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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, und insbesondere auf eine Halbleitervorrichtung, die eine Spannung misst, die an ein Halbleiterschaltelement angelegt ist.
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Bei einer Halbleiterschaltvorrichtung wie ein Inverter, der zum Steuern einer Drehzahl eines Motors benutzt wird, die in Wechselstromleistungsversorgungseinrichtungen und Ähnlichem benutzt wird, wird ein Verfahren der Ein-Spannung, wenn Strom durch ein Halbleiterschaltelement fließt, zum Erfassen verwendet, dass sich das Halbleiterschaltelement in einem Überstromzustand befindet.
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Überstromschutz wird in einem IPM (intelligentes Leistungsmodul) mit einer eingebauten Treiberschaltung, die in einem Inverter oder Ähnlichem benutzt wird, z. B. ausgeführt wie unten beschrieben wird. Genauer, ein Stromsensor wird für einen IGBT-(bipolarer Transistor mit isoliertem Gate)Chip vorgesehen, und der Stromsensor und ein Widerstand sind zum Überwachen einer Spannung über den Widerstand miteinander verbunden. Wenn Spannung, die einen vorgeschriebenen Wert überschreitet, erzeugt wird, wird erkannt, dass ein Überstrom in den IGBT-Chip erzeugt ist, und somit wird ein Gatesignal an den IGBT-Chip unterbrochen, und ein Fehlersignal wird ausgegeben.
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Als ein Aufbau, der mit einem Halbleiterschaltelement versehen ist und die Messung einer Spannung ausführt, die an das Halbleiterschaltelement und Ähnliches angelegt ist, offenbart z. B. die
JP 05-030 727 A einen Transformator, wie unten beschrieben wird. Genauer, ein erster Widerstand und eine Zenerdiode sind in Reihe zwischen einer Anode und einer Kathode eines optisch getriggerten Thyristors geschaltet, und ein in Reihe geschalteter Körper eines zweiten Widerstands und einer LED ist parallel zu der Zenerdiode geschaltet.
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Die
JP 59-163919 A offenbart einen unten beschriebenen Aufbau. Genauer, ein Ein-Spannungsdetektor, der eine Ein-Spannung eines Leistungstransistors erfaßt, enthält einen Widerstand mit einem hohen Widerstandswert, der keinen großen Leistungsverlust verursacht, eine klemmende Zenerdiode zum Nicht-Liefern einer übermäßigen Spannung, die an einen Komparator eingegeben ist, und eine Diode, die in Reihe mit der Zenerdiode geschaltet ist.
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Die
JP 61-121115 A offenbart einen unten beschriebenen Aufbau. Genauer, der Aufbau enthält einen ersten Widerstand, der mit einem Verbindungsabschnitt zwischen einem Ende eines Solenoids und einem Kollektor eines Treiberelements verbunden ist, einen zweiten Widerstand, der in Reihe mit dem ersten Widerstand geschaltet ist, einen Kondensator, der parallel zu dem zweiten Widerstand geschaltet ist, und eine Zenerdiode, die parallel zu dem zweiten Widerstand geschaltet ist.
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Die
JP 2006-136086 A offenbart einen unten beschriebenen Aufbau. Genauer, eine Reihenschaltung eines ersten Widerstands und eines zweiten Widerstands ist zwischen eine Source und einen Drain eines MOSFET geschaltet, dessen Strom zu erfassen ist. Die Ein-Spannung des MOSFETs wird durch eine Spannungsteilerschaltung geteilt, die den ersten Widerstand und den zweiten Widerstand enthält, durch eine Erfassungsschaltung erfaßt und in Strom umgewandelt, somit wird der durch den MOSFET fließende Strom erfaßt. Bei diesem Aufbau variiert ein Spannungsteilerverhältnis der Spannungsteilerschaltung, die den ersten Widerstand und den zweiten Widerstand enthält, in Abhängigkeit von der Temperatur, und das Spannungsteilerverhältnis nimmt mit einer Zunahme der Temperatur zu.
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Die
JP 05-184133 A offenbart einen unten beschriebenen Aufbau. Genauer, ein Kondensator und ein Widerstand sind in Reihe zwischen einer Anode und einer Kathode eines optischen Thyristors geschaltet, und ein Verbindungspunkt davon ist mit einer Basis eines Transistors über eine Diode und eine erste Zenerdiode verbunden. Ein Kollektor und ein Emitter des Transistors sind parallel zu einer zweiten Zenerdiode geschaltet.
