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Die
japanische Patentanmeldung Nr. 2007-230215 (Prioritätsanmeldung), auf welcher diese Patentanmeldung basiert, wird hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich aufgenommen.
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Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungs-Steuergerät zum Steuern des Herstellens und Unterbrechens einer Verbindung einer Stromversorgung mit einer Last.
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In einem elektronischen Schaltkreis, der aus diskreten Halbleiter-Bauelementen, einem IC (integrated circuit, integrierter Schaltkreis), usw. gebildet ist, ist die elektronische Schaltung basierend auf dem Verbinden einer Stromversorgung und einer Masse mit einem elektrischen Bezugspotenzial konzipiert. Wenn zum Beispiel nur die Stromversorgung des elektronischen Schaltkreises mit einem elektrischen Potenzial der Stromversorgung verbunden ist und die Masse nirgendwo angeschlossen ist (das heißt, unverbundener Zustand der Masse), wird die Funktion dieses elektronischen Schaltkreises instabil. Insbesondere werden in einem elektronischen Schaltkreis, der in einem Stromversorgungs-Steuergerät montiert ist, wenn ein unerwarteter Hochstrom aufgrund der instabilen Funktion in den elektronischen Schaltkreis fließt, Bauelemente der elektronischen Schaltung zerstört. Infolgedessen besteht die Möglichkeit, dass der elektronische Schaltkreis einen gefährlichen Zustand einnimmt, beispielsweise in Form einer Entzündung. Deshalb wird in dem Patentdokument 1 (veröffentlichte
japanische Patentanmeldung H08-78095 ) ein Masse-Verbindungsmechanismus zum Vermeiden der oben erwähnten unsicheren Funktion vorgeschlagen.
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Gemäß dem Patentdokument 1 wird beim Verbinden eines stromzuführungsseitigen Steckverbinders und eines stromeingangsseitigen Steckverbinders vor dem Verbinden eines Stromversorgungsanschlusses ein Masseanschluss verbunden. Dadurch wird in einem elektronischen Schaltkreis, der hinter dem stromeingangsseitigen Steckverbinder angeordnet ist, nicht der unverbundene Zustand der Masse hervorgerufen. Ferner werden die Stromversorgung und die Masse durch einen Doppel-Steckverbinder verbunden. Damit lösen sich die Stromversorgung und die Masse gleichzeitig, wenn sich der Steckverbinder löst. Dadurch behält in einem elektronischen Schaltkreis, der eine Stromversorgung und eine Masse mit einem jeweiligen separaten Steckverbinder verbindet, der masseseitige Steckverbinder einen verbundenen Zustand bei. Außerdem wird nicht der unverbundene Zustand der Masse hervorgerufen. Durch Verwenden des oben erwähnten Masse-Verbindungsmechanismus des elektrischen Steckverbinders werden das Hervorrufen eines unverbundenen Zustands der Masse und ein unsicherer Betriebszustand des elektrischen Schaltkreises vermieden.
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Indessen vermeidet der oben erwähnte Masse-Verbindungsmechanismus des Patentdokuments 1 einen unverbundenen Zustand der Masse, der hervorgerufen wird, wenn ein elektrischer Steckverbinders angeschlossen und getrennt wird. Deshalb kann der Masse-Verbindungsmechanismus nicht einen unverbundenen Zustand der Masse vermeiden, welcher hervorgerufen wird, wenn eine Masseleitung, die mit einem Masseanschluss eines stromzuführungsseitigen Steckverbinders verbunden ist, unterbrochen wird. Außerdem kann infolgedessen in diesem Fall eine Zerstörung eines Schaltelements oder eine Entzündung des Geräts auftreten.
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Die
EP 0 519 156 A1 ,
US 4 725 912 A ,
DE 44 28 115 A1 ,
US 2007/0170978 A1 und
US 6 246 557 B1 beschreiben jeweils ein Stromversorgungs-Steuergerät mit einem Steuerschaltkreis, der eine Überbrückungseinrichtung mit einem lastseitigen Überbrückungssystem aufweist, einer Schalter-Steuerungseinheit, die einen Masseanschluss aufweist, und einer Last, die eine Impedanz zum Umschalten eines elektrischen Potenzials des Masseanschlusses zu einem elektrischen Potenzial aufweist, in dem die Schalter-Steuerungseinheit stabil arbeitet, wenn ein Massestrom fließt.
