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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungssteuerung
und insbesondere eine Überstromschutztechnologie für
eine externe Schaltung (beispielsweise eine Last oder einen elektrischen
Draht), die mit einem Halbleiterschaltelement verbunden ist.
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STAND DER TECHNIK
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Herkömmlicherweise
ist eine Energieversorgungssteuerung vorgesehen, bei der ein Hochleistungshalbleiterschaltelement
wie z. B. ein Leistungs-MOSFET an einer Energieversorgungsleitung, die
zwischen eine Energiequelle und eine Last geschaltet ist, angeordnet
ist und die ausgelegt ist, die Energiezufuhr zu der Last durch Schalten
des Halbleiterschaltelements zwischen EIN und AUS zu steuern. Einige
derartige Energieversorgungssteuerungen weisen eine Selbstschutzfunktion
auf. Die Selbstschutzfunktion schaltet das Halbleiterschaltelement
als Reaktion auf ein Auftreten eines Überstroms durch Steuern
des Potenzials des Steueranschlusses des Halbleiterschaltelements
derart, dass die Stromzufuhr ausgeschaltet wird, aus und schützt dadurch
das Halbleiterschaltelement. Insbesondere ist beispielsweise ein
Stromerfassungswiderstand seriell mit einem Stromleitungsanschluss
(z. B. der Source oder dem Drain in dem Fall eines MOSFET) des Halbleiterschaltelements
verbunden. Der Spannungsabfall an dem Widerstand wird erfasst, und
das Auftreten eines Überstroms wird bestimmt, wenn der Spannungsabfall
größer als ein vorbestimmter Pegel ist.
- Patentdokument
1: JP-A-2001-217696
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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(Von der Erfindung zu lösendes
Problem)
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Sogar
in dem Fall, in dem die Energieversorgungssteuerung, die eine wie
oben beschriebene Selbstschutzfunktion aufweist, verwendet wird,
kann jedoch eine externe Schaltung (beispielsweise ein Verdrahtungselement
(wie z. B. ein Draht)) aufgrund der Energiezufuhr Wärme
erzeugen, was zu einem Durchbrennen führt, wenn die Selbstschutzfunktion erzwungene
EIN-AUS-Betriebe aufeinanderfolgend durchführt, so dass
das Halbleiterschaltelement intermittierend in einen leitenden Zustand
oder einen Ausschaltzustand gebracht wird. Aus diesem Grund ist
herkömmlicherweise ein zusätzliches Sicherungselement
an der Energieversorgungsleitung unter Berücksichtigung
des Lastwiderstands der externen Schaltung oder Ähnlichem
vorgesehen.
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Man
beachte, dass ein Verdrahtungselement typischerweise eine Konstruktion
aufweist, bei der beispielsweise mehrere verdrillte Drähte
zusammengebündelt und mit einer Beschichtung beschichtet sind.
Der Sicherungswert des Sicherungselements wird unter Berücksichtigung
von Wärme, die erzeugt wird, wenn ein Überstrom
durch sämtliche verdrillten Drähte fließt,
bestimmt. Die Konstruktion, die ein Sicherungselement verwendet,
kann jedoch beim Schützen des Verdrahtungselements fehlschlagen. Das
heißt, es kann ein Flatterkurzschluss auftreten, wenn ein
Teil der verdrillten Drähte aufgrund einer teilweisen Beschädigung
der Beschichtung des Verdrahtungselements zur Außenseite
der Beschichtung freigelegt ist, und dadurch bildet der Teil der
verdrillten Drähte intermittierend einen Kurzschluss mit
einem umgebenden leitenden Element (z. B. einer Fahrzeugkarosserie)
aufgrund beispielsweise einer Vibration des Fahrzeugs, an dem die
Energieversorgungssteuerung installiert ist. Wenn ein Flatterkurzschluss
einer bestimmten Zeitdauer in einigen Perioden auftritt, wird der
Betrag eines Überstroms, der in das Sicherungselement fließt,
nicht das Ausmaß des Schmelzens erreichen. Ein Überstrom
kann jedoch durch den Kurzschlussteil der verdrillten Drähte
fließen, und dadurch kann Wärme lokal erzeugt werden, so
dass die Beschichtung in der Umgebung Rauch erzeugt. Um diesem Problem
zu begegnen, kann der Sicherungswert des Sicherungselements auf
der Grundlage des Betrags eines Überstroms, der durch den
obigen Teil der verdrillten Drähte fließt, bestimmt werden.
Diese Lösung ist jedoch nicht wünschenswert, da
das Sicherungselement aufgrund eines Einschaltstromstoßes
schmelzen kann, d. h. beispielsweise aufgrund eines hohen Stroms,
der auftritt, wenn eine Energiezufuhr zu der Last beginnt.
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In
einigen Fällen wird ein FET, der eine Überhitzungsschutzfunktion
aufweist, als ein Halbleiterschaltelement verwendet. Der FET, der
eine Überhitzungsschutzfunktion aufweist, enthält
einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des FETs, wobei
der FET in einen Ausschaltzustand geschaltet wird, wenn sich die
Temperatur aufgrund eines Überstroms, der zwischen dem
Drain und der Source fließt, wenn beispielsweise ein Kurzschluss
in einer externen Schaltung auftritt, auf eine vorbestimmte Temperatur
erhöht hat. In dem Fall, in dem ein derartiger FET, der
eine Überhitzungsschutzfunktion aufweist, verwendet wird,
basiert die obige vorbestimmte Temperatur ebenfalls auf einem Überstrom,
der durch sämtliche verdrillten Drähte des Verdrahtungselements
fließt, und daher entsteht das Problem, dass ein Verdrahtungselement
in einigen Fällen ähnlich wie bei der oben beschriebenen
Konstruktion, die ein Sicherungselement verwendet, nicht geschützt werden
kann.
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Die
vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die vorhergehenden
Umstände, und es ist ihre Aufgabe, eine externe Schaltung
sogar dann zu schützen, wenn ein intermittierender Überstrom
wie z. B. ein Flatterkurzschluss auftritt.
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(Mittel zum Lösen des Problems)
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Eine
Energieversorgungssteuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist zum Steuern der Energiezufuhr von einer Energiequelle
zu einer Last vorgesehen. Die Energieversorgungssteuerung enthält ein
Halbleiterschaltelement, das an einer Energieversorgungsleitung
von der Energiequelle zu der Last angeordnet ist; ein Stromerfassungselement,
das ausgelegt ist, einen Laststrom, der durch das Halbleiterschaltelement
fließt, zu erfassen; und eine erste Abnorm-Stromerfassungsschaltung, die
ausgelegt ist, auf der Grundlage eines Erfassungssignals von dem
Stromerfassungselement zu bestimmen, ob ein Laststrom, der durch
das Halbleiterschaltelement fließt, einen ersten Schwellenwert überschreitet,
und außerdem ausgelegt ist, ein erstes Abnorm-Stromsignal
auszugeben, wenn der Laststrom den ersten Schwellenwert überschreitet.
Außerdem sind eine Anomaliezeitakkumulationsschaltung,
die ausgelegt, eine Akkumulation einer Anomaliezeit zu starten, wenn
die erste Abnorm-Stromerfassungsschaltung das erste Abnorm-Stromsignal
ausgibt, und außerdem ausgelegt ist, einen ersten Ausschaltbetrieb
des Halbleiterschaltelements zu initiieren, wenn die Anomaliezeit
eine erste Bezugszeit erreicht; eine Normaldauerakkumulationsschaltung,
die ausgelegt ist, ein Löschsignal auszugeben, wenn eine
Normaldauer, während der der Laststrom kontinuierlich niedriger als
der erste Schwellenwert gehalten wird, eine zweite Bezugszeit erreicht,
nachdem die Anomaliezeitakkumulationsschaltung die Akkumulation
beginnt; und eine Anomaliezeitlöschschaltung enthalten,
die ausgelegt ist, die Anomaliezeit der Anomaliezeitakkumulationsschaltung
auf der Grundlage einer Ausgabe des Löschsignals zu löschen.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird eine Akkumulation einer Anomaliezeit
begonnen, wenn der Laststrom, der auf der Energieversorgungsleitung
fließt, den ersten Schwellenwert überschreitet (das
heißt, wenn eine erste Stromanomalie auftritt), und ein
Ausschaltbetrieb für das Halbleiterschaltelement wird initiiert,
wenn die Anomaliezeit die erste Bezugszeit erreicht. Wenn andererseits
ein normaler Zustand, in dem der Laststrom gleich wie oder kleiner als
ein normaler Pegel ist, der kleiner als der erste Schwellenwert
ist, eine zweite Bezugszeit andauert, ohne dass die erste Bezugszeit
erreicht ist, wird die Anomaliezeit, die durch die Anomaliezeitakkumulationsschaltung
akkumuliert wurde, gelöscht (das heißt, die akkumulierte
Zeit des Stroms wird auf die Anfangszeit geändert (vollständig
gelöscht) oder auf eine Zeit geändert, die näher
bei der Anfangszeit liegt (teilweise gelöscht)), so dass
ein Ausschaltbetrieb des Halbleiterschaltelements nicht durchgeführt
wird. Dadurch kann ebenso wie ein Kurzschluss aufgrund eines kontinuierlich
abnormen Stroms ein Flatterkurzschluss aufgrund eines intermittierenden
abnormen Stroms, der in Intervallen auftritt, die kürzer
als die zweite Bezugszeit sind, erfasst werden, um einen Schutz
einer externen Schaltung oder Ähnlichem zu erzielen.
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Die
obige Erfindung enthält vorzugsweise eine Freischwingungszählerschaltung,
die ausgelegt ist, das Zählen einer vorbestimmten Zeit
zu wiederholen und ein Aufwärtszählsignal auszugeben,
wann immer ein jeweiliges Zählen der vorbestimmten Zeit beendet
ist. Die Anomaliezeitakkumulationsschaltung enthält eine
Schmelzzählerschaltung, die ausgelegt, ihren Zählwert
zu inkrementieren, wann immer die Freischwingungszählerschaltung
das Aufwärtszählsignal ausgibt, wenn die erste
Abnorm-Stromerfassungsschaltung das erste Abnorm-Stromsignal ausgibt,
und die weiter ausgelegt ist, den ersten Ausschaltbetrieb des Halbleiterschaltelements
zu initiieren, wenn ihr Zählwert einen Bezugsanomaliezählwert
erreicht. Die Normaldauerakkumulationsschaltung enthält
eine Löschzählerschaltung, die ausgelegt ist,
ihren Zählwert zu inkrementieren, wann immer die Freischwingungszählerschaltung
das Aufwärtszählsignal ausgibt, und die außerdem
ausgelegt ist, das Löschsignal auszugeben, wenn ihr Zählwert
einen Bezugslöschzählwert erreicht, und enthält
außerdem eine Normaldauerrücksetzschaltung, die
ausgelegt ist, einen Zählwert der Löschzählerschaltung
auf der Grundlage einer Ausgabe des ersten Abnorm-Stromsignals von
der ersten Abnorm-Stromerfassungsschaltung zurückzusetzen.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird das Zählen der Anomaliezeit
durch die Anomaliezeitakkumulationsschaltung und das Zählen
der Normaldauer durch die Normaldauerakkumulationsschaltung auf
der Grundlage des Zählens durch die allgemeine bzw. gemeinsame
Freischwingungszählerschaltung durchgeführt. Dadurch
kann die Schaltungskonstruktion im Vergleich zu einer Konstruktion vereinfacht
werden, bei der der Akkumulationsbetrieb der Anomaliezeitakkumulationsschaltung
und der Akkumulationsbetrieb der Normaldauerakkumulationsschaltung
vollständig unabhängig voneinander durchgeführt
werden.
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Vorzugsweise
ist weiterhin eine Latch-Schaltung, die ausgelegt ist, einen Ausschaltzustand
des Halbleiterschaltelements, der durch die Anomaliezeitakkumulationsschaltung
bewirkt wird, aufrechtzuerhalten, enthalten. Dadurch kann der Ausschaltzustand
des Halbleiterschaltelements aufgrund der Anomaliezeit der Anomaliezeitakkumulationsschaltung,
die die erste Bezugszeit erreicht, aufrechterhalten werden. Das
heißt, das Halbleiterschaltelement kann in einem selbst
nicht wiederherstellbaren Zustand gehalten werden, in dem ein leitender
Zustand nicht wiederherge stellt werden kann, wenn nicht beispielsweise
eine externe Eingabe zum Anfordern eines leitenden Zustands des
Halbleiterschaltelements während eines normalen Zustands
ausgeschaltet wird oder die Energiequelle ausgeschaltet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, das die allgemeine Konstruktion einer Energieversorgungssteuerung
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich eine Überstromerfassungsschaltung zeigt;
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3 ist
ein erläuterndes Diagramm, das eine Rauchemissionskennlinie
darstellt;
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4 ist
ein Schaltungsdiagramm, das die Konstruktion einer Ausgangssteuerschaltung
zeigt;
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5 ist
ein schematisches Diagramm, das die Konstruktion einer Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung
zeigt;
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6A ist
eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Gatespannung und der
Ladezeit zeigt;
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6B ist
eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Gatespannung und der
Entladezeit zeigt;
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7 ist
ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Ausgangssteuerschaltung
darstellt;
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8 ist
ein Schaltungsdiagramm, das die Konstruktion einer Ausgangssteuerschaltung
gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
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9 ist
ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Ausgangssteuerschaltung
darstellt;
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10 ist
ein Blockdiagramm, das schematisch eine Energieversorgungssteuerung
gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
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11 ist
ein schematisches Diagramm, das die Energieversorgungssteuerung
und einen Betriebsschalter (ein Beispiel) zeigt;
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12 ist
ein schematisches Diagramm, das die Energieversorgungssteuerung
und den Betriebsschalter (ein anderes Beispiel) zeigt;
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13 ist
ein Blockdiagramm, das schematisch eine Energieversorgungssteuerung
gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
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14 ist
ein Diagramm, das schematisch die äußere Konstruktion
einer Halbleitervorrichtung zeigt;
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15 ist
ein Blockdiagramm, das die allgemeine Konstruktion der Energieversorgungssteuerung
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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16 ist
ein Schaltungsdiagramm eines internen Massegenerators;
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17 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Sourcepotenzialsteuerung, eines Schwellenspannungsgenerators
und eines Stromanomaliedetektors;
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18 ist
eine Grafik zur Erläuterung von Einstellpegeln eines ersten
Anomalieschwellenstroms und eines zweiten Anomalieschwellenstroms;
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19 ist
ein Schaltungsdiagramm eines Steuerlogikabschnitts;
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20 ist
eine Tabelle, die eine Entsprechung zwischen Zählwerten
eines Schmelzzählers und eines FR-Zählers und
einem Schwellenwertbestimmungssignal zeigt;
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21 ist
ein Zeitdiagramm verschiedener Signale zum Darstellen eines Betriebs
der Energieversorgungssteuerung (während eines normalen
Zustands);
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22 ist
ein Zeitdiagramm verschiedener Signale zum Darstellen eines Betriebs
der Energieversorgungssteuerung (während eines Überstroms); und
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23 ist
ein Zeitdiagramm verschiedener Signale zum Darstellen eines Betriebs
der Energieversorgungssteuerung (während eines Schmelzstroms).
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BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
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<Erste
Ausführungsform>
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Eine
erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 7 erläutert.
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(1) Allgemeine Konstruktion
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1 ist
ein Blockdiagramm, das die allgemeine Konstruktion einer Energieversorgungssteuerung 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie es in der Figur
gezeigt ist, stellt die Energieversorgungssteuerung 10 der
vorliegenden Ausführungsform ein Steuersignal S1 wie z.
B. ein konstantes Spannungssignal oder ein PWM-Steuersignal (Pulsbreitenmodulationssteuersignal)
direkt oder indirekt dem Steuereingangsanschluss (d. h. dem Gateanschluss
G) eines Leistungs-MOSFET 15 (d. h. einem Beispiel eines
"Halbleiterschaltelements" und eines "Leistungs-FET") bereit, um
die Energiezufuhr von einer Fahrzeugenergiequelle 61 (im
Folgenden als eine "Energiequelle 61" bezeichnet), die
mit der Ausgangsseite des Leistungs-MOSFET 15 verbunden
ist, zu einer Last 50 zu steuern. In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Energieversorgungssteuerung 10 an einem nicht gezeigten
Fahrzeug installiert und wird für die Antriebssteuerung
der Last 50 wie z. B. einer Fahrzeugleuchte, eines Lüftermotors
oder eines Entfeuchtungsheizgeräts verwendet. Ein Betriebsschalter 52 ist
mit einem Eingangsanschluss P1 der Energieversorgungssteuerung 10 verbunden,
die betrieben wird, wenn der Betriebsschalter 52 eingeschaltet
ist. Im Folgenden meint "eine Last" eine Vorrichtung, die durch
die Energieversorgungssteuerung 10 zu steuern ist, und
beinhaltet nicht einen elektrischen Draht 51, der zwischen
die Energieversorgungssteuerung 10 und die gesteuerte Vorrichtung
geschaltet ist. Die Last 50 und der elektrische Draht 51 werden
in der folgenden Erläuterung gemeinsam als eine "externe
Schaltung" bezeichnet.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, wird das Steuersignal S1 in eine
Eingangsschnittstelle 45, die mit dem Eingangsanschluss
P1 verbunden ist, eingegeben. Als Reaktion auf ein Steuersignal
S1 (eines niedrigen Pegels) schaltet sich ein FET 47 ein,
so dass eine Ausgangssteuerschaltung 40 betrieben wird.
Die Ausgangssteuerschaltung 40 enthält eine Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 (siehe 2 und 4),
und eine Überstromerfassungsschaltung 13 ist mit
dieser verbunden. Ein dynamischer Begrenzer 44 ist zwischen
den Drainanschluss D und den Gateanschluss G des Leistungs-MOSFET 15 geschaltet.
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Die
Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 der Ausgangssteuerschaltung 40 ist
mit dem Gateanschluss G des Leistungs-MOSFET 15 und dem
Gateanschluss G eines Erfassungs-MOSFET 16, der unten beschrieben
wird (siehe 2), der Überstromerfassungsschaltung 13 verbunden.
Die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 ist ebenfalls
mit dem Sourceanschluss S des Leistungs-MOSFET 15 verbunden.
Ein externer Widerstand 64, der in 1 weggelassen
ist, ist mit einem externen Anschluss P4 einer Halbleitervorrichtung 11 (einer
halbleitenden Vorrichtung) verbunden, und ein Erfassungsstrom Is
(d. h. ein Beispiel eines "Erfassungssignals"), der unten beschrieben
wird, von dem Erfassungs-MOSFET 16 fließt in die
Masse durch den externen Widerstand 64.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, sind der Leistungs-MOSFET 15,
die Überstromerfassungsschaltung 13, die Ausgangssteuerschaltung 40 und Ähnliches,
d. h. die Schaltungskonstruktionen innerhalb des gestrichelten Rahmens
in der Figur der Energieversorgungssteuerung 10 auf einem
einzelnen Chip oder auf mehreren Chips, die in einem Gehäuse
untergebracht sind, um die Halbleitervorrichtung 11 auszubilden,
konfiguriert.