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Zum Vorsehen eines Stromsensors für einen IGBT-Chip, wie oben beschrieben wurde, benötigt die Chipauslegung eine fortgeschrittene Technik wie Setzen eines konstanten Verhältnisses zwischen einem Hauptstrom und einem Erfassungsstrom. Wenn das Verhältnis zwischen einem Hauptstrom und einem Erfassungsstrom weit variiert, kann eine Fehlfunktion auftreten, dass ein Gatesignal abgeschnitten wird, obwohl der Strom nicht als ein erzeugter Überstrom erkannt wird, eine Fehlfunktion, dass ein Gatesignal nicht abgetrennt wird, obwohl ein Überstrom erzeugt ist, und Ähnliches.
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Ein anderer denkbarer Aufbau ist der, dass ein Kollektorpotential eines IGBTs durch eine Diode mit einer hohen Durchbruchsspannung überwacht, und dass eine Schutztätigkeit in einer Treiberschaltung ausgeführt wird. Solch ein Aufbau benötigt jedoch eine Diode mit einer Durchbruchsspannung von mehr als oder gleich der Leistungsversorgungsspannung, und er benötigt auch eine teure IC (integrierte Schaltung) zum Überwachen und Ähnliches. Da weiter die Spannung zwischen einem Kollektor und einem Emitter des IGBTs weit variiert, treten wahrscheinlich Fehlfunktionen, wie sie oben beschrieben wurden, auf.
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In der
DE 38 21 065 A1 ist eine Mos-Feldeffekttransistor-Einrichtung beschrieben, welche ein Halbleiterschaltelement mit einer ersten leitenden Elektrode und einer zweiten leitenden Elektrode und eine Spannungsmessschaltung zum Messen einer Spannung zwischen der ersten leitenden Elektrode und der zweiten leitenden Elektrode aufweist. Die Spannungsmessschaltung umfasst ein Konstantspannungselement parallel zu dem Halbleiterschaltelement und einen Steuerschalter, welcher parallel zu dem Konstantspannungselement geschaltet ist. Bei der beschriebenen Messvorrichtung wird der Steuerschalter eingeschaltet, wenn das Halbleiterschaltelement ein ist, und der Steuerschalter wird ausgeschaltet, wenn das Halbleiterschaltelement aus ist.
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Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die obigen Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Halbleitervorrichtung vorzusehen, die eine Spannung genau messen kann, die an ein Halbleiterschaltelement angelegt ist, mit einem einfachen Aufbau.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1.
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Die Halbleitervorrichtung enthält ein Halbleiterschaltelement mit einer ersten leitenden Elektrode und einer zweiten leitenden Elektrode. Eine Spannungsmessschaltung dient zum Messen einer Spannung zwischen der ersten leitenden Elektrode und der zweiten leitenden Elektrode des Halbleiterschaltelements. Die Spannungsmessschaltung enthält ein Konstantspannungselement. Das Konstantspannungselement ist parallel zu dem Halbleiterschaltelement geschaltet zum Begrenzen einer Spannung auf einen vorgeschriebenen Wert, die in einer Leitungsrichtung des Halbleiterschaltelements angelegt ist. Ein Steuerschalter ist parallel zu dem Konstantspannungselement geschaltet. Eine Schaltersteuereinheit schaltete den Steuerschalter ein, wenn das Halbleiterschaltelement ausgeschaltet ist. Die Schaltersteuereinheit schaltet den Steuerschalter aus, wenn das Halbleiterschaltelement eingeschaltet ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Spannung, die an ein Halbleiterschaltelement angelegt ist, genau mit einem einfachen Aufbau gemessen werden.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die vorangehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn sie in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird. Von den Zeichnungen zeigt
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1 einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Zeitablaufdiagramm, das einen Betrieb zeigt, in dem die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform eine Ein-Spannung eines Halbleiterschaltelements erfaßt;
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3 einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 ein Zeitablaufdiagramm, das einen Betrieb zeigt, in dem eine Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform eine Ein-Spannung eines Halbleiterschaltelements erfaßt;
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7 einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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9 einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass identische oder entsprechende Teile in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, und die Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
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<Erste Ausführungsform>
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1 zeigt einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 1, eine Halbleitervorrichtung 101 enthält ein Halbleiterschaltelement 10, ein Diodenelement 11, eine Klemmdiode 12 und eine Spannungsmessschaltung 31. Die Spannungsmessschaltung 31 enthält einen Widerstand 2, eine Zenerdiode 3, einen Steuerschalter 7 und eine Schaltsteuereinheit 15.
