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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Treibervorrichtung für eine elektrische Last (nachfolgend als Lasttreibervorrichtung bezeichnet).
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine herkömmliche Lasttreibervorrichtung ist aus einem Schaltelement und einem Stromerfassungswiderstand auf einer Hochpotentialseite bzw. einer Niederpotentialseite ausgebildet. Das Schaltelement wird durch Stromregelung ein- und ausgeschaltet, so dass ein Strom, der durch den Stromerfassungswiderstand erfasst wird, auf einen Zielwert geregelt wird.
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Angenommen, dass die Hochpotentialseite (Hochseite) und die Niederpotentialseite (Niederseite) einer Energieversorgungsquelle, die der elektrischen Last Strom bereitstellt, in der Lasttreibervorrichtung Va und Vb sind, ist das Schaltelement zwischen Va und der elektrischen Last vorgesehen und der Stromerfassungswiderstand ist zwischen Vb und der elektrischen Last vorgesehen. Da der Strom, das heißt, ein Laststrom, der zur elektrischen Last fliest, ebenso zum Stromerfassungswiderstand fließt, entwickelt der Stromerfassungswiderstand eine Spannungsdifferenz an seinen beiden Enden proportional zum Laststrom.
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Aus diesem Grund wird eine Spannung entsprechend der Spannungsdifferenz an beiden Enden des Stromerfassungswiderstands (das heißt, eine Spannung, die den Laststrom angibt) in eine Steuereinheit eingegeben, die das Schaltelement in der Lasttreibervorrichtung steuert. Die Steuereinheit schaltet das Schaltelement vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand und vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand um, wenn die Eingangsspannung gleich oder größer wird als eine Hochseitengrenzwertspannung, die einem Hochseitengrenzwertstrom entspricht, bzw. gleich oder kleiner wird als eine Niederseitengrenzwertspannung, die einem Niederseitengrenzwertstrom entspricht. Wird diese Operation wiederholt, wird ein Durchschnittswert des Laststroms auf einen Wert gesteuert, der zwischen dem Hochseitengrenzwertstrom und dem Niederseitengrenzwertstrom liegt.
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Diese Art Lasttreibervorrichtung wird beispielsweise verwendet, um eine Spule eines Injektors, der Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs injiziert, mit einem Zielkonstantstrom zu versorgen. In der
JP-A-H11-136853 ist eine Kurzschlussschutzschaltung vorgesehen, um zwangsweise ein Treibersignal bzw. Stellsignal, das an einem Schaltelement anliegt, auszuschalten, wenn ein Erfassungssignal, das ein Anliegen einer Spannung an einer elektrischen Last angibt, nicht nach einem Ablauf einer vorbestimmten Zeit seit Anlegen eines Treibersignals bzw. Stellsignals an das Schaltelement, das in Serie mit der elektrischen Last verbunden ist, erzeugt wird.
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Eine Lasttreibervorrichtung, die Stromregelung ausführt, hat Anschlüsse, die mit beiden Enden einer elektrischen Last verbunden sind. Ein Anschluss dient zum Verbinden von einem Ende der elektrischen Last mit einem Schaltelement und der andere Anschluss dient zum Verbinden von dem anderen Ende der elektrischen Last und einem Stromerfassungswiderstand. Wenn der Anschluss, der in einem Pfad zwischen dem Schaltelement und der elektrische Last vorgesehen ist, mit Vb kurzgeschlossen ist (das heißt, Potential des Stromerfassungswiderstands an einer Niederpotentialseite der elektrischen Last wie beispielsweise Massepotential), tritt das folgende Problem auf.
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Das heißt, eine Spannung einer Energieversorgungsquelle (Spannungsdifferenz zwischen einer Hochpotentialseite und einer Niederpotentialseite) liegt direkt an zwei Ausgangsanschlüssen des Schaltelements an. Ferner, da kein Strom in den Stromerfassungswiderstand fließt, sogar, wenn das Schaltelement eingeschaltet ist, fährt eine Steuereinheit fort, das Schaltelement einzuschalten. Somit fließt ein Überstrom weiterhin in dem Schaltelement und zerstört bzw. beschädigt schließlich das Schaltelement.
