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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleitervorrichtungen und insbesondere eine Ansteuerschaltung für eine Halbeitervorrichtung.
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Wie z. B. in
JP2011-259529 offenbart ist, ist herkömmlich eine Ansteuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung bekannt, die eine Versorgung mit Steuerleistung von einer Umsetzer-Stromversorgungsschaltung empfängt. Die Vorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Veröffentlichung ist genauer eine Wechselrichterschaltung, die mit einer sogenannten Zweigschaltung ausgestattet ist, die ein Satz von Halbleiterschaltvorrichtungen, die in Reihe geschaltet sind, und eine Ansteuerschaltung, die jeder Halbleiterschaltvorrichtung dieser Zweigschaltung ein Ansteuersignal erteilt, ist. Diese Wechselrichterschaltung ermöglicht, dass eine Last eines Motors oder dergleichen angesteuert wird.
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Weiterer Stand der Technik enthält die Veröffentlichungen
JP2004-47937 und
JP2011-259531 .
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Wenn in einem Wechselrichtersystem, das die oben beschriebene Wechselrichterschaltung enthält, eine bestimmte Anomalie detektiert wird, hält die Ansteuerschaltung allgemein das Ausgeben eines Ansteuersignals und ebenfalls das Ansteuern der Halbleiterschaltvorrichtung an. Dies ermöglicht, den Betrieb des Wechselrichtersystems im Fall einer Anomalie anzuhalten und die Sicherheit sicherzustellen.
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In dem obigen Stand der Technik wird der Ansteuerschaltung Steuerleistung von der Wechselrichter-Stromversorgungsschaltung zugeführt. Die Steuerleistung wird durch Schalten einer in der Umsetzer-Stromversorgungsschaltung enthaltenen anderen Halbleiterschaltvorrichtung erzeugt. Herkömmlich arbeitet diese Umsetzeransteuerschaltung unabhängig von der Ansteuerschaltung.
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Selbst wenn die Ansteuerschaltung in diesem Fall wegen einer Anomalie in dem Wechselrichtersystem die Ausgabe anhält, versucht die Umsetzeransteuerschaltung die Steuerleistung unabhängig weiter zu erzeugen und zuzuführen. Dies führt zu einer Verschwendung von Steuerleistung, die der Ansteuerschaltung selbst im Fall einer Anomalie zugeführt wird, wenn die Ansteuerschaltung die Ausgabe ungeändert vom Normalbetrieb anhält, sodass es vom Standpunkt der Verringerung des Leistungsverbrauchs weiterhin Raum für Verbesserungen gibt.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 018 761 A1 offenbart eine Ansteuerschaltung, die für einen Leistungs-MOSFET geeignet ist, wobei die Ansteuerschaltung einen Eingangsanschluss umfasst, einen ersten Ausgangsanschluss, der ein aus dem Eingangssignal erzeugtes Ansteuersignal ausgibt, einen Steuerstromversorgungsanschluss, einen zweiten Ausgangsanschluss in einer Einrichtung zum Ausgeben eines Ausgangssignals, und einen Rücksetzsignalanschluss, der durch den ersten oder zweiten Eingangsanschluss der Einrichtung zum Ausgeben des Ausgangssignals gebildet ist, wobei bei Empfang eines Rücksetzsignals die Ausgabe des Ansteuersignals unterbunden wird und das Ausgangssignal geändert wird.
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Ferner zeigt die US 2013 / 0 120 890 A1 eine Transistorschutzschaltung als Ansteuerschaltung für einen Transistor, wobei die Ansteuerschaltung einen Eingangsanschluss zum Empfangen eines Eingangssignals umfasst, einen ersten Ausgangsanschluss, der ein aus dem Eingangssignal erzeugtes Ansteuersignal für die Gatespannung des Transistors ausgibt, einen Steuerstromversorgungsanschluss, der mit einer Stromversorgungserzeugungsvorrichtung verbunden ist und der von dieser eine Steuerstromversorgungsspannung empfängt, einen zweiten Ausgangsanschluss, der mit der Stromversorgungserzeugungsvorrichtung verbunden ist und der ein Ausgangssignal an die Stromversorgungserzeugungsvorrichtung abgibt, und einen Rücksetzsignalanschluss, der ein erstes Rücksetzsignal empfängt, wobei die Ausgabe des Ansteuersignals kurz nach dem Empfang des ersten Rücksetzsignals unterbunden wird und das Ausgangssignal in der Weise geändert wird, dass die Stromversorgungserzeugungsvorrichtung die Stromversorgungsspannung verringert. Dabei wird die Verringerung der Stromversorgungsspannung vornehmlich dazu benutzt, die Ansteuerspannung für den Transistor im Schutzfall bereits vor dem eigentlichen Abschaltvorgang abzusenken. Als Zusatzvorteil ist jedoch auch angegeben, die abgesenkte Versorgungsspannung auch noch anderweitig zu Versorgung von Schaltkreisen zu verwenden, um so einen abrupten Abbruch deren Operationsfähigkeit zu vermeiden. Dies gilt z. B. auch für einen Stand-by-Betrieb.