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Die Halbleitervorrichtung 101 treibt einen Motor 8 auf der Grundlage einer Gleichstromleistung (DC-Leistung), die von einer Leistungsversorgung 13 geliefert wird. Die Spannungsmessschaltung 31 misst die Spannung zwischen einem Drain und einer Source des Halbleiterschaltelements 10 durch Messen der Spannung VZ, die über die Zenerdiode 3 angelegt ist. Ein IC 151 erfaßt einen Überstromzustand des Halbleiterschaltelements 10 auf der Grundlage eines Messresultats der Spannungsmessschaltung 31.
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Das Halbleiterschaltelement 10 ist z. B. ein MOSFET-(Metalloxid-Halbleiterfeldeffekttransistor)Chip. Das Diodenelement 11 weist eine Leitungsrichtung entgegengesetzt zu der des Halbleiterschaltelements 10 auf. Das Diodenelement 11 ist z. B. eine parasitäre Diode, die zwischen dem Drain und der Source des Halbleiterschaltelements 10 vorhanden ist. Das Diodenelement 11 wird als eine Freilaufdiode benutzt.
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Das Halbleiterschaltelement 10 weist einen Drain, der mit einer Anode der Klemmdiode 12 und einem ersten Ende des Widerstands 2 verbunden ist, eine Source, die mit einem negativen Anschluss der Leistungsversorgung 13, einer Anode der Zenerdiode 3 und einem zweiten Ende des Steuerschalters 7 verbunden ist, und ein Gate, das ein Treibersignal GS empfängt, auf. Die Klemmdiode 12 weist eine Kathode, die mit einem positiven Anschluss der Leistungsversorgung 13 und einem ersten Ende des Motors 8 verbunden ist, und eine Anode, die mit einem zweiten Ende des Motors 8 verbunden ist, auf.
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Das Halbleiterschaltelement 10 und eine Reihenschaltung des Widerstands 2 und der Zenerdiode 3 sind parallel zueinander geschaltet. Der Steuerschalter 7 ist parallel zu der Zenerdiode 3 und dem Halbleiterschaltelement 10 geschaltet. Die Zenerdiode 3 ist so geschaltet, dass sie eine Leitungsrichtung entgegengesetzt zu der des Halbleiterschaltelements 10 aufweist. Die Zenerdiode 3 weist eine Kathode, die mit einem zweiten Ende des Widerstands 2 und einem ersten Ende des Steuerschalters 7 verbunden ist, und eine Anode, die mit dem zweiten Ende des Steuerschalters 7 verbunden ist, auf. Der IC 151 ist mit dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Steuerschalters 7 verbunden.
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Der Widerstand 2 wird mit einem Grenzstrom versehen, der durch die Zenerdiode 3 fließt. Der Widerstandswert des Widerstands 2 ist auf einen Wert gesetzt, der einer ausreichenden Spannung ermöglicht, an die Zenerdiode 3 angelegt zu werden.
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2 ist ein Zeitablaufdiagramm, das einen Betrieb derart ausführt, dass die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform eine Ein-Spannung des Halbleiterschaltelements 10 erfaßt.
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Es wird Bezug genommen auf 2, GS stellt das Treibersignal an das Halbleiterschaltelement 10 dar, d. h. eine Gatespannung des Halbleiterschaltelements 10, Id stellt einen Drainstrom des Halbleiterschaltelements 10 dar, Vds stellt die Spannung zwischen dem Drain und der Source des Halbleiterschaltelements 10 dar, SWS stellt ein Steuersignal an den Steuerschalter 7 dar, und VZ stellt die Spannung über die Zenerdiode 3 dar.
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Das Treibersignal GS ist auf einem logischen Hochpegel in einer Periode von einem Zeitpunkt A zu einem Zeitpunkt B, und das Halbleiterschaltelement 10 ist einem EIN-Zustand während dieser Periode. Weiter ist das Treibersignal GS auf einem logischen Niedrigpegel in einer Periode von dem Zeitpunkt B zu A, und das Halbleiterschaltelement 10 ist in einem AUS-Zustand während dieser Periode.