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Folglich stellt die Erfindung ein Stromversorgungs-Steuergerät bereit, welches eine Masse eines elektronischen Schaltkreises mit einem geeigneten elektrischen Potenzial verbinden kann, wenn eine Masseverbindung des elektronischen Schaltkreises unterbrochen wird.
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Gemäß der Erfindung weist ein Stromversorgungs-Steuergerät einen Steuerschaltkreis und eine Last auf. Der Steuerschaltkreis weist ein Schalterelement auf, das einen Stromkreis durch ein Schaltsignal öffnet und schließt, und eine Schalter-Steuerungseinheit, die das Schaltsignal ausgibt. Die Last verbindet einen Anschluss durch das Schalterelement mit einer DC(direct current, Gleichstrom)-Stromversorgung und ein anderer Anschluss mit einem elektrischen Massepotenzial. Die Schalter-Steuerungseinheit weist einen Masseanschluss auf, der mit dem elektrischen Massepotenzial verbunden ist und einen Massestrom ausgibt, der zu dem elektrischen Massepotenzial fließt. Der Steuerschaltkreis weist eine Überbrückungseinrichtung auf, die ein lastseitiges Überbrückungssystem zum Einspeisen des Massestroms in das elektrische Massepotenzial durch die Last, wenn eine Verbindung zwischen dem Masseanschluss und dem elektrischen Massepotenzial unterbrochen ist, aufweist. Die Last weist eine Impedanz zum Umschalten des elektrischen Potenzials des Masseanschlusses in ein elektrisches Potenzial, in welchem die Schalter-Steuerungseinheit stabil arbeitet, wenn der Massestrom fließt, auf. Der Steuerschaltkreis weist eine Steuersignalleitung auf, die mit dem elektrischen Massepotenzial verbunden wird, wenn ein weiteres Schalterelement schließt. Die Überbrückungseinrichtung weist ein signalseitiges Überbrückungssystem zum Einspeisen des Massestroms in das elektrische Massepotenzial durch die Steuersignalleitung, wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss und dem elektrischen Massepotenzial unterbrochen ist und das Schalterelement schließt, auf. Das lastseitige Überbrückungssystem speist den Massestrom in das elektrische Massepotenzial durch die Last ein, wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss und dem elektrischen Massepotenzial unterbrochen ist und das Schalterelement öffnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Überbrückungseinrichtung ein Rückstrom-Vermeidungssystem auf. Das Rückstrom-Vermeidungssystem schließt stets einen Stromkreis, um einen Strom in die Last einzuspeisen, wenn die Überbrückungseinrichtung mit dem lastseitigen Überbrückungs-System seriell verbunden ist und die Gleichstrom-Stromversorgung normal angeschlossen ist, und das Rückstrom-Vermeidungssystem öffnet stets den Stromkreis, um zu vermeiden, dass der Strom in das lastseitige Überbrückungssystem fließt, wenn die Gleichstrom-Stromversorgung verkehrt herum angeschlossen ist.
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Gemäß der Erfindung wird, wenn die Verbindung zwischen einem Masseanschluss der Schalter-Steuerungseinheit und einem elektrischen Massepotenzial unterbrochen wird, der Masseanschluss der Schalter-Steuerungseinheit mit einem elektrischen Potenzial, in welchem die Schalter-Steuerungseinheit stabil arbeitet, verbunden. Dadurch wird ein unverbundener Zustand in einem Steuerschaltkreis nicht hervorgerufen. Ferner ist es möglich, eine unsichere Funktion des Steuer-Schaltkreises zu vermeiden. Damit kann eine Zerstörung eines Schaltelements oder ein Entzünden des Geräts vermieden werden.
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Gemäß der Erfindung werden der Masseanschluss der Schalter-Steuerungseinheit und das elektrische Massepotenzial durch eine Steuersignalleitung verbunden, wenn ein Schalterelement schließt. Das heißt, der Masseanschluss der Schalter-Steuerungseinheit wird mit dem elektrischen Massepotenzial mittels einer Steuersignalleitung verbunden, wenn eine DC(direct current, Gleichstrom)-Stromversorgung mit einer Last verbunden wird. Damit kann, obwohl das elektrische Potenzial durch das Verbinden der DC-Stromversorgung mit der Last ansteigt, der Masseanschluss der Schalter-Steuerungseinheit mit dem elektrischen Massepotenzial durch die Steuersignalleitung verbunden werden. Dadurch ist es sicher möglich, eine instabile Funktion des Steuerschaltkreises zu vermeiden. Infolgedessen können eine Zerstörung eines Schaltelements oder eine Entzündung des Geräts vermieden werden.
