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[Technisches Umfeld]
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung und spezieller eine Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung, die Gleichtaktrauschen reduzieren kann.
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[Technischer Hintergrund]
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7 zeigt ein Beispiel einer konventionellen Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung. Eine Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung 101 und eine elektrische Last 130, wie ein Motor, ein Solenoid oder eine Lampe, sind durch zwei parallele Kabelbäume 120a und 120b verbunden. Einer der Kabelbäume 120a ist mit einer Anschlussklemme 141 an der Hochpotentialseite einer Gleichstromversorgung verbunden. Der andere Kabelbaum 120b ist mit der Tiefpotentialseite der Gleichstromversorgung – das heißt, der Erdung – über ein Schaltmittel 113 der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung 101 verbunden. Die der elektrischen Last zugeführte Energie ist Pulsbreitenmodulation (PWM), die durch Einschalten und Abschalten des Schaltmittels 113 mit einer hohen Frequenz gesteuert wird.
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Das Potential von einem der Kabelbäume 120a in Bezug auf die Erdung ist übrigens auf das Potential der Hochpotentialseite der Gleichstromversorgung festgelegt. Im Unterschied dazu ändert sich das Potential des anderen Kabelbaums 120b wiederholt zwischen dem Erdpotential und der Stromversorgungsspannung entsprechend dem Ein/Aus des Schaltmittels 113. Das durchschnittliche Potential der beiden Kabelbäume 120a und 120b in Bezug auf das Erdpotential – das bedeutet, das Gleichtaktpotential Vcom – ändert sich daher auch wiederholt zwischen „1/2 x Stromversorgungsspannung“ und „Stromversorgungsspannung“. Bekanntermaßen wird in Folge davon Gleichtaktrauschen erzeugt.
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Ein Beispiel einer Technik zur Unterdrückung der Erzeugung von Gleichtaktrauschen ist daher in der unten genannten Patentreferenz 1 beschrieben. Gemäß der in Patentreferenz 1 beschriebenen Technik werden das Potential des Kabelbaums an der Seite der positiven Elektrode und das Potential des Kabelbaums an der Seite der negativen Elektrode dazu gebracht, symmetrisch zu fluktuieren. Das Gleichtaktpotential ist infolgedessen fest, und seine Fluktuationen werden unterdrückt. Der Gleichtaktstrom ist daher reduziert, und die Erzeugung von Gleichtaktrauschen wird unterdrückt.
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[Referenzen des Standes der Technik]
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[Patentreferenzen]
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- [Patentreferenz 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 2010-41908
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[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden]
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In der in Patentreferenz 1 beschriebenen Technik muss jedoch auf der Ausgangsseite der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung ein Transformator angeordnet werden. Daraus ergeben sich die Probleme, dass sowohl die Größe als auch die Kosten der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung zunehmen. Der Transformator muss insbesondere im Fall eines großen Laststroms auch groß sein, und infolgedessen treten derartige Probleme besonders in den Vordergrund.
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In der
US 2002/0 005 748 A1 sind ein System und ein Verfahren zur Ansteuerung einer Last unter Verwendung einer H-Schaltung oder Vollbrücke als bekannt offenbart. Die H-Schaltung umfasst eine H-Brücke, die aus zwei komplementären Verbindungsschaltkreisen besteht, von denen jeder aus einem p-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (p-Kanal-MOS-FET) als und einem n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (n-Kanal-MOS-FET) aufgebaut ist. Innerhalb jedes der komplementären Verbindungsschaltkreise ist der S-Anschluss des p-Kanal-MOS-FETs mit der Hochpotentialseite (VCC) einer Gleichstromversorgung verbunden, während der S-Anschluss des n-Kanal-MOS-FETs mit der Tiefpotentalseite (GND) verbunden ist. Die D-Anschlüsse des p-Kanal-MOS-FETs und des n-Kanal-MOS-FETs sind miteinander verbunden. Zur Steuerung der H-Schaltung ist eine Logik-Schaltung vorgesehen, von der Signalausgänge über jeweils vorgeschaltete Puffer direkt zu den G-Anschlüssen der verschiedenen MOS-FETs der komplementären Verbindungsschaltkreise führen. Mit dem beschriebenen System, in dem die H-Schaltung insgesamt vier Schalter benötigt, ist sowohl die Größe der an der Last anliegenden Spannung als auch deren Polarität einstellbar.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine kleine und preiswerte Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung bereitzustellen, die Gleichtaktrauschen reduzieren kann, ohne einen Transformator zu verwenden.