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Das Steuersignal SWS weist einen Logikpegel entgegengesetzt zu dem des Treibersignals GS auf. Genauer, das Steuersignal SWS ist auf einem logischen Niedrigpegel in der Periode von dem Zeitpunkt A zu dem Zeitpunkt B und auf einem logischen Hochpegel in der Periode von dem Zeitpunkt B zu dem Zeitpunkt A.
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Es wird hier jetzt angenommen, dass die Halbleitervorrichtung 110 nicht den Steuerschalter 7 und die Zenerdiode 3 enthält. Bei solch einem Aufbau wird, wenn das Halbleiterschaltelement 10 aus ist, die Ausgangsspannung Vo der Leistungsversorgung 13 über den Drain und die Source des Halbleiterschaltelements 10 gelegt. Folglich wird das meiste der Ausgangsspannung Vo auch an die Spannungsmessschaltung 31 gelegt, die parallel zu dem Halbleiterschaltelement 10 geschaltet ist. Daher wird ein IC 151 mit einer Durchbruchsspannung höher als oder gleich der Ausgangsspannung Vo benötigt.
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Die Halbleitervorrichtung 10 enthält jedoch den Steuerschalter 7, und die Schaltsteuereinheit 15 schaltet den Steuerschalter 7 ein, wenn das Halbleiterschaltelement 10 aus ist. Das dieses die Spannung auf 0 V reduzieren kann, die an die Spannungsmessschaltung 31 angelegt wird, wird ein IC 151 mit einer Durchbruchsspannung höher oder gleich der Ausgangsspannung Vo nicht benötigt. Dieses kann auch eine Situation verhindern, in der eine hohe Spannung in dem IC 151 erfaßt wird, wenn das Halbleiterschaltelement 10 aus ist, und das Halbleiterschaltelement 10 fehlerhaft als in einem Überstromzustand bestimmt wird. Daher gibt es keine Notwendigkeit für den IC 151 eine Steuerung auszuführen, die nicht bestimmt, dass das Halbleiterschaltelement 10 in einem Überstromzustand ist, wenn das Halbleiterschaltelement 10 aus ist, und somit kann die Steuerung vereinfacht werden.
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Zusätzlich schaltet die Schaltsteuereinheit 15 den Steuerschalter 7 aus, wenn das Halbleiterschaltelement 10 ein ist. Z. B. schaltet die Schaltsteuereinheit 15 den Schalter 7 gleichzeitig aus, wenn sich das Halbleiterschaltelement 10 von einem AUS-Zustand zu einem EIN-Zustand ändert. Dadurch wird eine Spannung entsprechend der Ein-Spannung des Halbleiterschaltelements 10 über der Zenerdiode 3 angelegt.
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Durch die Schaltsteuerung, wie sie oben beschrieben wurde, wird die Spannung VZ mit einer Spannungswellenform, die auf eine Weise ähnlich zu der des Drainstroms Id variiert, wie in 2 gezeigt ist, über die Zenerdiode 3 angelegt und kann gemessen werden. Genauer, die Spannung VZ kann als die Ein-Spannung des Halbleiterschaltelements 10 erfaßt werden. Durch Erfassen der Ein-Spannung des Halbleiterschaltelements 10 kann Strom, der durch das Halbleiterschaltelement 10 fließt, erfaßt werden, und der Überstromzustand des Halbleiterschaltelements 10 kann erfaßt werden.
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Es sei angenommen, dass die Halbleitervorrichtung 101 nicht die Zenerdiode 3 enthält. Bei solch einem Aufbau wird, z. B wenn der Motor 8 ein Versagen zeigt und ein Kurzschluss auftritt, da der Schalter 7 ausgeschaltet wird, wenn das Halbleiterschaltelement 10 ein ist, eine Ausgangsspannung Vo über das Halbleiterschaltelement 10 und über den Schalter 7 angelegt, und sie können zusammenbrechen.