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Gemäß der Erfindung weist die Überbrückungseinrichtung ein Rückstrom-Vermeidungssystem auf. Damit wird, wenn die Gleichstrom-Stromversorgung fälschlicherweise verkehrt herum angeschlossen ist, durch die Überbrückungseinrichtung nicht ein Kurzschlusspfad der DC-Stromversorgung gebildet. Deshalb kann das erfindungsgemäße Stromversorgungs-Steuergerät eine Beschädigung des Geräts durch Kurzschluss vermeiden und ein noch sichereres Stromversorgungs-Steuergerät bereitstellen.
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Die oben erwähnten und andere Ziele und Merkmale dieser Erfindung werden besser ersichtlich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Stromversorgungs-Steuergeräts zeigt;
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2 veranschaulicht, dass die Masseverbindung in Punkt P bei dem Stromversorgungs-Steuergerät gemäß 1 unterbrachen ist;
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3 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromversorgungs-Steuergeräts zeigt;
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4 veranschaulicht, dass die Masseverbindung in Punkt P bei dem Stromversorgungs-Steuergerät gemäß 3 unterbrochen ist;
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5 ist eine Grafik, die den Verlauf der Spannung in jedem Abschnitt in dem Stromversorgungs-Steuergerät von 3 zeigt, wenn die Masseverbindung von Punkt P unterbrochen wird; und
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6 veranschaulicht die Funktion, wenn eine DC(direct current, Gleichstrom)-Stromversorgung verkehrt herum mit dem Stromversorgungs-Steuergerät gemäß 3 verbunden ist.
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Im Folgenden wird ein Beispiel eines Stromversorgungs-Steuergeräts unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erklärt.
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Wie in 1 gezeigt, ist ein Stromversorgungs-Steuergerät 1 in einem Fahrzeug montiert und steuert eine Stromversorgung an einer Last eines Heizdrahts durch ein Steuersignal, das von einer elektronischen Steuereinheit ausgegeben wird. Das Stromversorgungs-Steuergerät 1 weist einen Steuerschaltkreis 10 und einen Heizdraht 20, der mit dem Steuerschaltkreis 10 verbunden ist, auf.
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Der Steuerschaltkreis 10 steuert das Herstellen und Unterbrechen einer Verbindung der DC(direct current, Gleichstrom)-Stromversorgung 4 mit dem Heizdraht 20. Der Steuerschaltkreis 10 weist einen Feldeffekt-Transistor (FET) 11, eine Schalter-Steuerungseinheit 12 und eine Überbrückungseinrichtung 15 auf. Zusätzlich weist der Steuerschaltkreis 10 einen Stromversorgungsanschluss 10a, einen Lastanschluss 10b, einen Signalanschluss 10c und einen Masseanschluss 10d auf. Der Stromversorgungsanschluss 10a ist mit der DC-Stromversorgung 4 verbunden, die eine Stromversorgungs-Spannung VCC aufweist. Der Lastanschluss 10b ist mit dem Heizdraht 20 verbunden. Der Signalanschluss 10c ist mit einer Signalleitung 32 verbunden, die den Steuerschaltkreis 10 mit einer elektronischen Steuereinheit 30 verbindet. Der Masseanschluss 10d ist mit einem elektrischen Massepotenzial 5a verbunden.
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Der FET 11 entspricht einem Schalterelement gemäß den Patentansprüchen. Zum Beispiel wird als der FET 11 ein verfügbarer N-Kanal-Leistungs-MOSFET zwecks Stromversorgung eingesetzt. Ein Gate-Anschluss (G) ist mit einem Schaltsignal-Anschluss 12b verbunden, ein Drain-Anschluss (D) ist mit dem Stromversorgungsanschluss 10a verbunden, beziehungsweise ist ein Source-Anschluss (S) mit dem Lastanschluss 10b verbunden. Gemäß einem Schaltsignal S1, das von der Schalter-Steuerungseinheit ausgegeben wird, schaltet der FET 11 elektrische Signale EIN/AUS (das heißt, der Stromkreis wird geschlossen/geöffnet). Dadurch wird die Verbindung des Heizdrahts 20 mit der Gleichstrom-Stromversorgung 4 hergestellt oder unterbrochen.