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[Mittel zur Lösung der Probleme]
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Die Aufgabe wird mit einer Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Um das obige Ziel zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung eine Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung, deren PWM die Zufuhr von Energie zu einer elektrischen Last steuert, die ein erstes Schaltmittel, das zwischen einer Anschlussklemme auf der Hochpotentialseite einer Gleichstromversorgung und einer Anschlussklemme der elektrischen Last verbunden ist, ein zweites Schaltmittel, das zwischen einer Anschlussklemme auf der Tiefpotentialseite der Gleichstromversorgung und der anderen Anschlussklemme der elektrischen Last verbunden ist, ein Steuermittel, welches das erste Schaltmittel und das zweite Schaltmittel so steuert, dass diese jeweils zeitgleich mit der gleichen Frequenz und dem gleichen Einschaltverhältnis ausgeschaltet werden, und ein Synchronisationsmittel umfasst, welches die Ausschaltzeitgebung des ersten Schaltmittels und die Ausschaltzeitgebung des zweiten Schaltmittels synchronisiert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind somit auf der Hochpotentialseite beziehungsweise Tiefpotentialseite einer Gleichstromversorgung ein erstes Schaltmittel beziehungsweise ein zweites Schaltmittel bereitgestellt und so konfiguriert, dass die elektrische Last getrennt wird. Infolgedessen können der Hochpotentialseitenausgang und der Tiefpotentialseitenausgang der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung unabhängig getrennt werden. Die Potentialänderung des Kabelbaums auf der Hochpotentialseite und die Potentialänderung des Kabelbaums auf der Tiefpotentialseite können aus diesem Grunde symmetrisch gemacht werden, ohne einen Transformator zu verwenden. Das von den Kabelbäumen ausgestrahlte Rauschen kann infolgedessen mithilfe einer einfachen Struktur ohne Änderungen am Gleichtaktpotential reduziert werden.
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Die Ausschaltzeitgebungsbeziehung zwischen dem ersten Schaltmittel und dem zweiten Schaltmittel wird zudem von einem Synchronisationsmittel gesteuert. Daher kann die Synchronizität zwischen der Spannungsänderung des Hochpotentialseitenausgangs und der Spannungsänderung des Tiefpotentialseitenausgangs der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung optimal justiert werden. Infolgedessen lässt sich Fluktuation des Gleichtaktpotentials leicht unterdrücken.
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Das Synchronisationsmittel umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten Rückkopplungsschaltkreis, der konfiguriert ist, um das erste Schaltmittel von ein nach aus zu schalten, wenn das zweite Schaltmittel von ein nach aus geschaltet wird, und um das erste Schaltmittel von aus nach ein zu schalten, wenn das zweite Schaltmittel von aus nach ein geschaltet wird, und einen zweiten Rückkopplungsschaltkreis, der konfiguriert ist, um das zweite Schaltmittel von ein nach aus zu schalten, wenn das erste Schaltmittel von ein nach aus geschaltet wird, und um das zweite Schaltmittel von aus nach ein zu schalten, wenn das erste Schaltmittel von aus nach ein geschaltet wird.
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Das erste Schaltmittel wird infolgedessen durch den ersten Rückkopplungsschaltkreis sofort in Reaktion auf die Ausschaltung des zweiten Schaltmittels ausgeschaltet. Das zweite Schaltmittel wird auch durch den zweiten Rückkopplungsschaltkreis sofort in Reaktion auf die Ausschaltung des ersten Schaltmittels ausgeschaltet. Der Ausschaltvorgang kann aus diesem Grund leicht zwischen dem ersten Schaltmittel und dem zweiten Schaltmittel synchronisiert werden. Von den Kabelbäumen ausgestrahltes Rauschen kann infolgedessen ohne Änderungen am Gleichtaktpotential reduziert werden.
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In der vorliegenden Erfindung gibt vorzugsweise das Steuermittel auch zeitgleich ein erstes Steuersignal mit einem ersten Pegel und ein zweites Steuersignal mit einem dritten Pegel aus oder gibt zeitgleich ein erstes Steuersignal mit einem zweiten Pegel, welcher unter dem ersten Pegel liegt, und ein zweites Steuersignal mit einem vierten Pegel aus, welches höher als der dritte Pegel liegt, und das erste Schaltmittel umfasst eine erste Anschlussklemme, die mit einer Anschlussklemme an der Hochpotentialseite der Gleichstromversorgung verbunden ist, eine zweite Anschlussklemme, die mit einer Anschlussklemme der elektrischen Last verbunden ist, und eine erste Steueranschlussklemme, in die das erste Steuersignal von dem Steuermittel eingespeist wird, wobei, wenn das erste Steuersignal den ersten Pegel aufweist, das zweite Schaltmittel zwischen der ersten Anschlussklemme und der zweiten Anschlussklemme ausschaltet und sperrt, und wenn das erste Steuersignal den zweiten Pegel aufweist, das zweite Schaltmittel zwischen der ersten Anschlussklemme und der zweiten Anschlussklemme einschaltet und verbindet, und das zweite Schaltmittel eine dritte Anschlussklemme, die mit einer Anschlussklemme auf der Tiefpotentialseite der Gleichstromversorgung verbunden ist, eine vierte Anschlussklemme, die mit der anderen Anschlussklemme der elektrischen Last verbunden ist, und eine zweite Steueranschlussklemme umfasst, in die das zweite Steuersignal von dem Steuermittel eingespeist wird, wobei, wenn das zweite Steuersignal den drittern Pegel aufweist, das zweite Schaltmittel zwischen der dritten Anschlussklemme und der vierten Anschlussklemme ausschaltet und sperrt, und wenn das zweite Steuersignal den vierten Pegel aufweist, das zweite Schaltmittel zwischen der dritten Anschlussklemme und der vierten Anschlussklemme einschaltet und verbindet.