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(2) Überstromerfassungsschaltung
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich die Überstromerfassungsschaltung 13,
d. h. ein Beispiel einer "ersten und zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung")
zum Erfassen einer Anomalie eines Stroms, der durch den Leistungs-MOSFET 15 fließt,
zeigt. In der Figur entsprechen die Konstruktionen innerhalb des Strich-Punkt-Rahmens
der Überstromerfassungsschaltung 13. Die Überstromerfassungsschaltung 13 enthält
den Erfassungs-MOSFET 16 (d. h. ein Beispiel eines "Erfassungs-FET"
und eines "Stromerfassungselements"), durch den ein Erfassungsstrom
Is, der dem Betrag eines Stroms des Leistungs-MOSFET 15 entspricht,
fließt.
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Insbesondere
sind mehrere MOSFETs auf der Halbleitervorrichtung 11 angeordnet.
Die Drainanschlüsse D der MOSFETs sind gemeinsam miteinander
und mit einem Energieversorgungsanschluss P2 verbunden. Die Sourceanschlüsse
S der meisten der MOSFETs sind gemeinsam mit einem Ausgangsanschluss
P3 verbunden, so dass die MOSFETs den Leistungs-MOSFET 15 ausbilden.
Die Sourceanschlüsse S der verbleibenden MOSFETs sind mit
einem FET 20 verbunden, so dass die MOSFETs den Erfassungs-MOSFET 16 ausbilden.
Das Verhältnis der Anzahl der MOSFETs, die den Erfassungs-MOSFET 16 bilden,
zu der Anzahl der MOSFETs, die den Leistungs-MOSFET 15 bilden,
entspricht näherungsweise einem Erfassungsverhältnis.
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Der
Sourceanschluss S des Leistungs-MOSFET 15 und der Sourceanschluss
S des Erfassungs-MOSFET 16 sind mit den jeweiligen Eingangsanschlüssen
eines Operationsverstärkers 18 verbunden. Der
Gateanschluss des FET 20 ist mit der Ausgangsseite des
Operationsverstärkers 18 verbunden
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Somit
werden die Potenziale der Drainanschlüsse D des Leistungs-MOSFET 15 und
des Erfassungs-MOSFET 16 einander gleich gehalten, und die
Potenziale der Sourceanschlüsse S von diesen werden ebenfalls
einander gleich gehalten. Dadurch wird der Erfassungsstrom Is, der
durch den Erfassungs-MOSFET 16 fließt, stabil
auf einem konstanten Verhältnis (d. h. dem obigen Erfassungsverhältnis)
zu dem Laststrom Ip gehalten, der durch den Leistungs-MOSFET 15 fließt.
Der Leistungs-MOSFET 15 und der Erfassungs-MOSFET 16 werden
bei der Bedingung, dass ein Steuersignal S1 (eines niedrigen Pegels)
in den Eingangsanschluss P1 als Reaktion auf das Einschalten des
Betriebsschalters 52 eingegeben wird, eingeschaltet (d.
h. von einem Ausschaltzustand in einen leitenden Zustand geschaltet). Eine
Leitung L, die zwischen die Energiequelle 61 und die Last 50 geschaltet
ist, ist ein Beispiel einer "Energieversorgungsleitung".
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Ein
FET 24 und ein FET 26 bilden eine Stromspiegelschaltung,
und dadurch fließt ein Spiegelstrom Is' desselben Pegels
wie der Erfassungsstrom Is von dem Erfassungs-MOSFET 16 auf
der Verbindungsleitung zwischen dem FET 26 und einem FET 28.
Außerdem bilden der FET 28 und ein FET 30 eine
Stromspiegelschaltung, und dadurch fließt ein Spiegelstrom
Is'' desselben Pegels wie der Erfassungsstrom Is durch den FET 30 und
den externen Anschluss P4.
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Ein
Eingangsanschluss eines Komparators 32 ist mit der Verbindungsleitung
zwischen dem FET 30 und dem externen Anschluss P4 verbunden.
Drei Widerstände 34, 35, 36 sind
beispielsweise seriell zwischen eine Energieleitung, die mit der
Energiequelle 61 verbunden ist, und die Masse geschaltet. Der
andere Eingangsanschluss des Komparators 32 ist mit einem
Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 35 und dem Widerstand 36 verbunden.
Ein Eingangsanschluss eines Komparators 37 ist mit der Verbindungsleitung
zwischen dem FET 30 und dem externen Anschluss P4 verbunden.
Der andere Eingangsanschluss des Komparators 37 ist mit
einem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 34 und dem
Widerstand 35 verbunden.
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Wenn
die Spannung Vo an dem externen Anschluss P4, mit dem der externe
Widerstand 64 verbunden ist, eine erste Schwellenspannung
Vr1 an dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 35 und
dem Widerstand 36 überschreitet, schaltet sich der
Komparator 32 ein, um ein Anomaliesignal FC eines hohen
Pegels (d. h. ein Beispiel eines "ersten Abnorm-Stromsignals") auszugeben.
Andererseits schaltet sich der Komparator 37 ein, um ein
Anomaliesignal OC eines hohen Pegels (d. h. ein Beispiel eines "zweiten
Abnorm-Stromsignals") auszugeben, wenn die Spannung Vo an dem externen
Anschluss P4, mit dem der externe Widerstand 64 verbunden ist,
eine zweite Schwellenspannung Vr2 (die größer als
die erste Schwellenspannung Vr1 ist) an dem Verbindungspunkt zwischen
dem Widerstand 34 und dem Widerstand 35 überschreitet.
Im Folgenden wird ein Laststrom Ip während einer Stromanomalie,
der durch den Leistungs-MOSFET 15 fließt, wenn
die Spannung Vo an dem externen Anschluss P4 die erste Schwellenspannung
Vr1 erreicht, als ein "erster Schwellenstrom Ia" bezeichnet. Ein
Laststrom Ip während einer Stromanomalie, der durch den
Leistungs-MOSFET 15 fließt, wenn die Spannung
Vo an dem externen Anschluss P4 die zweite Schwellenspannung Vr3
erreicht, wird als ein "zweiter Schwellenstrom Ib" bezeichnet.
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3 ist
eine Grafik, die eine Rauchemissionskennlinie einer externen Schaltung
wie z. B. eines elektrischen Drahtes 51 (z. B. des Beschichtungsmaterials
des elektrischen Drahtes), der mit der Energieversorgungssteuerung 10 der
vorliegenden Ausführungsform verbindbar ist, zeigt, die
die Beziehung zwischen einem Strompegel und einer Stromanwendungszeit
(d. h. einer Zeit bis zum Schmelzen) repräsentiert.
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Das
heißt, es ist eine Zeit gezeigt, die es dauert, bis das
Beschichtungsmaterial des elektrischen Drahtes 51 zu schmoren
beginnt, während ein beliebiger konstanter Strom (d. h.
ein Ein-Schuss-Strom) an den elektrischen Draht 51 angelegt
ist. Die Grafik zeigt eine Rauchemissionskennlinie des elektrischen
Drahtes 51, der mit der Energieversorgungssteuerung 10 zu
verbinden ist. Die Rauchemissionskennlinie hängt von einer
externen Schaltung (beispielsweise einem Verdrahtungselement wie
z. B. einem elektrischen Draht oder einer Last) ab, die tatsächlich
mit der Energieversorgungssteuerung 10 zu verbinden ist,
und daher sollten die Pegel des Erfassungsstroms Is, auf der Grundlage dessen
die obigen Anomaliesignale FC, OC ausgegeben werden, in Abhängigkeit
davon geändert werden. Dieses kann auf einfache Weise durch
Einstellen des Widerstandswerts des oben beschriebenen externen
Widerstands 64 erzielt werden.
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In
der Grafik repräsentiert ILmax den Nennstrom der Last 50 (d.
h. eine Grenze der Verwendung, für die der Entwurf eine
Garantie abgibt). Io repräsentiert den kritischen Gleichgewichtsstrom,
der angelegt werden kann, während ein thermischer Gleichgewichtszustand
aufrechterhalten wird, bei dem eine Wärmeerzeugung und
-abstrahlung in dem elektrischen Draht 51 ausgeglichen
sind. Wenn ein Strom eines größeren Pegels als
der kritische Gleichgewichtsstrom Io angelegt wird, betrifft dieses
den überthermischen Widerstandsbereich, in dem ein Strompegel
und eine Zeit bis zur Rauchemission im Wesentlichen umgekehrt proportional
zueinander sind. Der Komparator 32 erfasst eine erste Stromanomalie
(im Folgenden als ein "Schmelzstrom" bezeichnet), das heißt,
wenn der Laststrom Ip, der durch den Leistungs-MOSFET 15 fließt,
den ersten Schwellenstrom Ia erreicht, der etwas höher
als der Nennstrom ILmax der Last 50 ist, und gibt ein Anomaliesignal
FC (eines hohen Pegels) aus. Wenn der Laststrom um diesen Pegel
liegt, muss der Leistungs-MOSFET 15 nicht unmittelbar ausgeschaltet werden,
wie es unten beschrieben ist. Er sollte ausgeschaltet werden, wenn
der Schmelzstromzustand eine beachtliche Zeit andauert.
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Im
Gegensatz dazu erfasst der Komparator 37 eine zweite Stromanomalie
(im Folgenden als ein "Überstrom" bezeichnet), das heißt,
wenn der Laststrom Ip, der durch den Leistungs-MOSFET 15 fließt, den
zweiten Schwellenstrom Ib erreicht, der größer als
der erste Schwellenstrom Ia ist, und gibt ein Anomaliesignal OC
(eines hohen Pegels) aus. Wenn der Laststrom Ip einen derartig hohen
Pegel aufweist, dass er den zweiten Anomalieschwellenstrom Ib überschreitet,
sollte der Leistungs-MOSFET 15 unmittelbar ausgeschaltet
werden, wie es unten beschrieben ist.
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(3) Ausgangssteuerschaltung
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4 ist
ein Schaltungsdiagramm, das die Konstruktion der Ausgangssteuerschaltung 40 zeigt. Wie
es in der Figur gezeigt ist, enthält die Ausgangssteuerschaltung 40 hauptsächlich
die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41, einen Ausschaltdauerzähler 70,
einen Schmelzzeitzähler 71 und einen Löschzähler 72.
Die Ausgangssteuerschaltung 40 enthält außerdem
den obigen Eingangsanschluss P1 zum Empfangen des Steuersignals
S1, einen Eingang P5 zum Empfangen des Anomaliesignals OC, einen
Eingang P6 zum Empfangen des Anomaliesignals FC, einen Eingang P7
zum Empfangen eines Taktsignals CLK und einen Eingang P8 zum Empfangen
eines Rücksetzsignals RST.
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a. Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung
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5 ist
ein schematisches Diagramm, das die Konstruktion der Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 zeigt.
Die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 enthält
eine Ladungspumpe 130, die zwischen den Energieversorgungsanschluss
P2 und die Gateanschlüsse des Leistungs-MOSFET 15 und
des Erfassungs-MOSFET 16 (in der Figur weggelassen) geschaltet
ist, und enthält außerdem einen Normal-Entladungs-FET 131,
der zwischen die Gateanschlüsse und Sourceanschlüsse
des Leistungs-MOSFET 15 und des Erfassungs-MOSFET 16 geschaltet
ist. Weiterhin enthält die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 einen
Eil-Ladungs-FET 132 und eine Diode 133, die zwischen den
Energieversorgungsanschluss P2 und die Gateanschlüsse des
Leistungs-MOSFET 15 und des Erfassungs-MOSFET 16 geschaltet
sind, und enthält außerdem einen Eil-Entladungs-FET 134,
der zwischen die Gateanschlüsse und Sourceanschlüsse des
Leistungs-MOSFET 15 und des Erfassungs-MOSFET 16 geschaltet
ist.
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In
einem normalen Zustand (bei dem weder ein Schmelzstrom noch ein Überstrom
aufgetreten ist) wird die Ladungspumpe 130 allein als Reaktion auf
ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels angesteuert, so dass
eine höhere Spannung von der Energieversorgungsspannung
Vcc erzeugt und zwischen die Gateanschlüsse und Sourceanschlüsse des
Leistungs-MOSFET 15 und des Erfassungs-MOSFET 16 zum
Einschalten oder Wechseln in einen leitenden Zustand angelegt wird.
Somit wird ein normaler Ladungsbetrieb durchgeführt (siehe 6A).
Andererseits wird als Reaktion auf ein Steuersignal S1 eines hohen
Pegels die Erzeugung einer höheren Spannung durch die Ladungspumpe 130 unterbrochen,
und der Normal-Entladungs-FET 131 wird alleine eingeschaltet,
so dass ein Entladen zwischen den Gateanschlüssen und Sourceanschlüssen
des Leistungs-MOSFET 15 und des Erfassungs-MOSFET 16 durchgeführt
wird, um in einen Ausschaltzustand zu wechseln. Somit wird ein normaler
Entladebetrieb durchgeführt (siehe 6B).
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Die
Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 ist ebenfalls mit
dem Ausgangsanschluss einer ODER-Schaltung 74, die unten
beschrieben ist, verbunden. Als Reaktion auf ein Zwangsausschaltsignal S2
(eines hohen Pegels) von dieser wird die Erzeugung einer höheren
Spannung ebenfalls unterbrochen, während die Ladung zwischen
den Gateanschlüssen und Sourceanschlüssen (d.
h. die Gateladung) des Leistungs-MOSFET 15 und des Erfassungs-MOSFET 16 freigesetzt
wird. Somit wird ein erzwungener Ausschaltbetrieb durchgeführt
(im Folgenden wird ein Ausschaltbetrieb, der auf der Grundlage des
Zwangsausschaltsignals S2 durchgeführt wird, als ein "erzwungener
Ausschaltbetrieb" bezeichnet).
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Während
des erzwungenen Ausschaltbetriebs, der auf der Grundlage des Zwangsausschaltsignals
S2 durchgeführt wird, setzt die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 die
Gateladung mit einer höheren Rate als während
eines normalen Ausschaltbetriebs, der auf der Grundlage eines Steuersignals
S1 (eines hohen Pegels) durchgeführt wird, frei. Dadurch
wird der erzwungene Ausschaltbetrieb schneller als ein normaler
Ausschaltbetrieb durchgeführt. Somit dient die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 auch
als eine "Entladungsratenänderungsschaltung" der vorliegenden
Erfindung. Insbesondere schaltet die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 den
Normal-Entladungs-FET 131 und außerdem den Eil-Entladungs-FET 134 als
Reaktion auf ein Zwangsausschaltsignal 82 (eines hohen
Pegels) ein, so dass das Entladen zwischen den Gateanschlüssen
und Sourceanschlüssen des Leistungs-MOSFET 15 und
des Erfassungs-MOSFET 16 für einen Ausschaltbetrieb
schnell durchgeführt wird. Somit wird ein schneller Entladebetrieb
durchgeführt (siehe 6B).
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Außerdem
empfängt die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 ein
Anomaliesignal FC (eines hohen Pegels) von dem Eingang P6 und erhöht
eine Spannungserhöhungsrate als Reaktion auf das Anomaliesignal
FC (eines hohen Pegels). Das heißt, es wird eine Ladungsrate
zum Laden zwischen den Gateanschlüssen und Sourceanschlüssen
des Leistungs-MOSFET 15 und des Erfassungs-MOSFET 16 (d.
h. für eine Gateladung) auf eine höhere Rate als
für einen normalen Zustand geändert, so dass sich
der Laststrom Ip und der Erfassungsstrom Is steil erhöhen
(siehe die Grafik des Erfassungsstroms Is in 7). Dadurch
kann die Überstromerfassungsschaltung 13 einen Überstrom
noch früher erfassen. Somit dient die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 als
eine "Ladungsratenänderungsschaltung" der vorliegenden
Erfindung. Insbesondere schaltet die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 die
Ladungspumpe 130 und außerdem den Eil-Ladungs-FET 132 als
Reaktion auf ein Anomaliesignal FC (eines hohen Pegels) ein, so
dass sich die Spannung schnell auf die Energieversorgungsspannung
Vcc erhöht. Somit wird ein schneller Ladebetrieb durchgeführt
(siehe 6A).
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b. Ausschaltdauerzähler
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Der
Ausschaltdauerzähler 70 (d. h. ein Beispiel einer
"Ausschaltdauerakkumulationsschaltung" der vorliegenden Erfindung)
zählt von dem Anfangswert n auf Null synchron zur Taktung
des obigen Taktsignals CLK abwärts. Insbesondere ist der Eingang P5
mit dem Setzanschluss des Ausschaltdauerzählers 70 verbunden,
so dass ein Anomaliesignal OC (eines hohen Pegels) eingegeben werden
kann. Der Eingang P8 ist mit dessen Rücksetzanschluss verbunden,
so dass ein Rücksetzsignal RST (eines hohen Pegels) im
Pegel invertiert und eingegeben wird.
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Außerdem
sind n Ausgangsanschlüsse, die den jeweiligen Zählwerten
des Ausschaltdauerzählers 70 entsprechen, mit
den jeweiligen Eingangsanschlüssen einer ODER-Schaltung 73 verbunden.
Ein Ausgangssignal von der ODER-Schaltung 73 wird an einen
der Eingangsanschlüsse der ODER-Schaltung 74 angelegt.
Ein Ausgangssignal einer UND-Schaltung 75 wird an den Takteingangsanschluss
des Ausschaltdauerzählers 70 angelegt. Das Taktsignal
CLK von dem Eingang P7 und das Ausgangssignal S3 der ODER-Schaltung 73 werden
in die UND-Schaltung 75 eingegeben.
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Gemäß dieser
Konstruktion führt der Ausschaltdauerzähler 70 das
Abwärtszählen synchron zur Taktung des Taktsignals
CLK beginnend mit dem Anfangszustand, bei dem sämtliche
n Zähler auf "1" liegen und daher sämtliche n
Ausgangsanschlüsse einen hohen Pegel aufweisen, durch,
wenn ein Anomaliesignal OC in dessen Setzanschluss eingegeben wird.
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Wenn
nicht und bis der Ausschaltdauerzähler 70 das
Abwärtszählen auf "0" beendet, liegt der Ausgangsanschluss
S3 der ODER-Schaltung 73 auf einem hohen Pegel, und daher
wird das Taktsignal CLK durch die UND-Schaltung 75 validiert,
so dass es in den Taktanschluss des Ausschaltdauerzählers 70 eingegeben
wird. Während dieser Zeit wird ein Ausgangssignal S3 eines
hohen Pegels als das obige Zwangsausschaltsignal S3 über
die ODER-Schaltung 74 an die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 angelegt.
Im Gegensatz dazu wechselt der Ausgangsanschluss S3 der ODER-Schaltung 73 auf
einen niedrigen Pegel, wenn der Ausschaltdauerzähler 70 das
Abwärtszählen auf "0" beendet und dadurch sämtliche
n Ausgangsanschlüsse auf einen niedrigen Pegel invertiert
werden. Dann wird das Taktsignal CLK durch die UND-Schaltung 75 invalidiert,
so dass der Abwärtszählbetrieb des Ausschaltdauerzählers 70 anhält.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Ausgangssignal S3 eines niedrigen Pegels
an die ODER-Schaltung 74 angelegt.