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Die Schalter-Steuerungseinheit 12 wird aus Halbleiterkomponenten oder einem IC (integrated circuit, integrierter Schaltkreis) gebildet, so wie beispielsweise einem Operationsverstärker oder einem Transistor, usw. Die Schalter-Steuerungseinheit 12 erzeugt das Schaltsignal S1 und steuert das Einschalten/Ausschalten des FET 11. Ferner weist die Schalter-Steuerungseinheit 12 einen Masseanschluss 12a, einen Schaltsignalanschluss 12b, einen Stromversorgungsanschluss 12c der Schalter-Steuerungseinheit 12 (nachstehend der Stromversorgungsanschluss 12c) und einen Eingangsanschluss des Anforderungssignals zum Verbinden mit der Stromversorgung 12d (nachstehend der Eingangsanschluss 12d), auf. Der Masseanschluss 12a ist mit dem Masseanschluss 10d durch eine Bezugserde 18 verbunden. Der Schaltsignal-Anschluss 12b ist mit dem Gate (G) von FET 11 verbunden. Der Stromversorgungsanschluss 12c ist mit dem Stromversorgungsanschluss 10a verbunden. Der Eingangsanschluss 12d ist mit dem Signalanschluss 10c durch eine Steuersignalleitung 6 verbunden.
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Wenn die Stromversorgungsspannung VCC (zum Beispiel 14 V) mit dem Stromversorgungsanschluss 12c verbunden ist und ein elektrisches Massepotenzial VG (zum Beispiel 0 V) mit dem Masseanschluss 12a verbunden ist, wird die Schalter-Steuerungseinheit 12 normal mit Strom versorgt. Allerdings ist im Fall, dass sich eine Spannung (das heißt ein elektrisches Potenzial) des Stromversorgungs-Anschlusses 12c oder eine Spannung des Masseanschlusses 12a in dem erlaubten Bereich (zum Beispiel kleiner als ±1,0 V) befindet, ein korrektes Funktionieren möglich. Zusätzlich ist, wenn die Schalter-Steuerungseinheit 12 arbeitet, ein Massestrom I, der von dem Masseanschluss 12a ausgegeben wird, gleich oder kleiner als 20 mA.
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Die Steuersignalleitung 6 ist zwischen dem Signalanschluss 10c des Steuerschaltkreises 10 und dem Anforderungssignal-Eingangsanschluss 12d der Schalter-Steuerungseinheit 12 angeordnet und mit der Signalleitung 32 durch den Signalanschluss 10c verbunden. Die Steuersignalleitung 6 gibt ein Anforderungssignal zum Verbinden mit der Stromversorgung S2 (nachstehend Anforderungssignal S2), welches von einer später beschriebenen elektronischen Steuereinheit 30 an das Stromversorgungs-Steuergerät 1 (das heißt, den Steuerschaltkreis 10) ausgegeben wird, in den Eingangsanschluss 12d der Schalter-Steuerungseinheit 12 ein. In den Ausführungsformen der Erfindung ist die Steuersignalleitung 6 mit der Schalter-Steuerungseinheit 12 verbunden, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Die Steuersignalleitung 6 kann mit verschiedenen Bauelementen verbunden werden, die das elektrische Massepotenzial VG annehmen, wenn der FET 11 ausgeschaltet ist.
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Die Überbrückungseinrichtung 15 weist eine lastseitige Diode 15a auf. Die lastseitige Diode 15a korrespondiert mit einem lastseitigen Überbrückungssystem gemäß den Patentansprüchen. Ein Anodenanschluss der Diode 15a ist mit der Bezugserde 18 (das heißt, Masseanschluss 12a) verbunden beziehungsweise ist ein Kathodenanschluss von Diode 15a mit dem Lastanschluss 10b verbunden. In den Ausführungsformen der Erfindung sind der FET 11, die Schalter-Steuerungseinheit 12 und die lastseitige Diode 15a separate Bauelemente, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Diese Bauelemente können in einem IC integriert sein und mit dem Steuerschaltkreis 10 eingesetzt werden.
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Der Heizdraht 20 entspricht einer Last gemäß den Patentansprüchen. Zum Beispiel ist der Heizdraht 20 am Heckfenster eines Fahrzeugs angebracht. Der Heizdraht beheizt das Heckfenster und macht es frei. Ein Anschluss 20a des Heizdrahts 20 ist mit der DC-Stromversorgung 4 durch den FET 11 verbunden und der andere Anschluss 20b des Heizdrahts 20 ist mit dem elektrischen Massepotenzial 5b verbunden. Da ferner der Heizdraht 20 den Wärmewert erhöht, wird ein niedriger Widerstandswert (das heißt Impedanz), zum Beispiel ein Widerstand von etwa 0,7 Ω verwendet. Der Heizdraht 20 wird in den Ausführungsformen der Erfindung eingesetzt, aber ohne darauf beschränkt zu sein. Zum Beispiel können Scheinwerfer eines Fahrzeugs verwendet werden. Das heißt, irgendwelche beliebigen Bauteile können verwendet werden, wenn eine Spannung des Masseanschlusses 12a sich in dem Bereich der für die Funktion erlaubten Spannung VR (das heißt Spannung, bei welcher die Schalter-Steuerungseinheit 12 stabil arbeitet) befindet, wenn der Massestrom I fließt.