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Auf diese Weise können das erste und das zweite Schaltmittel simultan durch ein erstes Steuersignal des ersten Pegels (H-Pegel) und ein zweites Steuersignal des zweiten Pegels (L-Pegel), die gleichzeitig von dem Steuermittel ausgegeben werden, beide in den ausgeschalteten Zustand versetzt werden, und das erste und das zweite Schaltmittel können auch simultan durch ein erstes Steuersignal des dritten Pegels (L-Pegel) und ein zweites Steuersignal des vierten Pegels (H-Pegel), die simultan von dem Steuermittel ausgegeben werden, simultan in den eingeschalteten Zustand versetzt werden.
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In der vorliegenden Erfindung umfasst der erste Rückkopplungsschaltkreis ferner vorzugsweise einen ersten Kondensator, der mit der vierten Anschlussklemme des zweiten Schaltmittels und der ersten Steueranschlussklemme des ersten Schaltmittels verbunden ist, und der zweite Rückkopplungsschaltkreis umfasst einen zweiten Kondensator, der mit der zweiten Anschlussklemme des ersten Schaltmittels und der zweiten Steueranschlussklemme des zweiten Schaltmittels verbunden ist.
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Auf diese Weise kann eine Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung preisgünstig konfiguriert werden, welche die Erzeugung von Gleichtaktrauschen unterdrückt.
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In der vorliegenden Erfindung legt auch vorzugsweise, wenn das zweite Schaltmittel aus ist, der erste Rückkopplungsschaltkreis das Potential der Anschlussklemme an der Hochpotentialseite der Gleichstromversorgung an die erste Steueranschlussklemme des ersten Schaltmittels an, und wenn das Potential der ersten Steueranschlussklemme das Potential der Anschlussklemme an der Hochpotentialseite der Gleichstromversorgung ist, schaltet das erste Schaltmittel aus, und wenn das erste Schaltmittel aus ist, legt der zweite Rückkopplungsschaltkreis das Potential der Anschlussklemme an der Tiefpotentialseite der Gleichstromversorgung an die zweite Steueranschlussklemme des zweiten Schaltmittels an, und wenn das Potential der zweiten Steueranschlussklemme das Potential der Anschlussklemme an der Tiefpotentialseite der Gleichstromversorgung ist, schaltet das zweite Schaltmittel aus.
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Auf diese Weise wird das Potential der Anschlussklemme an der Hochpotentialseite der Gleichstromversorgung, wenn das zweite Schaltmittel ausschaltet, an die erste Steueranschlussklemme des ersten Schaltmittels angelegt, und das erste Schaltmittel schaltet auch aus. Wenn das erste Schaltmittel ausschaltet, wird auch das Potential der Anschlussklemme an der Tiefpotentialseite der Gleichstromversorgung – beispielsweise das Erdpotential – an die zweite Steueranschlussklemme des zweiten Schaltmittels angelegt, und das zweite Schaltmittel schaltet auch aus. Durch diese Vorgehensweise können das erste Schaltmittel und das zweite Schaltmittel synchronisiert werden.
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[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
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1 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2(a) ist ein Diagramm, welches die Änderung des Gleichtaktpotentials in dem Fall illustriert, wenn die Ausschaltzeitgebung des ersten Schaltmittels und des zweiten Schaltmittels synchronisiert sind; 2(b) ist ein Diagramm, welches die Änderung des Gleichtaktpotentials in dem Fall illustriert, wenn die Ausschaltzeitgebung des ersten Schaltmittels und des zweiten Schaltmittels nicht synchronisiert sind.
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3 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Messung des vom Kabelbaum ausgestrahlten Rauschens illustriert.
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4 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5 ist ein spezielleres Schaltkreisdiagramm einer Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7 ist ein Schaltkreisdiagramm einer konventionellen Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung.
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[Ausführungsformen]
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend in Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt ein Schaltkreisdiagramm einer Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 1 illustrierte Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung umfasst ein Steuermittel 10, ein Synchronisationsmittel 11, ein erstes Schaltmittel 12 und ein zweites Schaltmittel 13. Das erste Schaltmittel 12 und eine elektrische Last 30 sind über einen ersten Kabelbaum 20a verbunden. Das zweite Schaltmittel 13 und die elektrische Last 30 sind auch über den zweiten Kabelbaum 20b verbunden.
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Das Steuermittel 10 steuert das erste Schaltmittel 12 und das zweite Schaltmittel 13, dass diese jeweils mit der gleichen Frequenz und dem gleichen Einschaltverhältnis zeitgleich ausgeschaltet werden. Durch diese Vorgehensweise ist die der elektrischen Last 30 zugeführte Energie PWM-gesteuert. Das Steuermittel 10 weist eine erste Anschlussklemme T1 und eine zweite Anschlussklemme T2 auf. Ein erstes Steuersignal wird von der ersten Anschlussklemme T1 ausgegeben, und ein zweites Steuersignal wird von der zweiten Anschlussklemme T2 ausgegeben. Das Steuermittel 10 gibt simultan ein erstes Steuersignal des ersten Pegels (H-Pegel) und ein zweites Steuersignal des dritten Pegels (L-Pegel) aus und gibt auch simultan ein erstes Steuersignal des zweiten Pegels (L-Pegel), welches niedriger als der erste Pegel (H-Pegel) ist, und ein zweites Steuersignal des vierten Pegels (H-Pegel) aus, welches höher als der dritte Pegel (L-Pegel) ist.