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Das
heißt, wie es 7 (siehe Zeitdiagramme des Ausschaltdauerzählers
und der MOS-Sperrung [2]) gezeigt ist, der Ausschaltdauerzähler 70 initiiert
unmittelbar den obigen erzwungenen Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 15,
wann immer die Überstromerfassungsschaltung 13 ein
Anomaliesignal OC als Reaktion auf einen Überstromzustand
ausgibt, und gibt den erzwungenen Ausschaltbetrieb nach dem Abwärtszählen
von n frei (im Folgenden wird dieser erzwungene Ausschaltbetrieb
(d. h. ein Beispiel eines "zweiten Ausschaltens") als ein "zweiter
erzwungener Ausschaltbetrieb" bezeichnet). Eine Zeit, die durch
den Abwärtszählbetrieb des Ausschaltdauerzählers 70 gezählt
wurde, entspricht einer "Ausschaltdauer" der vorliegenden Erfindung, und
eine Zeit, die durch das gesamte Abwärtszählen von
n gemessen wird, ist ein Beispiel einer "dritten Bezugszeit" der
vorliegenden Erfindung. Die dritte Bezugszeit wird auf eine Zeit
eingestellt, die kürzer als die Zeit t2 ist, die dem zweiten
Schwellenstrom Ib auf der Rauchemissionskennlinie in der 3 entspricht.
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c. Löschzähler
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Der
Löschzähler 72 (d. h. ein Beispiel einer "Normaldauerakkumulationsschaltung"
und einer "Löschzählerschaltung") zählt
von dem Anfangswert 0 bis q (q > n)
synchron zur Taktung des Taktsignals CLK aufwärts. Insbesondere
ist der Rücksetzanschluss des Löschzählers 72 mit
dem Ausgangsanschluss einer UND-Schaltung 76 verbunden,
um das im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals von der
UND-Schaltung 76 zu empfangen. Eine Zeit, die durch den
Aufwärtszählbetrieb des Löschzählers 72 gemessen
wurde, entspricht einer "Normaldauer" der vorliegenden Erfindung,
und eine Zeit, die durch das gesamte Zählen bis q gemessen
wird, ist ein Beispiel einer "zweiten Bezugszeit". Die zweite Bezugszeit
wird auf der Grundlage der Zeit bestimmt, die es dauert, bis beispielsweise
ein Überhitzungszustand der Last oder Ähnliches
nach dem Beseitigen eines Schmelzstroms oder eines Überstromzustands
beseitigt ist.
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Ein
Rücksetzsignal RST wird in die UND-Schaltung 76 über
den Eingang P8 eingegeben, und ein Ausgangssignal von einer NICHT-ODER-Schaltung 77 wird
e benfalls eingegeben. Ein Anomaliesignal FC wird in die NICHT-ODER-Schaltung 77 über
den Eingang P6 eingegeben, und ein Ausgangssignal S3 der ODER-Schaltung 73 wird
ebenfalls eingegeben.
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Gemäß dieser
Konstruktion wird, wie es in dem Zeitdiagramm des Löschzählers
in 7 gezeigt ist, der Zählwert des Löschzählers 72 auf
den Anfangswert "0" zurückgesetzt, wenn die Überstromerfassungsschaltung 13 ein
Anomaliesignal FC als Reaktion auf einen Schmelzstromzustand ausgibt oder
während der Ausschaltdauerzähler 70 den
Abwärtszählbetrieb aufgrund eines Überstromzustands durchführt.
Der Ausgangsanschluss einer UND-Schaltung 78 ist mit dem
Taktanschluss des Löschzählers 72 verbunden.
Die UND-Schaltung 78 empfängt das Taktsignal CLK über
den Eingang P7. Außerdem wird ein Ausgangssignal S4 von
einer UND-Schaltung 79, die unten beschrieben wird, durch
eine Invertierungsschaltung im Pegel invertiert und von der UND-Schaltung 78 empfangen.
Gemäß dieser Konstruktion wird, wenn nicht und
bis der Schmelzzeitzähler 71 überfließt,
das Taktsignal CLK durch die UND-Schaltung 78 validiert,
und daher führt der Löschzähler 72 den
Aufwärtszählbetrieb synchron zur Taktung des Taktsignals
CLK durch. Wenn im Gegensatz dazu der Schmelzzeitzähler 71 übergeflossen
ist, wird das Taktsignal CLK durch die UND-Schaltung 78 invalidiert,
so dass der Aufwärtszählbetrieb anhält.
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Außerdem
ist einer der Eingangsanschlüsse einer UND-Schaltung 81 (d.
h. ein Beispiel einer "Anomaliezeitlöschschaltung") mit
dem Q-Invertierungsanschluss des Löschzählers 72 verbunden.
Der Eingang P8 ist mit dem anderen Eingangsanschluss der UND-Schaltung 81 verbunden,
so dass ein Rücksetzsignal RST (eines hohen Pegels) empfangen wird.
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d. Schmelzzeitzähler
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Der
Schmelzzeitzähler 71 (d. h. ein Beispiel einer
"Anomaliezeitakkumulationsschaltung") zählt von dem Anfangswert
0 bis m (m > n) synchron
zur Taktung des Taktsignals CLK aufwärts. Insbesondere wird
das Ausgangssignal der UND-Schaltung 81 im Pegel invertiert
und in den Rücksetzanschluss des Schmelzzeitzählers 71 eingegeben.
Dadurch wird der Schmelzzeitzähler 71 gelöscht
(d. h. auf den Anfangswert "0" zurückgesetzt), wenn der
Löschzähler 72 das Zählen bis
"q" beendet und überfließt. Eine Zeit (d. h. eine
Schmelzzeit), die durch den Aufwärtszählbetrieb
des Schmelzzeitzählers 71 gemessen wurde, ist
ein Beispiel einer "Anomaliezeit" der vorliegenden Erfindung, und
eine Zeit, die durch das gesamte Zählen bis m gemessen
wird, ist ein Beispiel einer "ersten Bezugszeit". In der vorliegenden
Ausführungsform wird der erste Schwellenstrom Ia auf einen
Pegel eingestellt, der etwas höher als der Nennstrom ILmax
der Last 50 ist. Die erste Bezugszeit wird auf eine Zeit
eingestellt, die kürzer als die Zeit bis zur Rauchemission
des elektrischen Drahtes 51 in dem Fall ist, in dem ein
Strom, der dem ersten Schwellenstrom Ia entspricht, intermittierend
in Intervallen erfasst wird, die kürzer als die zweite
Bezugszeit sind. Daher kann ein Flatterkurzschluss, d. h. ein abnormer
Strom, der durch einen Teil der verdrillten Drähte des
elektrischen Drahtes 51 aufgrund eines Kurzschlusses in
dem Teil der verdrillten Drähte in Intervallen fließt,
die kürzer als die zweite Bezugszeit sind, erfasst werden,
so dass das erzwungene Ausschalten des Leistungs-MOSFET 15 durchgeführt wird,
ohne dass der elektrische Draht 51 den Rauchemissionszustand
erreicht.
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M
Ausgangsanschlüsse, die dem jeweiligen Zählwert
des Schmelzzeitzählers 71 entsprechen, sind mit
den Eingangsanschlüssen der UND-Schaltung 79 verbunden.
Das Ausgangssignal S4 von der UND-Schaltung 79 wird an
die ODER-Schaltung 74 angelegt. Außerdem ist der
Ausgangsanschluss einer UND-Schaltung 82 mit dem Taktsignal
des Schmelzzeitzählers 71 verbunden. Die UND-Schaltung 82 empfängt
das Taktsignal CLK, das im Pegel invertierte Signal des Ausgangssignals
S4 der UND-Schaltung 79 und ein Ausgangssignal einer ODER-Schaltung 83.
Die ODER-Schaltung 83 empfängt ein Anomaliesignal
FC und das Ausgangssignal S3 der ODER-Schaltung 73.
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Gemäß dieser
Konstruktion führt der Schmelzzeitzähler 71 den
Aufwärtszählbetrieb synchron zur Taktung des Taktsignals
CLK durch, wenn die Überstromerfassungsschaltung 13 ein
Anomaliesignal FC ausgibt oder während der Ausschaltdauerzähler 70 den
Abwärtszählbetrieb durchführt, wie es in
dem Zeitdiagramm des Akkumulationszählers in 7 gezeigt
ist. Wenn im Gegensatz dazu ein Anomaliesignal FC nicht ausgegeben
wird und der Ausschaltdauerzähler 70 den Abwärtszählbetrieb nicht durchführt,
hält der Schmelzzeitzähler 71 den Aufwärtszählbetrieb
an, da das Taktsignal CLK nicht empfangen wird. Wenn der Schmelzzeitzähler 71 einmal
das Zählen bis "m" beendet hat und überfließt, wird
er das Taktsignal CLK nicht empfangen, und daher wird ein Ausgangssignal
S4 eines hohen Pegels von der UND-Schaltung 79 kontinuierlich
an die ODER-Schaltung 74 angelegt. Dann wird das Zwangsausschaltsignal
S2 von der ODER-Schaltung 74 kontinuierlich an die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 angelegt.
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Das
heißt, wenn der Schmelzzeitzähler 71 einmal
ein Anomaliesignal FC empfängt, führt er den Aufwärtszählbetrieb
durch, während das Anomaliesignal FC kontinuierlich empfangen
wird oder der Ausschaltdauerzähler 70 den Abwärtszählbetrieb
durchführt. Wenn das Zählen bis "m" beendet ist,
ohne dass ein Rücksetzsignal (d. h. ein Ausgangssignal
eines niedrigen Pegels von der UND-Schaltung 81) aufgrund
eines Löschsignals S5 von dem Löschzähler 72 empfangen
wird, was zu einem Überfließen führt,
wird der erzwungene Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 15 durchgeführt
(siehe das Zeitdiagramm von MOS-Sperrung [1] in 7.
Im Folgenden wird dieser erzwungene Ausschaltbetrieb (d. h. ein
Beispiel eines "ersten Ausschaltens") als ein "erster erzwungener
Ausschaltbetrieb" bezeichnet. Dadurch kann ein Schmelzstrom- oder
ein Überstromzustand beseitigt werden. Der Löschzähler 72 wird
jedoch nicht überfließen, da das Taktsignal CLK nicht
empfangen wird. Daher wird der Schmelzzeitzähler 71 nicht
zurückgesetzt werden, und der erste erzwungene Ausschaltbetrieb
wird aufrechterhalten. Somit dienen der Löschzähler 72,
die UND-Schaltung 78 und Ähnliches als eine "Latch-Schaltung"
der vorliegenden Erfindung.
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2. Betrieb und Wirkung der
Energieversorgungssteuerung
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Der
Betrieb und die Wirkung der Energieversorgungssteuerung 10 während
einer Stromanomalie wird mit Bezug auf die Zeitdiagramme, die in 7 gezeigt
sind, erläutert.
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Wenn
ein Steuersignal S1 in den Eingangsanschluss P1 eingegeben wird,
schaltet die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 den
Leistungs-MOSFET 15 und den Erfassungs-MOSFET 16 ein,
das heißt, sie schaltet diese in einen leitenden Zu stand,
und dadurch beginnt die Energiezufuhr zu der Last 50. Wenn
der Erfassungsstrom Is den ersten Schwellenstrom Ia überschreitet,
das heißt, wenn ein Schmelzstromzustand auftritt (zu einem
Zeitpunkt (A) in 7), gibt die Überstromerfassungsschaltung 13 ein
Anomaliesignal FC (eines hohen Pegels) aus und der Schmelzzeitzähler 71 beginnt
einen Aufwärtszählbetrieb von dem Zählwert
"0" ausgehend. Zu diesem Zeitpunkt wird der Löschzähler 72 als
Reaktion auf das Anomaliesignal FC gelöscht, so dass dessen Zählwert
gleich "0" ist.
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Wenn
der Erfassungsstrom Is sich weiter erhöht und den zweiten
Schwellenstrom Ib überschreitet, das heißt, wenn
ein Überstromzustand auftritt (zu einem Zeitpunkt (B) in 7),
gibt die Überstromerfassungsschaltung 13 ein Anomaliesignal
OC (eines hohen Pegels) aus. Dadurch beginnt der Ausschaltdauerzähler 70 einen
Abwärtszählbetrieb von dem Anfangswert "n" ausgehend,
und es wird ein Zwangsausschaltsignal S2 an die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 angelegt,
so dass ein zweiter erzwungener Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 15 und Ähnlichem
durchgeführt wird (siehe das Zeitdiagramm bei MOS-Sperrung
in 7). Zu diesem Zeitpunkt fährt der Schmelzzeitzähler 71 mit dem
Aufwärtszählbetrieb fort. Der Löschzähler 72 hält
jedoch einen Zustand aufrecht, bei dem sein Zählwert auf
der Grundlage eines Ausgangssignals S3 (eines hohen Pegels) von
der ODER-Schaltung 73 zu "0" gelöscht wird.
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Danach
wird das Ausgangssignal S3 der ODER-Schaltung 73 auf einen
niedrigen Pegel invertiert, wenn der Ausschaltdauerzähler 70 das
Abwärtszählen auf den Zählwert "0" beendet
(das heißt, wenn eine dritte Bezugszeit verstrichen ist).
Dann wird das Zwangsausschaltsignal S2 nicht an die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 angelegt,
und daher wird der zweite erzwungene Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 15 und Ähnlichem
freigegeben, so dass der leitende Zustand wiederhergestellt wird.
Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Löschzähler 72,
der zu "0" gelöscht wurde, mit einem Aufwärtszählbetrieb,
da der Erfassungsstrom Is auf unterhalb des ersten Schwellenstroms
Ia abfällt. Danach unterbricht, solange wie der Erfassungsstrom
Is kleiner als der erste Schwellenstrom Ia ist, der Schmelzzeitzähler 71 den
Aufwärtszählbetrieb, während sein Zählwert
auf [a] (0 < a < m) gehalten wird.
Wenn der Erfassungsstrom Is den ersten Schwellenstrom Ia erneut überschreitet
(zu einem Zeitpunkt (D) in 7), nimmt
der Schmelzzeitzähler 71 den Aufwärtszählbetrieb
von dem Zählwert [a] wieder auf, und der Löschzähler 72 wird
auf "0" gelöscht, ohne den Zählwert "q" zu erreichen.
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Wenn
danach der Erfassungsstrom Is kontinuierlich während einer
beachtlichen Zeitdauer kleiner als der erste Schwellenstrom Ia gehalten
wird und der Löschzähler 72 den Aufwärtszählbetrieb
bis zum Zählwert "q" beendet (zu einem Zeitpunkt (E) in 7),
ohne gelöscht zu werden, wird der akkumulierte Zählwert
"b" (a < b < m) des Schmelzzeitzählers 71 als
Reaktion auf ein Löschsignal S5 von dem Löschzähler 72 zu
"0" gelöscht, ohne den Zählwert "m" zu erreichen.
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Wenn
der Erfassungsstrom Is danach den ersten Schwellenstrom Ia erneut überschreitet
(zu einem Zeitpunkt (F) in 7), beginnt
der Schmelzzeitzähler 71 erneut mit dem Aufwärtszählbetrieb.
Das Ausgangssignal S4 von der UND-Schaltung 79 wird zu
einem hohen Pegel invertiert, wenn der Schmelzzeitzähler 71 den
Aufwärtszählbetrieb bis zu dem Zählwert
"m" beendet (zu einem Zeitpunkt (G) in 7), ohne
dass ein Löschsignal S5 aufgrund des Überfließens
des Löschzählers 72 empfangen wird. Als
Reaktion darauf wird ein Zwangsausschaltsignal S2 an die Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 angelegt,
so dass der erste erzwungene Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 15 und Ähnlichem durchgeführt
wird. Dann wird der Löschzähler 72 das Taktsignal
CLK nicht empfangen, und daher wird kein Überfließen
auftreten. Dieses bedeutet, dass ein Löschen des Schmelzzeitzählers 71 aufgrund
eines Löschsignals S5 von dem Löschzähler 72 nicht durchgeführt
werden wird und daher der zweite erzwungene Ausschaltbetrieb (d.
h. ein selbst nicht wiederherstellbarer erzwungener Ausschaltbetrieb) aufrechterhalten
wird. Somit wird eine Latch-Funktion in der vorliegenden Ausführungsform
erzielt. Der zweite erzwungene Ausschaltbetrieb wird nicht freigegeben,
wenn nicht beispielsweise ein Rücksetzsignal RST extern
in die Energieversorgungssteuerung 10 erneut eingegeben
wird.
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Wie
es oben beschrieben ist, wird gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ein zweiter erzwungener Ausschaltbetrieb
des Leistungs-MOSFET 15 und Ähnlichem durchgeführt,
wenn der Laststrom (oder der Erfassungsstrom Is), der auf der Ener gieversorgungsleitung
L fließt, kontinuierlich den ersten Schwellenstrom Ia (der
etwas höher als der Nennstrom ILmax der Last 50 ist)
für die Dauer einer ersten Bezugszeit überschreitet.
Wenn andererseits ein normaler Zustand, bei dem ein Überstrom
oder ein Schmelzstrom nicht aufgetreten ist, für die Dauer
einer zweiten Bezugszeit andauert, ohne dass die erste Bezugszeit
erreicht wird, wird der Zählwert des Schmelzzeitzählers 71 auf
"0" gelöscht, so dass ein Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 15 und Ähnlichem
nicht durchgeführt wird. Dadurch kann ein Schutz der externen
Schaltung gegenüber einer Stromanomalie erzielt werden,
wenn ein Flatterkurzschluss auftritt, das heißt, wenn ein
intermittierender Strom in Intervallen auftritt, die kürzer
als die zweite Bezugszeit sind, ebenso wie wenn ein abnormer Strom
Io (d. h. ein Erfassungsstrom, der Ia oder Ib entspricht) kontinuierlich
auftritt, während ein Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 15 und Ähnlichem
aufgrund eines Einschaltstromstoßes verhindert wird, wenn
die Energiezufuhr zu der Last 50 startet.
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<Zweite
Ausführungsform>
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Die 8 und 9 zeigen
eine zweite Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform
unterscheidet sich von der obigen Ausführungsform in der
Schaltungskonstruktion eines Teils einer Ausgabesteuerschaltung.
Die anderen Abschnitte ähneln derjenigen der ersten Ausführungsform,
und daher werden diese mit denselben Bezugszeichen wie in der ersten
Ausführungsform bezeichnet. Redundante Erläuterungen
werden weggelassen, und die folgende Erläuterung konzentriert
sich auf den Unterschied.
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1. Konstruktion der vorliegenden
Ausführungsform
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Die
Ausgangssteuerschaltung 40 der ersten Ausführungsform
weist ein Latch-Funktion auf, und dadurch wird ein zweiter erzwungener
Ausschaltbetrieb, der einmal durchgeführt wurde, nicht
freigegeben, wenn nicht ein Rücksetzsignal RST eines hohen Pegels
erneut eingegeben wird. Im Gegensatz dazu weist die Ausgangssteuerschaltung 100 der
vorliegenden Ausführungsform keine Latch-Funktion auf, und
es wird ein zweiter erzwungener Ausschaltbetrieb, der durchgeführt
wird, freigegeben bzw. unterbrochen, wenn eine Haltezeit abgelaufen
ist.
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Insbesondere
ist, wie es in 8 gezeigt ist, der Eingang P7
direkt mit dem Taktanschluss des Löschzählers 72 verbunden,
so dass das Taktsignal CLK konsistent empfangen wird. Ein Ausgangssignal von
dem Q-Invertierungsanschluss des Löschzählers 72 wird
an eine ODER-Schaltung 90 angelegt, während ein
Ausgangssignal von dem Q-Anschluss an eine NICHT-UND-Schaltung 91 angelegt
wird. Die ODER-Schaltung 90 empfängt ein Ausgangssignal von
der UND-Schaltung 79 über eine Verzögerungsschaltung 92,
und ein Ausgangssignal von dieser wird an die UND-Schaltung 93 angelegt.