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Die DC-Stromversorgung 4 wird mit einer Batterie gebildet, die in einem Fahrzeug montiert ist, oder mit einem DC(direct current, Gleichstrom)/DC-Converter, der eine Spannung einer Batterie in eine Gleichspannung konvertiert, die verschieden von der Spannung der Batterie ist. Zusätzlich ist die DC-Stromversorgung 4 mit dem Steuerschaltkreis 10 und dem Heizdraht 20 verbunden und stellt ihnen die Versorgungsspannung VCC bereit. Ein negativer Anschluss der DC-Stromversorgung 4 ist mit einem elektrischen Massepotenzial 5c verbunden.
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Die elektronische Steuereinheit 30 ist in einem Fahrzeug montiert und steuert Scheinwerfer, Klimaanlage, Heizdrähte der Heckscheibe, usw. Gemäß der Bedienung des Nutzers fordert die elektrische Steuereinheit 30 das Herstellen oder Unterbrechen einer Verbindung der Stromversorgung mit dem Heizdraht 20 bei dem Stromversorgungs-Steuergerät 1 an. Die elektrische Steuereinheit 30 weist eine Steuereinheit (nicht gezeigt), einen Transistor 31 und die Signalleitung 32, welche mit dem Transistor 31 verbunden ist, auf.
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Der Transistor 31 ist ein NPN(negative-positive-negative, negativ-positiv-negativ)-Transistor für ein kleines Signal. Ein Basis-Anschluss des Transistors 31 ist mit der nicht gezeigten Steuereinheit verbunden. Ein Kollektor-Anschluss des Transistors 31 ist mit der Signalleitung 32 verbunden und ein Emitteranschluss des Transistors 31 ist mit einem elektrischen Massepotenzial 5d verbunden.
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Die Signalleitung 32 verbindet die elektrische Steuereinheit 30 und den Steuerschaltkreis 10 elektrisch und überträgt das Anforderungssignal S2. Insbesondere ist die Signalleitung 32 mit einem beschichteten leitfähigen Draht, welcher zwischen dem Kollektor-Anschluss des Transistors 31 und dem Signalanschluss 10c des Steuerschaltkreises 10 angeordnet ist, und einem Steckverbinder gebildet. Ferner ist die Signalleitung 32 mit einer Versorgungsspannung der elektrischen Steuereinheit 30 durch einen Pull-up-Widerstand (nicht gezeigt) verbunden. Wenn der Transistor 31 eingeschaltet ist, ist der Transistor 31 mit dem elektrischen Massepotenzial 5d verbunden. Damit nimmt die Signalleitung 32 das elektrische Massepotenzial VG an. Wenn andererseits der Transistor 31 ausgeschaltet ist, ist die Signalleitung 32 mit der Versorgungsspannung der elektrischen Steuereinheit 30 durch den Pull-up-Widerstand verbunden. Dadurch nimmt die Signalleitung 32 ein elektrisches Potenzial der Versorgungsspannung der elektrischen Steuereinheit 30 (zum Beispiel 14 V) an. Das heißt, ein elektrisches Potenzial der Signalleitung 32 wird zu dem Anforderungssignal S2. In den Ausführungsformen der Erfindung wird der Transistor 31 zum Umschalten des elektrischen Potenzials der Signalleitung 32 verwendet, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Zum Beispiel kann ein mechanischer Schalter, usw. benutzt werden. Das heißt, irgendwelche beliebigen Bauteile können eingesetzt werden, falls die Signalleitung 32 mit dem elektrischen Massepotenzial VG verbunden werden kann, wenn die Verbindung der Stromversorgung angefordert wird.