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Die Elektrizität zu der elektrischen Last 30 wird mit einer vorgeschriebenen Frequenz (beispielsweise 25 KHz) entsprechend dem Einschaltverhältnis der ersten und zweiten Steuersignalausgaben von dem Steuermittel 10 getrennt. Infolgedessen ist die durchschnittliche Energie, die an die elektrische Last 30 angelegt wird, PWM-gesteuert, und die Drehzahl eines Motors oder Helligkeit einer Lampe als elektrische Last 30 wird variabel gesteuert.
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Das Synchronisationsmittel 11 synchronisiert auch die Ausschaltzeitgebung des ersten Schaltmittels 12 und die Ausschaltzeitgebung des zweiten Schaltmittels 13. Das Synchronisationsmittel 11 ist beispielsweise aus einem bekannte Pufferschaltkreis 11a aufgebaut. Die Laufzeitverzögerungszeit des Ausgabesignals ändert sich in Reaktion auf Eingangssignaländerungen des Pufferschaltkreises 11a, und die Anstiegs- und Abfallgeschwindigkeit des Ausgangssignals können unabhängig individuell justiert werden.
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Das erste Schaltmittel 12 ist zwischen einer Anschlussklemme 41 an der Hochpotentialseite einer Gleichstromversorgung 40 und einer der Anschlussklemmen 31a der elektrischen Last 30 verbunden. Das erste Schaltmittel 12 ist ein bipolarer pnp-Transistor, der einen Emitter (erste Anschlussklemme), der mit der Anschlussklemme 41 an der Hochpotentialseite der Gleichstromversorgung 40 verbunden ist, einen Kollektor (zweite Anschlussklemme), der mit einer der Anschlussklemmen 31a der elektrischen Last 30 verbunden ist, und eine Basis (erste Steueranschlussklemme) umfasst, in die ein erstes Steuersignal von dem Steuermittel 10 eingespeist wird. Der bipolare pnp-Transistor wird, wenn das erste Steuersignal auf dem ersten Pegel (H-Pegel) ist, ausgeschaltet und sperrt zwischen dem Emitter und dem Kollektor, und wenn das erste Steuersignal auf dem zweiten Pegel (L-Pegel) ist, schaltet er ein und verbindet zwischen dem Emitter und dem Kollektor.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Spannungen des ersten Steuersignals für den ersten Pegel (H-Pegel) und den zweiten Pegel (L-Pegel) gemäß den Arbeitscharakteristika des bipolaren pnp-Transistors des ersten Schaltmittels 12 festgelegt werden können.
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Das zweite Schaltmittel 13 ist zwischen einer Anschlussklemme an der Tiefpotentialseite der Gleichstromversorgung 30 – das heißt, der Erdung – und der anderen Anschlussklemme 31b der elektrischen Last 30 verbunden. Das zweite Schaltmittel 13 ist ein bipolarer npn-Transistor, der eine Anschlussklemme an der Tiefpotentialseite der Gleichstromversorgung 40 umfasst – das heißt, einen Emitter (dritte Anschlussklemme), der mit der Erdung verbunden ist, einen Kollektor (vierte Anschlussklemme), der mit der anderen Anschlussklemme 31b der elektrischen Last 30 verbunden ist, und einer Basis (zweite Steueranschlussklemme), in die das zweite Steuersignal von dem Steuermittel 10 eingespeist wird. Der bipolare npn-Transistor schaltet, wenn das zweite Steuersignal auf dem dritten Pegel (L-Pegel) ist, aus und sperrt zwischen dem Emitter und dem Kollektor, und wenn das zweite Steuersignal auf dem vierten Pegel (H-Pegel) ist, schaltet er ein und verbindet zwischen dem Emitter und dem Kollektor.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Spannungen des zweiten Steuersignals für den dritten Pegel (L-Pegel) und den vierten Pegel (H-Pegel) gemäß den Arbeitscharakteristika des bipolaren npn-Transistors des zweiten Schaltmittels 13 festgelegt werden können.
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Änderungen des Gleichtaktpotentials sind hier in 2 gezeigt. 2(a) ist ein Diagramm, welches die Änderung des Gleichtaktpotentials in dem Fall illustriert, wenn die Ausschaltzeitgebung des ersten Schaltmittels 12 und des zweiten Schaltmittels 13 synchronisiert werden. 2(b) ist ein Diagramm, welches die Änderung des Gleichtaktpotentials in dem Fall illustriert, wenn die Ausschaltzeitgebung des ersten Schaltmittels 12 und des zweiten Schaltmittels 13 nicht synchronisiert sind.