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Die Kurzschlussschutzschaltung gemäß
JP-Eine-H11-136853 ist vorgesehen, um ein Treibersignal bzw. Stellsignal, das bereits von einer Steuerschaltung an das Schaltelement ausgegeben wurde, außer Kraft zu setzen. Die Kurzschlussschutzschaltung muss in Übereinstimmung mit einer Schaltungsstruktur zum Ein- und Ausschalten des Schaltelements anders konfiguriert werden.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lasttreibervorrichtung bereitzustellen, die Stromregelung ausführt und ein Schaltelement vor einem Überstrom schützt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Lasttreibervorrichtung einen ersten Anschluss, der mit einem Ende einer elektrischen Last verbindbar ist, einen zweiten Anschluss, der mit dem anderen Ende der elektrischen Last verbindbar ist, einen ersten Stromerfassungswiderstand, ein Schaltelement und ein Steuermittel auf. Der erste Stromerfassungswiderstand ist in Serie in einem ersten Stromflusspfad zwischen dem ersten Anschluss und einem ersten Potential, das eines einer Hochpotentialseite und ein Niederpotentialseite einer Energieversorgungsquelle ist, zum Erzeugen einer Spannungsdifferenz, die proportional zu einem Strom ist, der in dem ersten Stromflusspfad fließt, zwischen seinen beiden Enden vorgesehen. Das Schaltelement ist in Serie in einem zweiten Stromflusspfad zwischen dem zweiten Anschluss und einem zweiten Potential, das das andere des ersten Potentials zwischen der Hochpotentialseite und der Niederpotentialseite der Energieversorgungsquelle ist, zum Einschalten, um den zweiten Stromflusspfad leitend zu machen und zum Ausschalten um den zweiten Stromflusspfad nicht leitend zu machen, vorgesehen. Das Steuermittel hat einen Eingangsteil, der als eine Eingangsspannung eine Spannung empfängt, die die Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des ersten Stromerfassungswiderstands angibt. Das Steuermittel regelt einen Durchschnittswert des Stroms, der zur elektrischen Last fließt, auf einen Wert zwischen einem Hochseitengrenzwertstrom und einem Niederseitengrenzwertstrom, der kleiner als der Hochseitengrenzwertstrom ist, durch Ausschalten des Schaltelements von einem Ein-Zustand, wenn die Eingangsspannung am Eingangsteil gleich oder größer wird als ein Hochseitengrenzwertspannung, die dem Hochseitengrenzwertstrom entspricht, und durch Einschalten des Schaltelements von einem Aus-Zustand, wenn die Eingangsspannung am Eingangsteil gleich oder kleiner wird als eine Niederseitengrenzwertspannung, die dem Niederseitengrenzwertstrom entspricht. Die Lastreibervorrichtung weist ferner einen zweiten Stromerfassungswiderstand und ein Eingangsspannungsänderungsmittel auf. Der zweite Stromerfassungswiderstand ist in Serie in dem zweiten Stromflusspfad zum Erzeugen zwischen beiden Enden des Stromerfassungswiderstands einer Spannungsdifferenz proportional zu einem Strom, der im zweiten Stromflußpfad fließt, vorgesehen. Das Eingangsspannungsänderungsmittel ändert die Eingangsspannung am Eingangsteil in eine vorbestimmte Spannung, die irrelevant für die Spannungsdifferenz ist, die zwischen den beiden Enden des ersten Stromerfassungswiderstands entwickelt wird, und größer ist als die Hochseitengrenzwertspannung, wenn der Strom, der im zweiten Stromflußpfad fließt gleich oder größer wird als ein Abnormalitätsbestimmungsstrom, der größer als der Hochseitengrenzwertstrom ist, und die Spannungsdifferenz, die zwischen beiden Enden der zweiten Stromerfassungswiderstand entwickelt wird, gleich oder größer wird als ein vorbestimmter Wert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Schaltdiagramm, das eine Lasttreibervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation einer Ein-/Aus-Steuerschaltung in normaler Zeit in der ersten Ausführungsform darstellt;
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3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Überstromschutzverarbeitung, die in der ersten Ausführungsform ausgeführt wird, darstellt;
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4 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der Lasttreibervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
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5 ist ein Schaltdiagramm, das eine Lasttreibervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 ist ein Schaltdiagramm, das eine Lasttreibervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der Lasttreibervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf Ausführungsformen erläutert. In den folgenden Ausführungsformen wird eine Batterie, die beispielsweise in einem Fahrzeug angebracht ist, als eine Energieversorgungsquelle zum Treiben einer elektrischen Last verwendet. Die elektrische Last, die zu speisen und anzutreiben ist, kann beispielsweise eine Spule eines Injektors oder eine Spule eines linearen Solenoids sein. Jedoch kann die elektrische Last von einem anderen Typ sein.
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[Erste Ausführungsform]
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Eine Lasttreibervorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, ist ein Hochseitenantriebstyp, der konfiguriert ist, ein Schaltelement 13 ein- und auszuschalten, das an einer Hochpotentialseite einer elektrischen Last 3 vorgesehen ist. In der ersten Ausführungsform entspricht ein Potential an einer Niederpotentialseite einer Batterie 5 (das heißt, Potential an einem negativseitigen Batterieanschluss und nachfolgend als ein Massepotential VG bezeichnet) einem ersten Potential. Ein Potential an einer Hochpotentialseite der Batterie 5 (das heißt, Potential an einem positivseitigen Batterieanschluss und nachfolgend als eine Batteriespannung VB bezeichnet) entspricht einem zweiten Potential. In der nachfolgenden Beschreibung ist jede Spannung als eine Spannung bezüglich des Massepotentials VG definiert, das als 0V angenommen wird.
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Die Lasttreibervorrichtung 1 hat einen ersten Anschluss 7 und einen zweiten Anschluss 9. Der erste Anschluss 7 ist mit einem Ende der elektrischen Last 3 verbunden. Der zweite Anschluss 9 ist mit dem anderen Ende der elektrischen Last 3 verbunden. In der Lasttreibervorrichtung 1 ist ein erster Stromerfassungswiderstand 11 in Serie in einem ersten Stromflusspfad zwischen dem Massepotential VG und dem ersten Anschluss 7 vorgesehen. Der Widerstand 11 entwickelt somit eine Spannungsdifferenz, das heißt, Potentialdifferenz, zwischen seinen beiden Enden proportional zu einem Strom, der im ersten Stromflusspfad fließt (fließt ebenso zur elektrischen Last 3).