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Die Erfindung soll das oben beschriebene Problem lösen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung mit einem verringerten Leistungsverbrauch zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Ansteuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 7. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
- 1 einen Stromlaufplan einer Konfiguration einer Ansteuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung in Überein- stimmung mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 einen Stromlaufplan einer Konfiguration einer Ansteuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 einen Stromlaufplan einer Konfiguration einer Ansteuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 einen Stromlaufplan einer Konfiguration einer Ansteuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 einen Stromlaufplan einer Konfiguration einer Ansteuerschaltung für eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer fünften Ausführungsform der Erfindung; und
- 6 einen Stromlaufplan einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung zur Beschreibung von Problemen von Ausführungsformen der Erfindung.
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Erste Ausführungsform
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1 ist ein Stromlaufplan einer Konfiguration einer Ansteuerschaltung 1 für eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 1 veranschaulicht die Ansteuerschaltung 1 zusammen mit ihren Peripherieschaltungen.
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Die Ansteuerschaltung 1 ist mit einem Eingangsanschluss zum Empfangen von Eingangssignalen HIN und LIN und mit einem Ausgangsanschluss, der aus den Eingangssignalen HIN und LIN erzeugte Ansteuersignale HO1 und LO ausgibt, ausgestattet. Ferner ist die Ansteuerschaltung 1 mit einer internen Schaltung zum Erzeugen der Ansteuersignale HO1 und LO aus den Eingangssignalen HIN und LIN ausgestattet. Ferner ist die Ansteuerschaltung 1 mit einem Steuerstromversorgungsanschluss, der eine Steuerstromversorgungsspannung VCC empfängt, mit einem Ausgangsanschluss, der ein Ausgangssignal HO2 ausgibt, und mit einem Rücksetzanschluss, der ein Rücksetzsignal Rst2 empfängt, ausgestattet.
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Der Steuerstromversorgungsanschluss ist mit einer Schaltung 47 der Sekundärseite verbunden und empfängt von dieser Schaltung 47 der Sekundärseite die Steuerstromversorgungsspannung VCC. Genauer ist das Rücksetzsignal Rst1 ein Signal, das an die Ansteuerschaltung 1 gegeben wird, wenn ein Steuermikrocomputer höherer Ordnung oder dergleichen (nicht gezeigt) eine Systemanomalie detektiert. Ein Ende eines Kondensators C22 ist zwischen der Schaltung 47 der Sekundärseite und dem Steuerstromversorgungsanschluss verbunden und das andere Ende des Kondensators C22 ist mit einer Masse GND verbunden.
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Die Ansteuerschaltung 1 steuert MOS-Feldeffekttransistoren (d. h. MOSFETs) TrH und TrL an, die Halbleiterschaltvorrichtungen sind. Die MOSFETs TrH und TrL sind in einer Totem-Pole-Schaltung verbunden und bilden eine sogenannte Zweigschaltung. Ein Drain des MOSFET TrH ist mit einer Hauptstromversorgung HV verbunden. Eine Source des MOSFET TrH ist mit einem Drain des MOSFET TrL verbunden.
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Eine Source des MOSFET TrL ist mit der Masse GND verbunden. Ein Source-Potential des MOSFET TrH ist ein Referenzpotential VS1. Ein Ausgangssignal HO1 wird einem Gate des MOSFET TrH auf einer Hochspannungsseite zugeführt und ein Ausgangssignal LO wird einem Gate des MOSFET TrL auf einer Niederspannungsseite zugeführt.
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Ein Ausgangssignal HO2 als ein Gate-Ansteuersignal wird an ein Gate eines MOSFET Tr1 gegeben, um eine PWM-Steuerung auszuführen. Die Schaltung 47 der Sekundärseite und der MOSFET Tr1 bilden eine Abwärtszerhackerschaltung. Die aus diesem MOSFET Tr1 und aus der Schaltung 47 der Sekundärseite bestehende Abwärtszerhackerschaltung transformiert eine Spannung durch Tastgradsteuerung des Gate-Ansteuersignals HO2 herunter und kann eine Steuerstromversorgungsspannung VCC, z. B. in der Größenordnung von 15 V, erzeugen.
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Die Ansteuerschaltung 1 ist mit Anschlüssen, die mit den Referenzpotentialen VS1 bzw. VS2 verbunden sind, mit Anschlüssen, die mit den Stromversorgungen VB1 bzw. VB2 verbunden sind, und mit einem Anschluss, der mit der Masse GND verbunden ist, ausgestattet. Die Stromversorgung VB2 wird von einem Zwischenpunkt zwischen einer Katode einer Diode D1 und einem Ende eines Kondensators C2 zugeführt.
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Die Stromversorgung VB1 wird von einem Zwischenpunkt zwischen einer Katode der Diode D2 und einem Ende eines Kondensators C1 zugeführt. Die Anoden der Dioden D1 bzw. D2 sind mit der Steuerstromversorgungsspannung VCC verbunden. Das andere Ende des Kondensators C2 ist mit dem Referenzpotential VS2 verbunden und das andere Ende des Kondensators C1 ist mit dem Referenzpotential VS1 verbunden. Dies bildet eine sogenannte Bootstrap-Schaltung.