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Linie I von 2(a) zeigt die zeitliche Änderung am Ausgang des ersten Schaltmittels 12 – das bedeutet, das Potential des ersten Kabelbaums 20a, und Linie III zeigt die zeitliche Änderung am Ausgang des zweiten Schaltmittels 13 – das bedeutet, das Potential des zweiten Kabelbaums 20b. Linie II zeigt die zeitliche Änderung des Gleichtaktpotentials, welches das durchschnittliche Potentials des Kabelbaums 20a und des Kabelbaums 20b ist. Linie IV von 2(b) zeigt auch die zeitliche Änderung am Ausgang des ersten Schaltmittels 12 – das bedeutet, das Potential des ersten Kabelbaums 20a, und Linie VI zeigt die zeitliche Änderung am Ausgang des zweiten Schaltmittels 13 – das bedeutet, das Potential des zweiten Kabelbaums 20b. Linie V zeigt die zeitliche Änderung des Gleichtaktpotentials.
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Wenn der erste Schalter 12 ein ist, ist das Potential des Kabelbaums 20a in Bezug auf die Erde VB, wie durch Kurve I in 2(a) gezeigt wird. Da das Schaltmittel 13 in diesem Fall auch zur gleichen Zeit ein ist, ist das Potential des Kabelbaums 20b in Bezug auf die Erdung 0 V, wie durch Kurve III in 2(a) gezeigt wird. Das durchschnittliche Potential Vcom des Kabelbaums 20a und des Kabelbaums 20b ist somit 1/2 VB.
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Wenn das erste Schaltmittel 12 aus ist, sind die Spannungen der beiden Anschlussklemmen an der elektrischen Last 30 0 V, da das Schaltmittel 13 zur gleichen Zeit ebenfalls aus ist. Das Potential des Kabelbaums 20a und des Kabelbaums 20b in Bezug auf die Erdung ist in diesem Fall im Wesentlichen 1/2 VB, weil die Leckströme in dem ersten Schaltmittel 12 und dem zweiten Schaltmittel 13 im ausgeschalteten Zustand im Wesentlichen gleich sind. Wie durch Linie II in 2(a) gezeigt ist, ist das Gleichtaktpotential daher immer konstant auf im Wesentlichen 1/2 VB.
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Um die Gleichtaktpotentialkonstante auf 1/2 VB festzulegen, müssen die Neigungen der Zeitgebung der Ausgangsspannungsänderung des ersten Schaltmittels 12 und des zweiten Schaltmittels 13 sich während der Übergangsperiode übrigens entsprechen, während der das erste Schaltmittel 12 und das zweite Schaltmittel 13 von ein nach aus oder von aus nach ein wechseln.
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Wenn die Zeitgebung der Ausschaltvorgänge des ersten Schaltmittels 12 und des zweiten Schaltmittels 13 nicht synchronisiert ist, ist das durchschnittliche Ausgangspotential des ersten und des zweiten Schaltmittels 12 beziehungsweise 13 während der Übergangsperiode von ein nach aus oder von aus nach ein des Schaltmittels nicht 1/2 VB, und das Gleichtaktpotential ändert sich, wie in 2(b) gezeigt ist, zum gepulsten Zustand. Infolgedessen wird von den ersten und zweiten Kabelbäumen 20a und 20b Gleichtaktrauschen erzeugt.
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In der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform gehen PWM-Signalausgaben durch das Steuermittel 10 – das bedeutet, das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal – in das Synchronisationsmittel 11 ein und werden von dem Synchronisationsmittel 11 an das erste Schaltmittel 12 und das zweite Schaltmitte 13 ausgegeben. Durch geeignete Justierung der Charakteristika des Pufferschaltkreises 11a, der das Synchronisationsmittel 11 bildet, ändert sich die Laufzeitverzögerungszeit des Ausgabesignals in Reaktion auf Eingabesignalveränderungen des Pufferschaltkreises 11a, und die Anstiegs- und Abfallgeschwindigkeit des Ausgangssignals können unabhängig individuell justiert werden, und die Ausgangsspannungsübergänge des Schaltmittels 12 und des Schaltmittels 13 werden in der Übergangsperiode symmetrisch gemacht. Das bedeutet, wie durch Linie I und Linie III in 2(a) gezeigt ist, dass der Pufferschaltkreis 11a derart justiert wird, so dass der Ausgabewert des ersten Schaltmittels 12 und der Ausgabewert des zweiten Schaltmittels in Bezug auf Linie II symmetrisch sind.
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Hier ist 3 ein Graph, der die Ergebnisse der Messung des vom Kabelbaum ausgestrahlten Rauschens illustriert. Die horizontale Achse des Graphen zeigt den Logarithmus der Frequenz (MHz) des abgestrahlten Rauschens, und die vertikale Achse zeigt die Intensität (dBmW) des abgestrahlten Rauschens. In dem Graphen zeigt Kurve D1 die Messergebnisse der Intensität des abgestrahlten Rauschens unter Verwendung der konventionellen Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung, die in 7 gezeigt ist, unter den Bedingungen:
Energieversorgungsspannung = 12 V, PWM-Frequenz = 25 KHz, PWM-Einschaltverhältnis = 80 %, Laststrom = 8 A und Kabelbaumlänge = 2 m. Wie durch Kurve D1 gezeigt wird, wurde im Frequenzbereich von 100 KHz bis 30 MHz ein abgestrahltes Rauschen von maximal –50 dBmW gemessen.