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Da jedoch die Halbleitervorrichtung 101 so aufgebaut ist, dass sie die Zenerdiode 3 enthält, ist die Spannung, die über das Halbleiterschaltelement 10 und über den Schalter 7 angelegt wird, geringer als oder gleich der Zenerspannung der Zenerdiode 3, selbst wenn der Motor 8 ein Versagen zeigt und ein Kurzschluss auftritt. Dadurch kann der Zusammenbruch des Halbleiterschaltelements 10 und des Schalters 7 verhindert werden.
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Da weiter die Spannung VZ nicht die Zenerspannung der Zenerdiode 3 in der Halbleitervorrichtung 101 überschreitet, braucht der IC 151 zum Messen der Spannung VZ keine hohe Durchbruchsspannung aufzuweisen. Daher kann der IC 151 leicht ausgelegt werden, und Größe und Kosten können verringert werden.
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Da zusätzlich die Durchbruchsspannung des Schalters 7 nur wenig größer als die Zenerspannung der Zenerdiode 3 zu sein braucht, wird der Strom, der durch den Schalter 7 fließt, durch den Widerstand 2 begrenzt, daher kann ein Schalter mit einer kleinen Kapazität benutzt werden. daher können Größe und Kosten verringert werden.
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Wie oben beschrieben worden ist, kann bei der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform die Spannung, die an das Halbleiterschaltelement angelegt wird, genau mit einem einfachen Aufbau gemessen werden. dadurch kann der Überstromzustand des Halbleiterschaltelements 10 genau erfaßt werden, und somit kann die Ausbeute verbessert werden.
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Es sei angemerkt, dass, obwohl beschrieben worden ist, das das Halbleiterschaltelement 10 z. B. ein MOSFET-Chip in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist, ist das Halbleiterschaltelement 10 nicht darauf begrenzt, und es kann ein anderes Halbleiterschaltelement wie ein IGBT sein.
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Obwohl beschrieben worden ist, dass die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform aufgebaut ist zum Enthalten der Zenerdiode 3, kann die Halbleitervorrichtung ungleich der Zenerdiode 3 irgendein Konstantspannungselement enthalten, das parallel zu dem Halbleiterschaltelement 10 geschaltet ist, zum Begrenzen der Spannung, die in der Leitungsrichtung des Halbleiterschaltelements 10 angelegt ist, auf einen vorgeschriebenen Wert. Beispiele solch eines Konstantspannungselements enthalten einen Varistor.
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Obwohl beschrieben worden ist, dass die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zum Benutzen der parasitären Diode des Halbleiterschaltelements 10 als eine Freilaufdiode aufgebaut ist, ist der Aufbau der Halbleitervorrichtung nicht darauf begrenzt. Er kann so aufgebaut sein, dass er zusätzlich mit einer SBD (Schottky-Barrierendiode) versehen ist mit einer kleinen Vorwärtsspannung oder Ähnlichem als Freilaufdiode zum Unterdrücken des Leistungsverbrauchs während der Regeneration des Motors 8, selbst wenn ein IGBT ohne eine parasitäre Diode als Halbleiterschaltelement 10 benutzt wird, oder selbst wenn ein MOSFET als ein Halbleiterschaltelement 10 benutz wird.
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<Zweite Ausführungsform>
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Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, bei der ein Konstantspannungselement, im Vergleich mit der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verändert ist. Mit Ausnahme des unten Beschriebenen ist die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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3 zeigt einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
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Bezugnehmend auf 3, eine Halbleitervorrichtung 102 enthält eine Spannungsmessschaltung 32 anstelle der Spannungsmessschaltung 31 im Vergleich mit der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Die Spannungsmessschaltung 32 enthält den Widerstand 2, eine Diodeneinheit 5, den Steuerschalter 7 und die Schaltsteuereinheit 15.
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Die Diodeneinheit 5 ist in Reihe mit dem Widerstand 2 geschaltet. Das Halbleiterschaltelement 10 und eine Reihenschaltung des Widerstands 2 und der Diodeneinheit 5 sind parallel zueinander geschaltet. Der Steuerschalter 7 ist parallel zu der Diodeneinheit 5 und dem Halbleiterschaltelement 10 geschaltet. Die Diodeneinheit 5 enthält eine Mehrzahl von Dioden, die in Reihe geschaltet sind, so dass sie eine Leitungsrichtung identisch zu der des Halbleiterschaltelements 10 aufweisen. Die Diodeneinheit 5 begrenzt die Spannung, die in der Leitungsrichtung des Halbleiterschaltelements 10 angelegt ist, auf einen vorgeschriebenen Wert.