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Nun wird die innere Schaltung der Ansteuerschaltung 1 beschrieben. Auf der Hochspannungsseite ist die Ansteuerschaltung 1 mit einer Eingangsschaltung 10, mit einer Impulserzeugungsschaltung (einem Impulsgenerator) 11, mit einer Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 12 und mit einer Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 13 auf der Hochspannungsseite ausgestattet. In 1 entspricht ein mit „HV-PDDCC“ bezeichneter Schaltungsblock mit dem Bezugszeichen 13 der Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 13 auf der Hochspannungsseite. Die Eingangsschaltung 10 formt eine Signalform des Eingangssignals HIN, um eine Impulssignalform zu erzeugen, und gibt die Impulssignalform in die Impulserzeugungsschaltung 11 ein. Die Impulserzeugungsschaltung 11 ist eine sogenannte monostabile Impulsschaltung und gibt einen monostabilen Ein-Impuls synchronisiert mit einer steigenden Flanke des eingegebenen Impulses bzw. einen monostabilen Aus-Impuls synchronisiert mit einer fallenden Flanke des eingegebenen Impulses aus.
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Die Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 12 empfängt den monostabilen Ein-Impuls und den monostabilen Aus-Impuls der Impulserzeugungsschaltung 11. Die Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 12 ist hier mit MOSFETs Tr11 und Tr12 und mit Widerständen R11 und R12 ausgestattet. Ein Ende des Widerstands R11 ist mit einem Drain des MOSFET Tr11 verbunden und das andere Ende des Widerstands R11 ist mit der Stromversorgung VB1 verbunden.
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Ein Ende des Widerstands R12 ist mit einem Drain des MOSFET Tr12 verbunden und das andere Ende des Widerstands R12 ist ebenfalls mit der Stromversorgung VB1 verbunden. Beide Sources der MOSFETs Tr11 und Tr12 sind mit Masse verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der monostabile Ein-Impuls in ein Gate des MOSFET Tr11 eingegeben und wird der monostabile Aus-Impuls in ein Gate des MOSFET Tr12 eingegeben.
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Die Ausgabe der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 12 wird in die Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 13 der Hochspannungsseite eingegeben. Die Ausgabe der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 12 wird genauer beschrieben. Ein erstes Ausgangssignal wird von einem Verbindungspunkt zwischen einem Ende des Widerstands R11 und dem Drain des MOSFET Tr11 ausgegeben und ein zweites Ausgangssignal wird von einem Verbindungspunkt zwischen einem Ende des Widerstands R12 und den Drain des MOSFET Tr12 ausgegeben.
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Das erste und das zweite Ausgangssignal entsprechen Signalen, die durch Pegelverschiebung des monostabilen Ein-Impulses bzw. des monostabilen Aus-Impulses erhalten werden. Die Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 13 der Hochspannungsseite erzeugt ein durch Kombinieren des ersten und des zweiten Ausgangssignals erhaltenes Impulssignal und gibt es als das Ansteuersignal HO1 aus. Genauer ist diese Kombination äquivalent der Erzeugung einer Impulssignalform, die synchronisiert mit dem ersten Ausgangssignal ansteigt und synchronisiert mit dem zweiten Ausgangssignal abfällt.
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Hinsichtlich der Niederspannungsseite ist die Ansteuerschaltung 1 mit einer Eingangsschaltung 20, einer Verzögerungsschaltung 21 und einer Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 22 der Niederspannungsseite ausgestattet. In 1 entspricht ein mit „LV-PDDCC“ bezeichneter Schaltungsblock mit dem Bezugszeichen 2 der Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 22 der Niederspannungsseite. Das Eingangssignal LIN wird in die Eingangsschaltung 20 eingegeben. Die Eingangsschaltung 20 formt eine Signalform dieses Eingangssignals LIN und erzeugt dadurch eine Impulssignalform und gibt diese in die Verzögerungsschaltung 21 ein.
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Die Verzögerungsschaltung 21 verzögert das Impulssignal von der Eingangsschaltung 20 in Übereinstimmung mit einer Verzögerungszeit in der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 12 in der Schaltung der Hochspannungsseite. Die Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 22 der Niederspannungsseite empfängt das Impulssignal, dessen Verzögerung in der Verzögerungsschaltung 21 eingestellt worden ist, und erzeugt ein Ansteuersignal LO und gibt es aus.
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Die Ansteuerschaltung 1 ist mit einer Systemrücksetzschaltung 30, mit einer UV-Schaltung (Unterspannungsschaltung) 31, mit einer Stromversorgungs-Steuerschaltung 40, mit einer Impulserzeugungsschaltung 44, mit einer Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 und mit einer Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 46 der Hochspannungsseite ausgestattet. In 1 entspricht ein mit „HV-PDDCC“ bezeichneter Schaltungsblock mit dem Bezugszeichen 26 der Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 46 der Hochspannungsseite. Die Systemrücksetzschaltung 30 empfängt das Rücksetzsignal Rst2. Die UV-Schaltung 31 arbeitet unter Verwendung der Steuerstromversorgungsspannung VCC als eine Stromversorgung und kann ein Detektionssignal in die Systemrücksetzschaltung 30 eingeben, wenn diese Steuerstromversorgungsspannung VCC auf einen vorgegebenen Wert oder darunter fällt.