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In der Lasttreibervorrichtung 1 ist ein FET (Feldeffekttransistor) 13 als ein Energieversorgungsschaltelement in Serie in einem zweiten Stromflusspfad zwischen der Batteriespannung VB und dem zweiten Anschluss 9 vorgesehen. Somit wird der zweite Stromflusspfad leitend und nichtleitend gemacht, wenn der FET 13 ein- bzw. ausschaltet. Der FET 13 ist ein P-Kanal-MOSFET.
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Eine Diode 14 ist zwischen einem Drain des FET 13, der ein Anschluss gegenüberliegend zur Batteriespannung VB ist, und dem Massepotential VG verbunden, wobei die Anode der Diode auf der Seite des Massepotentials VG angeordnet ist. Die Diode 14 ist eine Freilaufdiode, die den Strom zur elektrischen Last zirkuliert, wenn der FET 13 ausgehend vom Ein-Zustand ausschaltet. In dem zweiten Stromflusspfad ist ein zweiter Stromerfassungswiderstand 15 in Serie vorgesehen. Der Widerstand 15 entwickelt somit eine Spannungsdifferenz zwischen seinen beiden Enden proportional zu einem Strom, der im zweiten Stromflußpfad fließt. Der Widerstand 15 ist insbesondere in einem Pfad zwischen dem FET 13 und dem zweiten Anschluss 9 in dem zweiten Stromflusspfad vorgesehen. Jedoch kann der Widerstand 15 in einem Pfad zwischen dem FET 13 und der Batteriespannung VB vorgesehen sein.
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Die Lasttreibervorrichtung 1 beinhaltet ein Mikrocomputer 17. In einen Eingangsanschluss 19 (entsprechend einem Eingangsteil) von Anschlüssen des Mikrocomputers 17, der die Eingangsspannung A/D(analog/digital)-wandelt und erfasst, wird eine Spannung des Hochpotentialseitenendes des Widerstands 11 (Spannung, die an einer Seite entwickelt wird, die der Seite des Massepotentials VG gegenüberliegt) als eine Eingangsspannung Vm eines Erfassungsobjekts durch ein Rauschfilter eingegeben, das durch einen Widerstand 21 und ein Kondensator 22 ausgebildet ist. Da das Niederseitenende des Widerstands 11 mit dem Massepotential VG verbunden ist, gibt die Spannung am Hochseitenende des Widerstands 11 eine Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des Widerstands 11 an.
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Der Mikrocomputer 17 ist durch eine CPU 25, einen ROM 27 zum Speichern von durch die CPU 25 ausgeführten Programmen und einen RAM 29 zum Speichern von Berechnungsergebnissen der CPU 25 ausgebildet. Der Mikrocomputer 17, der den Strom regelt, der zur elektrischen Last 3 fließt, beinhaltet ferner einen A/D-Wandler (ADC) 31, eine Vergleichsschaltung 33 und eine Ein/Aus-Steuerschaltung 35 als Hardwareschaltungen.
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Der A/D-Wandler 31 A/D-wandelt eine Eingangsspannung Vm, die am Eingangsanschluss 19 anliegt, bei jedem festen Zeitintervall zum Erfassen eines Spannungswerts der Eingangsspannung Vm. Der A/D-Wandler 31 operiert als ein Spannungserfassungsteil zum Erfassen der Eingangsspannung Vm. Da die Eingangsspannung Vm Laststrom, der zur elektrischen Last 3 fließt, angibt, operiert der A/D-Wandler 31 ebenso als ein Stromerfassungsteil zum Erfassen des Laststroms.
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Die Vergleichsschaltung 33 vergleicht das Erfassungsergebnis der Eingangsspannung Vm des A/D-Wandlers 31 mit zwei Grenzwertspannungen VH und VL. Eine Grenzwertspannung VH, die eine größere von zwei Grenzwertspannungen VH und VL ist, wird auf den gleichen Wert festgelegt wie eine Spannung des Hochseitenendes des Widerstands 11, die entwickelt wird, wenn ein vorbestimmter Hochseitengrenzwertstrom IH zum Widerstand 11 fließt. Diese Spannung wird als eine Hochseitengrenzwertspannung VH bezeichnet.
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Die andere Grenzwertspannung VL, die eine kleinere der zwei Grenzwertspannungen VH und VL ist, wird auf den gleichen Wert festgelegt wie eine Spannung des Hochseitenendes des Widerstands 11, die entwickelt wird, wenn ein vorbestimmter Niederseitengrenzwertstrom IL, der kleiner als der Hochseitengrenzwertstrom ICH ist, zum Widerstand 11 fließt. Diese Spannung wird als die Niederseitengrenzwertspannung VL bezeichnet.