Die UND-Schaltung 93 empfängt ebenfalls ein Rücksetzsignal
RST, und ein Ausgangssignal S6 von dieser wird im Pegel invertiert
und an einen ersten Rücksetzanschluss des Schmelzzeitzählers 71 angelegt. Die
NICHT-UND-Schaltung 91 empfängt ein Ausgangssignal
der UND-Schaltung 79 über die Verzögerungsschaltung 92,
und ein Ausgangssignal S7 von dieser wird im Pegel invertiert und
an einen zweiten Rücksetzanschluss des Schmelzzeitzählers 71 angelegt.
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Der
Schmelzzeitzähler 71 löscht sämtliche der
"m" Zähler auf den Anfangswert "0", wenn ein Ausgangssignal
S6 an dem ersten Rücksetzanschluss empfangen wird. Wenn
andererseits ein Ausgangssignal S7 an dem zweiten Rücksetzanschluss empfangen
wird, werden einige der Zähler gelöscht, so dass
der Zählwert gleich "k" (0 < k < m)
ist. Somit dienen der Löschzähler 72,
die NICHT-UND-Schaltung 91, die UND-Schaltung 93 und Ähnliches
als eine "Freigabeschaltung" der vorliegenden Erfindung.
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2. Betrieb und Wirkung der
vorliegenden Ausführungsform
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Der
Betrieb der vorliegenden Ausführungsform während
einer Stromanomalie und deren Wirkung wird mit Bezug auf die Zeitdiagramme,
die in 9 gezeigt sind, erläutert. 9 betrifft
einen Betrieb, nachdem der Schmelzzeitzähler 71 einmal
den Zählwert "m" erreicht hat und übergeflossen
ist. Der Betrieb vor dem Überfließen ähnelt
im Wesentlichen demjenigen, der in 7 gezeigt
ist.
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Wenn
der Schmelzzeitzähler 71 zunächst das
Zählen bis "m" beendet (zu einem Zeitpunkt (H) in 9),
nachdem die Ausgangssteuerschaltung 100 mit ihrem Betrieb
beginnt, wird ein erster erzwungener Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 15 und Ähnlichem
durchgeführt (siehe das Zeitdiagramm bei MOS-Sperrung in
der Figur). Dann verringert sich der Erfassungsstrom Is, was zu
einem Abfall auf unterhalb des ersten Schwellenstroms Ia führt. Das
Taktsignal CLK wird kontinuierlich in den Löschzähler 72 eingegeben,
und daher wird dann der Aufwärtszählbetrieb synchron
zur Taktung des Taktsignals CLK gestartet.
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Wenn
der Löschzähler 72 das Zählen
bis "q" beendet (zu einem Zeitpunkt (I) in 9), wird
der Zählwert des Schmelzzeitzählers 71 auf
der Grundlage des Ausgangssignals S7 teilweise auf "k" gelöscht.
Dadurch wird das Ausgangssignal S4 der ODER-Schaltung 79 auf
einen niedrigen Pegel invertiert, so dass der erste erzwungene Ausschaltbetrieb freigegeben
wird. Eine Zeit, die durch den Zählbetrieb des Löschzählers 72 von
"0" bis "q" gemessen wird, ist ein Beispiel einer "Haltezeit" der
vorliegenden Erfindung. Daher nimmt der Schmelzzeitzähler 71 den
Aufwärtszählbetrieb von dem Zählwert
"k" an wieder auf, wenn der Erfassungsstrom Is den ersten Schwellenstrom
Ia erneut überschreitet. Wenn der Zählwert "m"
erreicht ist (zu einem Zeitpunkt "J" in 9), wird
der erste erzwungene Ausschaltbetrieb erneut durchgeführt,
und der Löschzähler 72 wird zu "0" gelöscht.
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Somit
ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform
eine erste Bezugszeit, die durch den Schmelzzeitzähler 71 für
einen ersten erzwungenen Ausschaltbetrieb gezählt wird,
der das zweite Mal oder mehr durchzuführen ist (d. h. eine
Zeit, die durch das Zählen von "k" bis "m" gemessen wird),
kürzer als eine erste Bezugszeit, die durch den Schmelzzeitzähler 71 für
einen ersten erzwungenen Ausschaltbetrieb gezählt wird,
der das erste Mal (d. h. eine Zeit, die durch das Zählen
von "0" bis "m" gemessen wird) durchzuführen ist.
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Gemäß dieser
Konstruktion kann, nachdem der Schmelzzeitzähler 71 einen
ersten erzwungenen Ausschaltbetrieb für den Leistungs-MOSFET 15 und Ähnlichem
initiiert, der erste erzwungene Ausschaltbetrieb freigegeben werden,
wenn eine Haltezeit einer bestimmten Länge abgelaufen ist,
das heißt, wenn die Wärme des Leistungs-MOSFET 15,
der Last und Ähnlichem abgeleitet ist, so dass der leitende
Zustand wieder aufgenommen werden kann. Außerdem ist eine
erste Bezugszeit, die für einen ersten erzwungenen Ausschaltbetrieb
gezählt wird, der das zweite Mal oder mehr (d. h. eine
Zeit, die durch das Zählen von "k" bis "m" gemessen wird)
durchzuführen ist, kürzer als eine erste Bezugszeit,
die für einen ersten erzwungenen Ausschaltbetrieb gezählt
wird, der das erste Mal (d. h. eine Zeit, die durch das Zählen
von "0" bis "m" gemessen wird) durchzuführen ist. Dadurch
wird in dem Fall, in dem die Last 50 beispielsweise ein
Motorsystem ist, verhindert, dass ein erster Ausschaltbetrieb des
Leistungs-MOSFET 15 und Ähnlichem unnötigerweise
aufgrund eines hohen Stroms, der einem hohen Drehmoment während
des Startens entspricht, durchgeführt wird.
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Außerdem
wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform,
wenn der Löschzähler 72 einmal überfließt,
während eines ersten erzwungenen Ausschaltbetriebs, der
das n-te Mal (beispielsweise das zweite Mal in der vorliegenden
Ausführungsform) oder mehr durchgeführt wird,
nachdem ein erster erzwungener Ausschaltbetrieb das erste Mal durchgeführt
wurde, so dass der Zählwert des Schmelzzeitzählers 71 auf
"k" gelöscht wird (zu einem Zeitpunkt (K) in 9)
und danach der Löschzähler 72 in Folge überfließt
(zu einem Zeitpunkt (L) in 9), der
Zählwert des Schmelzzeitzählers zu "Null" unter
der Annahme gelöscht, dass ein normaler Zustand tatsächlich
erzielt ist.
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<Dritte
Ausführungsform>
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10 ist
ein Blockdiagramm, das schematisch die Energieversorgungssteuerung 10 der
obigen ersten Ausführungsform zeigt. In der Ausführungsform
ist eine Eingangsspannungspegeldetektorschaltung 102 zum
Erfassen eines Potenzialpegels an dem Eingangsanschluss P1 (d. h.
ein Beispiel eines "externen Eingangsanschlusses") für
die Latch-Schaltung 101 vorgesehen, die den ersten erzwungenen
Ausschaltbetrieb aufrechterhält. Ob die Latch-Funktion
der Latch-Schaltung 101 validiert oder invalidiert wird,
wird in Abhängigkeit von dem Potenzialpegel eines Steuersignals
S1, das an den Eingangsanschluss P1 angelegt wird, ausgewählt.
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Die 11 und 12 sind
schematische Diagramme, die eine Energieversorgungssteuerung 10 und
einen Betriebsschalter 52 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform zeigen. In dem Fall einer Schaltungskonstruktion,
bei der ein Steuersignal S1 eines geteilten Spannungspegels, der
von der Energieversorgungsspannung Vcc unter Verwendung von Widerständen 103 und 104 erhalten
wird (beispielsweise weisen deren Widerstandswerte ein Verhältnis von
1:1 auf), an den Eingangsanschluss P1 der Halbleitervorrichtung 11 angelegt
wird, wenn der Betriebsschalter 52 eingeschaltet ist, wie
es beispielsweise in 11 gezeigt ist, wird die Latch-Funktion
der Latch-Schaltung 101 validiert.
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Andererseits
wird in dem Fall einer Schaltungskonstruktion, bei der ein Steuersignal
S1 eines niedrigen Spannungspegels, der von der Energieversorgungsspannung
Vcc durch einen Spannungsabfall, der einem einzigen Widerstand 103 entspricht, erhalten
wird, an den Eingangsanschluss P1 der Halbleitervorrichtung 11 angelegt
wird, wenn der Betätigungsschalter 52 eingeschaltet
ist, wie es in 12 gezeigt ist, die Latch-Funktion
der Latch-Schaltung 101 invalidiert. Wenn die Latch-Funktion
invalidiert wird, wird das Taktsignal CLK direkt beispielsweise
ohne Zwischenschaltung der UND-Schaltung 78 an den Löschzähler 72 angelegt,
so dass der Aufwärtszählbetrieb des Löschzählers 72 fortgesetzt
wird, nachdem ein erster erzwungener Ausschaltbetrieb initiiert
ist. Dadurch kann der erste erzwungene Ausschaltbetrieb freigegeben
werden, wenn der Löschzähler 72 überfließt,
nachdem der erste erzwungene Ausschaltbetrieb initiiert ist.
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Somit
kann gemäß der vorliegenden Erfindung auf einfache
Weise durch Ändern des Potenzialpegels eines Steuersignals
S1, das an den Eingangsanschluss P1 angelegt wird, bestimmt werden, ob
die Latch-Schaltung 101 validiert wird.
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<Vierte
Ausführungsform>
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Grundlegend
ist 13 ein Blockdiagramm, das schematisch die Energieversorgungssteuerung 10 der
obigen zweiten Ausführungsform zeigt, und die Latch-Schaltung 101 der
ersten Ausführungsform ist diesem hinzugefügt. 14 ist
ein Diagramm, das schematisch die äußere Konstruktion
der Halbleitervorrichtung 11 zeigt. Wie es in der Figur
gezeigt ist, sind die Ausgangssteuerschaltung 100 und Ähnliches
auf einem Halbleiterchip 110 der Halbleitervorrichtung 11 montiert.
Außerdem sind eine Leistungsverbindungsanschlussfläche 113,
die mittels Drahtverbindung 112 mit dem Energieversorgungsanschluss 111,
der mit der Energiequelle 61 verbunden ist, elektrisch
verbunden ist, und eine Masseverbindungsanschlussfläche 116,
die mittels Drahtverbindung 115 mit dem Masseverbindungsanschluss 114, der
mit der Masse verbunden ist, elektrisch verbunden ist, darauf angeordnet.
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Eine
Schaltanschlussfläche 117 (d. h. ein Beispiel
einer "Verbindungs- bzw. Bond-Anschlussfläche") ist mit
der Ausgangssteuerschaltung 100 über ein Schaltungsmuster
verbunden. Eine andere Verbindungs- bzw. Bond-Anschlussfläche 118 ist elektrisch
mit der Leistungsverbindungsanschlussfläche 113 über
ein Schaltungsmuster verbunden. Der Potenzialpegel der Schaltanschlussfläche 117 kann in
Abhängigkeit davon geändert werden, ob die Schaltanschlussfläche 117 mit
der Verbindungsanschlussfläche 118 über
eine Drahtverbindung 119 (d. h. ein Beispiel einer "Drahtverbindung")
verbunden ist oder nicht.
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In
der Ausgangssteuerschaltung 100 erfasst, wie es in 13 gezeigt
ist, eine Eingangsspannungspegeldetektorschaltung 120,
die mit der Latch-Schaltung 101 und dem Schmelzzeitzähler 71 verbunden
ist, die Schaltanschlussfläche 117. Wenn beispielsweise
die Schaltanschlussfläche 117 mit der Verbindungsanschlussfläche 118 verbunden
ist, wird die Latch-Funktion der Latch-Schaltung 101 validiert. Wenn
andererseits die Schaltanschlussfläche 117 nicht
mit der Verbindungsanschlussfläche 118 verbunden
ist, wird die Latch-Funktion der Latch-Schaltung 101 invalidiert,
und der Betrieb wird derart bestimmt, dass der gelöschte
Betrag des Zählwerts des Schmelzzeitzählers 71 für
einen ersten erzwungenen Ausschaltbetrieb für die Durchführung
das zweite Mal oder mehr verringert wird, ähnlich der zweiten Ausführungsform.
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Gemäß der
vorliegenden Ausführungsform kann, ob die Latch-Funktion
validiert oder invalidiert ist und ob der gelöschte Betrag
des Zählwerts des Schmelzzeitzählers 71 für
einen ersten erzwungenen Ausschaltbetrieb, der das zweite Mal oder
mehr durchzuführen ist, verringert wird, auf einfache Weise,
sogar nachdem die Halbleiter vorrichtung 11 hergestellt
wurde, durch Ändern dessen, womit die Schaltanschlussfläche 117 verbunden
ist, über die Drahtverbindung 119 bestimmt werden.
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<Fünfte
Ausführungsform>
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Eine
fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird mit Bezug auf die 15 bis 23 erläutert.
In den Zeichnungen gibt ein Überstrich, der für
ein jeweiliges Symbol vorgesehen ist, an, dass das jeweilige Signal
ein Signal ist, das aktiv ist, wenn es niedrig ist.
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1. Konstruktion der Energieversorgungssteuerung
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15 ist
ein Blockdiagramm der allgemeinen Konstruktion einer Energieversorgungssteuerung 210 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform. Die Energieversorgungssteuerung 210 kann
an einem Fahrzeug, das nicht gezeigt ist, installiert sein und für
die Steuerung der Energiezufuhr von einer Fahrzeugenergiequelle
(im Folgenden als eine "Energiequelle 212" bezeichnet)
zu einer Last 211 wie z. B. einem Entfeuchtungsheizgerät
(d. h. einer linearen Widerstandslast), einer Fahrzeugleuchte oder
einem Motor für einen Kühler oder einen Wischer
(d. h. eine L-Last (oder induktive Last)) verwendet werden. Im Folgenden
meint die "Last" eine Vorrichtung, die durch die Energieversorgungssteuerung 210 zu
steuern ist, und enthält nicht einen elektrischen Draht 230,
der zwischen die Energieversorgungssteuerung 210 und die
gesteuerte Vorrichtung geschaltet ist. Die Last 211 und
der elektrische Draht 230 werden gemeinsam als eine "externe
Schaltung" bezeichnet.
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Insbesondere
enthält die Energieversorgungssteuerung 210 einen
Leistungs-MOSFET 214 (d. h. ein Beispiel eines "Halbleiterschaltelements") als
einen Leistungs-FET, der an einer Energieversorgungsleitung 213,
die zwischen die Energiequelle 212 und die Last 211 geschaltet
ist, angeordnet ist. In der Energieversorgungssteuerung 210 wird
ein Steuersignal Ein wie z. B. ein konstantes Spannungssignal oder
ein PWM-Steuersignal (Pulsbreitenmodulationssteuersignal) an das
Gate des Leistungs-MOSFET 214 angelegt, um den Leistungs-MOSFET
zwischen EIN und AUS zu schalten. Dadurch wird die Energiezufuhr
zu der Last 211, die mit der Ausgangsseite des Leistungs-MOSFET 214 verbunden
ist, gesteuert. In der vorliegenden Ausführungsform ist
ein Eingangsanschluss P1 der Energieversorgungssteuerung 210 mit
einem externen Betriebsschalter 215 verbunden, und die
Energieversorgungssteuerung wird betrieben, wenn der Betriebsschalter 215 eingeschaltet
ist. Insbesondere ist der Eingangsanschluss P1 mit dem Betriebsschalter 215 über
einen Widerstand 215a verbunden, und der Verbindungspunkt zwischen
dem Betriebsschalter 215 und dem Widerstand 215a ist
mit der Energiequelle 212 über einen Widerstand 215b verbunden.
Somit wird der Eingangsanschluss P1 auf die Seite der Energieversorgungsspannung
Vcc heraufgezogen, wenn der Betriebsschalter 215 ausgeschaltet
(AUS) ist.
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Wie
es in 15 gezeigt ist, ist die Energieversorgungssteuerung 210 als
eine Halbleitervorrichtung 217 (halbleitende Vorrichtung)
ausgebildet, auf der der Eingangsanschluss P1, ein Energieversorgungsanschluss
P2 (Vcc), ein Abgriffsanschluss P3, der mit der Energiequelle 212 zu
verbinden ist, ein Lastverbindungsanschluss P4, der mit der Last 211 zu
verbinden ist, ein externer Anschluss P5, der mit der Masse (GND) über
einen externen Widerstand 216 als eine Strom-Spannungs-Wandlerschaltung
zu verbinden ist, ein Masseanschluss P6, der direkt mit der Masse
(GND) zu verbinden ist, und ein Diagnoseausgangsanschluss P7 vorgesehen
sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind der Leistungs-MOSFET 214,
ein Erfassungs-MOSFET 218 (d. h. ein Beispiel eines "Stromerfassungselements") als
ein Erfassungs-FET, der unten beschrieben wird, und ein Temperatursensor 219 (beispielsweise
in der vorliegenden Ausführungsform eine Diode) als ein Temperaturerfassungselement
auf einem einzigen Chip als ein Leistungs-Chip 220 konfiguriert,
der auf einem Steuerchip 221, der die anderen Schaltungen enthält,
montiert ist.
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Mehrere
n-Kanal-MOSFETs sind auf dem Leistungs-Chip 220 angeordnet.
Die Drainanschlüsse der MOSFETs sind gemeinsam miteinander
und außerdem mit dem Abgriffsanschluss P3 verbunden. Wie
es in 17 gezeigt ist, sind die Sourceanschlüsse
der meisten der MOSFETs gemeinsam mit einem Leistungs-FET-Eingang 251a einer
Sourcepotenzialsteuerung 251, die unten beschrieben wird, und
dem Lastverbindungsanschluss P4 verbunden, so dass die MOSFETs den
Leistungs-MOSFET 214 bilden. Die Sourceanschlüsse
der verbleibenden MOSFETs sind gemeinsam mit einem Erfassungs-FET-Eingang 251b der
Sourcepotenzialsteuerung 251 verbunden, so dass die MOSFETs
den Erfassungs-MOSFET 218 bilden. Das Verhältnis
der Anzahl der MOSFETs, die den Erfassungs-MOSFET 218 bilden,
zu der Anzahl der MOSFETs, die den Leistungs-MOSFET 214 bilden,
entspricht näherungsweise einem Erfassungsverhältnis
k.
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Der
Steuerchip 221 enthält hauptsächlich eine
Eingangsschnittstelle 222, einen internen Massegenerator 223,
einen Stromdetektor 224, einen Überhitzungsdetektor 225,
einen Diagnoseausgangsabschnitt 226, einen Steuerlogikabschnitt 227 und
einen Gatetreiber 228. Eine Diode 236, deren Kathodenseite
mit der Seite höheren Potenzials verbunden ist, und ein
Widerstand 237 sind seriell zwischen den Energieversorgungsanschluss
P2 und den Masseanschluss P6 geschaltet, wie es in 15 gezeigt
ist. Der Verbindungspunkt dazwischen ist als eine interne Masse
GND1 vorgesehen. Gemäß dieser Konstruktion wird,
wenn die Seite des Masseanschlusses P6 mit der Seite der Energieversorgungsspannung
Vcc fehlerhafterweise verbunden wird, ein Strom, der in die Schaltungen
der Energieversorgungssteuerung 210 fließt, aufgrund
der Diode 236 unterdrückt, so dass er gleich oder
kleiner als ein vorbestimmter Pegel ist.