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Die Systemrücksetzschaltung 30 ist mit einer Schaltung 41 für intermittierenden Betrieb, mit einer Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43, mit der Impulserzeugungsschaltung 11, mit einer Zählerschaltung 51 und mit der Verzögerungsschaltung 21 verbunden. Wenn das Rücksetzsignal Rst1 eingegeben wird oder wenn ein Detektionssignal von der UV-Schaltung 31 eingegeben wird, nimmt die Systemrücksetzschaltung 30 an, dass eine Systemanomalie aufgetreten ist, sendet sie Signale an die mit der Systemrücksetzschaltung 30 verbundenen oben beschriebenen Schaltungen und veranlasst sie, dass die jeweiligen Schaltungen im Fall einer Anomalie einen Schutzbetrieb ausführen.
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Genauer wird im Fall einer Anomalie von der Systemrücksetzschaltung 30 ein Signal, das das Ansteuern des MOSFET Tr1 verhindert und die Steuerstromversorgungsspannung VCC verringert, an die Schaltung 41 für intermittierenden Betrieb und an die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 gesendet. Darüber hinaus wird im Fall einer Anomalie ein Signal, das die Sendung von Signalen an Abschnitte nach den jeweiligen Schaltungen anhält und das die Zuführung von Ansteuersignalen zu den MOSFETs TrH und TrL anhält, von der Systemrücksetzschaltung 30 an die Impulserzeugungsschaltung 11 und an die Verzögerungsschaltung 21 gesendet. Außerdem wird im Fall einer Anomalie für die Zählerschaltung 51 als ein Schutzbetrieb eine Maßnahme des Anhaltens, z. B. einer Anfangsstromversorgungs-Erzeugungsschaltung 50, ergriffen. In 1 entspricht ein mit „IPSGC“ bezeichneter Schaltungsblock mit dem Bezugszeichen 50 der Anfangsstromversorgungs-Erzeugungsschaltung 50.
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Die Stromversorgungs-Steuerschaltung 40 ist vor der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 vorgesehen. Die Stromversorgungs-Steuerschaltung 40 erzeugt ein Impulssignal zum Steuern des MOSFET Tr1, der Teil der Schaltung zum Erzeugen der obenerwähnten Steuerstromversorgungsspannung VCC ist.
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Genauer ist die Stromversorgungs-Steuerschaltung 40 mit der Schaltung 41 für intermittierenden Betrieb, mit einer Fehlerverstärkerschaltung 42 und mit der Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 ausgestattet. Die Schaltung 41 für intermittierenden Betrieb, die Fehlerverstärkungsschaltung 42 und die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 arbeiten alle unter Verwendung der Steuerstromversorgungsspannung VCC als eine Stromversorgung. Die Ausgabe der Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 wird über die Impulserzeugungsschaltung 44 und über die Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 in die Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 46 der Hochspannungsseite eingegeben.
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Die Impulserzeugungsschaltung 44 ist wie im Fall der Impulserzeugungsschaltung 11 eine monostabile Impulsschaltung und gibt einen mit einer steigenden Flanke eines eingegebenen Impulses synchronisierten monostabilen Ein-Impuls bzw. einen mit einer fallenden Flanke des eingegebenen Impulses synchronisierten monostabilen Aus-Impuls aus. Die Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 empfängt den monostabilen Ein-Impuls und den monostabilen Aus-Impuls der Impulserzeugungsschaltung 44.
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Die Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 ist hier mit MOSFETs Tr21 und Tr22 und mit Widerständen R21 und R22 ausgestattet.
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Der monostabile Ein-Impuls und der monostabile Aus-Impuls der Impulserzeugungsschaltung 44 werden in die Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 eingegeben. Die Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 ist hier mit den MOSFETs Tr21 und Tr22 und mit den Widerständen R21 und R22 ausgestattet.
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Ein Ende des Widerstands R21 ist mit dem Drain des MOSFET Tr21 verbunden und das andere Ende des Widerstands R21 ist mit der Stromversorgung VB2 verbunden. Ein Ende des Widerstands R22 ist mit dem Drain des MOSFET Tr22 verbunden und das andere Ende des Widerstands R22 ist ebenfalls mit der Stromversorgung VB2 verbunden.
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Die Sources der MOSFETs Tr21 und Tr22 sind beide mit der Masse verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der monostabile Ein-Impuls in das Gate des MOSFET Tr21 eingegeben und wird der monostabile Aus-Impuls in das Gate des MOSFET Tr22 eingegeben.
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Die Ausgabe der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 wird in die Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 46 der Hochspannungsseite eingegeben. Die Ausgabe der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 wird genauer beschrieben. Von einem Verbindungspunkt zwischen einem Ende des Widerstands R21 und dem Drain des MOSFET Tr21 wird ein drittes Ausgangssignal ausgegeben und von einem Verbindungspunkt zwischen einem Ende des Widerstands R22 und dem Drain des MOSFET Tr22 wird ein viertes Ausgangssignal ausgegeben.
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Das dritte und das vierte Ausgangssignal sind Signale, die durch Pegelverschiebung des monostabilen Ein-Impulses bzw. des monostabilen Aus-Impulses erhalten werden. Die Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 46 der Hochspannungsseite erzeugt ein durch Kombinieren des dritten und des vierten Ausgangssignals erhaltenes Impulssignal als das Ansteuersignal HO2 und gibt es aus. Genauer ist diese Kombination äquivalent der Erzeugung einer Impulssignalform, die synchronisiert mit dem dritten Ausgangssignal ansteigt und synchronisiert mit dem vierten Ausgangssignal abfällt.