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Das Anforderungssignal S2 fordert die Herstellung und Unterbrechung der Verbindung der Stromversorgung mit dem Heizdraht 20 an und wird von der elektronischen Steuereinheit 30 zu dem Steuerschaltkreis 10 übertragen. Wenn die Verbindung der Stromversorgung angefordert wird, nimmt das Anforderungssignal S2 L-Pegel (das heißt, das elektrische Massepotenzial VG) an. Wenn andererseits die Unterbrechung der Stromversorgung angefordert wird, nimmt das Anforderungssignal S2 H-Pegel (das heißt, das elektrische Potenzial der Versorgungsspannung der elektronischen Steuereinheit 30) an.
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In Abhängigkeit von dem Anforderungssignal S2 nimmt das Schaltsignal S1 die Versorgungsspannung VCC oder das elektrische Massepotenzial VG an. Insbesondere, wenn das Anforderungssignal S2 der H-Pegel ist, nimmt das Schaltsignal S1 das elektrische Massepotenzial VG an. Damit wird der FET 11 ausgeschaltet. Wenn andererseits das Anforderungssignal S2 der L-Pegel ist, nimmt das Schaltsignal S1 die Versorgungsspannung VCC an. Dadurch wird der FET 11 eingeschaltet.
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Als nächstes wird an dem oben erwähnten Stromversorgungs-Steuergerät 1 die Funktion, wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 und dem elektrischen Massepotenzial 5a unterbrochen ist, unter Bezugnahme auf 2 als ein Beispiel erläutert.
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In dem Stromversorgungs-Steuergerät 1 nimmt in einem Fall, dass die DC-Stromversorgung nicht mit dem Heizdraht 20 verbunden ist (das heißt, wenn der FET 11 ausgeschaltet ist), wenn die Verbindung zwischen dem Massepotenzial 10d und dem elektrischen Massepotenzial 5a durch eine Unterbrechung in einem in 2 gezeigten Punkt ”P” unterbrochen ist, ein elektrisches Potenzial des Anschlusses 20a des Heizdrahts 20 das elektrische Massepotenzial VG an. Damit fließt der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit 12 entlang eines Strompfads I1 von dem Heizdraht 20 zu dem elektrischen Massepotenzial 5b durch die lastseitige Diode 15a. Ein Widerstandswert des Heizdrahts 20 beträgt 0,7 Ω und der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit 12 beträgt höchstens 20 mA. Damit wird ein elektrisches Potenzial des Anschlusses 20a des Heizdrahtes 20 maximal 0,014 V. Infolgedessen wird das elektrische Potenzial des Masseanschlusses 12a an der Schalter-Steuerungseinheit 12 innerhalb der für die Funktion erlaubten Spannung VR (0 V ± 1,0 V) gehalten, sogar wenn ein Spannungsabfall der lastseitigen Diode 15a in Vorwärtsrichtung (im Allgemeinen ungefähr 0,6 V) berücksichtigt wird. Deshalb setzt der Steuerschaltkreis 10 die normale Funktion fort und behält den Zustand der Unterbrechung der Verbindung der Stromversorgung mit dem Heizdraht 20 bei.
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Wie oben erwähnt, wird gemäß den Ausführungsformen der Erfindung, wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 und dem elektrischen Massepotenzial unterbrochen ist, der Masseanschluss 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 mit einem elektrischen Potenzial in einem für die Funktion erlaubten Bereich verbunden. Damit wird ein unverbundener Zustand der Masse in dem Steuerschaltkreis 10 nicht hervorgerufen. Weiterhin ist es möglich, eine instabile Funktion des Steuerschaltkreises 10 zu vermeiden. Deshalb kann eine Zerstörung eines Schaltelements oder eine Entzündung des Geräts vermieden werden.
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Als nächstes wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 erläutert.
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Wie in 3 gezeigt, ist ein Stromversorgungs-Steuergerät 2 in einem Fahrzeug montiert und steuert eine Stromversorgung an einer Last eines Heizdrahts durch ein Steuersignal, das von einer elektronischen Steuereinheit ausgegeben wird. Das Stromversorgungs-Steuergerät 2 weist den Steuerschaltkreis 10 und den Heizdraht 20, der mit dem Steuerschaltkreis 10 verbunden ist, auf.
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Der Steuerschaltkreis 10 steuert das Herstellen und das Unterbrechen der Verbindung der DC(direct current, Gleichstrom)-Stromversorgung 4 mit dem Heizdraht 20. Der Steuerschaltkreis 10 weist den FET 11, die Schalter-Steuerungseinheit 12 und eine Überbrückungseinrichtung 151 auf. In dieser zweiten Ausführungsform werden die gleichen Bauteile mit den gleichen Referenzzeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet, außer bei der Überbrückungseinrichtung 151.