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Wie in 2 dargestellt ist, schaltet die Ein/Aus-Steuerschaltung 35 den FET 13 ausgehend vom Ein-Zustand aus, wenn die Vergleichsschaltung 33 erfasst, dass die Eingangsspannung Vm gleich oder größer ist als die Hochseitengrenzwertspannung VH. Die Ein/Aus-Steuerschaltung 35 schaltet den FET 13 ausgehend vom Aus-Zustand ein, wenn die Vergleichsschaltung 33 erfasst, dass die Eingangsspannung Vm gleich oder kleiner als die Niederseitengrenzwertspannung VL ist. Mit durch die Ein/Aus-Steuerschaltung 35 ein- und ausgeschaltetem FET 13, wie in 2 dargestellt ist, wird ein Durchschnittswert des Laststroms auf einen Wert geregelt, der zwischen dem Hochseitengrenzwertstrom IH und dem Niederseitengrenzwertstrom IL liegt.
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Der Eingangsanschluss 19, der A/D-Wandler 31, die Vergleichsschaltung 33 und die Ein/Aus-Steuerschaltung 35 bilden eine Konstantstromsteuereinheit 37, die den Strom, mit dem die elektrische Last 3 versorgt wird, auf einen konstanten Wert regelt. Die Steuereinheit 37 operiert als Steuermittel.
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In 2, gibt der Strom einen Strom an, der zum zweiten Anschluss 9 fließt und sich dem Laststrom in normaler Zeit angleicht. Dies gilt ebenso in anderen Figuren (4 und 7), die später erläutert werden.
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Ferner, wie in 2 dargestellt ist, schaltet der FET 13 mit einer bestimmten Verzögerungszeit ta aus, nachdem die Eingangsspannung Vm die Hochseitengrenzwertspannung VH erreicht. Ähnlich schaltet der FET 13 mit einer bestimmten Verzögerungszeit tb ein, nachdem die Eingangsspannung Vm die Niederseitengrenzwertspannung VL erreicht. Die Verzögerungszeiten ta und tb werden durch beispielsweise eine Verzögerung in der A/D-Wandlung der Eingangsspannung Vm durch den A/D-Wandler 31, Verzögerungen bei Operationen der Vergleichsschaltung 33 und der Ein/Aus-Steuerschaltung 33 und eine Einschaltzeit und eine Ausschaltzeit des FET 13 verursacht.
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Die Lasttreibervorrichtung 1 beinhaltet ferner eine Eingangsspannungsänderungsschaltung 39, die die Eingangsspannung Vm, die dem Eingangsanschluss 19 bereitgestellt wird, auf eine vorbestimmte feste Spannung Vcc (beispielsweise, 5V) ändert. Diese Spannung Vcc ist nicht variabel mit der Spannungsdifferenz, die zwischen beiden Enden des Widerstands 11 entwickelt wird, und ist größer als die Hochseitengrenzwertspannung VH.
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Die Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 beinhaltet einen PNP-Transistor 41, einen Widerstand 42, einen NPN-Transistor 43 und einen PNP-Transistor 44 und einen Kondensator 45. Ein Emitter und eine Basis des PNP-Transistors 41 sind mit einem Hochseitenende bzw. einem Niederseitenende des Widerstands 15 verbunden. Ein Ende des Widerstands 42 ist mit einem Kollektor des PNP-Transistors 41 verbunden. Eine Basis und ein Emitter des NPN-Transistors 43 sind mit dem anderen Ende des Widerstands 42 bzw. dem Massepotential VG verbunden. Eine Basis und ein Emitter des PNP-Transistors 44 sind mit einem Kollektor des NPN-Transistors 43 bzw. der vorbestimmten Spannung Vcc verbunden. Der Kondensator 45 ist zwischen einem Niederseitenende des Widerstands 42 und dem Massepotential VG verbunden. Ein Kollektor des PNP-Transistors 44 ist mit der Leitung 47 verbunden, die die Eingangsspannung Vm dem Eingangsanschluss 19 bereitstellt.
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Die PNP-Transistor 41 ist ein Transistor, der einen eingebauten Basisstrombegrenzungswiderstand hat. Jeder des NPN-Transistors 43 und des PNP-Transistors 44 ist ein Transistor, der einen eingebauten Basisstrombegrenzungswiderstand und einen Emitter-Basis-Widerstand aufweist, der fehlerhafte Operation vermeidet. Der Widerstand 42 und der Kondensator 45 bilden ein Rauschfilter.
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In der Eingangsspannungsänderungsschaltung 39, wenn der Strom, der im zweiten Stromflußpfad durch den FET 13 fließt (das heißt, Strom der im Widerstand 15 fließt), einen Abnormalitätsbestimmungsstrom Ing erreicht und überschreitet, der vorbestimmt ist, größer zu sein als der Hochseitengrenzwertstrom IH, und die Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des Widerstands 15 einen vorbestimmten Wert (das heißt, Produkt von Ing und einem Widerstandswert R15 des Widerstands 15) erreicht und überschreitet, schaltet der PNP-Transistor 41 ein. Wenn der PNP-Transistor 41 einschaltet, schaltet der NPN-Transistor 43 ein und der PNP-Transistor 44 schaltet ein. Wenn der PNP-Transistor 44 einschaltet, wird die vorbestimmte Spannung Vcc an den Eingangsanschluss 19 angelegt. Demzufolge wird die Eingangsspannung Vm am Eingangsanschluss 19 von der Spannung am Hochseitenende des Widerstands 11 in die vorbestimmte Spannung Vcc geändert.