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(Eingangsschnittstelle)
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Die
Eingangsseite der Eingangsschnittstelle 222 ist mit dem
Eingangsanschluss P1 verbunden. Dadurch wird ein Steuersignal Ein
eines hohen Pegels eingegeben, wenn der Betriebsschalter 215 ausgeschaltet
ist, während ein Steuersignal Ein eines niedrigen Pegels
(aktiv, wenn niedrig) eingegeben wird, wenn der Betriebsschalter
eingeschaltet (EIN) ist. Das Steuersignal Ein wird dann an den internen Massegenerator 223 und
den Steuerlogikabschnitt 227 angelegt. In einem normalen
Zustand, das heißt, wenn weder eine Stromanomalie noch
eine Temperaturanomalie aufgetreten ist, wie es später
beschrieben wird, schaltet die Energieversorgungssteuerung 210 den
Leistungs-MOSFET 214 durch den Gatetreiber 228 als
Reaktion auf ein aktives (d. h. niedriger Pegel) Steuersignal Ein
ein, was zu einem leitenden Zustand führt. Andererseits
schaltet die Energieversorgungssteuerung 210 als Reaktion
auf ein nicht aktives (d. h. hoher Pegel) Steuersignal Ein den Leistungs-MOSFET 214 durch
den Gatetreiber 228 aus, was zu einem ausgeschalteten Zustand
führt. Ein Steuersignal Ein eines niedrigen Pegels der
vorliegenden Ausführungsform entspricht einem EIN-Signal
(d. h. einem Last-EIN-Signal). Ein nicht aktives Steuersignal Ein
entspricht einem AUS-Signal. Der Gatetreiber 228 dient
als eine "Schaltsteuerschaltung". Außerdem weist der Gatetreiber 228 ähnliche Funktionen
(d. h. eine Ladungsratenänderungsschaltung und eine Entladungsratenänderungsschaltung) wie
diejenigen der oben beschriebenen Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung 41 der
ersten Ausführungsform auf.
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(Interner Massegenerator)
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Der
interne Massegenerator 223 als ein Konstantzufuhrspannungsgenerator
wird betrieben, wenn er ein aktives Steuersignal Ein (EIN-Signal)
von der Eingangsschnittstelle 222 oder ein Ausgangssignal
Aus eines niedrigen Pegels (das angibt, dass ein Löschzähler 272 nicht übergeflossen
ist) von dem Steuerlogikabschnitt 227, der unten beschrieben wird,
empfängt, um eine interne Masse GND2 zu erzeugen, die um
eine vorbestimmte konstante Spannung Vb niedriger als die Energieversorgungsspannung
Vcc ist. Das heißt, wenn der interne Massegenerator 223 einmal
mit seinem Betrieb begonnen hat, wird er in dem Betriebszustand
gehalten, um die Erzeugung der internen Masse GND2 so lange fortzusetzen,
wie ein Ausgangssignal Aus eines niedrigen Pegels von dem Steuerlogikabschnitt 227 empfangen
wird (das heißt, wenn nicht der Löschzähler 272 überfließt),
und zwar sogar dann, wenn ein nicht aktives Steuersignal Ein (AUS-Signal)
von der Eingangsschnittstelle 222 empfangen wird. Somit
wird die konstante Spannung Vb, die der Differenz entspricht, die
durch Subtrahieren der internen Masse GND2 von der Energieversorgungsspannung
Vcc bestimmt wird, dem Steuerlogikabschnitt 227 bereitgestellt,
und dadurch kann der Steuerlogikabschnitt 227 betrieben
werden.
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Insbesondere
enthält, wie es in 16 gezeigt
ist, der interne Massegenerator 223 einen FET 241 als
ein Schaltelement, das als Reaktion auf ein aktives Steuersignal
Ein einzuschalten ist, und einen FET 242 als ein Schaltelement,
das als Reaktion auf ein Ausgangssignal Aus eines niedrigen Pegels
einzuschalten ist. Die Ausgangsseiten der FETs 241, 242 sind
mit dem Steueranschluss eines FET 243 als ein Steuerelement
verbunden. Die Eingangsseite (d. h. die Drainseite) des FET 243 ist
mit dem Energieversorgungsanschluss P2 über eine Zenerdiode 244 verbunden,
während dessen Ausgangsseite (d. h. die Sourceseite) mit
dem Masseanschluss P6 über den obigen Widerstand 237 verbunden
ist.
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In
dem internen Massegenerator 223 wird der FET 243 als
Reaktion auf ein aktives Steuersignal Ein oder ein Ausgangssignal
Aus eines niedrigen Pegels eingeschaltet. Dadurch wird der interne
Massegenerator derart betrieben, dass er die interne Masse GND2
erzeugt, die um eine Spannung, die der Zenerspannung der Zenerdiode 244 entspricht,
niedriger als die Energieversorgungsspannung Vcc ist. Die erzeugte
interne Masse wird dem Steuerlogikabschnitt 227 über
einen Operationsverstärker 245 als einen Spannungsfolger
bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist
ein FET 246, in dem eine Kurzschlussverbindung zwischen
der Source und dem Gate (d. h. eine Diodenverbindung) ausgebildet
ist, an einer Energieversorgungsleitung, die zwischen die Zenerdiode 244 und
den FET 243 geschaltet ist, angeordnet. Dadurch fließt
ein konstanter Strom durch die Zenerdiode 244, wenn der
FET 243 eingeschaltet ist, und demzufolge kann eine stabilere
interne Masse GND2 erzeugt werden.
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(Stromdetektor)
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Der
Stromdetektor 224 enthält eine Sourcepotenzialsteuerung 251,
einen Schwellenspannungsgenerator 252 und einen Stromanomaliedetektor 253,
wie es in 15 gezeigt ist. 17 ist
ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich die Sourcepotenzialsteuerung 251,
den Schwellenspannungsgenerator 252 und den Stromanomaliedetektor 253 zeigt,
und der Rest der Schaltungskonstruktion ist teilweise weggelassen.
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a. Sourcepotenzialsteuerung
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Die
Sourcepotenzialsteuerung 251 ist zum Aufrechterhalten der
ausgangsseitigen Potenziale (d. h. der Sourcepotenziale) des Leistungs-MOSFET 214 und
des Erfassungs-MOSFET 218 auf einander gleiche Potenziale
vorgesehen.
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Die
Sourcepotenzialsteuerung 251 enthält einen Operationsverstärker 256 und
einen FET 257 als ein Schaltelement. Die beiden Eingangsanschlüsse
des Operationsverstärkers 256 sind jeweils mit dem
Leistungs-FET-Eingang 251a (d. h. mit der Source des Leistungs-MOSFET 214)
und dem Erfassungs-FET-Eingang 251b (d. h. mit der Source
des Erfassungs-MOSFET 218) verbunden. Der FET 257 ist
zwischen den Erfassungs-FET-Eingang 251b und den externen
Anschluss P5 geschaltet, und der Ausgang des Operationsverstärkers 256 wird
an dessen Steueranschluss angelegt. Genauer gesagt ist der negative
Eingang des Operationsverstärkers 256 mit dem
Leistungs-FET-Eingang 251a verbunden, während
der positive Eingang des Operationsverstärkers 256 mit
dem Erfassungs-FET-Eingang 251b verbunden ist. Der Differenzausgang
des Operationsverstärkers 256 wird durch das Gate
und den Drain des FET 257 in den positiven Eingang zurückgeführt
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Der
Operationsverstärker 256 wird aufgrund der Rückführung
des Differenzausgangs des Operationsverstärkers 256 in
einem imaginären Kurzschlusszustand gehalten, das heißt,
die Potenziale des positiven Eingangs und des negativen Eingangs werden
auf fast einander gleich gehalten. Dadurch werden die Potenziale
der Drainanschlüsse des Leistungs-MOSFET 214 und
des Erfassungs-MOSFET 218 auf einander gleich gehalten,
und die Potenziale von dessen Sourceanschlüssen werden
ebenfalls auf einander gleich gehalten. Demzufolge kann ein Erfassungsstrom
Is (d. h. ein Beispiel eines "Erfassungssignals"), der durch den
Erfassungs-MOSFET 218 fließt, stabil auf einem
konstanten Verhältnis (d. h. dem Erfassungsverhältnis
k) zu einem Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 215 fließt,
gehalten werden. Der Erfassungsstrom Is von der Sourcepotenzialsteuerung 251 fließt
in den externen Widerstand 216 über den externen
Anschluss P5, und daher ändert sich die Anschlussspannung
Vo des externen Anschlusses P5 mit dem Erfassungsstrom Is.
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b. Stromanomaliedetektor
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Der
Stromanomaliedetektor 253 enthält einen Komparator
oder mehrere (beispielsweise in der vorliegenden Ausführungsform
drei) Komparatoren 254, 258, 259 (in
der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise Hysterese-Komparatoren).
Die Anschlussspannung Vo des externen Anschlusses P5 wird an einen
Eingang eines jeweiligen Komparators 254, 258, 259 angelegt.
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Der
Komparator 258 (d. h. ein Beispiel einer "zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung")
empfängt eine erste Anomalieschwellenspannung Voc an seinem
anderen Eingang von dem Schwellenspannungsgenerator 252 und
gibt ein Überstromsignal OC eines niedrigen Pegels (d.
h. ein aktives niedriges Signal, ein Beispiel eines "zweiten Abnorm-Stromsignals")
an den Steuerlogikabschnitt 227 aus, wenn die Anschlussspannung
Vo die erste Anomalieschwellenspannung Voc überschreitet.
Im Folgenden wird ein Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 214 fließt,
wenn die Anschlussspannung Vo die erste Anomalieschwellenspannung
Voc erreicht, d. h. während einer Stromanomalie, als ein
"erster Anomalieschwellenstrom ILoc" bezeichnet (d. h. ein Beispiel eines
"zweiten Schwellenwerts"), und diese Stromanomalie wird als "Überstrom"
bezeichnet.
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Der
Komparator 259 (d. h. ein Beispiel einer "ersten Abnorm-Stromerfassungsschaltung")
empfängt eine zweite Anomalieschwellenspannung Vfc (< Voc) an seinem
anderen Eingang von dem Schwellenspannungsgenerator 252 und
gibt ein Schmelzstromsignal FC eines niedrigen Pegels (d. h. ein
aktives niedriges Signal), ein Beispiel eines "ersten Abnorm-Stromsignals")
an den Steuerlogikabschnitt 227 aus, wenn die Anschlussspannung
Vo die zweite Anomalieschwellenspannung Vfc überschreitet.
Im Folgenden wird ein Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 214 fließt,
wenn die Anschlussspannung Vo die zweite Anomalieschwellenspannung
Vfc erreicht, d. h. während einer Stromanomalie, als ein
"zweiter Anomalieschwellenstrom ILfc" bezeichnet (d. h. ein Beispiel
eines "ersten Schwellenwerts"), und diese Stromanomalie wird als "Schmelzstrom"
bezeichnet.
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Der
Komparator 254 empfängt eine dritte Anomalieschwellenspannung
Vop an seinem anderen Eingang von dem Schwellenspannungsgenerator 252 und
gibt ein Durchbruchanzeigesignal OP eines niedrigen Pegels (aktiv,
wenn niedrig) an den Steuerlogikabschnitt 227 aus, wenn
die Anschlussspannung Vo niedriger als die dritte Anomalieschwellenspannung
Vop ist. Im Folgenden wird ein Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 214 fließt, wenn
die Anschlussspannung Vo die dritte Anomalieschwellenspannung Vop
erreicht, als ein "dritter Anomalieschwellenstrom ILop" bezeichnet,
und diese Anomalie wird als "Drahtdurchbruchanomalie" bezeichnet.
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c. Schwellenspannungsgenerator
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Wie
es in 17 gezeigt ist, enthält
der Schwellenspannungsgenerator 252 hauptsächlich eine
Stromausgangsschaltung 310, die einen Strom Ic, der die
Differenz angibt, die durch Subtrahieren eines Stroms Ids (< Ib), der der Drain-Source-Spannung
Vds des Leistungs-MOSFET 214 entspricht (d. h. einer Eingangs-Ausgangs-Spannung
eines Halbleiterschaltelements), von einem Strom Ib, der einer vorbestimmten
konstanten Spannung entspricht, bestimmt wird, ausgibt, und einen
Schwellenwerteinstellwiderstand 260, durch den der Ausgangsstrom
Ic von der Stromausgangsschaltung 310 fließt.
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Insbesondere
ist die Stromausgangsschaltung 310 zwischen den Drain und
die Source des Leistungs-MOSFET 214 geschaltet und bewirkt
dadurch, dass ein Strom Ids, der der Drain-Source-Spannung Vds desselben
entspricht, in den Masseanschluss P6 fließt. Außerdem
sind ein FET 262, der sich als Reaktion auf ein Vorspannungssignal Bias
wie unten beschrieben einschaltet, und eine Konstantstromschaltung 265,
die den Strom Ib verursacht, zwischen den Eingangsanschluss, der
bei der Stromausgangsschaltung 310 zum Empfangen des Stroms
Ids vorgesehen ist, und den Energieversorgungsanschluss P2 geschaltet.
Mehrere Schwellenwerteinstellwiderstände (in der vorliegenden
Ausführungsform beispielsweise sieben Schwellenwerteinstellwiderstände 260a–260g)
sind seriell zwischen den Verbindungspunkt X zwischen dem obigen
Eingangsanschluss und der Konstantstromschaltung 265 und
den Masseanschluss P6 geschaltet, so dass der obige dritte Strom
Ic durch die Schwellenwerteinstellwiderstände 260a–260g fließt.
Geteilte Spannungen an den jeweiligen Verbindungspunkten A–F
zwischen den Schwellenwerteinstellwiderständen 260a–260g ändern
sich proportional zu dem dritten Strom Ic (= Ib – Ids),
d. h. proportional zu einer Spannung, die der Differenz entspricht,
die durch Subtrahieren der Drain-Source-Spannung Vds des Leistungs-MOSFET 214 von
der konstanten Spannung bestimmt wird. Gemäß dieser
Konstruktion verringert sich der erste Anomalieschwellenstrom ILoc
mit einer Erhöhung der Drain-Source-Spannung Vds des Leistungs-MOSFET 214 und
erhöht sich mit deren Verringerung.
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Wenn
daher ein Kurzschluss in der Last 211 unmittelbar nach
dem Einschalten des Leistungs-MOSFET 214 auftritt, wird
der erste Anomalieschwellenstrom ILoc auf einen relativ niedrigen
Pegel eingestellt, da die Drain-Source-Spannung Vds relativ hoch
ist. Demzufolge kann der Laststrom IL den ersten Anomalieschwellenstrom
ILoc früh erreichen, ohne einen hohen Pegel zu erreichen,
das heißt, wenn er einen relativ niedrigen Pegel aufweist, und
dadurch kann der Stromdetektor 224 früh ein aktives
Signal OC ausgeben. Außerdem wird in dem Fall, in dem sich
die Energieversorgungsspannung Vcc beispielsweise verringert, der
erste Anomalieschwellenstrom ILoc im Wesentlichen auf gleich dem
Pegel vor der Verringerung der Energieversorgungsspannung Vcc gehalten.
Dieses kommt daher, dass sogar dann, wenn sich die Energieversorgungsspannung
Vcc verringert, die Drain-Source-Spannung Vds fast aufrechterhalten
wird, solange der Leistungs-MOSFET 214 eingeschaltet (EIN)
ist. Daher kann der Energieversorgungsbetrieb des Leistungs-MOSFET 214 in
diesem Fall ausreichend erzielt werden.
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Der
Schwellenspannungsgenerator 252 enthält außerdem
mehrere FETs 261a–261f als Schaltelemente
zum Verbinden des anderen Eingangsanschlusses des Komparators 258 wahlweise
mit den Verbindungspunkten A–F zwischen den Schwellenwerteinstellwiderständen 260a–260g.
Dadurch kann die erste Anomalieschwellenspannung Voc stufenweise
durch wahlweises und aufeinanderfolgendes Einschalten der FETs 261a–261f verringert
werden. Das EIN-AUS-Schalten der FETs 261a–261f wird durch
den Steuerlogikabschnitt 227 gesteuert, wie es unten beschrieben
wird.
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Andererseits ändern
sich die zweite und dritte Anomalieschwellenspannung Vfc und Vop
mit der Sourcespannung Vs (d. h. einer ausgangsseitigen Spannung
eines Halbleiterschaltelements) des Leistungs-MOSFET 214.
Insbesondere sind mehrere Spannungsteilerwiderstände (beispielsweise
in der vorliegenden Ausführungsform drei Schwellenwerteinstellwiderstände 264a–264c)
seriell zwischen die Source des Leistungs-MOSFET 214 und
den Masseanschluss P6 geschaltet. Die geteilte Spannung an dem Verbindungspunkt
Y zwischen den Schwellenwerteinstellwiderständen 264a und 264b wird
als die dritte Anomalieschwellenspannung Vop ausgegeben, während
die geteilte Spannung an dem Verbindungspunkt Z zwischen den Schwellenwerteinstellwiderständen 264b und 264c als
die zweite Anomalieschwellenspannung Vfc ausgegeben wird.
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Daher
wird in dem Fall, in dem ein Schmelzstrom unmittelbar nach dem Einschalten
des Leistungs-MOSFET 214 auftritt, der zweite Anomalieschwellenstrom
ILfc auf einen relativ niedrigen Pegel eingestellt, da die Drain-Source-Spannung
Vds relativ hoch ist. Demzufolge kann der Laststrom IL den zweiten
Anomalieschwellenstrom ILfc früh erreichen, ohne einen
hohen Pegel zu erreichen, das heißt, wenn er einen relativ
niedrigen Pegel aufweist, und dadurch kann der Stromdetektor 224 früh
ein aktives Schmelzstromsignal FC ausgeben.
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In
der vorliegenden Ausführungsform sind der FET 262,
der ein Schaltelement ist, das sich als Reaktion auf ein Vorspannungssignal
Bias eines niedrigen Pegels (aktiv wenn niedrig) von dem Steuerlogikabschnitt 227 einschaltet,
und ein Widerstand 263 zwischen dem Energieversorgungsanschluss
P2 und dem Verbindungspunkt Z vorgesehen, und dadurch werden der
zweite und dritte Anomalieschwellenstrom ILfc und ILop derart vorgespannt,
dass sie sich mit einer Änderung des Lastwiderstands der Last 211 nicht
auf einen negativen Pegel verringern. Wenn sich der FET 262 einschaltet,
fließt ein Strom durch den Widerstand 263, und
dadurch werden die zweite und dritte Anomalieschwellenspannung Vfc und
Vop auf die Seite der Energieversorgungsspannung Vcc um eine Spannung,
die einem Spannungsabfall über dem Widerstand 263 entspricht,
heraufgezogen. Das Vorspannungssignal Bias eines niedrigen Pegels
wird von dem Steuerlogikabschnitt 227 zum Einschalten des
FET 262 ausgegeben, wenn das Steuersignal Ein aktiv ist
oder das Löschsignal CLR nicht aktiv ist. Insbesondere
ist, wie es unten beschrieben ist, eine NICHT-ODER-Schaltung 269,
in die ein im Pegel invertiertes Signal des Steuersignals Ein und
ein Löschsignal CLR von dem Löschzähler 272 eingegeben
werden, in dem Steuerlogikabschnitt 227 vorgesehen, wie
es in 19 gezeigt ist, und die NICHT-ODER-Schaltung 269 kann
ein Vorspannungssignal Bias eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig)
ausgeben. Andererseits kann der erste Anomalieschwellenstrom ILoc durch
Vorgeben, dass "Ib – Ids > 0"
erfüllt ist, vorgespannt werden. Somit kann der zweite
Strom Ib als eine Vorspannung dienen.