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Die Überbrückungseinrichtung 151 weist die lastseitige Diode 15a, eine signalseitige Diode 15b, einen FET (Feldeffekt-Transistor) 15c und die unveränderlichen Widerstände R1 und R2 auf.
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Die lastseitige Diode 15a entspricht einem lastseitigen Überbrückungssystem gemäß den Patentansprüchen. Ein Anodenanschluss der lastseitigen Diode 15a ist mit einem Source-Anschluss (S) des FET 15c verbunden beziehungsweise ist ein Kathodenanschluss der lastseitigen Diode 15a mit dem Lastanschluss 10b verbunden.
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Die signalseitige Diode 15b entspricht einem signalseitigen Überbrückungssystem gemäß den Patentansprüchen. Ein Anodenanschluss der signalseitigen Diode 15b ist mit dem Source-Anschluss (S) des FET 15c verbunden, beziehungsweise ist ein Kathodenanschluss der signalseitigen Diode 15b ist mit der Steuersignalleitung 6 verbunden.
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Der FET 15c entspricht einem Rückstrom-Vermeidungssystem gemäß den Patentansprüchen. Zum Beispiel wird als der FET 15c ein verfügbarer N-Kanal-MOSFET eingesetzt, welcher mehrere Zehn mA (Milliampere) Strom durchlassen kann. Ein Gate-Anschluss (G) des FET 15c ist mit einer Versorgungsspannung VCC durch den unveränderlichen Widerstand R1 von ungefähr 20 kΩ bis 100 kΩ verbunden. Ein Source-Anschluss (S) des FET 15c ist mit der Versorgungsspannung VCC durch den unveränderlichen Widerstand R2 von ungefähr 20 k0 bis 100 kΩ verbunden. Ein Drain-Anschluss (D) des FET 15c ist mit der Bezugserde 18 des Steuerschaltkreises 10 (das heißt, dem Masseanschluss 12a) verbunden. Wenn die DC-Stromversorgung 4 normal verbunden ist, ist der FET 11 stets eingeschaltet (das heißt, der Stromkreis ist geschlossen). Wenn andererseits die DC-Stromversorgung 4 verkehrt herum angeschlossen ist, ist der FET 11 stets ausgeschaltet (das heißt, der Stromkreis ist geöffnet).
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Als nächstes wird in dem oben erwähnten Stromversorgungs-Steuergerät 2 die Funktion, wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 und dem elektrischen Massepotenzial 5a unterbrochen ist, unter Bezugnahme auf die 4 und 5 als ein Beispiel erläutert.
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In dem Stromversorgungs-Steuergerät 2 nimmt im Fall, dass die DC-Stromversorgung 4 nicht mit dem Heizdraht 20 verbunden ist (das heißt, wenn das Anforderungssignal S2 der H-Pegel ist), wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss 10d und dem elektrischen Massepotenzial 5a durch eine Unterbrechung in einem in 4 gezeigten Punkt unterbrochen ist, das elektrische Potential des Anschlusses 20a des Heizdrahts 20 das elektrische Massepotenzial VG an. Dadurch fließt der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit 12 entlang eines Strompfads I21 von dem Heizdraht 20 zu dem elektrischen Massepotenzial 5b durch die lastseitige Diode 15a. Ein Widerstandswert des Heizdrahts 20 beträgt 0,7 Ω und der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit 12 beträgt maximal 20 mA. Damit wird ein elektrisches Potenzial des Anschlusses 20a des Heizdrahts 20 maximal 0,014 V. Infolgedessen wird das elektrische Potenzial des Masseanschlusses 12a in der Schalter-Steuerungseinheit innerhalb des für die Funktion erlaubten Bereichs der Spannung VR (0 V ± 1,0 V) gehalten, sogar wenn der Spannungsabfall der lastseitigen Diode 15a in einer Vorwärtsrichtung (im Allgemeinen ungefähr 0,6 V) berücksichtigt wird. Deshalb setzt der Steuerschaltkreis 10 die normale Funktion fort und behält den Zustand der Unterbrechung der Stromversorgung des Heizdrahts 20 bei.
