • Weiterhin können zusätzlich Widerstände vorgesehen werden, so dass die Ströme von den Schwellenwertsetzschaltelementen durch die entsprechenden Widerstände fließen. In diesem Fall kann die Anschlussspannung eines jeden der Widerstände als Schwellenwertspannung verwendet werden.

Claims (5)

  1. Eine Energieversorgungssteuerung (10), aufweisend: ein Halbleiterschaltelement (14), das auf einer Stromversorgungsleitung von einer Energieversorgung (12) zu einer Last (11) angeordnet ist; einen Steuerschaltkreis (28), der ein EIN-Signal und ein AUS-Signal zu empfangen vermag, und der weiterhin das Halbleiterschaltelement (14) basierend auf dem Empfang des EIN-Signals einschalten kann und das Halbleiterschaltelement (14) basierend auf dem Empfang des AUS-Signals ausschalten kann; einen ersten Bestimmungsschaltkreis (121), der ein erstes Signal (S2) auszugeben vermag, wenn eine Eingangs-zu-Ausgangsspannung des Halbleiterschaltelements (14) kleiner als ein erster Schwellenwert ist; einen zweiten Bestimmungsschaltkreis (150, 122), der ein zweites Signal (S3) auszugeben vermag, wenn das Halbleiterschaltelement (14) im Zustand EIN ist; und einen Kurzschlusserkennungsschaltkreis (123), der ein Kurzschlussanomaliesignal auszugeben vermag, das eine Kurzschlussanomalie des Halbleiterschaltelements (14) anzeigt, wenn das erste Signal (S2) von dem ersten Bestimmungsschaltkreis (121) während Empfang des AUS-Signals ausgegeben wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlusserkennungsschaltkreis (123) das Kurzschlussanomaliesignal das eine Kurzschlussanomalie des Halbleiterschaltelements (14) anzeigt, auszugeben vermag, wenn das zweite Signal (S3) von dem zweiten Bestimmungsschaltkreis (150, 122) während Empfang des AUS-Signals ausgegeben wird.
  2. Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 1, bei der der zweite Bestimmungsschaltkreis (150) so gestaltet ist, dass er das zweite Signal (S3) auszugeben vermag, wenn das Ergebnis einer Subtraktion einer Ausgangsanschlussspannung des Halbleiterschaltelements (14) von einer Steueranschlussspannung des Halbleiterschaltelements (14) gleich oder größer als ein zweiter Schwellenwert ist.
  3. Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend ein Stromerkennungsschaltelement (18), wobei: Eingangsseiten des Halbleiterschaltelements (14) und des Stromerkennungsschaltelementes (18) miteinander verbunden sind und Steueranschlüsse des Halbleiterschaltelements (14) und des Stromerkennungschaltelements (18) miteinander verbunden sind; der Steuerschaltkreis (28), das Halbleiterschaltelement (14) und das Stromerkennungsschaltelement (18) basierend auf einem Empfang des EIN-Signals einzuschalten vermag und das Halbleiterschaltelement (14) und das Stromerkennungsschaltelement (18) basierend auf einem Empfang des AUS-Signals auszuschalten vermag; und der zweite Bestimmungsschaltkreis (122) das zweite Signal (S3) auszugeben vermag, wenn eine Ausgangsanschlussspannung des Stromerkennungsschaltelements (18) größer als ein dritter Schwellenwert ist.
  4. Energieversorgungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der: Ein Leckstromblockierschaltkreis (126) auf einem Strompfad angeordnet ist, entlang dem ein Strom von den der Energiequelle (12) zu dem ersten Bestimmungsschaltkreis (121) und dem zweiten Bestimmungsschaltkreis (150, 122) fließt; und der Leckstromblockierschaltkreis (126) den Durchfluss des Stroms zu blockieren vermag, wenn eine Ausgangsanschlussspannung des Halbleiterschaltelements (14) gleich oder kleiner als ein vierter Schwellenwert ist und weiterhin den Durchfluss des Stroms zu erlauben vermag, wenn die Ausgangsanschlussspannung größer als der vierte Schwellenwert ist.
  5. Energieversorgungssteuerung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Kurzschlusserkennungsschaltkreis (123) das Kurzschlussanomaliesignal auszugeben vermag, wenn wenigstens entweder das erste Signal (S2) von dem ersten Bestimmungsschaltkreis (121) oder das zweite Signal (S3) von dem zweiten Bestimmungsschaltkreis (150, 122) ausgegeben wird, wenn eine bestimmte Zeit seit Empfang des AUS-Signals verstrichen ist.
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