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Die CPU 25 des Mikrocomputers 17 führt Überstromschutzverarbeitung aus, die in 3 dargestellt ist, durch Ausführen von im ROM27 gespeicherten Programmen. Die Überstromschutzverarbeitung wird jedes Mal ausgeführt, wenn der A/D-Wandler 31 die A/D-Wandlung der Eingangsspannung Vm beendet. Jedoch kann sie bei einem festen Zeitintervall ausgeführt werden, das sich vom A/D-Wandlungszeitintervall unterscheidet.
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Wie in 3 dargestellt ist, überprüft die CPU 25 nach dem Starten der Überstromschutzverarbeitung als erstes bei S110, ob die Eingangsspannung Vm gleich oder größer ist als der Überstrombestimmungswert Vth, durch Vergleichen eines Erfassungsergebnisses (digitaler Wert) der Eingangsspannung Vm des A/D-Wandlers 31 mit einem Überstrombestimmungswert Vth. Der Überstrombestimmungswert Vth ist größer als die Hochseitengrenzwertspannung VH und kleiner als die vorbestimmte Spannung Vcc.
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Wenn die CPU 25 bestimmt, dass die Eingangsspannung Vm nicht gleich oder größer als der Überstrombestimmungswert Vth (S110: NEIN) ist, beendet sie die Überstromschutzverarbeitung. Wenn die CPU 25 bestimmt, dass die Eingangsspannung Vm gleich oder größer als der Überstrombestimmungswert Vth ist (S110: JA), führt sie S120 aus und wendet einen Steuerungsstoppbefehl auf die Ein/Aus-Steuerschaltung 35 an, um dabei den FET 13 zwangsweise auszuschalten. Die CPU 25 beendet dann die Überstromschutzverarbeitung. Der FET 13 wird durch den Steuerungsstoppbefehl der CPU 25 gezwungen kontinuierlich auszuschalten, bis eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, beispielsweise, bis eine vorbestimmte Zeit abläuft oder der Mikrocomputer 17 rückgesetzt ist.
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Es wird hier angenommen, dass die Lasttreibervorrichtung 1 nicht mit dem Widerstand 15 und der Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 versehen ist. Es wird ferner angenommen, dass der Pfad zwischen dem zweiten Anschluss 9 und der elektrischen Last 3 mit dem Massepotential VG kurzgeschlossen ist.
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In diesem Fall, obwohl die Spannung der Batterie 5 (insbesondere Spannungsdifferenz zwischen VB und VG) direkt zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen (Source und Drain) des FET 13 angelegt wird, fließt kein Strom zum Widerstand 11, sogar, wenn der FET 13 einschaltet. Die Eingangsspannung Vm am Eingangsanschluss 19 des Mikrocomputers 17 erreicht die Hochseitengrenzwertspannung VH nicht und bleibt 0V.
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Die Ein/Aus-Steuerschaltung 35 fährt fort, den FET 13 im Ein-Zustand beizubehalten. Da die CPU 25 bei S110 der Überstromschutzverarbeitung (3) nicht bestimmt, dass Vm gleich oder größer ist als Vth, schaltet die CPU 25 nicht zwangsweise den FET 13 aus. Somit, wie durch eine in 2 mit "Kurzschlusszeitstrom" gekennzeichnete gestrichelte Linie angegeben ist, fährt der Überstrom fort, zum FET 13 zu fließen. Demzufolge wird der FET 13 zerstört bzw. beschädigt.
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Jedoch, da die Lasttreibervorrichtung 1 mit dem Widerstand 15 und der Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 versehen ist, wird der FET 13 davor beschützt zerstört bzw. beschädigt zu werden. Ist der Pfad zwischen dem zweiten Anschluss 9 und der elektrischen Last 3 mit dem Massepotential VG kurzgeschlossen, schaltet der FET 13 ein. Kein Strom fließt zum ersten Stromerfassungswiderstand 11 aber ein Strom fließt zum zweiten Stromerfassungswiderstand 15.
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Wie in 4 dargestellt ist, wenn der Strom, der im zweiten Stromflußpfad fließt (Strom, der zum Widerstand 15 fließt), den Abnormalitätsbestimmungsstrom Ing erreicht und überschreitet und die Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des Widerstands 15 einen vorbestimmten Wert erreicht und überschreitet, wird die Eingangsspannung Vm am Eingangsanschluss 19 des Mikrocomputers 17 in die vorbestimmte Spannung Vcc (>VH) geädert. Dann schaltet die Ein/Aus-Steuerschaltung 35 des Mikrocomputers 17 den FET 13 aus.
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Wenn der FET 13 ausschaltet, fließt kein Strom zum Widerstand 15 und somit schalten die Transistoren 41, 43 und 44 der Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 aus. Schaltet der Transistor 44 aus, stoppt die Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 eine Spannungsänderungsoperation (das heißt, Operation zum Ändern der Eingangsspannung Vm in die vorbestimmte Spannung Vcc). Dann kehrt die Eingangsspannung Vm am Eingangsanschluss 19 von der vorbestimmten Spannung Vcc zur Spannung des Hochseitenendes des Widerstands 11 zurück (0V und niedriger als die Niederseitengrenzwertspannung VL). Die Ein/Aus-Steuerschaltung 35 des Mikrocomputers 17 schaltet den FET 13 ein.