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Durch dieses Ansteuersignal HO2 wird das Schalten des MOSFET Tr1 gesteuert. Im Ergebnis wird die aus dem MOSFET Tr1 und aus der Schaltung 47 der Sekundärseite bestehende Abwärtszerhackerschaltung aktiviert und wird die Steuerstromversorgungsspannung VCC erzeugt.
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Die Fehlerverstärkerschaltung 42 empfängt Spannungswerte, die durch Teilen der Steuerstromversorgungsspannung VCC durch die Widerstände R1 und R2 erhalten werden, und überwacht die Steuerstromversorgungsspannung VCC. Das Überwachungsergebnis wird von der Fehlerverstärkerschaltung 42 an die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 gegeben. Auf diese Weise managt die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 das Ansteuersignal des MOSFET Tr1 in der Weise auf einen geeigneten Tastgrad, dass die Steuerstromversorgungsspannung VCC mit einem gewünschten Wert (z. B. 15 V) übereinstimmt.
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Beim Empfang des Rücksetzsignals Rst1 hält die Ansteuerschaltung 1 das Ausgeben des Ansteuersignals HO1 an und ändert sie das Ausgangssignal HO2, um die Steuerstromversorgungsspannung VCC zu verringern. Dadurch kann der Leistungsverbrauch verringert werden.
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Das heißt, wenn die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 in der Ansteuerschaltung 1 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform ein Signal von der Systemrücksetzschaltung 30 empfängt, verringert die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 den Tastgrad der Impulssignale in der Weise, dass die Steuerstromversorgung VCC verringert wird. Insbesondere kann die Steuergenauigkeit der Stromversorgungs-Steuerschaltung 40 erhöht werden, da sie in der Ansteuerschaltung 1 vor der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 angeordnet ist.
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Beim Empfang eines Signals von der Systemrücksetzschaltung 30 macht die Schaltung 41 für intermittierenden Betrieb die Ausgabe der Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 intermittierend. „Intermittierend machen“ bedeutet, in regelmäßigen Zeitabständen zwangsläufig eine Aus-Zeitdauer zu erzeugen. Dies ermöglicht, die Steuerstromversorgungsspannung VCC auf eine noch niedrigere Spannung als die Steuerstromversorgungsspannung VCC zu verringern, wenn die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 einen minimalen zu verwirklichenden Tastgrad besitzt.
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Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform angenommen, dass die Steuerstromversorgungsspannung VCC auf eine minimale Betriebsspannung der UV-Schaltung 31 verringert wird, wenn ein Signal von der Systemrücksetzschaltung 30 empfangen wird. Dies ermöglicht, möglichst viel Leistung einzusparen, während die Spannungsanomalie-Detektionsfunktion sichergestellt wird.
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Es wird angemerkt, dass die Ansteuerschaltung 1 mit der Anfangsstromversorgungs-Erzeugungsschaltung 50 und mit der Zählerschaltung 51 ausgestattet ist. Die Anfangsstromversorgungs-Erzeugungsschaltung 50 ist dafür bestimmt, dass die Niederspannungsseite zur Startzeit eine Stromversorgung erzeugt. Die Zählerschaltung 51 ist dafür bestimmt, ein Signal zum Anhalten der Anfangsstromversorgungsschaltung 50 zu erzeugen, wenn das Eingangssignal HIN in einer vorgegebenen Anzahl eingeschaltet worden ist. Dadurch kann die Stromversorgungsspannung sofort nach dem Start für eine bestimmte Zeitdauer stabilisiert werden.
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In Übereinstimmung mit der oben beschriebenen ersten Ausführungsform hält die Ansteuerschaltung 1 die Ausgabe des Ansteuersignals HO1 beim Empfang eines Signals von der Systemrücksetzschaltung 30 im Fall einer Anomalie an und ändert sie das Ausgangssignal HO2, um die Steuerstromversorgungsspannung VCC zu verringern. Genauer verringert die Ansteuerschaltung 1 den Tastgrad des Ausgangssignals HO2 als das Gate-Ansteuersignal und macht das Ausgangssignal HO2 intermittierend. Dies ermöglicht, den Leistungsverbrauch zu verringern.
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Es wird angemerkt, dass die vorliegende Ausführungsform als eine Anomaliedetektionsschaltung, die eine Anomalie in der Ansteuerschaltung 1 detektiert, die UV-Schaltung 31 vorsieht, die ein Detektionssignal ausgibt, wenn der Wert des Steuerstromversorgungsstroms VCC kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert ist. Allerdings kann als die Anomaliedetektionsschaltung ebenfalls eine OT-Schaltung vorgesehen sein, die detektiert, ob eine Temperatur in der Ansteuerschaltung 1 größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist. Dies ermöglicht, eine Temperaturanomalie zu detektieren.
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Darüber hinaus braucht die Schaltung 41 für intermittierenden Betrieb nicht notwendig vorgesehen zu sein. Dies ist so, da die Impulssignale nicht notwendig intermittierend gemacht zu werden brauchen, solange die Steuerstromversorgungsspannung VCC durch die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 allein ausreichend verringert werden kann.
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6 ist ein Stromlaufplan einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtung zur Beschreibung von Problemen von Ausführungsformen der Erfindung. Eine Konfiguration, die in 6 dasselbe Bezugszeichen wie in 1 trägt, zeigt dieselbe Konfiguration wie in 1. Wie im Fall der Ansteuerschaltung 1 in 1 ist eine Ansteuerschaltung 401 in 6 mit einer Ansteuerschaltung der Hochspannungsseite und mit einer Ansteuerschaltung der Niederspannungsseite ausgestattet, die zwei Halbleiterschaltervorrichtungen (die MOSFETs TrH und TrL) ansteuern.