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Kurve D2 zeigt im Gegensatz dazu die Messergebnisse der Intensität des abgestrahlten Rauschens der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung von dieser in 1 gezeigten Ausführungsform unter den gleichen Bedingungen wie oben. Durch Vergleich von Kurve D1 und Kurve D2 ist ersichtlich, dass das abgestrahlte Rauschen wesentlich abnimmt, wenn die Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung nach dieser Ausführungsform verwendet wird.
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Als nächstes wird eine Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben.
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4 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Konfiguration der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform, abgesehen vom Synchronisationsschaltkreis 11. Die detaillierten Beschreibungen der konstituierenden Elemente, die mit der ersten Ausführungsform identisch sind, werden weggelassen.
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Der Synchronisationsschaltkreis 11 in der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist aus einem ersten Rückkopplungsschaltkreis 111, der Signalübertragung von der Ausgangsanschlussklemme (Kollektor) des zweiten Schaltmittels 13 zu der Eingangsanschlussklemme (Basis) des ersten Schaltmittels 12 durchführt, und einem zweiten Rückkopplungsschaltkreis 112 aufgebaut, der Signalübertragung von der Ausgangsanschlussklemme (Kollektor) des ersten Schaltmittels 12 zu der Eingangsanschlussklemme (Basis) des zweiten Schaltmittels 13 durchführt.
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Der erste Rückkopplungsschaltkreis 111 ist so konfiguriert, um das erste Schaltmittel 12 von ein nach aus zu schalten, wenn das zweite Schaltmittel 13 von ein nach aus geschaltet wird, und um das erste Schaltmittel 12 von aus nach ein zu schalten, wenn das zweite Schaltmittel 13 von aus nach ein geschaltet wird. Der zweite Rückkopplungsschaltkreis 112 ist auch konfiguriert, um das zweite Schaltmittel 13 von ein nach aus zu schalten, wenn das erste Schaltmittel 12 von ein nach aus geschaltet wird, und um das zweite Schaltmittel 13 von aus nach ein zu schalten, wenn das erste Schaltmittel 12 von aus nach ein geschaltet wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausgangsgleichtaktspannung Vcom wegen des Leckstroms des ersten Schaltmittels 12 und des zweiten Schaltmittels 13 im ausgeschalteten Zustand normalerweise im Wesentlichen 1/2 VB ist, wenn die ersten und zweiten Schaltmittel 12 und 13 aus sind. Es kann jedoch wegen des Ungleichgewichts des Vormagnetisierungsstroms, der von dem zweiten Schaltmittel 13 zu dem ersten Rückkopplungsschaltkreis 111 fließt, und des Vormagnetisierungsstroms, der von dem ersten Schaltmittel 12 zu dem zweiten Rückkopplungsschaltkreis 112 fließt, auch Fälle geben, in denen die Ausgangsgleichtaktspannung Vcom nicht 1/2 VB ist, wenn die ersten und zweiten Schaltmittel 12 und 13 ausgeschaltet sind. In diesem Fall, der in 4 dargestellt ist, können beiden Anschlussklemmen des ersten Schaltmittels 12 und beiden Anschlussklemmen des zweiten Schaltmittels jeweils ein Widerstand 12a beziehungsweise Widerstand 13a mit dem gleichen Wert zugefügt werden. Selbst wenn die elektrische Last 30 im ausgeschalteten Zustand ist, wird durch den Widerstand 12a und den Widerstand 13a jedoch weiter Strom zugeführt, und der Widerstandswert von Widerstand 12a und Widerstand 13a sollten daher so gewählt werden, dass dies zu einem minimalen Strom führt.
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5 zeigt zudem ein spezielleres Schaltkreisdiagramm der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. In dem in 5 gezeigten Beispiel ist der erste Rückkopplungsschaltkreis ein erster Kondensator 111c, der mit dem Kollektor (vierte Anschlussklemme) des zweiten Schaltmittels 13 und der Basis (erste Steueranschlussklemme) des ersten Schaltmittels 12 verbunden ist. Der zweite Rückkopplungsschaltkreis ist auch ein zweiter Kondensator 112c, der mit dem Kollektor (zweite Anschlussklemme) des ersten Schaltmittels 12 und der Basis (zweite Steueranschlussklemme) des zweiten Schaltmittels 13 verbunden ist.
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Der erste Kondensator 111c arbeitet so, dass er, wenn das zweite Schaltmittel 13 ausschaltet, die Eingangsspannung des ersten Schaltmittels 12 so erhöht, dass das erste Schaltmittel 12 gezwungenermaßen ausgeschaltet wird. Der erste Kondensator 111c arbeitet auch so, dass er, wenn das Schaltmittel 13 einschaltet, die Eingangsspannung des Schaltmittels 12 so verringert, dass das erste Schaltmittel 12 gezwungenermaßen ausgeschaltet wird. Der zweite Kondensator 112c arbeitet zudem so, dass er, wenn das erste Schaltmittel 12 ausschaltet, die Eingangsspannung des zweiten Schaltmittels 13 so verringert, dass das zweite Schaltmittel 13 gezwungenermaßen ausgeschaltet wird. Der zweite Kondensator 112c arbeitet auch so, dass er, wenn das erste Schaltmittel 12 ausschaltet, die Eingangsspannung des zweiten Schaltmittels 13 so erhöht, dass das zweite Schaltmittel 13 gezwungenermaßen ausgeschaltet wird.