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18 ist
eine Grafik zur Erläuterung von Einstellpegeln des ersten,
zweiten und dritten Anomalieschwellenstroms ILoc, ILfc und ILop.
Die Grafik betrifft die Rauchemissionskennlinie eines elektrischen
Drahtes 230 (beispielsweise eines Beschichtungsmaterials
eines elektrischen Drahtes), der mit der Energieversorgungssteuerung 210 verbindbar ist,
wobei die Rauchemissionskennlinie L1, welche die Beziehung zwischen
einem konstanten Strompegel und einer Stromanwendungszeit (d. h.
einer Zeit bis zum Schmelzen) repräsentiert, gezeigt ist.
Das heißt, die Rauchemissionskennlinie L1 repräsentiert die
Beziehung zwischen einem beliebigen konstanten Strom (Ein-Schuss-Strom)
und einer Zeit, bis das Beschichtungsmaterial eines elektrischen
Drahtes 230 zu schmoren beginnt, während der konstante Strom
an den elektrischen Draht 230 angelegt ist. In der Grafik
ist ebenfalls eine Selbstzerstörungskennlinie L2 gezeigt,
die die Beziehung zwischen einem beliebigen konstanten Strom (Ein-Schuss-Strom) und
einer Zeit bis zum Durchbruch des Leistungs-MOSFET 214,
während der konstante Strom an dem MOSFET 214 anliegt,
repräsentiert. Der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc wird
auf einen Wert innerhalb eines Bereiches eingestellt, in dem ein
Strompegel niedriger als die Rauchemissionskennlinie L1 und die
Selbstzerstörungskennlinie L2 ist. Der erste Anomalieschwellenstrom
ILoc wird auf einen Wert innerhalb eines Bereiches eingestellt,
in dem ein Strompegel niedriger als die Rauchemissionskennlinie
L1 und die Selbstzerstörungskennlinie L2 ist, und zwar
für einen Zeitbereich, der einer Bezugsschmelzzeit entspricht,
die unten beschrieben ist und mit dem Start des Zählens
von dem Anfangswert an durch einen Schmelzzeitzähler 273 beginnt.
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Man
beachte, dass die Rauchemissionskennlinie, die in der Grafik gezeigt
ist, einen elektrischen Draht 230 betrifft, der aus elektrischen
Drähten 230 ausgewählt ist, die wahrscheinlich
mit der Energieversorgungssteuerung 210 verbunden werden. Die
Rauchemissionskennlinie hängt von einer externen Schaltung
(beispielsweise einem Verdrahtungselement wie z. B. einem elektrischen
Draht oder einer Last), die mit der Energieversorgungssteuerung 210 zu
verbinden ist, ab. Daher sollten die Werte des Laststroms IL und
des Erfassungsstroms Is, auf der Grundlage derer akti ve Signale
FC, OC ausgegeben werden, ebenfalls in Abhängigkeit davon
geändert werden. Dieses kann jedoch auf einfache Weise durch
Einstellen des Widerstandswertes des obigen externen Widerstands 216 erzielt
werden.
-
In
der Grafik repräsentiert ILmax den Nennstrom der Last 211 (d.
h. eine Grenze für die Verwendung, bis zu der der Entwurf
eine Garantie abgibt). Io repräsentiert den kritischen
Gleichgewichtsstrom, der angelegt werden kann, während
ein thermischer Gleichgewichtszustand, bei dem eine Wärmeerzeugung
und -abstrahlung in dem elektrischen Draht 230 ausgeglichen
sind, aufrechterhalten wird. Wenn ein Strom eines höheren
Pegels als der kritische Gleichgewichtsstrom Io angelegt wird, betrifft
dieses den überthermischen Widerstandsbereich, in dem ein Strompegel
und eine Zeit bis zum Schmoren im Wesentlichen eine umgekehrte Beziehung
zueinander aufweisen. Der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc wird
auf einen Wert eingestellt, der etwas größer als der
Nennstrom ILmax der Last 211 ist, wie es in 18 gezeigt
ist. Der Komparator 259 erfasst einen Schmelzstrom, wenn
der Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc erreicht,
und gibt ein aktives Schmelzstromsignal FC aus. Wenn der Laststrom
IL um den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc liegt, muss der Leistungs-MOSFET 214 nicht
unmittelbar ausgeschaltet werden. Er sollte nur ausgeschaltet werden,
wenn der Schmelzstromzustand eine beachtliche Zeit lang andauert,
wie es unten beschrieben ist.
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Der
dritte Anomalieschwellenstrom ILop wird auf einen noch niedrigeren
Pegel als der Nennstrom ILmax eingestellt. Der Komparator 254 erfasst
eine Drahtdurchbruchanomalie, wenn der Laststrom IL den dritten
Anomalieschwellenstrom ILop erreicht, und gibt ein aktives Durchbruchanzeigesignal
OP aus.
-
Im
Gegensatz dazu wird der erste Anomalieschwellenstrom ILoc auf einen
Pegel eingestellt, der größer als der zweite Anomalieschwellenstrom
ILfc ist. Der Komparator 258 erfasst einen Überstrom, wenn
der Laststrom IL den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc erreicht,
und gibt ein aktives Überstromsignal OC aus. Wenn der Laststrom
IL somit einen hohen Pegel jenseits des ersten Anomalieschwellenstroms
ILoc aufweist, sollte der Leistungs-MOSFET 214 unmittelbar
ausgeschaltet werden, wie es unten beschrieben ist. In Vorbereitung
für einen Einschaltstromstoß stellt der Schwellenspannungsgenerator 252 zunächst
den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc auf einen Anfangspegel ein, der
größer als der Einschaltstromstoß ist,
wie es in 18 gezeigt ist. Wenn beispielsweise
danach ein Schmelzstrom erfasst wird, wird der erste Anomalieschwellenstrom
ILoc stufenweise im Verlaufe der Zeit verringert, wie es unten beschrieben
ist.
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(Überhitzungsdetektor)
-
Der Überhitzungsdetektor 225 empfängt
ein Temperatursignal S1, das einer Temperatur des Leistungs-Chips 220 entspricht,
von dem Temperatursensor 219, der auf dem Leistungs-Chip 220 vorgesehen ist.
Der Überhitzungsdetektor 225 erfasst eine Temperaturanomalie,
wenn das empfangene Temperatursignal S1 eine vorbestimmte Schwellentemperatur überschreitet,
und stellt dem Steuerlogikabschnitt 227 ein Temperaturanomaliesignal
OT eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig) bereit.
-
(Steuerlogikabschnitt)
-
19 ist
ein Schaltungsdiagramm des Steuerlogikabschnitts 227. Der
Steuerlogikabschnitt 227 enthält hauptsächlich
einen FR-Zähler (d. h. einen Freischwingungszähler
und ein Beispiel einer "Freischwingungszählerschaltung") 271,
den Löschzähler 272, den Schmelzzähler
(FC-Zähler) 273, einen Oszillator 274,
einen Rücksetzsignalgenerator 275 und Ähnliches.
Der Steuerlogikabschnitt 227 empfängt das Steuersignal
Ein von der Eingangsschnittstelle 222, die Signale OC,
FC, OP von dem Stromdetektor 224 und das Temperaturanomaliesignal
OT von dem Überhitzungsdetektor 225, wie es oben
beschrieben ist.
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a. Oszillator und Rücksetzsignalgenerator
-
Der
Oszillator 274 erzeugt ein Taktsignal CLK (beispielsweise
in einer Periode von 125 Mikrosekunden) und gibt dieses aus. Der
Rücksetzsignalgenerator 275 erzeugt eine konstante
Spannung, die für den Betrieb des internen Massegenerators 223 und
den vorliegenden Steuerlogikabschnitt 227 ausreichend ist.
Außerdem gibt er ein Rücksetzsignal RST eines
niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig) aus, wenn nicht und bis die
Takterzeugung des Oszillators 274 stabilisiert ist. Wenn
die Takterzeugung stabilisiert ist, wird ein Rücksetzsignal
RST eines hohen Pegels ausgegeben.
-
b. Überstromschutzschaltung
-
Wenn
mindestens ein aktives Überstromsignal OC von dem Stromdetektor 224 oder
ein aktives Temperaturanomaliesignal OT von dem Überhitzungsdetektor 225 empfangen
wird, führt die Überstromschutzschaltung (d. h.
ein Beispiel einer "Ausschaltdauerakkumulationsschaltung") hauptsächlich
einen erzwungenen Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 214 während
einer vorbestimmten dritten Bezugszeit durch und gibt danach den
erzwungenen Ausschaltzustand frei. Insbesondere enthält
die Überstromschutzschaltung den FR-Zähler 271,
einen OC-Speicher 276, einen FRC-Rücksetzgenerator 277,
einen FC-Speicher 278 und Ähnliches. In der vorliegenden
Ausführungsform meint "erzwungenes Ausschalten", dass der
Leistungs-MOSFET 214 erzwungenermaßen ausgeschaltet
wird, obwohl die Energieversorgungssteuerung 210 ein aktives
Steuersignal Ein (EIN-Signal) empfängt.
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Der
Steuerlogikabschnitt 227 enthält eine NICHT-ODER-Schaltung 279,
die die im Pegel invertierten Signale der Signale OC, OT empfängt,
und enthält weiterhin eine NICHT-UND-Schaltung 280, die
das im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals von der NICHT-ODER-Schaltung 279 empfängt.
Das im Pegel invertierte Signal eines Setzsignals OC1 von der NICHT-UND-Schaltung 280 wird
in den Setzanschluss des OC-Speichers 276 (d. h. eines
RS-Flip-Flops) eingegeben. Das im Pegel invertierte Signal eines
Ausgangssignals einer NICHT-UND-Schaltung 281 wird ebenfalls
in die NICHT-UND-Schaltung 280 eingegeben. Das im Pegel
invertierte Signal eines Steuersignals Ein und ein Zwangsausschaltsignal
Inhibit (das einen niedrigen Pegel aufweist, wenn das erzwungene
Ausschalten des Leistungs-MOSFET 214 durchgeführt
werden sollte), das unten beschrieben wird, werden in die NICHT-UND-Schaltung 281 eingegeben.
-
Gemäß dieser
Konstruktion gibt, während ein aktives Steuersignal Ein
eingegeben wird, die NICHT-UND-Schaltung 280 ein Setzsignal
OC1 eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig) aus, wenn mindestens
ein aktives Überstromsignal OC von dem Stromdetektor 224 oder
ein aktives Temperaturanomaliesignal OT von dem Überhitzungsdetektor 225 in den
Steuerlogikabschnitt 227 eingegeben wird und das Zwangsausschaltsignal
Inhibit einen hohen Pegel aufweist. Das heißt, während
ein EIN-Signal eingegeben wird, gibt die NICHT-UND-Schaltung 280 ein
aktives Setzsignal OC1 aus, so dass der OC-Speicher 276 in
den Setzzustand versetzt wird, wenn ein Überstrom oder
eine Temperaturanomalie erfasst wird und sich der Leistungs-MOSFET 214 nicht
in dem erzwungenen Ausschaltzustand befindet.
-
Der
Steuerlogikabschnitt 227 enthält außerdem
eine NICHT-UND-Schaltung 282, in die das im Pegel invertierte
Signal eines Ausgangssignals der NICHT-UND-Schaltung 281 und
das im Pegel invertierte Signal eines Schmelzstromsignals FC eingegeben
werden. Das im Pegel invertierte Signal eines Setzsignals FC1 (aktiv,
wenn niedrig) von der NICHT-UND-Schaltung 282 wird in den
Setzanschluss des FC-Speichers 278 (d. h. eines RS-Flip-Flops)
eingegeben. Gemäß dieser Konstruktion gibt, während
ein Steuersignal Ein eines niedrigen Pegels eingegeben wird, die
NICHT-UND-Schaltung 282 ein Setzsignal FC1 eines niedrigen
Pegels (aktiv, wenn niedrig) aus, wenn ein aktives Schmelzstromsignal
FC von dem Stromdetektor 224 in den Steuerlogikabschnitt 227 eingegeben
wird und das Zwangsausschaltsignal Inhibit einen hohen Pegel aufweist.
Das heißt, während ein EIN-Signal eingegeben wird,
gibt die NICHT-UND-Schaltung 282 ein aktives Setzsignal
FC1 aus, so dass der FC-Speicher 278 in den Setzzustand
versetzt wird, wenn ein Schmelzstrom erfasst wird und sich der Leistungs-MOSFET 214 nicht
in dem erzwungenen Ausschaltzustand befindet.
-
Der
FR-Zähler 271 zählt normalerweise wiederholt
eine vorbestimmte Zeit und wird auf "1" zurückgesetzt (das
heißt, das am geringsten signifikante Bit wird auf "1"
gesetzt und die anderen Bits werden auf "0" gesetzt), wenn irgendeine
der folgenden Rücksetzbedingungen 1–3 erfüllt
ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der FR-Zähler 271 beispielsweise
ein 8-Bit-Freischwingungszähler und inkrementiert seinen
Zählwert um eins zu Zeiten, die abfallenden Flanken des
Taktsignals CLK von dem Oszillator 274 entsprechen (d.
h. in Perioden von 125 Mikrosekunden). Der FR-Zähler fließt
alle 32 Millisekunden über, wenn er nicht zurückgesetzt
wird.
- Rücksetzbedingung 1: Der Rücksetzsignalgenerator 275 gibt
ein aktives Rücksetzsignal RST aus;
- Rücksetzbedingung 2: Die NICHT-UND-Schaltung 280 gibt
ein aktives Setzsignal OC1 aus (das heißt, es wird ein Überstrom
oder eine Temperaturanomalie erfasst und der Leistungs-MOSFET 214 befindet
sich nicht in dem erzwungenen Ausschaltzustand); und
- Rücksetzbedingung 3: das Ausgangssignal FCM des FC-Speichers 278 wird
von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel geschaltet (das
heißt, der FRC-Rücksetzgenerator 227 erfasst
eine abfallende Flanke des Ausgangssignals FCM, oder ein Schmelzstrom
wird erfasst, wenn sich der Leistungs-MOSFET 214 nicht
in dem erzwungenen Ausschaltzustand befindet).
-
Wenn
irgendeine der obigen Rücksetzbedingungen 1–3
erfüllt ist, gibt der FRC-Rücksetzgenerator 277 ein
Rücksetzsignal res eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn
niedrig) aus, so dass der FR-Zähler 271 zeitweilig
in den Rücksetzzustand versetzt wird. Der FR-Zähler 271 gibt
ein Zählsignal OvF7 eines niedrigen Pegels aus (d. h. ein
aktives niedriges Signal und ein Beispiel eines "Aufwärtszählsignals"), wenn
die sieben unteren Bits des FR-Zählers 271 überfließen
(das heißt, sämtliche Bits sind gleich "1"). Außerdem
gibt er ein Ausschaltfreigabesignal MCL eines niedrigen Pegels (aktiv,
wenn niedrig) aus, wenn sämtliche sieben unteren Bits gleich
"0" sind. Das heißt, der FR-Zähler 271 gibt
ein aktives Zählsignal OvF7 in einem vorbestimmten Zeitintervall
(beispielsweise in einem Intervall von 16 Millisekunden) aus, wenn
er nicht zurückgesetzt wird. Außerdem gibt er
ein aktives Ausschaltfreigabesignal MCL mit dem obigen vorbestimmten
Zeitintervall aus, oder genauer gesagt eine vorbestimmte Zeit (einen
Zählwert in der vorliegenden Ausführungsform)
später als die Ausgabe eines Zählsignals OvF7.
-
Das
im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals von einer NICHT-ODER-Schaltung 283 wird
in den Rücksetzanschluss des OC-Speichers 276 eingegeben
(d. h. ein Beispiel einer "Ausschaltschaltung"). Das im Pegel invertierte
Signal eines Rücksetzsignals RST von dem Rücksetzsignalgenerator 275 und
das im Pegel invertierte Signal eines Ausschaltfreigabesignals MCL
von dem FR-Zähler 271 werden in die NICHT-ODER-Schaltung 283 eingegeben.
Gemäß dieser Konstruktion wechselt der OC-Speicher 276 in
den Setzzustand als Reaktion auf ein aktives Setzsignal OC1, wie
es oben beschrieben ist, um ein zweites Zwangsausschaltsignal OCM
eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig) auszugeben. Er gibt
ein zweites Zwangsausschaltsignal OCM eines hohen Pegels aus, wenn
das Rücksetzsignal RST oder das Ausschaltfreigabesignal MCL
aktiv ist.
-
Eine
NICHT-ODER-Schaltung 284 empfängt das im Pegel
invertierte Signal eines zweiten Zwangsausschaltsignals OCM und
das im Pegel invertierte Signal eines ersten Zwangsausschaltsignals Fuse
von dem Schmelzzähler 273, wie es unten beschrieben
ist, und gibt ein Zwangsausschaltsignal Inhibit eines niedrigen
Pegels (aktiv, wenn niedrig) aus, wenn das zweite Zwangsausschaltsignal
OCM oder das erste Zwangsausschaltsignal Fuse aktiv ist.
-
Gemäß dieser
Konstruktion gibt die Überstromschutzschaltung ein aktives
zweites Zwangsausschaltsignal OCM von dem OC-Speicher 276 aus,
wenn das Überstromsignal OC oder das Temperaturanomaliesignal
OT aktiv ist, so dass ein erzwungenes Ausschalten des Leistungs-MOSFET 214 unmittelbar
durchgeführt wird. Zu demselben Zeitpunkt wird der FR-Zähler 271 zurückgesetzt,
um das Zählen erneut zu starten, und danach, d. h. 16 Millisekunden
(d. h. ein Beispiel einer "dritten Bezugszeit") später,
gibt er ein aktives Ausschaltfreigabesignal MCL aus, so dass der
OC-Speicher 276 ein zweites Zwangsausschaltsignal OCM eines
hohen Pegels ausgibt und dadurch der erzwungene Ausschaltzustand
(zweites erzwungenes Ausschalten) des Leistungs-MOSFET 214 freigegeben
wird. Der Leistungs-MOSFET 214 kann somit wieder in den
leitenden Zustand gebracht werden, solange die Energieversorgungssteuerung 210 ein
aktives Steuersignal Ein empfängt. Ein derartiges erzwungenes
Ausschalten (d. h. ein Beispiel eines "zweiten Ausschaltens"), das
unmittelbar für den Leistungs-MOSFET 214 durch
die Überstromschutzschaltung durchgeführt und
bei dem der leitende Zustand eine vorbestimmte dritte Bezugszeit
später wiederhergestellt wird, wird im Folgenden als "zweites
erzwungenes Ausschalten" bezeichnet.
-
Das
im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals von einer NICHT-ODER-Schaltung 285 wird
in den Rücksetzanschluss des FC-Speichers 278 eingegeben.
Das im Pegel invertierte Signal eines Rücksetzsignals RST
von dem Rücksetzsignalgenerator 275 und das im
Pegel invertierte Signal eines Ausschaltfreigabesignals MCL von
dem FR-Zähler 271 werden in die NICHT-ODER-Schaltung 285 eingeben.