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Die Spannungsmessschaltung 32 misst die Spannung zwischen dem Drain und der Source des Halbleiterschaltelements 10 durch Messen der Spannung VZ, die über die Diodeneinheit 5 angelegt ist.
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Bei der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform kann ein Maximalpegel der Spannung VZ durch Ändern der zahl der Dioden in der Diodeneinheit 5 eingestellt werden.
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Da andere Aufbauten und Tätigkeiten die gleichen wie jene der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, wird die detaillierte Beschreibung davon hier nicht wiederholt.
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Es wird angemerkt, dass, obwohl beschrieben worden ist, dass die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform aufgebaut ist zum Enthalten der Diodeneinheit 5, die Halbleitervorrichtung ein Halbleiterelement enthalten kann, das in zwei Richtungen leiten kann ungleich einer Diode, wie ein Varistor. Ebenfalls kann mit solch einem Aufbau ein Effekt ähnlich zu der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform erzielt werden.
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<Dritte Ausführungsform>
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Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die zusätzlich mit einer Funktion des Einstellens der Spannung VZ versehen ist, wenn mit der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verglichen wird. Mit Ausnahme des unten Beschriebene ist die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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4 zeigt einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
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Bezugnehmend auf 4, die Halbleitervorrichtung 103 enthält eine Spannungsmessschaltung 33 anstelle der Spannungsmessschaltung 31 im Vergleich mit der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Die Spannungsmessschaltung 33 enthält den Widerstand 2, die Zenerdiode 3, den Steuerschalter 7, die Schaltsteuereinheit 15 und einen Widerstand 24. Der Widerstand 24 ist in Reihe mit dem Widerstand 2 geschaltet und parallel zu dem Halbleiterschaltelement 10, dem Diodenelement 11, der Zenerdiode 3 und dem Steuerschalter 7 geschaltet.
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In der Halbleitervorrichtung 101 der ersten Ausführungsform wird die Spannung zwischen dem Drain und der Source des Halbleiterschaltelements 10 in einem EIN-Zustand, d. h. die Ein-Spannung, über die Zenerdiode 3 angelegt.
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Andererseits kann bei der Halbleitervorrichtung 103 der dritten Ausführungsform die Ein-Spannung des Halbleiterschaltelements 10 durch den Widerstand 2 und den Widerstand 24 geteilt werden, und somit kann der Maximalpegel der Spannung VZ, die über die Zenerdiode 3 angelegt wird, eingestellt werden.
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Der Pegel der Spannung VZ kann auch durch Ersetzen des Widerstands 2 durch eine Mehrzahl von Widerständen eingestellt werden, die in Reihe geschaltet sind, oder durch Einstellen des Widerstandswerts des Widerstands 2.
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Da die anderen Aufbauten und Tätigkeiten die gleichen wie jene der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, wird die detaillierte Beschreibung davon hier nicht wiederholt.
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<Vierte Ausführungsform>
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Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die zusätzlich mit einer Funktion des Stabilisierens der Spannung VZ versehen ist, im Vergleich mit der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Mit Ausnahme des unten Beschriebenen, ist die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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5 zeigt einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 5, eine Halbleitervorrichtung 104 enthält eine Spannungsmessschaltung 34 anstelle der Spannungsmessschaltung 31 im Vergleich mit der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Die Spannungsmessschaltung enthält den Widerstand 2, die Zenerdiode 3, den Steuerschalter 7, die Schaltsteuereinheit 15 und einen Kondensator 4. Der Kondensator 4 ist in Reihe mit dem Widerstand 2 geschaltet und parallel zu dem Halbleiterschaltelement 10, dem Diodenelement 11, der Zenerdiode 3 und dem Steuerschalter 7 geschaltet.
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In der Halbleitervorrichtung 104 der vierten Ausführungsform kann eine plötzliche Änderung des Spannungspegels VZ aufgrund von Rauschen und Schwingen/Ringing, die verursacht werden, wenn das Halbleiterschaltelement 10 einen Übergang zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand ausführt, durch den Kondensator 4 unterdrückt werden. Dadurch kann eine Fehlfunktion in Bezug auf die Überstromerfassung verhindert werden.
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Da die anderen Aufbauten und Tätigkeiten die gleichen wie jene der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, wird die detaillierte Beschreibung davon hier nicht wiederholt.