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Wenn der FET 13 einschaltet und die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Enden des Widerstands 15 den vorbestimmten Wert Vs erreicht und überschreitet, operiert die Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 zum Ändern der Eingangsspannung Vm am Eingangsanschluss 19 in die vorbestimmte Spannung Vcc. Die Ein/Aus-Steuerschaltung 35 schaltet den FET 13 aus.
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Mit der Wiederholung der vorstehend beschriebenen Operation, bleibt der FET 13 nicht im Ein-Zustand und wiederholt Ein und Aus. In diesem Fall schaltet der FET 13 mit der Verzögerungszeit ta aus, nachdem die Eingangsspannung Vm die vorbestimmte Spannung Vcc wird. Ähnlich schaltet der FET 13 mit der Verzögerungszeit tb ein, nachdem die Eingangsspannung Vm 0V wird. In 4, ist die Änderung des Stroms der Einfachheit halber rechtwinklig dargestellt, wobei er tatsächlich mit Neigungen steigt und fällt.
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Somit wird sogar, wenn der Pfad zwischen dem zweiten Anschluss 9 und der elektrischen Last 3 geerdet ist und kein Strom trotz dem direkten Anliegen der Spannung der Batterie 5 an den zwei Ausgangsanschlüssen des FET 13 zum ersten Stromerfassungswiderstand 11 fließt, der FET 13 davor bewahrt weiterhin im Ein-Zustand zu sein und durch den Überstrom zerstört bzw. beschädigt zu werden.
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Insbesondere bestimmt die CPU 25 des Mikrocomputers 17 in der Überstromschutzverarbeitung, dass Vm gleich oder größer ist als Vth und veranlasst die Ein/Aus-Steuerschaltung 35 zwangsweise den FET 13 auszuschalten.
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Demzufolge wird, wenn der Pfad zwischen dem zweiten Anschluss 9 und der elektrischen Last 3 mit dem Massepotential VG kurzgeschlossen ist, das Wiederholen des Ein- und Ausschaltens des FET 13 durch zwangsweises Ausschalten des FET 13 durch die CPU 25 beendet, wie in 4 als Operationen von "FET 13" und "Softwareverarbeitung" dargestellt ist. Somit kann der FET 13 sicher geschützt werden.
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Da das Zwangsausschaltmittel zum zwangsweisen Ausschalten des FET 13 durch die CPU 25 bereitgestellt wird, die die Programme ausführt, die in dem ROM 27 gespeichert sind, wird keine spezielle Hardware benötigt. Jedoch in einem Fall, in dem der Pfad zwischen dem zweiten Anschluss 9 und der elektrischen Last 3 mit dem Massepotential VG kurzgeschlossen ist und die Eingangsspannung Vm den Überstrombestimmungswert Vth erreicht und überschreitet, tritt eine bestimmte Verarbeitungsverzögerung auf, bevor der FET 13 zwangsweise ausgeschaltet wird (vgl. 4). Gemäß der Lasttreibervorrichtung 1, da der FET 13 nicht fortfährt, im Ein-Zustand zu sein, kann der FET 13 vor Zerstörung bzw. Beschädigung geschützt werden.
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Das Zwangsausschaltmittel, das zwangsweise den FET 13 ausgehend von der Bestimmung ausschaltet, dass Vm gleich oder größer ist als Vth, kann eine Hardwarekonfiguration ohne Implementierung einer Softwareverarbeitung sein. Obwohl eine detaillierte Konfiguration einer Treiberschaltung, die den FET 13 ein- und ausschaltet, in 1 nicht dargestellt ist, kann die Treiberschaltung mit unterschiedlichen Hardwareschaltungen konfiguriert sein. Die Energieversorgungsschaltelement zum Versorgen der elektrischen Last 3 mit einem Strom ist nicht auf einen MOSFET beschränkt sonder kann andere Typen eines Schaltelements wie beispielsweise ein Bipolartransistor oder IGBT sein (Bipolartransistor mit isoliertem Gate). Die Treiberschaltung muss entsprechend dem Typ des Schaltelements umkonfiguriert werden. Der Widerstand 15 und die Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 werden bereitgestellt. Demzufolge können sogar in einem Fall, dass die Konfiguration der Treiberschaltung zum Ein- und Ausschalten der Energieversorgungsschaltelement anders ist, der Widerstand 15 und die Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 in der gleichen Konfiguration bereitgestellt werden. Somit ist die erste Ausführungsform vielseitig.
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[Zweite Ausführungsform]
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Eine Lasttreibervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Die gleichen strukturellen Teile wie die der ersten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Eine Lasttreibervorrichtung 51 gemäß der zweiten Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, ist eine Vorrichtung eines Niederseitentreibertyps, die ein Schaltelement, das an einer Niederseite der elektrische Last vorgesehen ist, ein- und ausschaltet, im Gegensatz zur Lasttreibervorrichtung 1 der ersten Ausführungsform, die eine Vorrichtung eines Hochseitentreibertyps ist.
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Aus diesem Grund entsprechen gemäß der zweiten Ausführungsform die Batteriespannung VB und das Massepotential VG dem ersten Potential bzw. dem zweiten Potential. Das heißt, die Lasttreibervorrichtung 51 ist mit Umkehr des Massepotentials VG und der Batteriespannung VB der ersten Ausführungsform konfiguriert.