Gemäß dieser Konstruktion wechselt der FC-Speicher 278 in
den Setzzustand als Reaktion auf ein aktives Setzsignal FC1, wie
es oben beschrieben ist, um ein Ausgangssignal FCM eines niedrigen Pegels
(aktiv, wenn niedrig) auszugeben. Außerdem gibt er ein
Ausgangssignal FCM eines hohen Pegels aus, wenn das Rücksetzsignal
RST oder das Ausschaltfreigabesignal MCL aktiv ist. Der FC-Speicher 278 fährt
fort, ein aktives Ausgangssignal FCM auszugeben, solange das Setzsignal
FC1 aktiv ist, und zwar sogar dann, wenn das Rücksetzsignal
RST aktiv ist.
-
c. Schmelzanomalieschutzschaltung
-
Eine
Schmelzanomalieschutzschaltung (d. h. ein Beispiel einer "Anomaliezeitakkumulationsschaltung")
akkumuliert hauptsächlich eine Anomaliezeit (im Folgenden
als eine "Schmelzzeit" bezeichnet), während der ein aktives
Schmelzstromsignal FC von dem Stromdetektor 224 empfangen
wird oder ein zweites erzwungenes Ausschalten des Leistungs-MOSFET 214 durch
die Überstromschutzschaltung durchgeführt wird.
Die Schmelzanomalieschutzschaltung bewirkt einen erzwungenen Ausschaltbetrieb
für den Leistungs-MOSFET 214, wenn die akkumulierte
Zeit eine vorbestimmte Bezugsschmelzzeit (d. h. ein Beispiel einer
"ersten Bezugszeit", die länger als die dritte Bezugszeit
ist) erreicht. Im Folgenden wird ein derartiges erzwungenes Ausschalten
(d. h. ein Beispiel eines "ersten Ausschaltens"), das durch die
Schmelzanomalieschutzschaltung bewirkt wird, als ein "erstes erzwungenes
Ausschalten" bezeichnet. Insbesondere enthält die Schmelzanomalieschutzschaltung
den Schmelzzähler 273, einen FCC-Rücksetzgenerator 286 und Ähnliches.
-
Der
Schmelzzähler 273 (d. h. ein Beispiel einer "Schmelzzählerschaltung")
ist beispielsweise ein 6-Bit-Zähler und inkrementiert seinen
Zählwert um eins zu Zeiten, die beispielsweise abfallenden
Flanken des Zählsignals OvF7 von dem FR-Zähler 271 entsprechen.
Wenn der Schmelzzähler nicht zurückgesetzt wird,
fließt er über, wenn 1024 Millisekunden erreicht
sind, und gibt ein erstes Zwangsausschaltsignal Fuse eines niedrigen
Pegels (aktiv, wenn niedrig) aus. Der Zählwert des Schmelzzählers 273,
wenn dieser überfließt, ist ein Beispiel eines
"Bezugsanomaliezählwerts". Genauer gesagt wird das im Pegel invertierte
Signal eines Ausgangssignals einer UND-Schaltung 289 in
den Takteingangsanschluss des Schmelzzählers 273 eingegeben.
Das erste Zwangsausschaltsignal Fuse von dem Schmelzzähler 273 und
ein Ausgangssignal von einer NICHT-UND-Schaltung 290 werden
in die UND-Schaltung 289 eingegeben. Das im Pegel invertierte
Signal eines Zählsignals OvF7 von dem FR-Zähler 271 und
das im Pegel invertierte Signal eines Anomaliemeldesignals Fail
von einer NICHT-ODER-Schaltung 291 werden in die NICHT-UND-Schaltung 290 eingegeben.
-
Das
im Pegel invertierte Signal eines zweiten Zwangsausschaltsignals
OCM und das im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals FCM
werden in die NICHT-ODER-Schaltung 291 eingegeben, die ein
Anomaliemeldesignal Fail eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig)
ausgibt, wenn das zweite Zwangsausschaltsignal OCM oder das Ausgangssignal
FCM aktiv ist. Das heißt, die NICHT-ODER-Schaltung 291 ist
zum Benachrichtigen des Schmelzzählers 273 oder
eines CLC-Rücksetzgenerators 292, der unten beschrieben
wird, vorgesehen, dass ein zweites erzwungenes Ausschalten aufgrund
eines Überstroms oder einer Temperaturanomalie durchgeführt
wird oder dass ein Schmelzstrom aufgetreten ist (das heißt,
ein erstes erzwungenes Ausschalten könnte später
durchgeführt werden).
-
Wenn
das Anomaliemeldesignal Fail aktiv ist, inkrementiert der Schmelzzähler 273 seinen
Zählwert um eins zu Zeiten, die abfallenden Flanken des Zählsignals
OvF7 entsprechen, solange das erste Zwangsausschaltsignal Fuse nicht
aktiv ist (das heißt, wenn nicht und bis dieser überfließt).
Wenn der Zähler überfließt, gibt er ein
aktives erstes Zwangsausschaltsignal Fuse aus, so dass ein erzwungener Ausschaltbetrieb
für den Leistungs-MOSFET 214 durchgeführt
wird. Zu demselben Zeitpunkt wird der Zählbetrieb gemäß dem
Zählsignal OvF7 beendet und der erzwungene Ausschaltzustand
wird aufrechterhalten (dieses ist das erste erzwungene Ausschalten).
-
Andererseits
setzt der FCC-Rücksetzgenerator 286 (d. h. ein
Beispiel einer "Anomaliezeitlöschschaltung") den Zählwert
des Schmelzzählers 273 auf "0" zurück,
wenn die folgende Rücksetzbedingung 4 oder 5 erfüllt
ist.
- Rücksetzbedingung 4: Der Rücksetzsignalgenerator 275 gibt
ein aktives Rücksetzsignal RST aus; und
- Rücksetzbedingung 5: Das erste Zwangsausschaltsignal
Fuse ist nicht aktiv (d. h. weist einen hohen Pegel auf) und das
Löschsignal CLR ist aktiv (das heißt, der Löschzähler 272 ist übergeflossen).
-
Ein
OC-Schwellenwertbestimmungsgenerator 293 erhält
die Zählwerte des Schmelzzählers 273 und
des FR-Zählers 271 und gibt aufeinanderfolgend Schwellenwertbestimmungssignale
OCL0–OCL5 eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig)
auf der Grundlage des Zählwerts der höheren 5
Bits des FR-Zählers 271 aus (d. h. der Zeit, die
durch den FR-Zähler 271 gezählt wird),
wie es in 20 gezeigt ist. Dadurch werden
die FETs 261a–261f des Schwellenspannungsgenerators 252 wahlweise
und aufeinanderfolgend eingeschaltet, so dass die erste Anomalieschwellenspannung
Voc (und ebenfalls der erste Anomalieschwellenstrom ILoc) stufenweise
im Verlaufe der Zeit verringert wird, d. h. entsprechend der gezählten
Zeit. Wenn der Zählwert des Schmelzzählers 273 gleich
oder größer als acht ist, gibt der OC-Schwellenwertbestimmungsgenerator 293 gleichbleibend
ein aktives Schwellenwertbestimmungssignal OCL5 aus, so dass die
erste Anomalieschwellenspannung Voc (und ebenfalls der erste Anomalieschwellenstrom
ILoc) auf dem niedrigsten Pegel gehalten wird.
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d. Löschzähler
-
Wenn
ein normaler Zustand, in dem weder eine Stromanomalie noch eine
Temperaturanomalie erfasst wird (das heißt, der Laststrom
IL befindet sich auf einem normalen Pegel, der niedriger als der
zweite Anomalieschwellenstrom ILfc und der erste Anomalieschwellenstrom
ILoc ist), eine vorbestimmte zweite Bezugszeit an dauert, ohne dass
ein Überfließen erreicht wird, nachdem der Schmelzzähler 273 mit
dem Zählen beginnt, gibt der Löschzähler 272 als eine
Normaldauerakkumulationsschaltung hauptsächlich ein Löschsignal
CLR eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig) aus, so dass die
Schmelzzeit (d. h. der Zählwert) des Schmelzzählers 273 auf
den Anfangswert "0" zurückgesetzt wird. Die zweite Bezugszeit
wird auf der Grundlage der Zeit bestimmt, die es dauert, bis beispielsweise
der Überhitzungszustand einer externen Schaltung nach der
Beseitigung eines Schmelzstrom- oder eines Überstromzustandes
beseitigt ist. Der Zählwert des Löschzählers 272,
wenn ein normaler Zustand die zweite Bezugszeit andauert, ist ein
Beispiel eines "Bezugslöschzählwerts".
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Insbesondere
ist der Löschzähler 272 beispielsweise
ein 5-Bit-Zähler und inkrementiert seinen Zählwert
um eins zu Zeiten, die beispielsweise abfallenden Flanken des Zählsignals
OvF7 von dem FR-Zähler 271 entsprechen. Wenn der
Löschzähler nicht zurückgesetzt wird,
fließt er über und gibt ein aktives Löschsignal
CLR aus, wenn 512 Millisekunden (d. h. ein Beispiel einer zweiten
Bezugszeit) erreicht sind. Der CLC-Rücksetzgenerator 292 (d.
h. ein Beispiel einer "Normaldauerrücksetzschaltung") setzt
den Zählwert des Löschzählers 272 auf
"0" zurück, wenn irgendeine der folgenden Rücksetzbedingungen
6–8 erfüllt ist.
- Rücksetzbedingung
6: Der Rücksetzsignalgenerator 275 gibt ein aktives
Rücksetzsignal RST aus;
- Rücksetzbedingung 7: Das erste Zwangsausschaltsignal
Fuse ist nicht aktiv (das heißt, das erste erzwungene Ausschalten
wurde noch nicht durchgeführt) und das Anomaliemeldesignal
Fail ist aktiv; und
- Rücksetzbedingung 8: Das erste Zwangsausschaltsignal
Fuse ist aktiv (das heißt, das erste erzwungene Ausschalten
wird durchgeführt) und das Steuersignal Ein ist aktiv.
-
Der
Steuerlogikabschnitt 227 enthält außerdem
eine ODER-Schaltung 287 zum Ausgeben des Ausgangssignals
Aus, in die das im Pegel invertierte Signal eines Löschsignals
CLR und das im Pegel invertierte Signal eines Rücksetzsignals
RST eingegeben werden. Die ODER-Schaltung 287 gibt ein
Ausgangssignal Aus eines hohen Pegels aus, so dass der interne Massegenerator 223 seinen
Betrieb beendet, wenn das Löschsignal CLR oder das Rücksetzsignal
RST aktiv ist.
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f. Invalidierungsschaltung
-
Wie
es oben beschrieben ist, empfängt die NICHT-UND-Schaltung 281 das
im Pegel invertierte Signal eines Steuersignals Ein und das unten
beschriebene Zwangsausschaltsignal Inhibit (das einen niedrigen
Pegel aufweist, wenn ein erzwungenes Ausschalten für den
Leistungs-MOSFET 214 durchgeführt werden sollte).
Deren Ausgangssignal wird im Pegel invertiert und in die NICHT-UND-Schaltungen 280 und 282 eingegeben.
Gemäß dieser Konstruktion gibt die NICHT-UND-Schaltung 281 ein Ausgangssignal
eines hohen Pegels aus, wenn ein nicht aktives Steuersignal Ein
(AUS-Signal) empfangen wird. Dadurch werden die Ausgänge
der NICHT-UND-Schaltungen 280, 282 auf einem hohen Pegel
gehalten, so dass der OC-Speicher 276 oder FC-Speicher 278 sogar
dann nicht in den Setzzustand wechseln würde, wenn der
Stromanomaliedetektor 253 ein aktives Überstromsignal
OC oder ein aktives Schmelzstromsignal FC ausgibt oder der Überhitzungsdetektor 225 ein
aktives Temperaturanomaliesignal OT ausgibt. Das heißt,
das aktive Überstromsignal OC, das Schmelzstromsignal FC und
das Temperaturanomaliesignal OT werden invalidiert (oder maskiert).
-
In
dem Fall beispielsweise, in dem die Last 211 eine L-Last
ist, kann die Sourcespannung des Leistungs-MOSFET 214 aufgrund
der Stoßspannung der Last 211 auf die negative
Seite gezogen werden, wenn der Leistungs-MOSFET 214 als
Reaktion auf ein nicht aktives Steuersignal Ein (AUS-Signal) ausgeschaltet
wird. Daher können die zweite und dritte Anomalieschwellenspannung
Vfc und Vop, die auf der Grundlage der Sourcespannung erzeugt werden, ebenfalls
negativ sein. Dann kann ein aktives Schmelzstromsignal FC oder ein
Durchbruchanzeigesignal OP als ein Anomaliesignal von dem Stromanomaliedetektor 253 sogar
dann ausgegeben werden, wenn ein Schmelzstrom oder eine Drahtdurchbruchanomalie
nicht aufgetreten ist. In der vorliegenden Ausführungsform
invalidiert jedoch die Invalidierungsschal tung ein aktives Schmelzstromsignal
FC, wenn ein nicht aktives Steuersignal Ein eingegeben wird. Dadurch
wird verhindert, dass der Schmelzzähler 273 den
Zählwert inkrementiert, und demzufolge kann ein erster
erzwungener Ausschaltbetrieb verhindert werden.
-
g. Filterschaltung
-
Eine
Filterschaltung enthält eine Zählerschaltung,
die mehrere Speicherschaltungen (in der vorliegenden Ausführungsform
beispielsweise zwei Speicherschaltungen 300, 301 (beispielsweise D-Flip-Flops)
aufweist, die seriell miteinander verbunden sind. Die interne Masse
GND2 wird an den D-Anschluss der Speicherschaltung 300 angelegt, und
deren Q-Anschluss ist mit dem D-Anschluss der nächsten
Speicherschaltung 301 verbunden. Das Löschsignal
CLR wird in die Setzanschlüsse beider Speicherschaltungen 300, 301 eingegeben,
und ein Ausgangssignal von einer NICHT-ODER-Schaltung 302 wird
in die Rücksetzanschlüsse eingegeben. Das im Pegel
invertierte Signal eines Rücksetzsignals RST von dem Rücksetzsignalgenerator 275 und das
Durchbruchanzeigesignal OP werden in die NICHT-ODER-Schaltung 302 eingegeben.
-
Gemäß dieser
Konstruktion gibt, während das Rücksetzsignal
RST nicht aktiv und das Durchbruchanzeigesignal OP aktiv ist, die
Filterschaltung ein Durchbruchanomaliesignal OPF eines niedrigen Pegels
(aktiv, wenn niedrig) von dem Q-Anschluss der Speicherschaltung 301 aus,
wenn sie ein aktives Löschsignal CLR zwei oder mehrere
Male empfangen hat (beispielsweise in der vorliegenden Ausführungsform
zweimal). Andererseits wird die Filterschaltung zurückgesetzt,
wenn die folgende Rücksetzbedingung 9 oder 10 erfüllt
ist.
- Rücksetzbedingung 9: Der Rücksetzsignalgenerator 275 gibt
ein aktives Rücksetzsignal RST aus; und
- Rücksetzbedingung 10: Das Durchbruchanomaliesignal
OPF ist nicht aktiv (d. h. weist einen hohen Pegel auf).
-
Das
heißt, das Durchbruchanomaliesignal OFF wird nicht unmittelbar
auf aktiv geschaltet, wenn der Stromdetektor 224 ein aktives
Durchbruchanzeigesignal OP ausgibt. Es wird auf aktiv geschaltet, wenn
ein aktives Löschsignal CLR zweimal von dem Löschzähler 272 empfangen
wurde (das heißt, wenn mindestens die zweite Bezugszeit
seit der Ausgabe des aktiven Durchbruchanzeigesignals OP verstrichen
ist).
-
Das
Durchbruchanomaliesignal OPF, das von dem Q-Anschluss der Speicherschaltung 301 ausgegeben
wird, wird im Pegel invertiert und in eine NICHT-UND-Schaltung 303 eingegeben.
Ein Bit-Signal, das einem Bit des FR-Zählers 271 entspricht, wird
in die NICHT-UND-Schaltung 303 eingegeben, so dass die
NICHT-UND-Schaltung 303 ein gepulstes Durchbruchanomaliesignal
OPFP ausgibt, das entsprechend dem invertierten Pegel des Bit-Signals gepulst
ist, wenn das Durchbruchanomaliesignal OPF aktiv ist. In der vorliegenden
Ausführungsform wird das Bit-Signal FRC7, das dem signifikantesten Bit
entspricht, in die NICHT-UND-Schaltung 303 eingegeben,
und dadurch wird das gepulste Durchbruchanomaliesignal OPFP in Perioden
von 32 Millisekunden mit einem Tastverhältnis von 50% ausgegeben.
-
Wenn
andererseits das Durchbruchanomaliesignal OPFP auf nicht aktiv schaltet,
gibt die Filterschaltung unmittelbar ein nicht aktives (hoher Pegel) Durchbruchanomaliesignal
OPFP (als ein normales Signal), das einen normalen Zustand angibt,
aus. Das im Pegel invertierte Signal des Durchbruchanomaliesignals
OPFP und das im Pegel invertierte Signal eines Zwangsausschaltsignals
Inhibit von der NICHT-ODER-Schaltung 284 werden als ein
Diagnosesignal Diag über eine NICHT-ODER-Schaltung 304 ausgegeben
und dem Diagnoseausgangsabschnitt 226 bereitgestellt. Der
Diagnoseausgangsabschnitt 226 stellt einen gepulsten Diagnoseausgang an
dem Diagnoseausgangsanschluss P7 bereit, wenn das Durchbruchanomaliesignal
OPF aktiv ist. Er stellt einen stufenweisen Diagnoseausgang bereit, wenn
das Zwangsausschaltsignal Inhibit aktiv ist. Gemäß dieser
Konstruktion kann eine Durchbruchanomalie von anderen Anomalien
(d. h. einem Überstrom, einem Schmelzstrom und einer Temperaturanomalie)
durch den Diagnoseausgang unterschieden werden.
-
Wie
es oben beschrieben ist, werden in dem Steuerlogikabschnitt 227 das
Zählen einer Anomaliezeit durch die Schmelzanomalieschutzschaltung
und das Zählen einer Normaldauer durch die Normaldauerakkumulationsschaltung
unter Verwendung der unteren Bits des Zählwerts des allgemeinen
bzw. gemeinsamen Freischwingungszählers 271 durchgeführt.
Dadurch können die Schaltelemente des Steuerlogikabschnitts 227 im
Vergleich zu einer Konstruktion, bei der die Schmelzanomalieschutzschaltung und
die Normaldauerakkumulationsschaltung das Zählen durch
individuelles Verwenden der unteren Bits getrennter Zählerschaltungen
durchführen, verringert werden. Außerdem verwendet
die Überstromschutzschaltung ebenfalls den obigen Freischwingungszähler 271 zum
Zählen der dritten Bezugszeit, und dadurch können
die Schaltungselemente weiter verringert werden.
-
(Gatetreiber)
-
In
den Gatetreiber 228 werden das Steuersignal Ein, das Ausgangssignal
FCM und das Zwangsausschaltsignal Inhibit von dem Steuerlogikabschnitt 227 eingegeben.
Der Gatetreiber 228 enthält eine Ladungspumpe
(nicht gezeigt), die zwischen den Energieversorgungsanschluss P2
und die Gateanschlüsse des Leistungs-MOSFET 214 und
des Erfassungs-MOSFET 218 geschaltet ist, und enthält
außerdem einen Entladungs-FET (nicht gezeigt), der zwischen
die Gateanschlüsse und Sourceanschlüsse des Leistungs-MOSFET 214 und
des Erfassungs-MOSFET 218 geschaltet ist.