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<Fünfte Ausführungsform>
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Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, bei der die Steuerung durch die Schaltsteuereinheit 15 verändert ist, im Vergleich mit der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Mit Ausnahme des unten Beschriebenen ist die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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6 ist ein Zeitablaufdiagramm, das einen Betrieb zeigt, in dem eine Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform die Ein-Spannung des Halbleiterschaltelements 10 erfaßt.
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Bezugnehmend auf 6, die Schaltsteuereinheit 15 hält den Steuerschalter 7, dass er in einem EIN-Zustand ist, bis eine vorbestimmte Zeit abläuft, nachdem das Halbleiterschaltelement 10 eingeschaltet ist, und sie schaltet den Steuerschalter 7 aus, nachdem die vorbestimmte Zeit abläuft.
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Genauer, das Steuersignal SWS ist auf einem logischen Hochpegel in der Periode von dem Zeitpunkt B zu dem Zeitpunkt A, und der Steuerschalter 7 ist in einem EIN-Zustand während dieser Periode. Das Steuersignal SWS bleibt auf dem logischen Hochpegel, bis eine vorbestimmte nach dem Zeitpunkt A abläuft, und der Steuerschalter 7 wird in dem EIN-Zustand während dieser Periode gehalten. Dann nimmt das Steuersignal SWS einen logischen Niedrigpegel an, nachdem die vorbestimmte Zeit nach dem Zeitpunkt A abläuft, und der Steuerschalter 7 ist in einem AUS-Zustand, während einer Periode bis zu dem Zeitpunkt B.
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Mit solch einem Aufbau kann eine plötzliche Änderung in dem Spannungspegel VZ aufgrund von Rauschen und Ähnlichem, das verursacht wird, wenn das Halbleiterschaltelement 10 einen Übergang von einem AUS-Zustand zu einem EIN-Zustand ausführt, verhindert werden, und eine Fehlfunktion im Hinblick auf die Überstromerfassung kann verhindert werden.
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Da die anderen Aufbauten und Tätigkeiten die gleichen sind, wie jene der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, wird die detaillierte Beschreibung davon hier nicht wiederholt.
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<Sechste Ausführungsform>
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Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, bei der die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform modularisiert ist. Mit Ausnahme des unten Beschriebenen ist die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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7 zeigt einen Aufbau der Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform.
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Bezugnehmend auf 7, die Halbleitervorrichtung 106 enthält weiter ein Gehäuse K, Treiberanschlüsse TD1 und TD2 und Überwachungsanschlüsse TM1 und TM2 im Vergleich mit der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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Das Gehäuse K nimmt das Halbleiterschaltelement 10, das Diodenelement 11, die Klemmdiode 12 und die Spannungsmessschaltung 31 auf. Die Treiberanschlüsse TD1 und TD2 und die Überwachungsanschlüsse TM1 und TM2 sind an dem Gehäuse K angebracht.
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Das Treibersignal GS wird von der Außenseite des Gehäuses K an das Gate des Halbleiterschaltelements 10 durch den Treiberanschluss TD1 geliefert. Die Spannung VZ, die über die Zenerdiode 3 angelegt ist, wird an den IC 151, die außerhalb des Gehäuses K angeordnet ist, durch die Überwachungsanschlüsse TM1 und TM2 geliefert.
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Mit solch einem Aufbau kann die Ein-Spannung des Halbleiterschaltelements 10 leicht außerhalb der Halbleitervorrichtung 106 gemessen werden.
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Da die anderen Aufbauten und Tätigkeiten die gleichen wie jene der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, wird die detaillierte Beschreibung davon hier nicht wiederholt.
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<Siebte Ausführungsform>
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Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, bei der die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform als ein IPM (intelligentes Leistungsmodul) implementiert ist. Mit Ausnahme des unten Beschriebenen ist die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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8 zeigt einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 8, eine Halbleitervorrichtung 107 enthält weiter das Gehäuse K, einen Fehleranschluss TE, eine Treibereinheit 16 und eine Überstromerfassungseinheit 17 im Vergleich zu der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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Das Gehäuse K nimmt das Halbleiterschaltelement 10, das Diodenelement 11, die Klemmdiode 12, die Spannungsmessschaltung 31, die Treibereinheit 16 und die Überstromerfassungseinheit 17 auf. Der Fehleranschluss TE ist an dem Gehäuse K angebracht.