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Insbesondere unterscheidet sich die zweite Ausführungsform in folgenden Punkten (1) bis (3) verglichen zur Lasttreibervorrichtung 1.
- (1) Von den Anschlüssen 7 und 9, die mit der elektrischen Last 3 verbunden sind, sind die Anschlüsse, die mit dem Hochseitenende und dem Niederseitenende der elektrischen Last 3 verbunden sind, der erste Anschluss 7 und der zweite Anschluss 9. Der erste Stromerfassungswiderstand 11 ist in dem ersten Stromflusspfad in Serie vorgesehen, der ein Stromflusspfad zwischen der Batteriespannung VB und dem ersten Anschluss 7 ist.
Eine Differenzverstärkerschaltung 53 ist zusätzlich vorgesehen, um eine Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des Widerstands 11 mit einer vorbestimmten Verstärkung zu verstärken und gibt eine verstärkte Spannungsdifferenz aus. Eine Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung 53 wird als die Eingangsspannung Vm in den Eingangsanschluss 19 des Mikrocomputer 17 durch das Rauschfilter eingegeben, das durch den Widerstand 21 und den Kondensator 22 ausgebildet ist. Die Differenzverstärkerschaltung 53 ist vorgesehen, um die Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des Widerstands 11 in eine Spannung bezüglich des Massepotentials VG zu wandeln, das die Referenz ist.
- (2) Der FET 13 und der zweite Stromerfassungswiderstand 15 sind in Serie in dem zweiten Stromflusspfad vorgesehen, der der Stromflusspfad zwischen dem Massepotential VG und dem zweiten Anschluss 9 ist. Der FET 13 ist ein N-Kanal-MOSFET. Der Widerstand 15 ist in dem Pfad zwischen dem FET 13 und dem Massepotential VG vorgesehen.
- (3) Die Diode 14 zum Zirkulieren des Stroms zur elektrischen Last 3 befindet sich zwischen dem Drain des FET 13 und der Batteriespannung VB. Der Drain des FET 13 ist ein Ende des FET 13 gegenüberliegend zur Seite des Massepotentials VG. Die Kathode der Diode 14 ist mit der Seite der Batteriespannung VB verbunden.
Andere Konfigurationen sind die gleichen wie bei der Lasttreibervorrichtung 1 der ersten Ausführungsform. Die vorstehend beschriebene Lasttreibervorrichtung 51 bringt den selben Vorteil wie die Lasttreibervorrichtung 1 der ersten Ausführungsform mit sich. Da die Lasttreibervorrichtung 51 der Niederseitentreibertyp ist, fließt kein Strom zum ersten Stromerfassungswiderstand 11, wenn der Pfad zwischen dem zweiten Anschluss 9 und der elektrische Last 3 mit der Batteriespannung VB kurzgeschlossen ist, sogar, wenn die Spannung der Batterie 5 direkt zwischen die zwei Ausgangsanschlüsse des FET 13 angelegt wird. In diesem Fall wird ebenso vermieden, das der FET 13 weiterhin im Ein-Zustand bleibt und aufgrund des Überstroms zum FET 13 zerstört bzw. beschädigt wird.
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[Dritte Ausführungsform]
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Eine Lasttreibervorrichtung 55 gemäß einer dritten Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, ist verglichen mit der Lasttreibervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform zusätzlich mit einem Kondensator 57 versehen. Der Kondensator 57 ist zwischen der Basis des Transistors 44 in der Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 und dem Massepotential VG vorgesehen, um den Ein-Zustand der Transistor 44 zu erweitern.
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In der Lasttreibervorrichtung 55, wenn die Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des Widerstands 15 den vorbestimmten Wert Vs erreicht und überschreitet (= R15 × Ing), schalten die Transistoren 41 und 43 ein und der Transistor 44 schaltet ebenso ein. Der Kondensator 57 wird somit durch den Transistor 43 geladen.
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Wenn die Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des Widerstands 15 unterhalb des vorbestimmten Werts Vs fällt und die Transistoren 41 und 43 ausschalten, wird der Kondensator 57 durch den eingebauten Basisstrombegrenzungswiderstand des Transistor 44 geladen. Wenn ein Ladestrom des Kondensators 57 kleiner als ein Minimalwert Ibmin eines Basisstroms wird, der zum Einschalten des Transistors 44 erforderlich ist, schaltet der Transistor 44 zu dieser Zeit aus und die Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 stoppt ihre Spannungsänderungsoperation.
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Demzufolge, sogar, wenn die Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des Widerstands 15 kleiner wird als der vorbestimmte Wert Vs nach dem Start der Spannungsänderungsoperation der Eingangsspannungsänderungsschaltung 39, fährt die Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 mit ihrer Spannungsänderungsoperation (Transistor 44 bleibt weiterhin im Ein-Zustand) während einer vorbestimmten Zeit td (vgl. 7), bis der Ladestrom des Kondensators 57 kleiner wird als die vorbestimmter Minimalwert Ibmin, fort.