-
Wenn
der Gatetreiber 228 ein aktives Steuersignal Ein (EIN-Signal)
von dem Steuerlogikabschnitt 227 empfängt, wird
die Ladungspumpe allein betrieben, um eine höhere Spannung,
die von der Energieversorgungsspannung Vcc erzeugt wird, zwischen
das Gate und die Source jeweils des Leistungs-MOSFET 214 und
des Erfassungs-MOSFET 218 anzulegen. Somit wird ein Ladebetrieb
zum Einschalten des Leistungs-MOSFET und des Erfassungs-MOSFET durchgeführt,
was zu einem leitenden Zustand führt. Wenn andererseits
der Gatetreiber 228 ein nicht aktives Steuersignal Ein
(AUS-Signal) von dem Steuerlogikabschnitt 227 oder ein
aktives Zwangsausschaltsignal Inhibit (das angibt, dass ein erstes
oder zweites erzwungenes Ausschalten durchgeführt werden
sollte) empfängt, unterbricht die Ladungspumpe die Erzeugung
einer höheren Spannung, während der Entladungs-FET
allein eingeschaltet ist, so dass die Ladung zwischen dem Gate und
der Source jeweils des Leistungs-MOSFET 214 und Erfassungs-MOSFET 218 freigesetzt
wird. Somit wird ein Entladebetrieb oder ein Ausschaltbetrieb durchgeführt.
-
2. Betrieb gemäß der
vorliegenden Ausführungsform
-
Die 21 bis 23 sind
Zeitdiagramme verschiedener Signale zum Darstellen des Betriebs der
Energieversorgungssteuerung 210. 21 betrifft
einen Betrieb während eines normalen Zustands. 22 betrifft
einen Betrieb während des Auftretens eines Überstroms. 23 betrifft
einen Betrieb während des Auftretens eines Schmelzstroms.
In den Zeichnungen stellt [FRC] den Zählwert der höheren
5 Bits des FR-Zählers 271 dar. [FCC] stellt den
Zählwert des Schmelzzählers 273 dar. [CLC]
stellt den Zählwert des Löschzählers 272 dar. Die
Zählwerte sind hexadezimal gezeigt (beispielsweise A =
10, B = 11, C = 12 usw.). Außerdem stellt FRC7 das signifikanteste
Bit des FR-Zählers 271 dar, und es ist gezeigt,
wie das signifikanteste Bit zwischen hohen und niedrigen Pegeln
wechselt. FRC6 repräsentiert das zweitsignifikanteste Bit
des FR-Zählers 271, und es ist gezeigt, wie das
zweitsignifikanteste Bit zwischen hohen und niedrigen Pegeln wechselt
"R" in den Zeichnungen meint "Rücksetzen".
-
(Normaler Betrieb)
-
Wenn
die Energieversorgungssteuerung 210 ein aktives Steuersignal
Ein empfängt, erzeugt der interne Massegenerator 223 eine
interne Masse GND2. Wenn sich die interne Masse GND2 stabilisiert,
wechselt das Rücksetzsignal RST, das von dem Rücksetzsignalgenerator 275 ausgegeben
wird, von aktiv nach nicht aktiv, so dass die Rücksetzzustände der
Zähler 71–73 freigegeben werden.
-
Das
aktive Steuersignal Ein wird dem Gatetreiber 228 über
den Steuerlogikabschnitt 227 bereitgestellt. Dann schaltet
sich der Leistungs-MOSFET 214 und Ähnliches ein,
was zu einem leitenden Zustand führt. Der FR-Zähler 271 beginnt
mit dem Zählen entsprechend dem Taktsignal CLK von dem
Oszillator 274. Während des normalen Betriebs
wird ein aktives Setzsignal OC1 von der NICHT-UND-Schaltung 280 nicht
ausgegeben (das heißt, die Rücksetzbedingung 2
ist nicht erfüllt), und das Ausgangssignal FCM des FC-Speichers 278 wird
nicht im Pegel von hoch nach niedrig invertiert (das heißt,
die Rücksetzbedingung 3 ist nicht erfüllt). Daher
zählt der FR-Zähler 271 wiederholt bis
32 Millisekunden, ohne im Verlaufe des Zählens zurückgesetzt
zu werden (siehe [FRC] in 21). Zu
demselben Zeitpunkt gibt der OC-Schwellenwertbestimmungsgenerator 93 aufeinanderfolgend
aktive Schwellenwertbestimmungssignale OCL0–OCL5 in Abhängigkeit
von dem Zählwert der höheren 5 Bits des FR-Zählers 271 aus.
Dadurch wird ein Betrieb, der den ersten Anomalieschwellenstrom
ILoc stufenweise im Verlaufe der Zeit beginnend mit dem Anfangspegel,
der höher als der Einschaltstrom ist, verringert, iterativ
in Perioden von 32 Millisekunden durchgeführt.
-
Wenn
ein aktives Steuersignal Ein eingegeben wird, kann ein Einschaltstromstoß,
der größer als der zweite Anomalieschwellenstrom
ILfc ist, in den Leistungs-MOSFET 214 fließen.
Der erste Anomalieschwellenstrom ILoc ist dann jedoch auf den Pegel eingestellt,
der größer als der Einschaltstromstoß ist, und
dadurch kann ein zweiter erzwungener Ausschaltbetrieb aufgrund des
Einschaltstromstoßes für den Leistungs-MOSFET 214 und Ähnlichem
verhindert werden.
-
Während
des normalen Betriebs ist das Anomaliemeldesignal Fail nicht aktiv,
und daher beginnt der Schmelzzähler 273 nicht
mit dem Zählen (siehe [FCC] in 21). Andererseits
inkrementiert der Löschzähler 272 seinen
Zählwert um eins zu Zeiten der Eingabe des Zählsignals
OvF7 von dem FR-Zähler 271. Er wird während
des Zählens nicht zurückgesetzt, da das Anomaliemeldesignal
Fail nicht aktiv gehalten wird. Wenn 512 Millisekunden (d. h. die zweite
Bezugszeit) erreicht sind, fließt der Zähler über
und gibt ein aktives Löschsignal CLR aus (siehe [CLC] und
[CLR] in 21.
-
Wenn
das Steuersignal Ein von aktiv nach nicht aktiv wechselt, wartet
der interne Massegenerator 223 auf ein Überfließen
des Löschzählers 272, wie es oben beschrieben
ist, wenn der Zähler zu diesem Zeitpunkt nicht übergeflossen
ist. Dann wird die Erzeugung der internen Masse GND2 beendet.
-
(Betrieb während des Auftretens
eines Überstroms oder eines Schmelzstroms)
-
Wenn
ein Kurzschluss in der Last 211 auftritt, kann der Laststrom
IL den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc überschreiten,
wie es in 22 gezeigt ist. Zu dem Zeitpunkt
schaltet das Schmelzstromsignal FC auf aktiv, so dass das Ausgangssignal
FCM des FC-Speichers 278 im Pegel von hoch nach niedrig
invertiert wird und der Zählwert des FR-Zählers 271 zurückgesetzt
wird. Dadurch wird der erste Anomalieschwellenstrom ILoc wieder
auf den Anfangspegel eingestellt und danach erneut stufenweise im Verlaufe
der Zeit entsprechend dem Zählwert des FR-Zählers 271,
der nach dem Rücksetzen mit dem Zählen beginnt,
verringert.
-
Wenn
der Laststrom IL danach den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc überschreitet,
schaltet das Überstromsignal OC auf aktiv und das Setzsignal OC1
von der NICHT-UND-Schaltung 280 schaltet auf aktiv. Dadurch
schaltet das zweite Zwangsausschaltsignal OCM von dem OC-Speicher 276 auf
aktiv. Dann wird ein zweiter erzwungener Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 214 als
Reaktion auf ein aktives Zwangsausschaltsignal Inhibit durchgeführt. Außerdem
wird der Zählwert des FR-Zählers 271 als Reaktion
auf das aktive Setzsignal OC1 zurückgesetzt. Danach wird
ein aktives Zählsignal OvF7 ausgegeben, wenn eine Zeit,
die etwas kürzer als 16 Millisekunden ist, verstrichen
ist. Als Reaktion darauf inkrementiert der Schmelzzähler 273 seinen
Zählwert um eins (siehe [FCC] in 22). Ein
aktives Ausschaltfreigabesignal MCL wird ausgegeben, wenn der FR-Zähler 271 16
Millisekunden gezählt hat. Dann gibt der OC-Speicher 276 ein
nicht aktives zweites Zwangsausschaltsignal OCM aus, so dass der
Leistungs-MOSFET 214 wieder eingeschaltet wird und der
erzwungene Ausschaltzustand freigegeben wird.
-
Wenn
der Kurzschluss in der Last 211 danach nicht beseitigt
ist, wird der Löschzähler 272 nicht mit
dem Zählen beginnen, und das zweite erzwungene Ausschalten
wird wiederholt durchgeführt. Während dieser Zeit
inkrementiert der Schmelzzähler 273 seinen Zählwert
um eins. Wenn der Zählwert [FCC] sieben erreicht (das heißt,
wenn das zweite erzwungene Ausschalten sieben Mal durchgeführt
wurde), behält der OC-Schwellenwertbestimmungsgenerator 293 danach
das Ausgeben eines aktiven Schwellenwertbestimmungssignals OCL5
bei, so dass der erste Anomalieschwellenstrom ILoc auf dem niedrigsten
Pegel gehalten wird.
-
Wenn
der Schmelzzähler 273 übergeflossen ist,
gibt er ein aktives erstes Zwangsausschaltsignal Fuse aus, so dass
der erzwungene Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 214 durchgeführt
wird. Zu dieser Zeit wird der Zählbetrieb entsprechend
dem Zählsignal OvF7 unterbrochen, so dass der erzwungene
Ausschaltzustand (aufgrund des ersten erzwungenen Ausschaltens)
aufrechterhalten wird. Man beachte, dass der zweite Anomalieschwellenstrom
ILfc auf einen Pegel eingestellt wird, der etwas größer
als der Nennstrom ILmax der Last 211 ist. Die Bezugsschmelzzeit
wird auf eine Zeit eingestellt, die kürzer als die Zeit
ist, die es dauert, bis der elektrische Draht 230 Rauch
abgibt, wenn ein Schmelzstrom, d. h. ein Strom, der größer
als der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc ist, intermittierend
in Intervallen erfasst wird, die kürzer als die zweite
Bezugszeit sind. Daher kann ein Flatterkurzschluss, d. h. ein abnormer
Strom, der in einem Teil der verdrillten Drähte des elektrischen
Drahtes 230 aufgrund eines Kurzschlusses in dem Teil der
verdrillten Drähte in Intervallen auftritt, die kürzer
als die zweite Bezugszeit sind, erfasst werden, ohne dass der elektrische
Draht 230 die Rauchemission erreicht, so dass das zweite erzwungene
Ausschalten für den Leistungs-MOSFET 214 durchgeführt
werden kann.
-
Wenn
danach das Steuersignal Ein von aktiv nach nicht aktiv wechselt,
wie es in 23 gezeigt ist, wird der Rücksetzzustand
des Löschzählers 272 freigegeben. Der
Löschzähler fährt fort, ein nicht aktives
Löschsignal CLR auszugeben, bis er überfließt, so
dass die Erzeugung der internen Masse GND2 aufrechterhalten wird.
Wenn der Löschzähler übergeflossen ist,
wird die Erzeugung der internen Masse GND2 beendet. Daher wird der
erste erzwungene Ausschaltzustand aufrechterhalten, und zwar sogar dann,
wenn das Steuersignal Ein wieder aktiv wird, bevor der Löschzähler 272 überfließt.
-
(Betrieb während des Auftretens
einer Drahtdurchbruchanomalie)
-
Wenn
der dritte Anomalieschwellenstrom ILop auf einen festen Wert eingestellt
wird, ändert sich ein Lastwiderstandswert (d. h. ein Widerstandswert
der externen Schaltung), auf der Grundlage dessen ein aktives Durchbruchanzeigesignal
OP ausgegeben wird, mit einer Änderung der Energieversorgungsspannung
Vcc. Eine Drahtdurchbruchanomalie sollte jedoch konsistent auf der
Grundlage desselben Lastwiderstandswertes unabhängig von
einer Änderung der Energieversorgungsspannung Vcc bestimmt
werden, um die Drahtdurchbruchanomalie genau zu erfassen.
-
Daher
wird in der vorliegenden Ausführungsform der dritte Anomalieschwellenstrom
ILop (und auch die dritte Anomalieschwellenspannung Vop) derart
eingestellt, dass er sich proportional zu der Sourcespannung Vs
des (oder der Energieversorgungsspannung Vcc für den) Leistungs-MOSFET 214 in
dem eingeschalteten Zustand ändert, wie es oben beschrieben
ist. Gemäß dieser Konstruktion verringert sich
der dritte Anomalieschwellenstrom ILop beispielsweise um die Hälfte,
wenn sich die Energieversorgungsspannung um die Hälfte
verringert. Das heißt, der Lastwiderstandswert, auf der
Grundlage dessen eine Drahtdurchbruchanomalie erfasst wird (und
der gleich einem Wert ist, der durch Teilen der Energieversorgungsspannung
Vcc durch den dritten Anomalieschwellenstrom ILop bestimmt wird), ist
unabhängig von einer Änderung der Energieversorgungsspannung
Vcc derselbe. Dadurch kann eine Drahtdurchbruchanomalie genau erfasst
werden. Außerdem wird ein Mikrocomputer oder Ähnliches
nicht benötigt.
-
<Weitere
Ausführungsformen>
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die in der obigen Beschreibung
mit Bezug auf die Zeichnungen erläuterten Ausführungsformen
beschränkt. Die folgenden Ausführungsformen können
beispielsweise innerhalb des technischen Bereiches der vorliegenden
Erfindung enthalten sein, und außerdem kann die vorliegende
Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt sein, ohne
von dem Bereich der Erfindung abzuweichen.
- (1)
Der obige Ausschaltdauerzähler 70, Schmelzzeitzähler 71 und
Löschzähler 72 ist jeweils aus einer
Zählerschaltung ausgebildet, die digital eine Zeit akkumuliert,
ist jedoch nicht auf diese Konstruktion beschränkt. Es
kann beispielsweise ein Kondensator verwendet werden, so dass eine
Zeit analog akkumuliert wird.
- (2) In der in 10 der dritten Ausführungsform gezeigten
Konstruktion kann auf der Grundlage des Potenzialpegels, der sich
in Abhängigkeit davon ändert, womit eine Schaltanschlussfläche 117 verbunden
ist, wie es in 14 gezeigt ist, bestimmt werden,
ob die Latch-Funktion der Latch-Schaltung 101 validiert
oder invalidiert wird.
- (3) In der in 13 der vierten Ausführungsform gezeigten
Konstruktion kann auf der Grundlage des Eingangspegels eines Steuersignals
S1, wie es in den 11 und 12 gezeigt
ist, bestimmt werden, ob die Latch-Funktion der Latch-Schaltung 101 validiert
oder invalidiert wird.
- (4) In den obigen Ausführungsformen sind die Normaldauerakkumulationsschaltung,
die Anomaliezeitakkumulationsschaltung und die Ausschaltdauerakkumulationsschaltung
als Zählerschaltungen ausgebildet, sind aber nicht auf diese
Konstruktion beschränkt. Beispielsweise kann jede von ihnen
als eine Zeitgeberschaltung ausgebildet sein, die eine Konstantstromschaltung,
einen Kondensator, in den ein konstanter Strom von der Konstantstromschaltung
fließt, und eine Entladungsschaltung zum Entladen des Kondensators
enthält.
-
Zusammenfassung
-
Es
wird ein zweiter erzwungener Ausschaltbetrieb für einen
Leistungs-MOSFET 15 und Ähnlichem durchgeführt,
wenn eine Zeit, während der ein Laststrom (oder eine Erfassungsstrom
Is), der auf einer Energieversorgungsleitung L fließt,
einen ersten Schwellenstrom Ia überschreitet, eine erste
Bezugszeit erreicht. Andererseits wird der Zählwert eines Schmelzzeitzählers 71 zu
"Null" gelöscht, so dass der Ausschaltbetrieb für
den Leistungs-MOSFET 15 und Ähnlichem nicht durchgeführt
wird, wenn ein normaler Zustand, bei dem weder ein Überstrom
noch ein Schmelzstrom aufgetreten ist, eine zweite Bezugszeit andauert,
ohne dass die erste Bezugszeit erreicht ist.
-
- 10,
210
- Energieversorgungssteuerung
- 11,
217
- Halbleitervorrichtung
- 13
- Überstromerfassungsschaltung
(erste und zweite Abnorm-Stromerfassungsschaltung)
- 15,
214
- Leistungs-MOSFET
(Halbleiterschaltelement, Leistungs-FET)
- 16,
218
- Erfassungs-MOSFET
(Erfassungs-FET)
- 41
- Ladungspump-/Gatetreiber-Schaltung (Ladungsratenänderungsschaltung, Entladungsratenänderungsschaltung)
- 50,
211
- Last
- 61,
212
- Energiequelle
- 70
- Ausschaltdauerzähler
(Ausschaltdauerakkumulationsschaltung)
- 71
- Schmelzzeitzähler
(Anomaliezeitakkumulationsschaltung)
- 72
- Löschzähler
(Normaldauerakkumulationsschaltung)
- 81
- UND-Schaltung
(Anomaliezeitlöschschaltung)
- 101
- Latch-Schaltung
- 110
- Halbleiterchip
- 117
- Schaltanschlussfläche
(Bond-Anschlussfläche)
- 119
- Drahtverbindung
- 228
- Gatetreiber
(Ladungsratenänderungsschaltung, Entladungsratenänderungsschaltung)
- 258,
259
- Komparator
(erste und zweite Abnorm-Stromerfassungsschaltung)
- 271
- FR-Zähler
(Freischwingungszählerschaltung)
- 272
- Löschzähler
(Löschzählerschaltung)
- 273
- Schmelzzähler
(Schmelzzählerschaltung)
- 276
- OC-Speicher
(Ausschaltschaltung)
- 286
- FCC-Rücksetzgenerator
(Anomaliezeitlöschschaltung)
- 292
- CLC-Rücksetzgenerator
(Normalzeitrücksetzschaltung)
- CLR
- Löschsignal
- FC
- Anomaliesignal,
Schmelzstromsignal (erstes Abnorm-Stromsignal)
- OC
- Anomaliesignal, Überstromsignal
(zweites Abnorm-Stromsignal)
- OvF7
- Zählsignal
(Aufwärtszählsignal)
- Ia
- erster
Schwellenstrom (erster Schwellenwert)
- Ib
- zweiter
Schwellenstrom (zweiter Schwellenwert)
- Ip
- Strom
(Laststrom)
- IL
- Laststrom
- ILoc
- erster
Anomalieschwellenstrom (zweiter Schwellenwert)
- ILfc
- zweiter
Anomalieschwellenstrom (erster Schwellenwert)
- Is
- Erfassungsstrom
- L,
213
- Leitung
(Energieversorgungsleitung)
- P1
- Eingangsanschluss
(externer Eingangsanschluss)
- S1,
Ein
- Steuersignal
- S5
- Löschsignal
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2001-217696
A [0002]