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Durch diese Konfiguration können der erste Rückkopplungsschaltkreis 111 und der zweite Rückkopplungsschaltkreis 112 durch eine einfache Konfiguration gebildet werden, ohne dass ein Transistor verwendet wird. Aus diesem Grund kann eine kleine Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung mit geringen Kosten bereitgestellt werden.
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Als nächstes wird eine Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben.
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6 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Konfiguration der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform ist die gleiche wie diejenige der ersten und zweiten Ausführungsformen, abgesehen vom Synchronisationsschaltkreis 11. Die detaillierten Beschreibungen der konstituierenden Elemente, die mit den ersten und zweiten Ausführungsform identisch sind, werden weggelassen.
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Der Synchronisationsschaltkreis 11 in der Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, ist über den Kondensator 111c, Transistor 111a und Transistor 111b von der Ausgangsanschlussklemme (Kollektor) des zweiten Schaltmittels 13 mit der Eingangsanschlussklemme (Basis) des ersten Schaltmittels 12 verbunden und bildet den ersten Rückkopplungsschaltkreis 111. Er ist auch über den Kondensator 112c, Transistor 112a und Transistor 112b von der Ausgangsanschlussklemme (Kollektor) des ersten Schaltmittels 12 mit der Eingangsanschlussklemme (Basis) des zweiten Schaltmittels 13 verbunden und bildet den zweiten Rückkopplungsschaltkreis 112.
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Wenn das zweite Schaltmittel 13 mit dem Übergang von ein nach aus beginnt und die Ausgangsspannung des zweiten Schaltmittels 13 zu steigen beginnt, wird der Transistor 111a über den Kondensator 111c eingeschaltet und gleichzeitig schaltet der Transistor 111b ein. Wenn das zweite Schaltmittel 13 abschaltet, wird infolgedessen das Potential (VB) der Anschlussklemme 41 an der Hochpotentialseite der Gleichstromversorgung 40 an die Basis (erste Steueranschlussklemme) des ersten Schaltmittels 12 angelegt. Wenn das Potential dieser Basis (erste Steueranschlussklemme) das Potential (VB) der Anschlussklemme 41 an der Hochpotentialseite der Gleichstromversorgung 40 ist, schaltet das erste Schaltmittel 12 aus. Das Schaltmittel 12 wird aus diesem Grund ungeachtet des Pegels der Anschlussklemme T1 des Steuermittels 10 gezwungenermaßen ausgeschaltet.
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Wenn das zweite Schaltmittel 13 mit dem Übergang von aus nach ein beginnt und die Ausgangsspannung des zweiten Schaltmittels 13 zu sinken beginnt, wird der Transistor 111a über den Kondensator 111c ausgeschaltet und gleichzeitig schaltet der Transistor 111b aus. Ein Signal für das Steuermittel 10, um das Schaltmittel 12 über die Anschlussklemme T1 einzuschalten, wird infolgedessen zugelassen, und das Schaltmittel 12 schaltet ein.
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Wenn das erste Schaltmittel 12 mit dem Übergang von ein nach aus beginnt und die Ausgangsspannung des ersten Schaltmittels 12 zu sinken beginnt, wird der Transistor 112a über den Kondensator 112c eingeschaltet und gleichzeitig schaltet der Transistor 112b ein. Wenn das erste Schaltmittel 12 ausschaltet, wird infolgedessen das Potential der Anschlussklemme an der Tiefpotentialseite der Gleichstromversorgung 40 – das bedeutet, das Erdpotential (0 V) – an die Basis (zweite Steueranschlussklemme) des zweiten Schaltmittels 13 angelegt. Wenn das Potential dieser Basis (zweite Steueranschlussklemme) das Erdpotential (0 V) der Anschlussklemme an der Tiefpotentialseite der Gleichstromversorgung 40 ist, schaltet das zweite Schaltmittel 13 aus. Das zweite Schaltmittel 13 wird aus diesem Grund ungeachtet des Zustands des Ausgangssignals an der Anschlussklemme T2 des Steuermittels 10 gezwungenermaßen ausgeschaltet.
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Wenn das erste Schaltmittel 12 mit dem Übergang von aus nach ein beginnt und die Ausgangsspannung des ersten Schaltmittels 12 zu steigen beginnt, wird der Transistor 112a über den Kondensator 112c ausgeschaltet und gleichzeitig schaltet der Transistor 112b aus. Ein Signal für das Steuermittel 10, um das Schaltmittel 13 über die Anschlussklemme T2 einzuschalten, wird infolgedessen zugelassen, und das zweite Schaltmittel 13 schaltet ein.