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In 6 bilden eine Schaltung 47 der Sekundärseite und ein MOSFET Tr1 eine Umsetzerschaltung, die eine Abwärtszerhackerschaltung ist. Eine IPD 400 ist mit einem Steuerabschnitt 402 ausgestattet, der ein Gate-Ansteuersignal des MOSFET Tr1 erzeugt.
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In der Schaltung in 6 wird eine Steuerstromversorgungsspannung VCC durch Einschalten/Ausschalten des MOSFET Tr1 erzeugt. Der Steuerabschnitt 402 in 6 ist unabhängig von der Ansteuerschaltung 401. Selbst wenn die Ausgabe der Ansteuerschaltung 401 wegen einer Systemanomalie angehalten worden ist, arbeitet der Steuerabschnitt 402 der IPD 400 in diesem Fall unabhängig weiter, um die Steuerstromversorgungsspannung VCC zu erzeugen und zuzuführen. Dies führt zu einer Verschwendung von Steuerleistung, die der Ansteuerschaltung 401 ungeändert gegenüber dem Normalbetrieb weiterhin zugeführt wird.
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Diesbezüglich wird in Übereinstimmung mit der Ansteuerschaltung 1 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform im Fall einer Systemanomalie ein Rücksetzsignal Rst1 empfangen oder eine Anomalie der UV-Schaltung 31 detektiert und die Ausgabe der Ansteuerschaltung 1 über die Systemrücksetzschaltung 30 angehalten. Darüber hinaus kann die Ansteuerschaltung 1 durch Einstellen des Ausgangssignals HO2 die PWM-Steuerung des MOSFET Tr1 einstellen und die Steuerstromversorgungsspannung VCC verringern. Dies ermöglicht, den Leistungsverbrauch zu verringern. Es wird angemerkt, dass insbesondere ein Vergleich einer Ansteuerschaltung 3 in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform, die später beschrieben wird, mit der Konfiguration in 6 ebenfalls ein Verständnis für einen Unterschied zwischen der Konfiguration des Vergleichsbeispiels in 6 und der der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung erleichtert.
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Zweite Ausführungsform
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2 ist ein Stromlaufplan einer Konfiguration einer Ansteuerschaltung 2 für eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Abgesehen davon, dass die Schaltungen hinter der Systemrücksetzschaltung 30 geändert worden sind, ist die Ansteuerschaltung 2 mit derselben Schaltungskonfiguration wie die Ansteuerschaltung 1 ausgestattet. Somit werden in der folgenden Beschreibung gleiche oder äquivalente Komponenten wie jene der ersten Ausführungsform unter Verwendung derselben Bezugszeichen beschrieben und konzentriert sich die Beschreibung gleichzeitig auf Unterschiede von der ersten Ausführungsform, während die Beschreibung gemeinsamer Gegenstände vereinfacht oder weggelassen wird.
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In der ersten Ausführungsform ist die Stromversorgungs-Steuerschaltung 40 vor der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 angeordnet. Dagegen ist eine Stromversorgungs-Steuerschaltung 140 in der zweiten Ausführungsform hinter der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45, d. h. in einem Hochspannungsgebiet, angeordnet.
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Die Stromversorgungs-Steuerschaltung 140 ist wie die Stromversorgungs-Steuerschaltung 40 mit einer Schaltung 141 für intermittierenden Betrieb, mit einer Fehlerverstärkerschaltung 142 und mit einer Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 143 ausgestattet. Die Schaltung 141 für intermittierenden Betrieb, die Fehlerverstärkerschaltung 142 und die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 143 empfangen von der Stromversorgung VB2 eine Stromversorgung und sind ebenfalls mit dem Referenzpotential VS2 verbunden.
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Die Ausgabe der Systemrücksetzschaltung 30 in der Ansteuerschaltung 2 wird in die Impulserzeugungsschaltung 44 eingegeben. Dies veranlasst, dass der Pegel eines mit einer steigenden Flanke des Ausgangssignals der Systemrücksetzschaltung 30 synchronisierten monostabilen Ein-Impulses bzw. eines mit einer fallenden Flanke des Ausgangssignals der Systemrücksetzschaltung 30 synchronisierten monostabilen Aus-Impulses verschoben wird und in die Schaltung 141 für intermittierenden Betrieb eingegeben wird.
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Die Schaltung 141 für intermittierenden Betrieb beginnt in Übereinstimmung mit dem monostabilen Ein-Impuls von der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 einen intermittierenden Betrieb und hält den intermittierenden Betrieb in Übereinstimmung mit dem monostabilen Aus-Impuls von der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 an. Außerdem beginnt die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 143 den Tastgrad in Übereinstimmung mit dem monostabilen Ein-Impuls von der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 zu verringern und hält sie das Verringern des Tastgrads in Übereinstimmung mit dem monostabilen Aus-Impuls von der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 45 an. Auf diese Weise können die Steuerstromversorgungsspannung VCC im Fall einer Systemanomalie und der Leistungsverbrauch verringert werden.