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Die Treibereinheit 16 gibt das Treibersignal GS zum Treiben des Halbleiterschaltelements 10 an das Gate des Halbleiterschaltelements 10 aus.
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Die Überstromerfassungseinheit 17 führt eine Steuerung zum Stoppen einer Ausgabe des Treibersignals GS an das Halbleiterschaltelement 10 durch die Treibereinheit 16 zum Ausschalten des Halbleiterschaltelements 10, auf der Grundlage des Messresultats der Spannungsmessschaltung 31 aus, d. h. eine Größe der Spannung VZ, die über die Zenerdiode 3 angelegt ist. Die Überstromerfassungseinheit 17 gibt auch ein Fehlersignal ab, das anzeigt, dass das Halbleiterschaltelement 10 sich in einem Überstromzustand befindet, zu der Außenseite des Gehäuses K durch den Anschluss TE auf der Grundlage des Messresultats der Spannungsmessschaltung 31 aus.
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Da, wie oben beschrieben, die Halbleitervorrichtung 107 sowohl die Treibereinheit 16a als auch die Überstromerfassungseinheit 17 enthält, die eine Funktion des Abschneidens des Treibersignals GS innerhalb eines Moduls aufweist, kann eine Reaktionsgeschwindigkeit auf den Überstrom vergrößert werden, und somit kann ein Zusammenbruch des Halbleiterschaltelements vermieden werden. Da weiter die Länge einer Leitung zum Übertragen der Spannung VZ verkürzt werden kann, wird die Spannung VZ, die zu der Überstromerfassungseinheit 17 übertragen wird, weniger wahrscheinlich durch Rauschen und Ähnliches beeinflusst, und somit kann eine Fehlfunktion, hinsichtlich der Überstromerfassung, verhindert werden.
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Zusätzlich sind in der Halbleitervorrichtung 107 die Spannungsmessschaltung 31, die Treibereinheit 16 und die Überstromerfassungseinheit 17, z. B. in einer integrierten Schaltung 41, enthalten, d. h. auf einem Halbleiterchip. Dadurch kann eine Verringerung in der Größe und Kosten eines gesamten Moduls und eine verbesserte Zusammenbautätigkeit erzielt werden.
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Da die anderen Aufbauten und Tätigkeiten die gleichen wie jene der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, wird die detaillierte Beschreibung davon hier nicht wiederholt.
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<Achte Ausführungsform>
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Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, bei der die Art des Halbleiterschaltelements im Vergleich mit der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verändert ist. Mit Ausnahme des unten Beschriebenen ist die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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9 zeigt einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 9, eine Halbleitervorrichtung 108 enthält ein Halbleiterschaltelement 20 und ein Diodenelement 21 anstatt des Halbleiterschaltelements 10 und des Diodenelements 11, im Vergleich zu der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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Das Halbleiterschaltelement 20 und das Diodenelement 21 sind aus Siliziumcarbid (SiC) gebildet.
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Da Siliziumcarbid eine hohe Spannungswiderstandsfähigkeit aufweist, kann eine erlaubte Stromdichte erhöht werden, und somit können die Größen des Halbleiterschaltelements und des Diodenelements verringert werden. Daher kann bei der Halbleitervorrichtung gemäß der achten Ausführungsform eine weitere Größenverringerung, im Vergleich zu der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, erzielt werden.
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Es sei angemerkt, dass, obwohl beschrieben worden ist, dass die Halbleitervorrichtung gemäß der achten Ausführungsform aufgebaut ist zum Enthalten des Halbleiterschaltelements 20 und des Diodenelements 21, die aus Siliziumcarbid (SiC) gebildet sind, der Aufbau der Halbleitervorrichtung nicht darauf begrenzt ist, und die Halbleitervorrichtung kann so aufgebaut sein, dass mindestens eins von dem Halbleiterschaltelement und dem Diodenelement aus Siliziumcarbid (SiC) gebildet ist.
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Da die anderen Aufbauten und Tätigkeiten die gleichen wie jene der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform sind, wird die detaillierte Beschreibung davon hier nicht wiederholt.
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Obwohl jede Ausführungsform für sich beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann klar, dass die Ausführungsformen auch miteinander kombiniert werden können.