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Wenn die Stromversorgungs-Verbindung von der elektronischen Steuereinheit 30 angefordert wird (das heißt, das Anforderungssignal S2 hat L-Pegel), wird der Heizdraht 20 mit der DC-Stromversorgung 4 verbunden. Infolgedessen wird das elektrische Potenzial des Anschlusses 20a des Heizdrahts 20 zur Versorgungsspannung VCC. Deshalb fließt, wie in 4 gezeigt, der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit zu einem niedrigeren elektrischen Potenzial. Das heißt, der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit fließt entlang eines Strompfades I22 von der Steuersignalleitung 6 zu dem elektrischen Massepotenzial 5d durch die signalseitige Diode 15b. In dieser Zeit wird das elektrische Potenzial des Masseanschlusses 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 innerhalb der für die Funktion erlaubten Spannung VR gehalten, sogar wenn der Spannungsabfall der Signaldiode 15b in einer Vorwärtsrichtung (im Allgemeinen ungefähr 0,6 V) berücksichtigt wird. Deshalb setzt der Steuerschaltkreis 10 die normale Funktion fort und behält den Zustand der Unterbrechung der Stromversorgung des Heizdrahts 20 bei.
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Wenn andererseits die Unterbrechung der Stromversorgung von der elektronischen Steuereinheit 30 angefordert wird (das heißt, das Anforderungssignal S2 ist der H-Pegel), wird die Verbindung zwischen dem Heizdraht 20 und der DC-Stromversorgung 4 unterbrochen. Als Ergebnis dessen kehrt das elektrische Potenzial des Anschlusses 20a des Heizdrahts 20 wieder zu dem elektrischen Massepotenzial VG zurück. Deshalb fließt der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit 12 zu einem niedrigeren elektrischen Potenzial. Das heißt, der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit fließt wieder entlang eines Strompfads I21 von dem Heizdraht 20 zu dem elektrischen Massepotenzial 5b durch die lastseitige Diode 15a. Wie oben beschrieben, wird das elektrische Potenzial des Anschlusses 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 innerhalb der für die Funktion erlaubten Spannung VR gehalten. Deshalb setzt der Steuerschaltkreis 10 die normale Funktion fort und behält den Zustand der Unterbrechung der Stromversorgung des Heizdrahts 20 bei.
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Als nächstes wird an dem oben erwähnten Stromversorgungs-Steuergerät 2 die Funktion, wenn die DC-Stromversorgung 4 verkehrt herum verbunden ist, unter Bezugnahme auf 6 erläutert.
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In dem Stromversorgungs-Steuergerät 2 wird, wenn die DC-Stromversorgung normal verbunden ist, eine positive Versorgungsspannung zwischen dem Gate-Anschluss (G) des FET 15c und dem Source-Anschluss (S) angelegt. Dadurch wird der FET 15c normal eingeschaltet. Wenn allerdings, wie in 6 gezeigt, die DC-Stromversorgung 4 verkehrt herum angeschlossen ist, differieren die elektrischen Potenziale des Gate-Anschlusses (G) und des Source-Anschlusses (S) wenig. Deshalb ist der FET 15c immer ausgeschaltet. Aus diesem Grunde wird ein Kurzschlusspfad I31 der DC-Stromversorgung 4 durch den FET 15c unterbrochen und das Erzeugen eines Pfads, der die DC-Stromversorgung 4 kurzschließt, wird vermieden.
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Wie oben beschrieben, ist in der Ausführungsform, wenn die DC-Stromversorgung 4 zu dem Heizdraht 20 unterbrochen ist, der Masseanschluss 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 mit dem elektrischen Massepotenzial 5b durch den Heizdraht 20 verbunden. Wenn andererseits die DC-Stromversorgung 4 mit dem Heizdraht 20 verbunden ist, ist der Masseanschluss 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 mit dem elektrischen Massepotenzial 5d durch die Steuersignalleitung 6 verbunden. Damit kann gemäß einem Betriebszustand des Steuerschaltkreises 10 der Masseanschluss 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 mit einem elektrischen Potenzial nahe an einem elektrischen Massepotenzial verbunden werden. Folglich ist es möglich, eine instabile Funktion des Steuerschaltkreises 10 noch sicherer zu vermeiden. Ferner kann eine Zerstörung eines Schaltelements oder eine Entzündung des Geräts vermieden werden.
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Wenn zusätzlich die DC-Stromversorgung 4 fälschlicherweise verkehrt herum angeschlossen ist, wird durch den FET 15c nicht der Kurzschlusspfad I31 der DC-Stromversorgung 4 durch die Überbrückungseinrichtung 151 gebildet. Deshalb kann ein Beschädigen des Stromversorgungs-Steuergeräts 2 durch Kurzschluss vermieden werden. Ferner kann ein noch sichereres Stromversorgungs-Steuergerät bereitgestellt werden.