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Dritte Ausführungsform
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3 ist ein Stromlaufplan einer Konfiguration einer Ansteuerschaltung 3 für eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In der Ansteuerschaltung 3 ist eine Stromversorgungs-Steuerschaltung 240 als eine unabhängige Schaltung außerhalb der Ansteuerschaltung 3 angeordnet. Die Ansteuerschaltung 3 ist anstelle der Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 46 der Hochspannungsseite mit einer Systemrücksetzungs-Ausgabeschaltung 146 der Hochspannungsseite ausgestattet. In 3 entspricht ein mit „HV-SROC“ bezeichneter Schaltungsblock mit dem Bezugszeichen 146 der Systemrücksetzungs-Ausgabeschaltung 146 der Hochspannungsseite.
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Die Ansteuerschaltung 3 ist weder mit einer Anfangsstromversorgungs-Erzeugungsschaltung 50 noch mit einer Zählerschaltung 51 ausgestattet. Diesbezüglich unterscheidet sich die Ansteuerschaltung 3 von der Ansteuerschaltung 1 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform. In der folgenden Beschreibung werden gleiche oder äquivalente Komponenten wie in der ersten Ausführungsform unter Verwendung derselben Bezugszeichen beschrieben und konzentriert sich die Beschreibung gleichzeitig auf Unterschiede von der ersten Ausführungsform, während die Beschreibung gemeinsamer Gegenstände vereinfacht oder weggelassen wird.
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Die Ansteuerschaltung 3 ist mit einer intelligenten Leistungsvorrichtung (IPD) 200 verbunden.
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Die IPD 200 ist mit einer Schaltung 241 für intermittierenden Betrieb, mit einer Fehlerverstärkerschaltung 242 und mit einer Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 243, die die Stromversorgungs-Steuerschaltung 240 bilden, ausgestattet. Ferner ist die IPD 200 mit einer Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 244 und mit einem MOSFET Tr1 ausgestattet. In 3 entspricht der mit „PDDCC“ bezeichnete Schaltungsblock mit dem Bezugszeichen 244 der Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung 244. Die IPD 200 kann unter Verwendung eines von der Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 243 ausgegebenen Impulssignals an dem MOSFET Tr1 eine PWM-Steuerung ausführen.
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Die IPD 200 ist mit einem Anschluss, der eine Steuerabschnittsstromversorgung VCC2 empfängt, und mit einem Anschluss, der ein Rücksetzsignal Rst2 empfängt, ausgestattet. Der Anschluss, der die Steuerabschnittsstromversorgung VCC2 empfängt, ist mit einem Ende eines Kondensators C3 verbunden und das andere Ende des Kondensators C3 ist mit einer Source des MOSFET Tr1 verbunden.
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Es wird angemerkt, dass die Steuerabschnittsstromversorgung VCC2 eine Stromversorgung ist, die durch eine in die IPD 200 integrierte Stromversorgungsschaltung (nicht gezeigt) aus einem Drain-Potential des MOSFET Tr1 erzeugt wird. Obgleich dies nicht gezeigt ist, ist darüber hinaus der Anschluss, der die Steuerabschnittsstromversorgung VCC2 empfängt, über eine Schaltung wie etwa eine Diode mit dem Anschluss verbunden, der eine Steuerstromversorgungsspannung VCC der Ansteuerschaltung 3 empfängt. Wenn sich die Steuerstromversorgungsspannung VCC ändert, ändert sich auf diese Weise die Steuerabschnittsstromversorgung VCC2 ebenfalls in Übereinstimmung mit der Änderung. Somit überwacht die Steuerstromversorgungsschaltung 240 die Änderung der Steuerabschnittsstromversorgung VCC2 und kann sie dadurch die Steuerstromversorgungsspannung VCC überwachen.
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Es wird angemerkt, dass diese Steuerabschnittsstromversorgung VCC2 durch Widerstände R21 und R22 geteilt wird und in die Fehlerverstärkerschaltung 242 eingegeben wird. Die Fehlerverstärkerschaltung 242 überwacht die Steuerabschnittsstromversorgung VCC2, überwacht dadurch die Steuerstromversorgungsspannung VCC und koppelt sie zu der Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 243 zurück. Im Ergebnis wird der Tastgrad eines von der Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 243 ausgegebenen Impulssignals (d. h. eines Gate-Ansteuersignals des MOSFET Tr1) geeignet gemanagt.
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In der dritten Ausführungsform wird das Ausgangssignal HO2 als das Rücksetzsignal Rst2 in die IPD 200 eingegeben. Dies unterscheidet sich von der ersten und von der zweiten Ausführungsform, in der das Ausgangssignal HO2 als das Gate-Ansteuersignal des MOSFET Tr1 zugeführt wird.
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Das Rücksetzsignal Rst2 ist ein Signal, das die IPD 200 anweist, die Steuerstromversorgungsspannung VCC zu verringern. Genauer ist dieses Rücksetzsignal Rst2 ein Signal, das die Stromversorgungs-Steuerschaltung 240 anweist, den Tastgrad des Gate-Ansteuersignals des MOSFET Tr1 zu verringern und dieses Gate-Ansteuersignal intermittierend zu machen.