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Wie bereits beschrieben werden das erste Schaltmittel 12 und das zweite Schaltmittel 13 einfach durch Übergang eines PWM-Signals, das simultan das Schaltmittel 12 und das Schaltmittel 13 von der Anschlussklemme T1 und der Anschlussklemme T2 des Steuermittels 10 trennt, so gesteuert, dass sich die Ausschaltzeitgebung und die Anstiegs- und Abfallgeschwindigkeit der Ausgangssignale des Schaltmittels automatisch durch die Aktion des Rückkopplungsschaltkreises 111 und des Rückkopplungsschaltkreises 112 entsprechen.
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Durch das Synchronisationsmittel 11, das die ersten und zweiten Rückkopplungsschaltkreise 111 und 112 dieser Ausführungsform umfasst, können die Ausschaltvorgänge des Schaltmittels selbst in Fällen stabil synchronisiert werden, in denen sich die Eingangs-/Ausgangs-Charakteristika des ersten und des zweiten Schaltmittels 12 und 13 infolge der Umgebungstemperatur oder individueller Nichteinheitlichkeit ändern. Infolgedessen kann eine Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung realisiert werden, die Änderungen im Gleichtaktpotential besser unterdrückt und weniger Rauschen erzeugt.
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Da die Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung der vorliegenden Erfindung wie bereits beschrieben ermöglicht, die Änderungen im Potential in Bezug auf die Erdung der Spannungssignale auf sowohl dem Hochpotentialseitenausgang als auch dem Tiefpotentialseitenausgang von den Ausgangsanschlussklemmen der Vorrichtung vollkommen zielgerichtet durchzuführen, ohne einen Transformator zu verwenden, ist es möglich, eine kleine Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung auf preisgünstige Weise herzustellen, in der sich das Gleichtaktpotential nicht ändert – das bedeutet, in der die Erzeugung von Gleichtaktrauschen unterdrückt wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den oben beschriebenen Ausführungsformen als Schaltmittel bipolare Transistoren verwendet werden, die Schaltmittel sind jedoch nicht darauf begrenzt. Als Schaltmittel kann beispielsweise ein MOSFET, Thyristor oder IGBT verwendet werden. In dem ersten Schaltmittel der Hochpotentialseite und dem zweiten Schaltmittel der Tiefpotentialseite können zudem Schaltelemente mit der gleichen Struktur verwendet werden (beispielsweise in beiden ein bekannter Nch-MOSFET oder in beiden ein NPN-Transistor), und einem der ersten oder zweiten Rückkopplungsschaltkreise 111 oder 112 kann ein Polaritätsinvertermittel zugefügt werden.
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Wenn die elektrische Last 30 eine bekannte induktive Last ist, kann zudem beiden Anschlussklemmen der Last eine bekannte Freilaufdiode zugefügt werden, um die Erzeugung von Stoßspannung zu unterdrücken, wenn die Last aus ist, und um den Strom konstant zu halten, der während des PWM-Antriebs in die Last fließt.
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Zudem kann ein bekannter RC-Löschschaltkreis zwischen dem Ausgang des ersten Schaltmittels 12 und dem Ausgang des zweiten Schaltmittels 13 (oder zwischen der Ausgangsanschlussklemme und Energieversorgung des ersten Schaltmittels 12 und zwischen der Ausgangsanschlussklemme und der Erdung des zweiten Schaltmittels 13) hinzugefügt werden, um Stoßspannungsrauschen durch parasitäre Induktivität der Kabelbäume 20a und 20b zu unterdrücken, wenn sie ein/aus-geschaltet werden.
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Die Konfiguration der ersten und zweiten Rückkopplungsschaltkreise 111 und 112, die in den Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtungen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, ist auch nicht auf die Konfiguration der Ausführungsformen begrenzt und kann innerhalb eines Umfangs, der von der Idee der vorliegenden Erfindung nicht abweicht, nämlich Operationszeitgebungssynchronisation des ersten Schaltmittels 12 und zweiten Schaltmittels 13 durchzuführen, frei modifiziert werden.
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[Industrielle Anwendbarkeit]
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Die Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht nur für den Zweck des Antriebs von elektrischen Lasten mit zwei Anschlussklemmen, wie einer Kraftstoffpumpenantriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs geeignet, sondern ist auch geeignet zum Antrieb von bürstenlosen Motorlasten mit drei oder mehr Anschlussklemmen oder als Gleichtaktrauschunterdrückungstechnik, die in Antriebsschaltkreisen und so weiter verwendet werden kann, die einen bekannten H-Brücken-Treiberschaltkreis verwenden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lastantriebs-Schaltkreisvorrichtung
- 10
- Steuermittel
- 11
- Synchronisationsmittel
- 12
- Erstes Schaltmittel
- 13
- Zweites Schaltmittel
- 20a
- Kabelbaum
- 20b
- Kabelbaum
- 30
- Elektrische Last
- 31a
- erste Anschlussklemme
- 31b
- zweite Anschlussklemme
- 40
- Energieversorgung
- 41
- dritte Anschlussklemme
- 111
- Erster Rückkopplungsschaltkreis
- 112
- Zweiter Rückkopplungsschaltkreis