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In der Lasttreibervorrichtung 55, wenn der Pfad zwischen dem zweiten Anschluss 9 und der elektrischen Last 3 mit dem Massepotential VG kurzgeschlossen ist, schaltet der FET 13 ein und aus, wie in 7 dargestellt ist. Wenn der Strom, der im zweiten Stromflußpfad fließt ansteigt und den Abnormalitätsbestimmungsstrom Ing ausgehend vom Auftreten eines Kurzschlusses überschreitet, wird die Eingangsspannung Vm in die vorbestimmte Spannung Vcc durch die Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 geändert. Sogar nachdem der FET 13 vom Ein-Zustand nach der Änderung der Eingangsspannung Vm in Vcc ausschaltet und kein Strom in dem zweiten Stromflusspfad fließt, bleibt die Eingangsspannung Vm während der vorbestimmten Zeit td bei der vorbestimmten Spannung Vcc, wie in 7 dargestellt ist. Der FET 13 bleibt während der vorbestimmten Zeit td im Aus-Zustand.
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Somit kann die Periode des Aus-Zustands des FET 13 verglichen mit der Lasttreibervorrichtung 1 der ersten Ausführungsform erweitert werden. Demzufolge kann der FET 13 sicherer vor Zerstörung bzw. Beschädigung aufgrund Überstroms geschützt werden. Da der Kondensator 47 operiert, um die Spannungsänderungsoperation der Eingangsspannungsänderungsschaltung 39 zu erweitern, wird ein Anstieg einer Anzahl zusätzlicher Teile minimiert und die Lastreibervorrichtung muss nicht von großer Größe sein.
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Die Kapazität des Kondensators 57 kann derart festgelegt werden, dass die vorbestimmte Zeit td länger ist als die Verzögerungszeit in der Verarbeitung zum zwangsweisen Ausschalten des FET 13 durch die Überstromschutzverarbeitung, die durch die CPU 25 ausgeführt wird. Mit dieser Einstellung kann die Gesamtzeit, in der der FET 13 im Ein-Zustand zur Zeit des Auftretens eines Kurzschlusses ist, minimiert werden. Somit kann der Überstromschutz vorteilhafter ausgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung, die vorstehend beschrieben ist, ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsformen beschränkt, sonder kann in unterschiedlichen Ausführungsformen implementiert sein. Unterschiedliche numerische Werte sind ebenso beispielhaft. Beispielsweise kann in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ein Funktion, die durch ein strukturelles Teil bereitgestellt wird, von mehreren strukturellen Teilen geteilt werden oder Funktionen, die durch mehrere strukturelle Teile bereit gestellt werden, können vereint werden, um durch ein strukturelles Teil bereitgestellt zu werden. Mindestens ein Teil einer Konfiguration der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann durch eine herkömmliche Konfiguration ersetzt werden, die operiert, um eine ähnliche Funktion bereitzustellen. Ein Teil der Konfiguration der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann eliminiert werden, so lange das Problem gelöst werden kann. Mindestens ein Teil einer Konfiguration der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann zu den anderen Ausführungsformen hinzugefügt oder durch diese ersetzt werden. Als ein spezifisches Beispiel kann der Kondensator 57 der dritten Ausführungsform zusätzlich der Lasttreibervorrichtung 51 der zweiten Ausführungsform bereitgestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung beinhaltet jegliche Ausführungsformen, die durch das technische Konzept abgedeckt sind, das durch die Ansprüche definiert ist. Ferner kann zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Lastreibervorrichtungen die vorliegende Erfindung als ein System unter Verwendung einer derartigen Treibervorrichtung, eines Programm zum Operieren eines Computer für eine derartige Treibervorrichtung, ein Speichermedium zum Speichern eines derartigen Programms, ein Lastreiberverfahren und der gleichen implementiert sein.
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Die Erfindung lässt sich folgendermaßen zusammenfassen. Eine Lasttreibervorrichtung hat einen ersten Anschluss und ein zweiten Anschluss, die mit jedem Ende einer elektrische Last verbunden sind, einen ersten Stromerfassungswiderstand, der in Serie in einem ersten Stromflusspfad zwischen einer Niederpotentialseite einer Energieversorgungsquelle und dem erste Anschluss vorgesehen ist, ein Schaltelement, das in Serie in einem zweiten Stromflusspfad zwischen einer Hochpotentialseite der Energieversorgungsquelle und einem zweiten Anschluss vorgesehen ist, und eine Steuereinheit, die mit einer Eingangsschaltung zum Empfangen eine Spannung versehen ist, die eine Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des Stromerfassungswiderstand als eine Eingangsspannung angibt. Die Steuereinheit schaltet das Schaltelement aus und ein, wenn die Eingangsspannung gleich oder größer ist als eine Hochseitengrenzwertspannung und gleich oder kleiner ist als eine Niederseitengrenzwertspannung. Diese Lasttreibervorrichtung hat ferner einen zweiten Stromerfassungswiderstand in Serie in einem zweiten Stromflusspfad und eine Eingangsspannungsänderungsschaltung, die die Eingangsspannung an der Eingangsschaltung in eine vorbestimmte Spannung Vcc ändert, die größer als die Hochseitengrenzwertspannung ist, wenn die Spannungsdifferenz zwischen beiden Enden des Stromerfassungswiderstands gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 11-136853 A [0005]
- JP 11-136853 [0008]