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Das heißt, wenn das Rücksetzsignal Rst2 von einem normalen Zustand (z. B. hoch) auf einen anomalen Zustand (z. B. tief) geschaltet wird, wird das Signal an die Schaltung 241 für intermittierenden Betrieb und an die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 243 gegeben. Daraufhin führen die Schaltung 241 für intermittierenden Betrieb und die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 243 durch Empfangen eines Signals von der Systemrücksetzschaltung 30 eine ähnliche Operation wie die Schaltung 41 für intermittierenden Betrieb und die Ausgangstastgrad-Änderungsschaltung 43 in der ersten Ausführungsform aus. Im Ergebnis kann der Tastgrad des Gate-Ansteuersignals des MOSFET Tr1 verringert werden und dieses Gate-Ansteuersignal intermittierend gemacht werden. Dadurch können die Steuerstromversorgungsspannung VCC im Fall einer Systemanomalie und der Leistungsverbrauch verringert werden.
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Vierte Ausführungsform
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4 ist ein Stromlaufplan einer Konfiguration einer Ansteuerschaltung 4 für eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Abgesehen davon, dass sie keine Leistungsvorrichtungsansteuerungs-Steuerschaltung oder dergleichen auf der Niederspannungsseite enthält, ist die Ansteuerschaltung 4 mit einer ähnlichen Konfiguration wie die Ansteuerschaltung 3 in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform ausgestattet.
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Darüber hinaus unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von den oben beschriebenen Ausführungsformen dadurch, dass der MOSFET TrH die einzige Halbleiterschaltvorrichtung ist, mit der die Ansteuerschaltung 4 verbunden ist, und dass dieser MOSFET TrH mit einer LED-Stromversorgung 300 verbunden ist. In der folgenden Beschreibung werden gleiche oder äquivalente Komponenten wie in der dritten Ausführungsform unter Verwendung derselben Bezugszeichen beschrieben und konzentriert sich die Beschreibung gleichzeitig auf Unterschiede von der dritten Ausführungsform, während die Beschreibung gemeinsamer Gegenstände vereinfacht oder weggelassen wird.
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Die LED-Stromversorgung 300 ist eine Beleuchtungsschaltung, die mehreren in Reihe geschalteten Lichtemitterdioden LED einen Gleichstrom zuführt, und ist mit einer Diode D3, mit einem Transformator TR als ein Induktionsspulenelement, mit einem Kondensator C3 und mit einem Widerstand R3 ausgestattet. Eine Anode der Diode D3 ist mit einer Masse GND verbunden und eine Katode der Diode D3 ist mit einem Ende des Transformators TR verbunden. Das andere Ende des Transformators TR ist mit einem Ende des Kondensators C3 und mit einer Anode der Lichtemitterdiode LED verbunden. Das andere Ende des Kondensators C3 ist mit einem Ende des Widerstands R3 verbunden und das andere Ende des Widerstands R3 ist mit der Masse verbunden.
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Es wird angemerkt, dass außerdem verschiedene Schaltungen wie etwa eine LED-Stromdetektionsschaltung und eine LED-Spannungsdetektionsschaltung vorgesehen sein können, dass diese Schaltungen in der vorliegenden Ausführungsform aber weggelassen sind. Eine Source des MOSFET TrH ist mit einer Katode der Diode D3 verbunden, die als eine Schaltvorrichtung wirkt. Somit kann die Ansteuerschaltung 4 ebenfalls zur Anwendung auf die Steuerung der LED-Stromversorgung 300 verwendet werden.
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Fünfte Ausführungsform
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5 ist ein Stromlaufplan einer Konfiguration einer Ansteuerschaltung 5 für eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Die Ansteuerschaltung 5 entspricht der Ansteuerschaltung 3 in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform, zu der eine Anfangsstromversorgungs-Erzeugungsschaltung 50 und eine Zählerschaltung 51 hinzugefügt worden sind. Gleiche oder äquivalente Komponenten wie in der dritten Ausführungsform werden unter Verwendung derselben Bezugszeichen beschrieben, wobei sich die Beschreibung auf Unterschiede von der dritten Ausführungsform konzentriert, während die Beschreibung gemeinsamer Gegenstände vereinfacht oder weggelassen wird.
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Die Ansteuerschaltung 5 ist wie im Fall der ersten Ausführungsform mit der Anfangsstromversorgungs-Erzeugungsschaltung 50 und mit der Zählerschaltung 51 ausgestattet. Die Anfangsstromversorgungs-Erzeugungsschaltung 50 kann zur Startzeit eine Stromversorgung auf der Niederspannungsseite erzeugen und die Anfangsstromversorgungs-Erzeugungsschaltung 50 kann durch eine Zählerschaltung 51 angehalten werden, wenn ein Eingangssignal HIN in einer vorgegebenen Anzahl eingeschaltet worden ist. Dies ermöglicht, die Stromversorgungsspannung für eine vorgegebene Zeitdauer unmittelbar nach dem Start zu stabilisieren.
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Die Merkmale und Vorteile der Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden. In Übereinstimmung mit der Erfindung kann der Leistungsverbrauch verringert werden.
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Die gesamte Offenbarung der
JP2013-15543 , eingereicht am 26. Juli 2013, einschließlich der Beschreibung, der Patentansprüche, der Zeichnungen und der Zusammenfassung, auf der die Priorität der vorliegenden Anmeldung beruht, ist hier in ihrer Gesamtheit durch Literaturhinweis eingefügt.
